華北理工大學(xué)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、實(shí)驗(yàn)一 機(jī)械原理展示開(kāi)放實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獬Ｒ?jiàn)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特點(diǎn)、用途、基本原理以及運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)機(jī)械原理課程有一個(gè)全面的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)設(shè)備為VCD視盤(pán)機(jī)控制的機(jī)構(gòu)學(xué)示教板，它由10個(gè)機(jī)構(gòu)陳列柜組成，主要展示常見(jiàn)的各類(lèi)機(jī)構(gòu)，介紹機(jī)構(gòu)的型式和用途，演示機(jī)構(gòu)的基本原理和運(yùn)動(dòng)特性。機(jī)構(gòu)學(xué)示教板三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 序言，介紹了單缸汽油機(jī)、蒸汽機(jī)和家用縫紉機(jī)三種典型機(jī)器以及各種運(yùn)動(dòng)副。2. 平面連桿機(jī)構(gòu)。3. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。4. 凸輪機(jī)構(gòu)。盤(pán)形凸輪、移動(dòng)凸輪、空間凸輪。5. 齒輪機(jī)構(gòu)。平行軸齒輪傳動(dòng)、相交軸齒輪傳動(dòng)、相錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)。6. 漸開(kāi)線(xiàn)齒

2、輪的基本參數(shù)及漸開(kāi)線(xiàn)、擺線(xiàn)的形成。7. 周轉(zhuǎn)輪系。8. 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、齒輪式間歇機(jī)構(gòu)、連桿停歇機(jī)構(gòu)。9. 組合機(jī)構(gòu)。串聯(lián)組合、并聯(lián)組合、疊合組合。10. 空間機(jī)構(gòu)。空間四桿機(jī)構(gòu)、空間連桿機(jī)構(gòu)、空間五桿機(jī)構(gòu)、空間六桿機(jī)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)二 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪和自由度預(yù)備知識(shí)1. 什么是機(jī)構(gòu)？什么是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖？2. 構(gòu)件、零件、運(yùn)動(dòng)副的定義是什么？機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會(huì)依照實(shí)際的機(jī)器或機(jī)構(gòu)模型，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；2. 鞏固和驗(yàn)證機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法；3. 分析機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的必要條件和加深對(duì)機(jī)構(gòu)分析的了解。二、 設(shè)備和工具1. 各種實(shí)際機(jī)器及各種機(jī)構(gòu)模

3、型；2. 鋼板尺、卷尺、內(nèi)外卡尺、量角器等；3. 自備鉛筆、橡皮、草稿紙等。三、 實(shí)驗(yàn)原理和方法由于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)僅與機(jī)構(gòu)中可動(dòng)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目和類(lèi)型及相對(duì)位置有關(guān)，因此，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要拋開(kāi)構(gòu)件的外形及運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造，而用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的簡(jiǎn)略符號(hào)來(lái)代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件（可參閱GB446084“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)”），并按一定的比例尺表示運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，以此說(shuō)明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征。要正確地反映機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征，就必須首先清楚地了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。其方法是：1. 在機(jī)構(gòu)緩慢運(yùn)動(dòng)中觀察，搞清運(yùn)動(dòng)的傳遞順序，找出機(jī)構(gòu)的原動(dòng)構(gòu)件、從動(dòng)構(gòu)件（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)）和固定構(gòu)件（機(jī)架）。2. 確定組成機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件數(shù)目以及

4、構(gòu)件之間所形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系（即組成何種運(yùn)動(dòng)副）。3. 分析各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面，選擇多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面作為運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的視圖平面。4. 將機(jī)構(gòu)停止在適當(dāng)?shù)奈恢茫茨芊从橙窟\(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的位置），確定原動(dòng)件，并選擇適當(dāng)比例尺，按照與實(shí)際機(jī)構(gòu)相應(yīng)的比例關(guān)系，確定其它運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，直到機(jī)構(gòu)中所有運(yùn)動(dòng)副全部表示清楚。5. 測(cè)量實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，如轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心距、移動(dòng)副的方向、齒輪副的中心距等。6. 按所測(cè)的實(shí)際尺寸，修定所畫(huà)的草圖并將所測(cè)的實(shí)際尺寸標(biāo)注在草圖上的相應(yīng)位置，按同一比例尺將草圖畫(huà)成正規(guī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。7. 按運(yùn)動(dòng)的傳遞順序用數(shù)字1，2，3和大寫(xiě)字母A，B，C分別標(biāo)出構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。8. 按機(jī)構(gòu)自

5、由度的計(jì)算公式計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并檢查是否與實(shí)際機(jī)構(gòu)相符，以檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的正確性。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 觀察所畫(huà)機(jī)構(gòu)，搞懂運(yùn)動(dòng)原理；2. 熟悉運(yùn)動(dòng)副的標(biāo)準(zhǔn)代表符號(hào)；3. 描繪簡(jiǎn)圖的草圖；4. 測(cè)量實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸并標(biāo)注在草圖上；5. 選擇比例尺，標(biāo)注構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副；6. 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度；7. 做機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。實(shí)驗(yàn)三 回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)：1. 動(dòng)平衡和靜平衡的基本概念；2. 動(dòng)平衡的理論依據(jù)是什么？3. 質(zhì)徑積、相位的含義是什么？一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 鞏固動(dòng)平衡的基本理論知識(shí)；2. 通過(guò)“補(bǔ)償重徑積式”動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)的平衡原理和實(shí)踐，加深對(duì)動(dòng)平衡理論的理解。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：1. J

6、DK-1型“補(bǔ)償式”動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)；2. 實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用轉(zhuǎn)子；3. 平衡用重塊或橡皮泥；4. 天平和砝碼；三、 實(shí)驗(yàn)原理和方法1. 實(shí)驗(yàn)原理理論上已經(jīng)闡明，任何回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動(dòng)不平衡，都可以認(rèn)為是分別由該構(gòu)件上任意選擇的兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面T和T的不平衡重量m0和m0所產(chǎn)生的。因此，在進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)，便可以不管被平衡構(gòu)件的實(shí)際不平衡量所在的位置及大小如何，只需要根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際外形的許可，任選兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面作為平衡校正面，且把不平衡重量m0和m0看作就處在被選定的兩個(gè)平衡校正面上，然后針對(duì)m0和m0進(jìn)行平衡，就可以達(dá)到使整個(gè)構(gòu)件平衡的目的。2. 實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)概述和實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用補(bǔ)償式平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)，又叫框架式平衡實(shí)

7、驗(yàn)機(jī)。它是利用補(bǔ)償重徑積法測(cè)定兩個(gè)平衡校正面的不平衡量m0和m0的大小和相位，它的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示?？蚣?經(jīng)彈簧2與固定機(jī)架3相連接，并被OX軸線(xiàn)以刀口的形式所支撐，構(gòu)成了一個(gè)以O(shè)X軸線(xiàn)為支撐的振擺系統(tǒng)。在框架上裝有主軸4，由固定在機(jī)架上的電動(dòng)機(jī)14通過(guò)皮帶和帶輪12所驅(qū)動(dòng)。在主軸上還裝有斜齒輪6，它與齒輪5齒數(shù)相等并互相嚙合，構(gòu)成交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)。齒輪6還可以沿主軸4作軸向移動(dòng)，移動(dòng)的距離和齒輪6的軸向?qū)挾认嗟取Ｂ员三X輪5的基圓周長(zhǎng)大一些，當(dāng)調(diào)整手輪18時(shí)可以使齒輪6左右移動(dòng)，齒輪5和固定的軸9也可以同時(shí)回轉(zhuǎn)。齒輪5與圓盤(pán)7固定在軸9上，圓盤(pán)8除隨軸9轉(zhuǎn)動(dòng)外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)手輪17使之沿軸9

8、上下移動(dòng)，以改變兩圓盤(pán)間的距離LC，LC值由指針16指示。圓盤(pán)7、8大小、質(zhì)量完全相等，上面各裝有一個(gè)質(zhì)量為mC的重塊，其質(zhì)心都與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)相距rC，但相位差1800。因此，當(dāng)圓盤(pán)7、8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，mC的離心力FC便構(gòu)成了一個(gè)可調(diào)的力偶矩FCLC，它與框架振擺面的夾角以C表示，軸9上端的指針15即用來(lái)指示FCLC的作用平面和方向，指針的指向即為FCLC的轉(zhuǎn)向，調(diào)節(jié)手輪18就可調(diào)節(jié)瞬時(shí)的C值。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將待平衡的專(zhuān)門(mén)轉(zhuǎn)子10架于兩個(gè)滾動(dòng)支撐13上，由主軸4帶動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量可以看成在所選的兩個(gè)平衡校正面T和T內(nèi)，由向量半徑分別為r0和r0的兩個(gè)不平衡質(zhì)量m0和m0所產(chǎn)生。平衡時(shí)可先令校正面T通過(guò)

9、振擺軸線(xiàn)OX，如圖中所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)以后，T面上的的離心力F10所產(chǎn)生的力矩為零，不引起框架的振動(dòng)，而T面上的不平衡量m0產(chǎn)生的離心力F10對(duì)振擺軸線(xiàn)OX形成力矩M0，使框架發(fā)生振動(dòng)，其大小為：M0F10Lcos圖2 JDK-1型動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)振幅可由指針20指示。同時(shí)主軸4帶動(dòng)齒輪6、5，因而圓盤(pán)7、8以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。FCLC對(duì)于OX軸也產(chǎn)生力偶矩MC，也直接影響框架的振動(dòng)。這樣就產(chǎn)生了補(bǔ)償質(zhì)徑積mCrC的力偶矩MC，其大小為MCFCLCcosC。因此，使框架產(chǎn)生繞OX軸振動(dòng)的合力矩大小為：MM0MC當(dāng)M0時(shí)，框架便靜止不動(dòng)，此時(shí)M0的方向和MC的方向相反，故：MM0MCF10LFCLCco

10、sC則 F10LFCLCcosC0即 m0r0LcosmCrCcosC0滿(mǎn)足上式的條件為：= （1）C （2）所以，通過(guò)移動(dòng)圓盤(pán)8來(lái)調(diào)節(jié)LC滿(mǎn)足（6-1）式條件，移動(dòng)齒輪6來(lái)調(diào)節(jié)C滿(mǎn)足（2）式條件，當(dāng)兩條件都滿(mǎn)足以后框架便靜止不動(dòng)。此時(shí)將動(dòng)平衡機(jī)所指示的LC值代入（1）式，便可求得m0r0的大小。因?yàn)椋?-1）式中的mCrC和L是動(dòng)平衡機(jī)已知的參數(shù)，故可寫(xiě)成：m0r0CLC當(dāng)選定所加平衡質(zhì)量的半徑r0后，m0即可確定：= （3）根據(jù)（3）式即可確定平衡質(zhì)量的大小。相位的確定是這樣的：當(dāng)滿(mǎn)足機(jī)器平衡條件后使機(jī)器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將指針15轉(zhuǎn)到與OX軸線(xiàn)垂直的方向上，此時(shí)m0的相位必定在T校正面的垂直方向

11、上，然后根據(jù)補(bǔ)償力偶矩的已知方向，選擇與力偶方向相反方向即為平衡重量m0所在的實(shí)際相位了。適當(dāng)選擇r0，即可求得m0，對(duì)T校正面的平衡也按同樣的方法進(jìn)行，從而完成對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子的平衡。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 充分了解試驗(yàn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和各部分的作用以及調(diào)整的方法和順序。2. 記錄所用試驗(yàn)機(jī)的固有參數(shù)C。3. 調(diào)節(jié)手輪17使指針16所指示的LC值為零，在無(wú)轉(zhuǎn)子的條件下啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)框架應(yīng)無(wú)振動(dòng)，指針20所指示的振幅也應(yīng)為零。4. 將轉(zhuǎn)子裝在主軸4上，啟動(dòng)電機(jī)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)T校正面應(yīng)與OX支撐軸在同一個(gè)垂直面內(nèi)，框架只是在T校正面內(nèi)的不平衡重徑積作用下開(kāi)始振擺，此時(shí)的振擺是單一的M0作用的結(jié)果。5. 調(diào)節(jié)手

12、輪17，使圓盤(pán)8上升一初距LC，此時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償力偶矩MC，框架的振擺作用力矩就不是單一的，而是M0和MC的合成。6. 調(diào)節(jié)手輪18，改變補(bǔ)償力矩MC的相位，使C，此時(shí)振幅指示應(yīng)相對(duì)最小。7. 再仔細(xì)調(diào)節(jié)手輪17，改變LC的大小，直到振幅為零滿(mǎn)足CLCm0r0的條件，此時(shí)記下LC的值。8. 計(jì)算m0r0的值。m00CLC9. 選擇r0的大小（測(cè)量T面圓弧槽中心到轉(zhuǎn)軸的距離），計(jì)算m0的值。10. 在天平上稱(chēng)得一份質(zhì)量為m0的重塊（螺栓加橡皮泥的重），加在槽的中心并緊固。啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)框架又振動(dòng)起來(lái)，這時(shí)的振動(dòng)作用力矩完全是由MC所致，因?yàn)镸0已被m0r0所平衡。此時(shí)調(diào)節(jié)手輪17，使Lc0，框

13、架應(yīng)無(wú)振動(dòng)。11. 掉轉(zhuǎn)專(zhuān)門(mén)轉(zhuǎn)子方向，再用同樣的步驟和方法平衡T面，整個(gè)轉(zhuǎn)子才被完全平衡好。五、 注意事項(xiàng)：1. 要注意安全，安裝轉(zhuǎn)子及重塊螺栓一定要裝牢固，以免脫開(kāi)傷人。2. 框架的平衡指示20不可能一點(diǎn)不動(dòng)，只要振幅小于1mm左右，即認(rèn)為平衡。3. 用天平稱(chēng)重時(shí)，應(yīng)精確到0.1g。4. 填好實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回答報(bào)告中的思考題。實(shí)驗(yàn)四 機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解位移、速度、加速度的測(cè)定方法；角位移、角速度、角加速度的測(cè)定方法；轉(zhuǎn)速及回轉(zhuǎn)不勻率的測(cè)定方法；2、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，初步了解“MEC-B機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發(fā)生器（或稱(chēng)角度傳感器）的基本原理，并掌

14、握它們的使用方法；3、 通過(guò)比較理論運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖與實(shí)測(cè)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖的差異，并分析其原因，增加對(duì)速度、角速度，特別是加速度、角加速度的感性認(rèn)識(shí)；4、 比較曲柄導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的性能差別。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本試驗(yàn)的試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，它由以下設(shè)備組成：實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)光電脈沖編碼器同步脈沖發(fā)生器MEC-B機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀磁帶記錄儀CRT顯示器四色繪圖儀圖1 MECB機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1、實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)； 2、MEC-B機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀；3、PP-40四色繪圖儀；4、磁帶記錄儀（普通家用錄音機(jī)）；5、光電脈沖編碼器（也可采用其它各種數(shù)字式或模擬式傳感器）；6、同步脈沖發(fā)生器（或稱(chēng)角度傳感器）。三、工作原理1

15、、 實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)配套的為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及曲柄導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)（也可采用其它各類(lèi)實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)），其原動(dòng)力采用直流調(diào)速電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速可在03600r/min范圍作無(wú)級(jí)調(diào)速。經(jīng)蝸桿蝸輪減速器減速，機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速為0120 r/min。1同步脈沖發(fā)生器 2.蝸輪減速器 3曲柄 4連桿 5電機(jī) 6滑塊7齒輪 8光電脈沖編碼器 9導(dǎo)塊 10導(dǎo)桿圖2 實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2所示為實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，利用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊推動(dòng)光電脈沖編碼器，輸出與滑塊位移相當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，經(jīng)測(cè)試儀處理后將可得到滑塊的位移、速度及加速度。圖6-4（a）為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，圖6-4（b）為曲柄導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，后者是前者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改裝而得到

16、的，在本裝置中已配有改裝所必備的零件。2、 MEC-B機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀MECB型機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)量的測(cè)量為主，具有較強(qiáng)通用性的智能化儀器。其結(jié)構(gòu)和原理詳見(jiàn)后面所附MECB型機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀使用說(shuō)明書(shū)。以本測(cè)試儀為主體的整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示。圖3 測(cè)試系統(tǒng)原理圖在實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滑塊的往復(fù)移動(dòng)通過(guò)光電脈沖編碼器轉(zhuǎn)換輸出具有一定頻率（頻率與滑塊往復(fù)速度成正比），05V電平的兩路脈沖，接入測(cè)試儀數(shù)字量通道由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。也可采用模擬傳感器，將滑塊位移轉(zhuǎn)換為電壓值，接入測(cè)試儀模擬通道，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。測(cè)試儀具有內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種采樣方式。（詳見(jiàn)操作說(shuō)明書(shū)

17、）當(dāng)采用內(nèi)觸發(fā)方式時(shí)，可編程定時(shí)器按操作者所置入的采樣周期要求輸出定時(shí)觸發(fā)脈沖。同時(shí)微處理器輸出相應(yīng)的切換控制信號(hào)，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)對(duì)鎖存器或采樣保持器發(fā)出定時(shí)觸發(fā)信號(hào)，將當(dāng)前計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值或模擬傳感器的輸出電壓值保持。經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，由可編程并行口或A/D轉(zhuǎn)換讀入微處理器中，并按一定格式存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)RAM區(qū)中。若采用外觸發(fā)采樣方式，可通過(guò)同步脈沖發(fā)生器將機(jī)構(gòu)曲柄的角位移（20、40、60、80、100）信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，并通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換發(fā)出采樣觸發(fā)信號(hào)。利用測(cè)試儀的外觸發(fā)采樣功能，可獲得以機(jī)構(gòu)主軸角度變化為橫坐標(biāo)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖。機(jī)構(gòu)的速度、加速度數(shù)值由位移經(jīng)數(shù)值微分和數(shù)字濾波得到。與傳統(tǒng)的

18、RC電路測(cè)量法或分別采用位移、速度、加速度測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)相比，具有測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠、附加相位差小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。本測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果不但可以以曲線(xiàn)形式輸出，還可以直接打印出各點(diǎn)數(shù)值，克服了以往測(cè)試方法必須對(duì)記錄曲線(xiàn)進(jìn)行人工標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理而帶來(lái)較大的幅值誤差和相位誤差等問(wèn)題。MEC-B測(cè)試儀由于采用微處理機(jī)及相應(yīng)的外圍設(shè)備，因此在數(shù)據(jù)處理的靈活性和結(jié)果顯示、記錄、打印的便利、清晰、直觀等方面明顯優(yōu)于非微機(jī)化的同類(lèi)儀器。另外，操作命令采用代碼和專(zhuān)用鍵相結(jié)合，操作靈活方便，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作非常簡(jiǎn)單，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)稍作講解學(xué)生即可使用。3、 光電脈沖編碼器1. 燈泡2. 聚光鏡3. 光電盤(pán)4

19、. 光欄板5. 光敏管6. 主軸圖4 光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)原理圖光電脈沖編碼器又稱(chēng)增量式光電編碼器，它是采用圓光柵通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將軸轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)的器件。它由燈泡，聚光透鏡、光電盤(pán)、光欄板、光敏管和光電整形放大電路組成。光電盤(pán)和光欄板是用玻璃材料經(jīng)研磨、拋光制成。在光電盤(pán)上用照相腐蝕法制成有一組徑向光柵，他們與光電盤(pán)透光條紋的重合性差1/4周期。光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)聚光鏡聚光后，發(fā)出平行光。當(dāng)主軸帶動(dòng)光電盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏管就接收到光線(xiàn)亮、暗變化的信號(hào)，引起光敏管所通過(guò)的電流發(fā)生變化，輸出兩路相位差90的近似正弦波信號(hào)，它們經(jīng)放大、整形得到兩路相位差90的主波d和d。d路信號(hào)經(jīng)微分后加到兩個(gè)

20、與非門(mén)輸入端作為觸發(fā)信號(hào)；d路經(jīng)反向器反向后得到兩個(gè)相位相反的方波信號(hào)，分別送到與非門(mén)剩下的兩個(gè)輸入端作為門(mén)控信號(hào)，與非門(mén)的輸入端即為光電脈沖編碼器的輸出信號(hào)端，可與雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)的加、減觸發(fā)端相接。當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)向?yàn)檎龝r(shí)（如順時(shí)針），微分器取出d的前沿，與非門(mén)1打開(kāi)，輸出一負(fù)脈沖，計(jì)數(shù)器作加計(jì)數(shù)；當(dāng)轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)時(shí)，微分器取出d的另一前沿，與非門(mén)2打開(kāi)，輸出一負(fù)脈沖，計(jì)數(shù)器作減計(jì)數(shù)。某一時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，即表示該時(shí)刻光電盤(pán)（即主軸）相對(duì)于光敏管位置的角位移量。微分器與非門(mén)2均衡放大器整形電路光敏管1反相器與非門(mén)1整形電路均衡放大器光敏管2圖5 光電脈沖編碼器電路原理框圖四、操作步驟1、 滑塊位移、速

21、度、加速度測(cè)量（1） 將PP40四色繪圖儀接入測(cè)試儀后板插座，打開(kāi)CRT電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)面板電源開(kāi)關(guān)，數(shù)碼管顯示“P”，適當(dāng)調(diào)整CRT亮度與對(duì)比度。若環(huán)境溫度超過(guò)30應(yīng)打開(kāi)風(fēng)扇開(kāi)關(guān)。（2） 調(diào)整同步脈沖發(fā)生器接頭與分度盤(pán)位置，使分度盤(pán)片插入同步脈沖發(fā)生器探頭的槽內(nèi)。撥動(dòng)聯(lián)軸器使分度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)20度（即一個(gè)光柵）測(cè)試儀上的綠色指示燈閃爍一次，每轉(zhuǎn)一圈紅燈閃爍一次。一般第一次調(diào)好后即可，不需每次都調(diào)。（3） 將光電編碼器輸出5芯插頭及同步脈沖發(fā)生器輸出插頭分別插入測(cè)試儀5通道及9通道插座，在LED數(shù)碼顯示器上鍵入005512（T12×0.1ma即代表采樣周期，T12為0199間任一整數(shù)）

22、。若采用外觸發(fā)（即定角度）采樣方式，則鍵入0455T1T2（T1=15分別表示觸發(fā)角為20、40、60、80、100）。（4） 啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，在機(jī)構(gòu)電源接通前應(yīng)將電機(jī)調(diào)速電位器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至最低速位置，然后再接通電源，并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速電位器，使轉(zhuǎn)數(shù)逐漸加速至所需值（否則易燒斷保險(xiǎn)絲，甚至損壞調(diào)速器），待機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，按EXEC鍵，儀器進(jìn)入采樣狀態(tài)。采樣結(jié)束后，在CRT顯示屏上顯示位移變化曲線(xiàn)。采樣結(jié)束后先將電機(jī)調(diào)速至“零速”，然后再關(guān)閉機(jī)構(gòu)電機(jī)，按MON鍵退出采樣狀態(tài)。（5） 脈沖當(dāng)量設(shè)定鍵入4050.05后，按EXEC鍵，然后按MON鍵。“0.05”為光電脈沖編碼器的脈沖當(dāng)量，它是按以下公式計(jì)算

23、出來(lái)的。脈沖當(dāng)量計(jì)算公式：M=N0.05026mm脈沖（取為0.05）式中M脈沖當(dāng)量齒輪分度圓直徑（現(xiàn)配齒輪16mm）N光電脈沖編碼器每周期脈沖數(shù)（現(xiàn)配編碼器N1000）（6） 位移、速度、加速度計(jì)算鍵入505nn采樣位移曲線(xiàn)周期數(shù)，一般為23 按EXEC鍵，儀器對(duì)通道已采集的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值微分、濾波、標(biāo)定等處理，待處理結(jié)束后在CRT顯示屏上顯示位移、速度、加速度變化曲線(xiàn)及有關(guān)特征值數(shù)據(jù)。（7） 打印按PRINT鍵，即可將屏幕內(nèi)容拷貝到打印機(jī)紙上打印結(jié)束后，按MON鍵退出當(dāng)前狀態(tài)。2、 角位移、角速度、角加速度測(cè)量本實(shí)驗(yàn)以曲柄為測(cè)試對(duì)象，其步驟如下：（1） 同步脈沖發(fā)生器調(diào)整方法同上。（2）

24、 將轉(zhuǎn)接線(xiàn)的5芯航空插頭接入測(cè)試儀第6通道，另一頭插入J1，,鍵入0066T1T2（定義同前）后按EXEC鍵。采樣結(jié)束后CRT顯示采樣角位移曲線(xiàn)。按MON鍵退出采樣。注：采用上述方法測(cè)曲柄角位移時(shí)，無(wú)外觸發(fā)采樣功能。（3） 脈沖當(dāng)量設(shè)定鍵入4062.0（2.0表示20）。（4） 角位移、角速度、角加速度計(jì)算鍵入506n后按EXEC。n意義同前。此時(shí)取值與曲柄轉(zhuǎn)速和采樣周期有關(guān)，應(yīng)加以計(jì)算后確定。一般可預(yù)置一個(gè)估計(jì)值計(jì)算后看一下角速度變化周期數(shù)，然后再重新計(jì)算即可。若采樣時(shí)T1T2與滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試時(shí)相同，則n值也同樣。（5） 打印同上一節(jié)。3、 轉(zhuǎn)速及回轉(zhuǎn)不勻率測(cè)試（1） 同1、2將同步脈沖發(fā)

25、生器調(diào)整好，并將5芯航空插頭插入9通道。（2） 轉(zhuǎn)速測(cè)量鍵入指令300 EXEC該指令執(zhí)行后，在LED顯示器上不斷間隔顯示被測(cè)軸當(dāng)時(shí)的平均轉(zhuǎn)速。按RESET鍵，結(jié)束測(cè)試過(guò)程，返回等待狀態(tài)“P”。（3） 回轉(zhuǎn)不勻率測(cè)試鍵入指令 3199T2 EXEC角度代碼T212345分 度 角20406080100轉(zhuǎn)速范圍（r/m）24003800412006160072000如上表，若鍵入T21則表示每隔20觸發(fā)采樣一次轉(zhuǎn)速值，所測(cè)各點(diǎn)速度值即為采樣瞬時(shí)被測(cè)軸每轉(zhuǎn)過(guò)20的平均值；若鍵入T2=5，則表示每轉(zhuǎn)過(guò)100的平均值。顯而易見(jiàn)，對(duì)同一被測(cè)軸，若存在有回轉(zhuǎn)不勻問(wèn)題，則鍵入T2=1與T2=5所得結(jié)果是有所

26、差別的。被測(cè)軸回轉(zhuǎn)越不穩(wěn)定，它們的差別一般越大。T2應(yīng)取多少，由具體情況而定。在允許范圍內(nèi)T2應(yīng)取盡可能小。測(cè)時(shí)結(jié)束后，在CRT上顯示回轉(zhuǎn)不勻率動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)及特征值。打?。喊碢RINT鍵即可。實(shí)驗(yàn)八 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)可分為初級(jí)實(shí)驗(yàn)和高級(jí)實(shí)驗(yàn)，分兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。初級(jí)實(shí)驗(yàn)是用不同的構(gòu)件搭建指定的機(jī)構(gòu)，從而驗(yàn)證相關(guān)基本理論知識(shí)；高級(jí)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容是進(jìn)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)及分析。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?初級(jí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橄旅娴模?）、（2）、（3），高級(jí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橄旅娴模?）、（5）。 （1）觀察以不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況，從而掌握機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，加深對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)動(dòng)確定性的認(rèn)識(shí)； （2）加深對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)曲柄的存在條件、極限位置、極位夾角、擺角、傳動(dòng)角、壓力角、死點(diǎn)位置等與系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)相關(guān)的概念的理解；