JKY-ZS轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上JKY-ZS（塔輪式）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)及操作指導(dǎo)書轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)中慣性大小的量度。它取決于剛體的總質(zhì)量，質(zhì)量分布、形狀大小和轉(zhuǎn)軸位置。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單，質(zhì)量均勻分布的剛體，可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出它繞特定轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但對(duì)于形狀比較復(fù)雜，或質(zhì)量分布不均勻的剛體，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是非常困難的，因而大多采用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定，在涉及剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)電制造、航空、航天、航海、軍工等工程技術(shù)和科學(xué)研究中具有十分重要的意義。測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量常采用扭擺法或恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法，本實(shí)驗(yàn)采用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理和方法

2、。2、觀測(cè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨其質(zhì)量，質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸不同而改變的情況，驗(yàn)證平行軸定理。3、學(xué)會(huì)使用智能計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)間。二、實(shí)驗(yàn)原理1、恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理根據(jù)剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律： （1）只要測(cè)定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的總合外力矩M及該力矩作用下剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，則可計(jì)算出該剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。設(shè)以某初始角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的空實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I1，未加砝碼時(shí)，在摩擦阻力矩M的作用下，實(shí)驗(yàn)臺(tái)將以角加速度1作勻減速運(yùn)動(dòng)，即： （2）將質(zhì)量為m的砝碼用細(xì)線繞在半徑為R的實(shí)驗(yàn)臺(tái)塔輪上，并讓砝碼下落，系統(tǒng)在恒外力作用下將作勻加速運(yùn)動(dòng)。若砝碼的加速度為a，則細(xì)線所受張力為T= m (g a)。若此時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的角加速

3、度為2，則有a= R2。細(xì)線施加給實(shí)驗(yàn)臺(tái)的力矩為MT =T R= m (g R2) R，此時(shí)有： （3）將（2）、（3）兩式聯(lián)立消去M后，可得： （4）同理，若在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上加上被測(cè)物體后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I2，加砝碼前后的角加速度分別為3與4，則有： （5）由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的迭加原理可知，被測(cè)試件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I為： （6）測(cè)得R、m及1、2、3、4，由（4），（5），（6）式即可計(jì)算被測(cè)試件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2、的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中采用智能計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)錄遮擋次數(shù)和相應(yīng)的時(shí)間。固定在載物臺(tái)圓周邊緣相差角的兩遮光細(xì)棒，每轉(zhuǎn)動(dòng)半圈遮擋一次固定在底座上的光電門，即產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)光電脈沖，計(jì)數(shù)器計(jì)下遮檔次數(shù)k和相應(yīng)的時(shí)間t。若從第

4、一次擋光（k=0，t=0）開始計(jì)次，計(jì)時(shí)，且初始角速度為0，則對(duì)于勻變速運(yùn)動(dòng)中測(cè)量得到的任意兩組數(shù)據(jù)（km，tm）、（kn，tn），相應(yīng)的角位移m、n分別為： (7) (8)從（7）、（8）兩式中消去0，可得： （9）由（9）式即可計(jì)算角加速度。3、平行軸定理理論分析表明，質(zhì)量為m的物體圍繞通過(guò)質(zhì)心O的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I0最小。當(dāng)轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)距離d后，繞新轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （10）圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)組合儀三、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)組合儀簡(jiǎn)介1、ZKY-ZS轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀如圖1所示，繞線塔輪通過(guò)特制的軸承安裝在主軸上，使轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力矩很小。塔輪半徑為15，20，25，30，35m

5、m共5擋，可與大約5g的砝碼托及1個(gè)5g，4個(gè)10g的砝碼組合，產(chǎn)生大小不同的力矩。載物臺(tái)用螺釘與塔輪連接在一起，隨塔輪轉(zhuǎn)動(dòng)。隨儀器配的被測(cè)試樣有1個(gè)圓盤，1個(gè)圓環(huán)，兩個(gè)圓柱；試樣上標(biāo)有幾何尺寸及質(zhì)量。便于將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)試值與理論計(jì)算值比較。圓柱試樣可插入載物臺(tái)上的不同孔，這些孔離中心的距離分別為45,60,75,90,105mm，便于驗(yàn)證平行軸定理。鋁制小滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比可忽略不記。一只光電門作測(cè)量，一只作備用，可通過(guò)智能計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器上的按鈕方便的切換。2、智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器（簡(jiǎn)稱TD）簡(jiǎn)介及技術(shù)指標(biāo)（1）主要技術(shù)指標(biāo)：時(shí)間分辨率（最小顯示位）為0.0001秒，誤差為0.004，最大功耗

6、0.3W。（2）智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器簡(jiǎn)介智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器配備一個(gè)9V穩(wěn)壓直流電源。智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器：9V直流電源輸入段端；122 X 32 點(diǎn)陣圖形LCD；三個(gè)操作按鈕：模式選擇/查詢下翻按鈕、項(xiàng)目選擇/查詢上翻按鈕、確定/暫停按鈕；四個(gè)信號(hào)源輸入端，兩個(gè)4孔輸入端是一組，兩個(gè)3孔輸入端是另一組，4孔的A通道同3孔的A通道同屬同一通道，不管接那個(gè)效果一樣，同樣4孔的B通道和3孔的B通道統(tǒng)屬同一通道。 4孔輸入端 (主板座子) 3孔輸入端（主板座子） 電源接口（主板座子）注意：1.有A、B兩通道，每通道都各有兩個(gè)不同的插件（分別為電源5V的光電門4芯和電源9V的光電門3芯），同一通道不同插件的的關(guān)系是互斥

7、的，禁止同時(shí)接插同一通道不同插件。2.本實(shí)驗(yàn)只備有3孔信號(hào)連接線，所以只須連接3孔的信號(hào)源輸入端。3.A、B通道可以互換，如為單電門時(shí)，使用A通道或B通道都可以，但是盡量避免同時(shí)插A、B兩通道，以免互相干擾。4.如果光電門被遮擋時(shí)輸出的信號(hào)端是高電平，則儀器是測(cè)脈沖的上升前沿間時(shí)間。如光電門被遮擋時(shí)輸出的信號(hào)端是低電平，則儀器是測(cè)脈沖的上升后沿間時(shí)間的。（3）模式種類及功能：該智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器共有五種測(cè)試模式，本實(shí)驗(yàn)只用計(jì)時(shí)模式，以下為其測(cè)試項(xiàng)目圖解。計(jì)時(shí) 測(cè)量信號(hào)輸入：11單電門： 測(cè)試單電門連續(xù)兩脈沖間距時(shí)間。 12多脈沖： 測(cè)量單電門連續(xù)脈沖間距時(shí)間，可測(cè)量99個(gè)脈沖間距時(shí)間 13雙電門：

8、 測(cè)量?jī)蓚€(gè)電門各自發(fā)出單脈沖之間的間距時(shí)間。 14單擺周期：測(cè)量單電門第三脈沖到第一脈沖間隔時(shí)間。 15時(shí)鐘： 類似跑表，按下確定則開始計(jì)時(shí)。注意：本實(shí)驗(yàn)只用計(jì)時(shí)測(cè)試模式，而且測(cè)試項(xiàng)目名稱和序號(hào)下只選擇“12多脈沖”選項(xiàng)。（3）智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器操作：通電開機(jī)后LCD顯示“成都世紀(jì)中科 智能計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器”畫面延時(shí)一段時(shí)間后，顯示操作界面，并操作如下：1) 下行為測(cè)試模式名稱和序號(hào)，按模式選擇/查詢下翻按鈕可選擇測(cè)試模式。本實(shí)驗(yàn)只用到計(jì)時(shí)測(cè)試模式即“1 計(jì)時(shí) ” （第一個(gè)顯示的即為此模式，可不按模式選擇/查詢下翻按鈕）；2) 上行為測(cè)試項(xiàng)目名稱和序號(hào)，按項(xiàng)目選擇/查詢上翻按鈕可選擇測(cè)試項(xiàng)目。本實(shí)驗(yàn)在計(jì)

9、時(shí)測(cè)試模式即在“1 計(jì)時(shí) ”模式下，按項(xiàng)目選擇/查詢上翻按鈕選擇“12多脈沖 ”；3) 選擇好測(cè)試項(xiàng)目后，按確定/暫停按鈕，LCD將顯示“選A通道測(cè)量 ” ，然后通過(guò)按模式選擇/查詢下翻按鈕或項(xiàng)目選擇/查詢上翻按鈕進(jìn)行A或B通道的選擇，選擇好后再次按下確定/暫停按鈕即可開始測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中將顯示“測(cè)量中*”，測(cè)量完成后再次按下確定/暫停按鈕LCD將自動(dòng)顯示測(cè)量值。4) 數(shù)據(jù)查閱和記錄：該項(xiàng)目有幾組數(shù)據(jù)，可按模式選擇/查詢下翻按鈕或項(xiàng)目選擇/查詢上翻按鈕進(jìn)行查閱和記錄，再次按下確定/暫停按鈕退回到項(xiàng)目選擇界面。如未測(cè)量完成就按下確定/暫停按鈕，則測(cè)量停止，將根據(jù)已測(cè)量到的內(nèi)容進(jìn)行顯示，再次按下確

10、定/暫停按鈕將退回到測(cè)量項(xiàng)目選擇界面。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備在桌面上放置ZKY-ZS轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀，并利用基座上的三顆調(diào)平螺釘，將儀器調(diào)平。將滑輪支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面邊緣，調(diào)整滑輪高度及方位，使滑輪槽與選取的繞線塔輪槽等高，且其方位相互垂直，如圖1所示。并且用數(shù)據(jù)線將智能計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中A(或B)通道與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀其中一個(gè)光電門相連。2、測(cè)量并計(jì)算實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I1（1）測(cè)量1通電開機(jī)后LCD顯示“成都世紀(jì)中科 智能計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器”歡迎界面延時(shí)一段時(shí)間后，顯示操作界面：1) 選擇“計(jì)時(shí) 12 多脈沖”。2) 選擇通道。3) 用手輕輕撥動(dòng)載物臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)有一初始轉(zhuǎn)速并在摩擦阻力矩作用下作勻減速

11、運(yùn)動(dòng)。4) 按確定/暫停按鈕進(jìn)行測(cè)量。5) 載物盤轉(zhuǎn)動(dòng)6-8圈后按確定/暫停按鈕停止測(cè)量。6) 查閱數(shù)據(jù)，并將查閱到的數(shù)據(jù)記入表1中；采用逐差法處理數(shù)據(jù)，將第1和第5組，第2和第6組,分別組成4組，用（9）式計(jì)算對(duì)應(yīng)各組的1值，然后求其平均值作為1的測(cè)量值。7、按確定/暫停按鈕后返回“計(jì)時(shí) 12 多脈沖”界面。（2）測(cè)量21) 選擇塔輪半徑R及砝碼質(zhì)量m，將一端打結(jié)的細(xì)線沿塔輪上開的細(xì)縫塞入，并且不重疊的密繞于所選定半徑的輪上，細(xì)線另一端通過(guò)滑輪后連接砝碼托上的掛鉤，用手將載物臺(tái)穩(wěn)?。?) 重復(fù)（1）中的2、3、4步3) 釋放載物臺(tái)，砝碼重力產(chǎn)生的恒力矩使實(shí)驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)；記錄8組數(shù)據(jù)后停

12、止測(cè)量。查閱、記錄數(shù)據(jù)于表1中并計(jì)算2的測(cè)量值。由（4）式即可算出I1的值。3、測(cè)量并計(jì)算實(shí)驗(yàn)臺(tái)放上試樣(盤、臺(tái)、柱)后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I2 ，計(jì)算試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I并與理論值比較將待測(cè)試樣放上載物臺(tái)并使試樣幾何中心軸與轉(zhuǎn)軸中心重合，按與測(cè)量I1同樣的方法可分別測(cè)量未加法碼的角加速度3與加砝碼后的角加速度4。由（5）式可計(jì)算I2的值，已知I1 、I2 ，由（6）式可計(jì)算試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I 。已知圓盤、圓柱繞幾何中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值為： (11)圓環(huán)繞幾何中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值為： (12) 計(jì)算試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值并與測(cè)量值比較，計(jì)算測(cè)量值的相對(duì)誤差： (13) 4、驗(yàn)證平行軸定理將兩圓柱體對(duì)稱插

13、入載物臺(tái)上與中心距離為d的圓孔中，測(cè)量并計(jì)算兩圓柱體在此位置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。將測(cè)量值與由（11）、（10）式所得的計(jì)算值比較，若一致即驗(yàn)證了平行軸定理。數(shù)據(jù)記錄表格與測(cè)量計(jì)算實(shí)例轉(zhuǎn)角時(shí)間間外力矩剛體K1=1K2=2K3=3K4=4K5=5K6=6K7=7K8=8（S-2）(i=1、2、)(kgm2)t1（s）t2（s）t3（s）t4（s）t5（s）t6（s）t7（s）t8（s）空臺(tái)無(wú)0.634 1.274 1.920 2.573 3.232 3.897 4.568 5.247 -0.072 0.00666有0.675 1.214 1.676 2.087 2.461 2.807 3.129 3.43

14、4 1.931 臺(tái)+盤無(wú)=有臺(tái)+環(huán)無(wú)0.561 1.125 1.691 2.260 2.832 3.406 3.983 4.562 -0.045 =0.01191有0.898 1.617 2.232 2.781 3.281 3.743 4.175 4.583 1.077 臺(tái)+柱d1 =6cm無(wú)0.717 1.440 2.171 2.909 3.654 4.408 5.170 5.940 -0.058 0.00791有0.760 1.358 1.868 2.321 2.732 3.112 3.466 3.799 1.630 d2 =9cm無(wú)有注：是用逐差法選取數(shù)據(jù)計(jì)算（4個(gè)i）的平均值。其他有關(guān)

15、參數(shù)的測(cè)量：砝碼的質(zhì) m = 54.7 (g)， 繞線輪半徑R = 2.5 (cm)；圓盤的質(zhì)量m盤= (g)，圓盤的直徑 d盤= 24.0 (cm)；圓環(huán)的質(zhì)量m環(huán)= 421.8 (g)，圓環(huán)的內(nèi)徑 d內(nèi)= 21.0 (cm)，圓環(huán)的外徑d外= 24.0 (cm)；小圓柱質(zhì)量m柱= 166 (g)，小圓柱直徑 d柱= 3.0 (cm)。1、將表中數(shù)據(jù)代入（4）式可計(jì)算空實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I1（） =6.66×10-3 kgm22、將表中數(shù)據(jù)代入（5）式可計(jì)算實(shí)驗(yàn)臺(tái)放上圓環(huán)后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I2=11.91×10-3 kgm2 由（6）式可計(jì)算圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量值 I環(huán) =5.2

16、5×10-3 kgm2 由（12）式可計(jì)算圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值 I環(huán)理=5.36×10-3 kgm2由（13）式可計(jì)算測(cè)量的相對(duì)誤差 =2.05%3、將表中數(shù)據(jù)代入（5）式可計(jì)算實(shí)驗(yàn)臺(tái)放上兩圓柱后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I2（I1臺(tái)+柱）=7.91×10-3 kgm2 由（6）式可計(jì)算單個(gè)圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量值I柱1=(I2- I1)= 0.63×10-3 kgm2 即I柱1=( I1臺(tái)+柱- I臺(tái)) 由（11）、（10）式可計(jì)算兩圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值I柱理=0.62×10-3 kgm2 由（13）式可計(jì)算測(cè)量的相對(duì)誤差 =1.61%說(shuō)明：1、試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是根據(jù)公式I=I2-I1 間接測(cè)量而得，由標(biāo)準(zhǔn)誤差的傳遞公式有。當(dāng)試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，誤差的傳遞可能使測(cè)量的相對(duì)誤差增大。2、理論上，同一待測(cè)樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不隨轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的變化而變化。改變塔輪半徑或砝碼質(zhì)量（五個(gè)塔輪，五個(gè)砝碼）可得到25種組合，形成不同的力矩?？筛淖儗?shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)量并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索其規(guī)律，尋求發(fā)生誤差的原因，探索測(cè)量的最佳條件。注意事項(xiàng)一、 開始必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀處于水平狀態(tài)；二、 細(xì)線纏繞時(shí)，盡量均勻分布，不要有絞纏；