机构运动参数测试综合实验.doc

机构运动参数测试综合实验实验任务书北京邮电大学自动化学院机械基础实验室芦娜 二OO三年十月一、实验目的1、通过对机构运动参数测试的实验方案规划、设计，培养学生的综合设计、创新设计的能力，训练学生提出问题、实际解决问题的能力和素质。2、通过机构运动参数测试实验，掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如位移、速度和加速度（包括角位移、角速度和角加速度）的实验测试方法。3、掌握原动件运动规律不变，改变机构各构件尺寸，测量从动件的运动参数的测量方法。4、通过利用传感器、工控机等设备进行实验操作，训练掌握现代化的实验测试手段和方法，增强工程实践能力。5、通过进行实验结果与理论数据的比较，分析误差产生的原因，增强工程意识。 二、实验内容及方式机构运动参数测试综合实验是以摆动导杆机构、曲柄滑块机构和双曲柄机构等典型连杆机构作为被测对象，通过运用传感器、数据采集卡、控制箱、示波器和工控机（计算机）等先进的技术手段对机构进行：位移、速度和加速度（角位移、角速度、角加速度）的运动测试，并进行运动分析。为了将理论更好地联系实际，在实验中必须将实验检测结果与理论数据进行对比，并从中分析实验误差产生的原因及其主要影响因素。因此，实验前需要按实验指导书规定的特定检测对象及其原始数据，通过在计算机上进行理论计算，求解理论数据，然后方可进行实验。在进行实验操作之前，学生需要通过阅读实验装置的使用说明书，熟悉实验装置的工作原理和仪器仪表的使用操作方法。规划设计实验实施的具体方案，绘制实验装置原理框图，然后才能进行独立实验操作。实验后需恢复整理实验装置并完成实验报告。三、实验特点该实验以培养学生的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标。建立了新型的设计型、搭接型、综合性的实验模式。本实验提供多种搭接设备，学生可根据功能要求，自己进行方案设计，并将自己设计的方案亲手组装成实物模型。并可随时改进设计方案，从而培养学生的创造性和正确的设计理念。实验装置由曲柄滑块、双曲柄和摆动导杆等典型的运动机构组成；另外，部分构件尺度参数可调，突出了测试机构的尺寸参数的多变性，如：在曲柄滑块机构中设计了偏心块构件，可将对心式曲柄滑块机构变为偏置式曲柄滑块机构；在双曲柄机构中，可调节连杆尺寸使之变为平行四边形机构等。以巩固学生在课堂中所学知识，使之产生感性认识，增加对机械学研究的兴趣。四、实验装置1 实验装置主要技术参数（1）电机参数：直流电机额定功率和电机转速功率：40W电机转速：1250-1550r/min直齿轮减速箱速比：36（摆动导杆、双曲柄机构）20（曲柄滑块机构）输出转速：n1=35r/min （摆动导杆、双曲柄机构）n1=63r/min （曲柄滑块机构）（2）传感器 线位移传感器2个（曲柄滑块机构）型号：WDL1002 ； 精度：独立线性度0.5% ； 量程：100mm； 角位移传感器1个（摆动导杆机构）型号：WD35D4 ； 精度：独立线性度0.1% ； 量程：003400； 光电编导器1个（双曲柄机构）型号：LEC102.4BMG05E ； 精度：1024脉冲/周； 量程：003600； 速度传感器2个（曲柄滑块机构）型号：SD-100 ； 精度：1%； 量程：100 mm/s； 加速度传感器2个（曲柄滑块机构）型号：CAYD-117 ； 精度：独立线性度0.1%；（3）实验装置主要构件和部件基本参数机构运动参数测试实验装置电机支撑件：1个底板：长宽高 34045020曲柄滑块机构如图1所示，各杆长度如下：曲柄：lAB=50mm（35mm）；连杆：lBC=160mm；偏距：e=20mm；曲柄转速：n1=63r/min；图1双曲柄机构如图2所示，各杆长度如下：主动曲柄 lAB=50mm（35mm）；从动曲柄 lCD=90mm（50mm）；连杆 lBC=90mm（30mm）；机架 lAD=30mm；曲柄AB转速 n1=35r/min；图2 摆动导杆机构如图3所示，各杆长度如下：曲柄 lAB=50mm（35mm）；机架 lAC=150mm；曲柄转速 n1=35r/min；图3（4）控制箱：1个；（5）实验所需工具：木榔头：1把；内六角板子：3#（1个）；4#（1个）；6#（1个）；小改锥：1把；活板子：1把；钢板尺：1把；（6）示波器（二通道示波器）：1台；（7）电源：220V/50HZ；2、实验数据采集系统软件说明PCI（或ISA）数据采集与分析系统是采用PCI（或ISA）数据采集卡进行数据采集并对所采得的数据进行分析的软件系统，下面简单介绍其启动步骤和使用方法：启动步骤：（1）打开计算机，进入WIN98操作系统；（2）寻找“快捷方式机构运动参数测试”图标，并双击该图标，即可进行该软件系统，其软件界面图如图4所示；图4软件界面图（3）点击相应实验机构的数据采集键，进入数据采集界面，可进行相关数据采集，数据采集界面如图5所示；3、数据采集界面使用方法：（1） 数据采集l 首先设定采样频率、采样点数；采样频率：推荐值为：0.05、0.1、0.2等；（根据经验）采样点数：推荐值为：500、1000等；（根据经验）l 设定采集通道号；（中断号和DMA通道号与数据采集卡的硬件必须匹配，因此建议一般用户不要修改。）曲柄滑块、摆动导杆机构选择7#通道。双曲柄机构使用6#通道。l 单击“开始”按钮，进行位移数据采集。图5数据采集界面（2） 采集界面介绍：“开始”键：单击“开始”按钮，进行位移数据采集。“清除”键：单击“清除”按钮，可将波形显示窗口中的波形清除，并保留水平坐标线。“分析”键：当采集位移曲线成功后，单击“分析”按钮，可将位移、速度和加速度运动曲线输出到图形窗口上。如图6所示。“打开数据文件”键：选择“数据分析”菜单下的“打开数据文件”菜单，即弹出“打开数据文件”对话框，输入路径和文件名后单击“确定”按钮，即可在“记事本”中打开该数据语文件。“绘制数据文件”键：选择“数据分析”菜单下的“绘制数据文件”菜单，即弹出“绘制数据文件”对话框，设定路径和文件名后单击“确定”按扭，即可在波形显示窗口中绘制该数据文件。“分析计算”键：选择“数据分析”菜单下的“分析计算”菜单，即弹出“将分析结果保存为数据语文件”对话框，用户设定数据文件路径和名称后，单击“确定按钮”，关闭该对话框；系统将对当前采样数据文件进行分析计算，并将分析结果以波形图的方式显示在波形示窗口中，同时保存分析结果以便以后分析。“退出”键：单击“退出”，即可退出该软件系统。图6运动线图（3） 数据采集原理其实验原理：首先，机构在电机的驱动下运转起来，用传感器（角位移、线位移、加速度、光电传感器等）将机械量（如：位移、加速度）转变为电量。其次，通过控制箱中的数据采集卡对该信号进行采集，再将模拟量转变为数字量（完成模-数转换）。最后，通过开发的数据采集分析软件进行数据处理，将其转化为运动曲线（S-、v-和a-或-、-和-）并输出在工控机上。其运动曲线如图6所示。实验数据采集从开始启动-数据采集绘出运动曲线图的全部实验过程只需不到两分钟的时间。这与课堂上介绍的图解法和解析法相比较，充分体现出利用先进测试手段的高效、高速和高灵敏度的特点，体现出先进科学技术的强大威力。五、数据输出方式1、运动曲线输出当采用“数据采集与分析系统”进行数据输出时，学生可通过人机交互界面进行数据采集，系统将对当前采样数据文件进行分析计算，并将分析结果以运动曲线图（S-，v-，a-运动曲线图）的方式显示在波形显示窗口中，同时保存分析结果以便以后分析，并可将其打印出来，以便与理论曲线进行比较。2、示波器输出当同学的实验方案设计，最终以示波器作为最后的输出环节时，同学可将实验机构搭接完毕，经检验无误后，将数据输出电缆一端插在电器控制箱相应输出端口，另一端在示波器的输入通道处，调节示波器显示频率和幅值，即可显示出相应机构的位移、速度和加速度运动曲线。六、实验任务测试内容任选一种1 曲柄滑块机构一个运动循环内，滑块位移S、速度v和加速度a与机构位置（曲柄转角）之间关系，并绘制S-、v-和a-线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选）2 双曲柄机构一个运动循环内，从动曲柄CD的角位移、角速度和角加速度与曲柄AB转角 关系，并绘制-、-和-线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选）3 摆动导杆机构一个运动循环内，摆杆角位移、角速度和角加速度与机构位置（曲柄转角）之间关系，并给制-、-和-线图。改变构件尺寸参数后，再进行测试。（自选）七、实验注意事项1 实验人员必须树立自我保护意识，实验中切实注意自身安全。2 实验前必须认真阅读实验设备和仪表的使用说明书，培养爱护仪器、设