实验四机构运动参数测试

1、实验四机构运动参数测试一、实验目的1通过运动参数测试实验，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；2.通过利用传感器、 工控机等先进的实验技术手段进行实验操作，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；3掌握原动件运动规律不变，改变机构各构件尺寸，从动件运动参数的测量方法；4通过进行实验结果和理论数据的比较，分析误差产生的原因，增强工程意识，树立正确的设计 理念。二、实验装置1实验装置的组成实验装置系统框图如图 1所示，它由以下几部分组成。2实验装置的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

2、实践能力为目标。打破了传统的演示 性、验证性、单一性实验的模式，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。形象直观，安装调整简捷，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。3实验装置的功用实验中，可组合出：曲柄滑块；双曲柄；摆动导杆；曲柄摇杆；滑块为输出构件的 简单的平面六杆机构（组合机构）：直动导杆凸轮机构；摆动凸轮机构和动力学调速实验台等多 种典型的运动机构；另外，各构件尺度参数可调，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

3、式曲柄滑块机构变位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。这样可增加学生的实验题目和测试目标，使同 学在实验中充分理解尺寸参数有、原动件运动规律等因素对机构运动学方面的影响，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，同时达到一机多用的目的。4实验装置主要技术参数1）电机额定功率和电机转速 机构运动参数测试实验装置电机参数： 功率： 40W 。电机转速： 1300r/min 。直齿轮减速箱速比： 1： 20。2）传感器线位移传感器（ 1 个）：型号： WDL 1002 ；精度：独立线性度0.5% ；量程：100mm ；角位移传感器

4、（ 1 个）：型号： WD35D 4 ；精度：独立线性度0.1% ；量程：003400；光电编导器（ 1 个）：型号： LEC102.4BM G05E ；精度： 1024 脉冲 /周；量程：003600；（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：460 X 330 x 30mm。 曲柄： L50（L35）： 1 个； L90（L50）： 2 个。 连杆： L30 ： 1 个 ； L160 ： 2 个； L90： 1个。 支撑座组件：中心高 120mm支撑座2个。 摆动导杆： 1 个。 滑块组件： 1 套。 传感器支撑架：角位移传感器支撑架：1个；

5、线位移传感器支撑架：1个；光电移传感器支撑架： 1 个。 凸轮： 1 个。 直动从动构件组件： 1 套。©摆动从动构件：1个。偏心调整块：4个。©13 偏心块： 2 块。（ 4）实验装置所需主要设备： 实验装置电器控制箱： 1 个。（ 5）实验所需工具：木榔头：1把；棍搬子：6# （1个）；小改锥：1把；活搬子：1把；钢板尺：1把。三、实验数据采集系统软件说明该实验采用美国 NI （美国国家仪器公司 NATIONAL INSTRUMENTS ，简称 NI ）数据采集卡， 进行数据采集； 利用 LabVIEW 图形化编程平台进行数据处理和图形输出。 其数据采集原理为： 首先，

6、 机构在电机的驱动下运转起来， 用传感器 （位移传感器、 角位移传感器、 光电传感器） 将机械量（如：位移、加速度）转变为电量，即电信号。其次，通过测试控制柜中的数据采集卡对该信号进行采集、分析，再将模拟量转变为数字量，即完成模一数转换。最后，通过LabVIEW进行程序处理将其转化为运动曲线并输出在计算机的屏幕上。LabVIEW 和以往那些基于文本的高级编程语言不同，它采用的是一种全新的数据流图编程方 式，即用形象的图标和连线来代替一行一行的文本，这种“画”程序的方法非常符合科学家和工程 师所习惯和常用的框图模块方法及思维方式。并且， LabVIEW 还具有大量的的特殊功能，是所有传 统高级编

7、程语言不具备的，在LabVIEW 中可直接调用编写好的 MATLAB代码，不必重写程序；同样，在LabVIEW中还可以调用 C语言编写的程序；此外， LabVIEW中还提供方便和实用的网络测 量数据传输、远程测量控制等网络功能。在我们的实验测试中正是利用了LabVIEW 的数据输入输出、数学运算、图像处理输出、函数运算等功能模块和“画”程序的特点，由学生自行进行数据采集、数据处理、图形输出的编程。这 样一来，首先可以开发学生各自的主观能动性和创新思维模式，其次，可以让学生通过实验熟悉 LabVIEW软件的一些常用功能和程序的编写方法，掌握先进的测试方法和手段。（1）测试控制柜的使用方法和操作说

8、明（ LabVIEW 7 Express 程序设计）A启动数据采集向导DAQ Assista nt1 ）接通电源，启动计算机，进入Windows开始界面。2 ）双击NI LabVIEW 7.1 图标，进入LabVIEW启动界面。3）单击New.，进入新建程序界面。4 ）选择Data Acquisition with NI-DAQmx .vi，单击OK，自动建立DAQ Assista nt图标，并进入 前面板Fro nt Pan el设计界面。LabVIEW启动界面Bl-uik VI& VI frw I-ewplst#A:6DMDell 处越 with. NIHDlUnE V3*i *I

9、nctrintTit I/O QGflB) Ka-id uidSlfiuI altdGqel&t札1百 ui.<i Disrpl«y14.d £<4 Fi丄电 md Bi spliiyeTutoriil (Gtit inc Stir ted.)Generate, Aiiklyr md Di E?l ly冲,fa -n -i<>Cr a riw.Bronsa Eor T«n>l-fet4.便Sa1财vl帖O Lire* di tlo£blv ,4it QprM出4別里m3* Qtlj囹簣 : : : :| sraF-|

10、新建程序界面前面板设计界面B、1)前面板设计在前面板区域，单击右键，显示控制Controls模板。占| Centri&lsQS tar ch JMum CtrlsBntt*nsNum IndsLEBsUser CtrlsText IndlsGraph. IndsAll Controls控制模板2）选择Graph In ds图标内含的Graph图标，拖至前面板适当位置后单击，即可建立一个形显示器。若要建立数字显示器，选择Num In ds图标内含的Num Ind图标。总 DnlkllEil 1 Fj：u.nl Puxiel *£lL« EditLoLs Erflvse

11、 Vmdflw K-elp书煙 测| 务I A”！沁囱FmlIiHVAEorn Gtr aptIO-,:SPEI-IIPI-Strie波形显示器3 ）显示器大小可通过拖动边框上的兰色方块进行调整。4 ）双击显示器左上角标签内容，可修改显示名称C、程序框图设计1）在状态栏单击Blok. 图标，进入Blok Diagram程序框图设计界面DA£! AssistaiitUnti tied 1 Block Di agramBlok Diagram 程序框图设计界面2）双击DAQ Assistant图标，进入数据采集向导界面数据采集向导界面选择An alog In put Voltage，输入

12、模拟量为电压信号。选择输入通道ai 0至ai 7，单击Finish按钮，进入任务设置界面任务设置界面设置电压输入范围，信号连接方式（差动或单端），采样方式、速度等。单击Test按钮，可进行信号米集、显示。单击0K，任务设置完毕，返回 程序框图设计界面。3）在程序框图空白处单击右键，显示Functions功能选择框。FunctionschInjutAnalysi eOutputUser Libra.Exec CtrlAri th/CompareAll Fimcti ons功能选择界面4） 选择Arith/compare数学运算图标，其中包括Time Domain时域运算，可进行信号的微分Diff

13、erential、积分Integral等运算。还包括Numeric数字运算，可进行加、减、乘、除、开方、倒数等运算以及设置Num con st常数图标。5）选图标在框图中排列整齐后，用光标靠近图标的输出端，光标自动变为接线工具，单击左 键即可将导线连接到另一图标的输入端。程序实例6）光标指到连线，单击右键，在下拉菜单中可选择 Create Wire Branch建立分支。也可将 连线直接引至另一连线，自动合并连接。7） 用光标选择某个对象，按Del键即可删除。D、运行程序1）单击Fro nt Pan el，返回前面板，单击Ru n按钮，运行程序。2 ）单击STOP按钮，程序停止运行，数据采集显

14、示如图。更多的LabVIEW 7 Express 程序设计方法可参考 Help。 PTIL 二 duYTin数据采集显示下面是曲柄滑块机构运动参数，按照上述步骤进行操作并将运动线图输出的例子。双击桌面上的“机构运动参数测试”进入数据采集程序界面（如图2）。点击程序界面中的相应运动参数测试功能按扭（如：曲柄滑块），进行数据采集程序运行后可见实时数据采集信号。机构运帥务敖值合创新测试疾脸I曲柄滑块I曲柄搖杆I取曲柄I平而六杆机构I摆动导杆I摆跡凸轮I亘动凸轮I曲柄滑块运动参数测试实验打速度&速度曲线盘度加速度曲线-2ftM-iooa-300a75 LOO 125 ISO l缶 ZQD图2数

15、据采集程序界面数据采集显示（2）数据输出方式当采用“数据采集和分析系统”进行数据输出时，学生可通过人一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（用屏幕硬拷贝方式，按下PrtScr键即可）方便以后分析，并可将其打印出来，以便和理论曲线进行比较。三、实验内容和步骤1、曲柄摇杆机构实验1）被测对象基本参数曲柄摇杆机构如图所示，各杆长度如下:曲柄：lAB=50mm( 35mm);连杆：lBc=160mm ;摇杆：lcD=90mm(50mm

16、);机架:lAD=180mm ;曲柄转速ni=65r/min2 ）测试内容个运动循环内， 摇杆角位移0、角速度3和角加速度£和机构位置（曲柄转角）之间关系,并给制0 - ：、3 - 和£ - -线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选）3 ）实验步骤实验原理图:曲柄摇杆机构实验原理图实验步骤:a.确定所选机构中构件的尺寸，正确搭接机构；b 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；c 打开计算机电源运行采集程序；d .由指导教师检查无误后，打开控制箱电源（黑色按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，

17、并进行运动线图输出；e. 调整曲柄长度或摇杆长度，重复第三项内容；f. 分别整理实验各项运动曲线数据，填写实验报告；g .实验报告填写前应事先根据已知尺寸算出0、3、£的值并画出当曲柄 30°时的运动线图。4 ）问题讨论 改变连杆尺寸从动件运动规律是否发生变化？ 实验的测试数据和计算数值，有哪些误差的影响因素?2、曲柄滑块机构实验1）被测对象基本参数曲柄滑块机构如图所示，各杆长度如下：曲柄：lAB=50mm （ 35mm）；连杆：lBc=160mm ;偏距: e=20mm ;曲柄转速：ni=65r/min ;2）测试内容一个运动循环内，滑块位移S、速度v和加速度a和机构位置

18、（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）3 ）实验步骤实验原理图：实验步骤:1 确定所选机构中构件的尺寸，正确搭接机构；2 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；3 打开计算机电源运行采集程序；4 .由指导教师检查无误后，打开控制箱电源（黑色按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，并进行运动线图输出；5. 调整曲柄长度，重复第三项内容；6. 调整滑块机架高度 e=20mm，并将曲柄调整为 50mm重复第三项内容；7 分别整理实验各项数据，填写实验报告；8 .实验报

19、告填写前应事行根据已知尺寸算出S、v、a的值，并画出运动线图。4 ）问题讨论 改变连杆尺寸从动件运动规律是否发生变化？ 曲柄滑块机构的急回特性是如何产生的？ 实验的测试数据和计算数值，误差多大？有哪些影响因素？3、双曲柄机构实验1）被测对象及基本参数双曲柄机构如图所示，各杆长度如下：主动曲柄 lAB=50mm （ 35mm）；从动曲柄 lcD=90mm （ 50mm）； 连杆 lBc=90mm ;机架 lAD=30mm ;曲柄 AB 转速 ni=65r/min ；2）测试内容一个运动循环内，从动曲柄CD的角位移0、角速度3和曲柄AB转角关系，并给制Q -、改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选

20、）3）实验步骤双曲柄机构实验原理图实验原理图：实验步骤:1 确定所选机构中构件的尺寸（先选第一组数据），正确搭接机构；2 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；3打开计算机电源运行采集程序；4. 由指导教师检查无误后，打开控制箱电源（黑色按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，并进行运动线图输出；。5. 调整曲柄长度为 35mm重复第三项内容；6 整理实验各项数据，填写实验报告；7. 实验报告填写前应事先根据已知尺寸算出0、3的值并画出运动线图。4 ）问题讨论 改变机构中其它杆件尺寸，从动件运动规律是否发生变化？ 双曲

21、柄机构有哪几种特性？ 实验的测试数据和计算数值，误差多大？有哪些影响因素?4、摆动导杆机构实验1）被测对象基本参数摆动导杆机构如图所示，各杆长度如下：曲柄nc摆动导杆机构2 ）测试内容一个运动循环内，摆杆角位移0、角速度3和角加速度£和机构位置（曲柄转角之间关系，并给制0 - ：、3 -和£ -线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。3 ）实验步骤 实验原理图：摆动导杆机构实验原理图 实验步骤:1 确定所选机构中构件的尺寸，正确搭接机构；2 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；3 打开计算机电源运行采集程序；4 .由指导教师检查无误后，打开控制箱电源

22、（黑色按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，并进行运动线图输出；5.调整曲柄长度，重复第三项内容。6分别整理实验各项运动曲线，填写实验报告。7实验报告填写前应事先根据已知尺寸算出0、3、£的值并画出当曲柄每 30°时的运动线图。4 ）问题讨论 改变曲柄尺寸从动件运动规律是否发生变化？为什么? 实验的测试数据和计算数值，有哪些误差的影响因素?5、直动从动件凸轮机构实验1）被测对象基本参数直动凸轮机构如图所示，各参数如下：对心式：基圆半径 r°=40mm;行程：h=20mm ；推杆的推程、回程均为等加等减速运动规律

23、。推程运动角 =150 °远休止角 s =30 °；回程运动角=150 ;近休止角S=0°o凸轮转速：n!=35r/min ;偏距 e=20mm （自选）;2 ）测试内容一个运动循环内，从动推杆的位移S、速度和加速度a和机构位置（凸轮转角）之间关系,并绘制S- 1、v- ：i和a- ;：i运动线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选）3 ）实验步骤实验原理图：直动从动件凸轮机构实验原理图实验步骤：a.正确搭接机构；b 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；c. 打开计算机电源运行采集程序；d. 由指导教师检查无误后，打开控制箱电源（黑色

24、按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按 钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，并进行运动线图输出；e. 对机构进行调整使之变为偏心距为e=20的偏置凸轮机构，（可左偏、右偏）比较从动件运动 规律的变化，重复第三项内容进行测试；f .更换从动构件型式（换为平底和滚子），重复第三项内容进行测试；（自选）g. 整理实验各项运动曲线，填写实验报告。4 ）问题讨论 改变从动构件后，从动件运动规律是否发生变化？为什么？ 实验的测试数据和计算数值，误差多大？有哪些影响因素？6、摆动从动件凸轮机构实验1）被测对象基本参数摆动从动件凸轮机构如图所示，各参数如下：从动件最大摆角：max =30 &

25、#176;；摆杆推程的运动方向和凸轮的转向相反。基圆半径r°=40mm ;凸轮的升程运动角 =150 ° ;远休止角s =30 ° ;回程运动角=120 ;摆杆升程、回程均为等加等减速运动规律；2）测试内容一个运动循环内，摆杆的角位移摆杆长lAB=165mm，初位角max=30°，凸轮转速 ni=35r/min。0、角速度3和角加速度&的实测值及其相应的0 - ：、3 -和& - 线图。更换摆杆形式后，再进行测试。（自选）3 ）实验步骤实验原理图:口控制箱摆动从动件凸轮机构实验原理图实验步骤：1 正确搭接机构；2 按实验测试原理图连接计算机和控制箱，仔细检查实验线路是否正确；3 打开计算机电源运行采集程序；4 .由指导教师检查无误后，打开控制箱电源（黑色按钮，顺时针转动为开），按动电机启动按钮（绿色）电机正常运转后，试运转后停车，开始采集数据，并进行运动线图输出；5 更换从动构件型式（换为平底和滚子），重复第三项内容进行测试（自选）6整理实验各项运动曲线，填写实验报告。4 ）问题讨论改变从动构件后，从动件运动规律是否发生变化？为什么?实验的测试数据和计算数值，误差多大？有哪些影响因素?7、平面六杆机构实