机械原理课程设计 (二)

机械原理

课程设计说明书

学院：五邑大学机电工程学院

专业：机械工程及其自动化

班级

学生姓名

学号

题目：机械运动参数测试仪分析

日期：2023.1.10

机械运动参数测试仪分析

戴苑城AP0908106

一、仪器机构简介

如下图所示，实验仪器以蜗柠箱为分界，分为前后两部分。前部分重要分为：电机、传感器、

传感圆盘；后部分别为：导轨架、导轨框，导杆、滑块、固定架和法兰盘。电机是整个机构的

动力源，透过蜗杆箱以蜗杆为原动件作减速运动。动力由蜗轮主轴输出，传给法兰盘和传感圆

树，由传感器接受传动圆盘的转动信号，通过输出设备输出信号。

后部部分机构简化后如图所示，重要有法兰

盘滑块，导杆，导轨架和导轨框所构成。由蜗

轮主轴所输出的动力带动法兰盘转动，从而

使后部机构运动。由后部机构所得的运动简

图如图所示：

I传感圆盘

传感器

由简图可以清楚看到，所要研究的连

材有：（（、（（、（（和滑块组成。圆盘（（为动原

件，移动副钉紧在圆盘（（上，杆I3在移动副上滑动，通过杆（（传递，最终带动滑块在水平面上滑

动。

二、机构分析

如上面见图所示可知，机构由（个活动构件所组成，共有（个低副，其中

Rl=42mm,l2=24Umm,l3=180mm,l4=llUmm,圆盘上的转动副与水平面的夹角为⑼杆I3与水平

面的夹角为团圆盘R1的角速度w=lrad/s,其自由度计算:

由自由度计算公式:团

可得该机构自由度

位置分析：机构矢量方程及方位角如图示，投影关系的以下公式:

-4-/—/—lIl/-/l

OB干lBC—lODlCDAO丁OB—AB

，2—Ge+IMD

=吊+/：+2隼45m，

(1)投影方程：[MC，A=/w+Lr

lMC=R[sin4+lBCsin02

团：□

'OD：1()D=R1cos4+IBCCOS6?+】MD

Reosa=Leos2

ac"=R；+l：+2RLsina

综上得:幽

滑决D的位移方程:sW+C

三、常数C：团（注：团为0的初始角,田为团的初始角）

四、计算机分析

1.本环节是以上面提及到的测试仪中的曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构为测试对象,

通过实验了解位移、速度、加速度、角速度、角位移、角加速度的计算机测定方法，测

算其机械结构的各参数的理论值。

2.NX・UG软件对其机构建模并运动仿真

其模型的运动仿真动画截图如图所示:

截图1截图2

n截图3L—截图4

研究滑块的位移-时间，速度-时间，加速度-时间的运动规律，用UG图表功能导出的

曲线图如下：

…3________________________________________________________________

n-

v

o

a

r

o

”0.800•.皿，0。3

由位移图可知,s-t曲线的波峰为400,波谷为260,说明滑块相对于位移坐标的零点最近值为260mm,最

远值为400mm,与理论值相符，说明该UG仿真模型成立。

3.MATLAB软件对机构运动线图分析

在matlab程序中，qO为夹角的初始角=30°,圆盘半径Rl=42,连杆杆长12=240,导杆长

13二180,机架14二110,所求的是滑块D的位移s,速度v,加速度a对于圆盘转动角度变化的

关系曲线图。

公式推导：由运动简图可以知道，从水平x轴方向和垂直y轴方向得出的投影之

和是：

lin/nu=Ri[cos4*+(jA-y、jRi：+/I；+2R*[•sin0ix)cosa

2

+J/；一[R]sin。]+(Z3+11+2R114sin^)sin^2]

杆13与水平面的夹角为：

由于滑块D的位移s与圆盘初始角有关，所以存在一个常数C,C由初始角决定，因此该

滑块D的位移S=+C

Matlab程序如下：

q0=1/6*pi;%初始角

R1=42;%法兰盘半径

12=240;

13=180；

14=110；

w1=1;%法兰盘角速度

y0=R1.*sin(q0);%R1对y轴投影

hO=sqrt(R1.A2+l4.A2+2*R1*l4*sin(qO));%h0就是杆I3上的AB段Lab

e0=l3-h0;%e0就是杆I3上的BC段Lbc

%q20为夕2初始角

q20=acos(R1.*cos(q0)./h0);

y01=y0+e0.*sin(q20);

c=e0.*cos(q20)+sqrt(l2.A2-y01.A2)+R1.*cos(q0);%常数C

q=q0:5*pi/180:13/6*pi*2;%给法兰盘定义两个周期的系列角度

x=R1.*cos(q);%R1对x轴投影

y=R1.*sin(q);%R1对y轴投影

h=sqrt(R1.A2+l4,A2+2*R1*l4.*sin(q));%h为Lab的长

e=；l3-h);%Lbc之长

q2=acos(R1.*cos(q)./h);%杆13与水平面夹角

x1=e.*cos(q2);

y1=(yie.*sin(q2));

x2=sqrt(l2.A2-y1.A2);%Lmc长度定义

s=(x1+x2+x-c);%定义位移s

dh=(R1.*l4.*cos(q).*w1)./h;

dy=R1.*cos(q).*w1;

de=(-dh);

k=h/2.*sin(q2);

w3=(R1.*sin(q).*w1.*h+R1.*cos(q).*dh)./k;

p=；2.*h.*dh.*sin(q2)+h.A2.*cos(q2).*w3);

dy1=dy+de.*sin(q2)+e.*cos(q2).*w3;

dx2=-y1.*dy1./sqrt(l2.A2-y1.A2);

d2x=-R1.*cos(q).*w1.A2;

d2h=(-R1.*l4.*sin(q).*w1,A2.*h-dh.*R1.*l4.*cos(q).*w1)./；R1.A2+I4.A2+2.*R1.*l4.*sin(q));

d2e=(-d2h);

dw3=((R1.*cos(q).*w1.A2.*h+R1.*cos(q).*d2h)./k-p.*(R1.*sin(q).*w1.*h+R1.*cos(q),*dh)./k.A2

)；

dx=-R1,*sin(q).*w1;

dx1=(de.*cos(q2)-e.*sin(q2).*w3);

v=(dx+dx1+dx2);%定义速度v

d2x1=d2e.*cos(q2)-2.*de.*sin(q2).*w3-e.*sin(q2).*dw3-e.*cos(q2).*w3.A2;

d2y=(-R1.*sin(q).*w1.A2);

d2y1=(d2y+d2e.*sin(q2)+2.*de.*cos(q2).*w3-e.*sin(q2).*w3.A2+e.*cos(q2).*dw3);

d2x2=(-dy1.A2-y1.*d2y1)./sqrt(l2.A2-y1.A2)-(y1.*dy1).A27((l2.A2-y1.A2).A3/2);

a=；d2xid2x1id2x2);%定义角速度a

plot(q,s,q,v；-',q,a,

gridon%启动网格

运动线图如下:

实线为S-，虚线为V-，点划线为a-,由运动线图可知，该机构的滑块D的位移、速度和

加速度运动曲线为非线性函数，从该运动线图可以得出任意瞬时角度的滑块运动参数，同时

可以看出机构的运动变化情况。

五、机构改善

本次实验所测量的机构是曲柄滑块机构及曲柄摆动导杆机构，动力源采用直流无极调速

电机，该电机转速一般在0-3600r/min范围左右.通过蜗杆蜗轮减速器以1/30减速，这样机

构曲柄（即法兰盘）的转速可以在0-12Cr/min范围内作调速。

实验机构简图如图示，1.蜗轮减速.2.曲.3.导.4.导.5.连.6.电.7.滑.8.同步脉冲发生.9.齿.

10.光电脉冲编码器

山简图可知，机构运用往复运动的滑块（实物中为导轨框）通过杆件推动光电脉冲编码器，输

出与滑块位移相称的脉冲信号，经测试仪器解决后可得出滑块的位移、速度和加速度值或相

应的曲线图。如下图示为曲柄摆动导杆机构的形式，在实验中其实可以拆卸3,4杆，直接把

3,5杆连接使用，测试此种形态卜的参数。

根据以上功能，再看实物模型图，在圈出部分是导轨框和导轨架。该部分重要形式是导轨

架夹紧导轨框，在轨道上