實驗四機構運動參數測試

1、實驗四機構運動參數測試一、實驗目的1通過運動參數測試實驗，掌握機構運動的周期性變化規(guī)律，并學會機構運動參數如位移、速度 和加速度（包括角位移、角速度和角加速度）的實驗測試方法；2.通過利用傳感器、 工控機等先進的實驗技術手段進行實驗操作，訓練掌握現代化的實驗測試手段和方法，增強工程實踐能力；3掌握原動件運動規(guī)律不變，改變機構各構件尺寸，從動件運動參數的測量方法；4通過進行實驗結果和理論數據的比較，分析誤差產生的原因，增強工程意識，樹立正確的設計 理念。二、實驗裝置1實驗裝置的組成實驗裝置系統(tǒng)框圖如圖 1所示，它由以下幾部分組成。2實驗裝置的特點該實驗以培養(yǎng)學生的綜合設計能力、創(chuàng)新設計能力和工程

2、實踐能力為目標。打破了傳統(tǒng)的演示 性、驗證性、單一性實驗的模式，建立了新型的設計型、搭接型、綜合性的實驗模式。本實驗提供 多種搭接設備，學生可根據功能要求，自己進行方案設計，并將自己設計的方案親手組裝成實物模 型。形象直觀，安裝調整簡捷，并可隨時改進設計方案，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性和正確的設計理念。3實驗裝置的功用實驗中，可組合出：曲柄滑塊；雙曲柄；擺動導桿；曲柄搖桿；滑塊為輸出構件的 簡單的平面六桿機構（組合機構）：直動導桿凸輪機構；擺動凸輪機構和動力學調速實驗臺等多 種典型的運動機構；另外，各構件尺度參數可調，突出了測試機構的尺寸參數的多變性，如：在曲 柄滑塊機構中設計了偏心塊構件，可將對心

3、式曲柄滑塊機構變位偏置式曲柄滑塊機構；在雙曲柄機 構中，可調節(jié)連桿尺寸使之變?yōu)槠叫兴倪呅螜C構等。這樣可增加學生的實驗題目和測試目標，使同 學在實驗中充分理解尺寸參數有、原動件運動規(guī)律等因素對機構運動學方面的影響，鞏固學生在課 堂中所學知識，使之產生感性認識，增加對機械學研究的興趣，同時達到一機多用的目的。4實驗裝置主要技術參數1）電機額定功率和電機轉速 機構運動參數測試實驗裝置電機參數： 功率： 40W 。電機轉速： 1300r/min 。直齒輪減速箱速比： 1： 20。2）傳感器線位移傳感器（ 1 個）：型號： WDL 1002 ；精度：獨立線性度0.5% ；量程：100mm ；角位移傳感器

4、（ 1 個）：型號： WD35D 4 ；精度：獨立線性度0.1% ；量程：003400；光電編導器（ 1 個）：型號： LEC102.4BM G05E ；精度： 1024 脈沖 /周；量程：003600；（3）實驗裝置主要構件和部件基本參數 機構運動參數測試實驗裝置電機支撐件：1 個。 底板：460 X 330 x 30mm。 曲柄： L50（L35）： 1 個； L90（L50）： 2 個。 連桿： L30 ： 1 個 ； L160 ： 2 個； L90： 1個。 支撐座組件：中心高 120mm支撐座2個。 擺動導桿： 1 個。 滑塊組件： 1 套。 傳感器支撐架：角位移傳感器支撐架：1個；

5、線位移傳感器支撐架：1個；光電移傳感器支撐架： 1 個。 凸輪： 1 個。 直動從動構件組件： 1 套。©擺動從動構件：1個。偏心調整塊：4個。©13 偏心塊： 2 塊。（ 4）實驗裝置所需主要設備： 實驗裝置電器控制箱： 1 個。（ 5）實驗所需工具：木榔頭：1把；棍搬子：6# （1個）；小改錐：1把；活搬子：1把；鋼板尺：1把。三、實驗數據采集系統(tǒng)軟件說明該實驗采用美國 NI （美國國家儀器公司 NATIONAL INSTRUMENTS ，簡稱 NI ）數據采集卡， 進行數據采集； 利用 LabVIEW 圖形化編程平臺進行數據處理和圖形輸出。 其數據采集原理為： 首先，

6、 機構在電機的驅動下運轉起來， 用傳感器 （位移傳感器、 角位移傳感器、 光電傳感器） 將機械量（如：位移、加速度）轉變?yōu)殡娏浚措娦盘?。其次，通過測試控制柜中的數據采集卡對該信號進行采集、分析，再將模擬量轉變?yōu)閿底至?，即完成模一數轉換。最后，通過LabVIEW進行程序處理將其轉化為運動曲線并輸出在計算機的屏幕上。LabVIEW 和以往那些基于文本的高級編程語言不同，它采用的是一種全新的數據流圖編程方 式，即用形象的圖標和連線來代替一行一行的文本，這種“畫”程序的方法非常符合科學家和工程 師所習慣和常用的框圖模塊方法及思維方式。并且， LabVIEW 還具有大量的的特殊功能，是所有傳 統(tǒng)高級編

7、程語言不具備的，在LabVIEW 中可直接調用編寫好的 MATLAB代碼，不必重寫程序；同樣，在LabVIEW中還可以調用 C語言編寫的程序；此外， LabVIEW中還提供方便和實用的網絡測 量數據傳輸、遠程測量控制等網絡功能。在我們的實驗測試中正是利用了LabVIEW 的數據輸入輸出、數學運算、圖像處理輸出、函數運算等功能模塊和“畫”程序的特點，由學生自行進行數據采集、數據處理、圖形輸出的編程。這 樣一來，首先可以開發(fā)學生各自的主觀能動性和創(chuàng)新思維模式，其次，可以讓學生通過實驗熟悉 LabVIEW軟件的一些常用功能和程序的編寫方法，掌握先進的測試方法和手段。（1）測試控制柜的使用方法和操作說

8、明（ LabVIEW 7 Express 程序設計）A啟動數據采集向導DAQ Assista nt1 ）接通電源，啟動計算機，進入Windows開始界面。2 ）雙擊NI LabVIEW 7.1 圖標，進入LabVIEW啟動界面。3）單擊New.，進入新建程序界面。4 ）選擇Data Acquisition with NI-DAQmx .vi，單擊OK，自動建立DAQ Assista nt圖標，并進入 前面板Fro nt Pan el設計界面。LabVIEW啟動界面Bl-uik VI& VI frw I-ewplst#A:6DMDell 處越 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丄電 md Bi spliiyeTutoriil (Gtit inc Stir ted.)Generate, Aiiklyr md Di E?l ly沖,fa -n -i<>Cr a riw.Bronsa Eor T«n>l-fet4.便Sa1財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設計界面B、1)前面板設計在前面板區(qū)域，單擊右鍵，顯示控制Controls模板。占| Centri&lsQS tar ch JMum CtrlsBntt*nsNum IndsLEBsUser CtrlsText IndlsGraph. IndsAll Controls控制模板2）選擇Graph In ds圖標內含的Graph圖標，拖至前面板適當位置后單擊，即可建立一個形顯示器。若要建立數字顯示器，選擇Num In ds圖標內含的Num Ind圖標?？?DnlkllEil 1 Fj：u.nl Puxiel *£lL« EditLoLs Erflvse

11、 Vmdflw K-elp書煙 測| 務I A”！沁囪FmlIiHVAEorn Gtr aptIO-,:SPEI-IIPI-Strie波形顯示器3 ）顯示器大小可通過拖動邊框上的蘭色方塊進行調整。4 ）雙擊顯示器左上角標簽內容，可修改顯示名稱C、程序框圖設計1）在狀態(tài)欄單擊Blok. 圖標，進入Blok Diagram程序框圖設計界面DA£! AssistaiitUnti tied 1 Block Di agramBlok Diagram 程序框圖設計界面2）雙擊DAQ Assistant圖標，進入數據采集向導界面數據采集向導界面選擇An alog In put Voltage，輸入

12、模擬量為電壓信號。選擇輸入通道ai 0至ai 7，單擊Finish按鈕，進入任務設置界面任務設置界面設置電壓輸入范圍，信號連接方式（差動或單端），采樣方式、速度等。單擊Test按鈕，可進行信號米集、顯示。單擊0K，任務設置完畢，返回 程序框圖設計界面。3）在程序框圖空白處單擊右鍵，顯示Functions功能選擇框。FunctionschInjutAnalysi eOutputUser Libra.Exec CtrlAri th/CompareAll Fimcti ons功能選擇界面4） 選擇Arith/compare數學運算圖標，其中包括Time Domain時域運算，可進行信號的微分Diff

13、erential、積分Integral等運算。還包括Numeric數字運算，可進行加、減、乘、除、開方、倒數等運算以及設置Num con st常數圖標。5）選圖標在框圖中排列整齊后，用光標靠近圖標的輸出端，光標自動變?yōu)榻泳€工具，單擊左 鍵即可將導線連接到另一圖標的輸入端。程序實例6）光標指到連線，單擊右鍵，在下拉菜單中可選擇 Create Wire Branch建立分支。也可將 連線直接引至另一連線，自動合并連接。7） 用光標選擇某個對象，按Del鍵即可刪除。D、運行程序1）單擊Fro nt Pan el，返回前面板，單擊Ru n按鈕，運行程序。2 ）單擊STOP按鈕，程序停止運行，數據采集顯

14、示如圖。更多的LabVIEW 7 Express 程序設計方法可參考 Help。 PTIL 二 duYTin數據采集顯示下面是曲柄滑塊機構運動參數，按照上述步驟進行操作并將運動線圖輸出的例子。雙擊桌面上的“機構運動參數測試”進入數據采集程序界面（如圖2）。點擊程序界面中的相應運動參數測試功能按扭（如：曲柄滑塊），進行數據采集程序運行后可見實時數據采集信號。機構運帥務敖值合創(chuàng)新測試疾臉I(yè)曲柄滑塊I曲柄搖桿I取曲柄I平而六桿機構I擺動導桿I擺跡凸輪I亙動凸輪I曲柄滑塊運動參數測試實驗打速度&速度曲線盤度加速度曲線-2ftM-iooa-300a75 LOO 125 ISO l缶 ZQD圖2數

15、據采集程序界面數據采集顯示（2）數據輸出方式當采用“數據采集和分析系統(tǒng)”進行數據輸出時，學生可通過人一機交互界面進行數據采集,系統(tǒng)將對當前采樣數據文件進行分析計算，并將分析結果以運動曲線圖（S © , v © , a © 運動曲線圖）的方式顯示在波形顯示窗口中，同時保存分析結果（用屏幕硬拷貝方式，按下PrtScr鍵即可）方便以后分析，并可將其打印出來，以便和理論曲線進行比較。三、實驗內容和步驟1、曲柄搖桿機構實驗1）被測對象基本參數曲柄搖桿機構如圖所示，各桿長度如下:曲柄：lAB=50mm( 35mm);連桿：lBc=160mm ;搖桿：lcD=90mm(50mm

16、);機架:lAD=180mm ;曲柄轉速ni=65r/min2 ）測試內容個運動循環(huán)內， 搖桿角位移0、角速度3和角加速度£和機構位置（曲柄轉角）之間關系,并給制0 - ：、3 - 和£ - -線圖。改變構件尺度參數后，再進行測試。（自選）3 ）實驗步驟實驗原理圖:曲柄搖桿機構實驗原理圖實驗步驟:a.確定所選機構中構件的尺寸，正確搭接機構；b 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；c 打開計算機電源運行采集程序；d .由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源（黑色按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，

17、并進行運動線圖輸出；e. 調整曲柄長度或搖桿長度，重復第三項內容；f. 分別整理實驗各項運動曲線數據，填寫實驗報告；g .實驗報告填寫前應事先根據已知尺寸算出0、3、£的值并畫出當曲柄 30°時的運動線圖。4 ）問題討論 改變連桿尺寸從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？ 實驗的測試數據和計算數值，有哪些誤差的影響因素?2、曲柄滑塊機構實驗1）被測對象基本參數曲柄滑塊機構如圖所示，各桿長度如下：曲柄：lAB=50mm （ 35mm）；連桿：lBc=160mm ;偏距: e=20mm ;曲柄轉速：ni=65r/min ;2）測試內容一個運動循環(huán)內，滑塊位移S、速度v和加速度a和機構位置

18、（曲柄轉角）之間關系，并繪制S- 、v- 和a- 線圖。改變構件尺度參數后，再進行測試。（自選）3 ）實驗步驟實驗原理圖：實驗步驟:1 確定所選機構中構件的尺寸，正確搭接機構；2 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；3 打開計算機電源運行采集程序；4 .由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源（黑色按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，并進行運動線圖輸出；5. 調整曲柄長度，重復第三項內容；6. 調整滑塊機架高度 e=20mm，并將曲柄調整為 50mm重復第三項內容；7 分別整理實驗各項數據，填寫實驗報告；8 .實驗報

19、告填寫前應事行根據已知尺寸算出S、v、a的值，并畫出運動線圖。4 ）問題討論 改變連桿尺寸從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？ 曲柄滑塊機構的急回特性是如何產生的？ 實驗的測試數據和計算數值，誤差多大？有哪些影響因素？3、雙曲柄機構實驗1）被測對象及基本參數雙曲柄機構如圖所示，各桿長度如下：主動曲柄 lAB=50mm （ 35mm）；從動曲柄 lcD=90mm （ 50mm）； 連桿 lBc=90mm ;機架 lAD=30mm ;曲柄 AB 轉速 ni=65r/min ；2）測試內容一個運動循環(huán)內，從動曲柄CD的角位移0、角速度3和曲柄AB轉角關系，并給制Q -、改變構件尺度參數后，再進行測試。（自選

20、）3）實驗步驟雙曲柄機構實驗原理圖實驗原理圖：實驗步驟:1 確定所選機構中構件的尺寸（先選第一組數據），正確搭接機構；2 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；3打開計算機電源運行采集程序；4. 由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源（黑色按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，并進行運動線圖輸出；。5. 調整曲柄長度為 35mm重復第三項內容；6 整理實驗各項數據，填寫實驗報告；7. 實驗報告填寫前應事先根據已知尺寸算出0、3的值并畫出運動線圖。4 ）問題討論 改變機構中其它桿件尺寸，從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？ 雙曲

21、柄機構有哪幾種特性？ 實驗的測試數據和計算數值，誤差多大？有哪些影響因素?4、擺動導桿機構實驗1）被測對象基本參數擺動導桿機構如圖所示，各桿長度如下：曲柄nc擺動導桿機構2 ）測試內容一個運動循環(huán)內，擺桿角位移0、角速度3和角加速度£和機構位置（曲柄轉角之間關系，并給制0 - ：、3 -和£ -線圖。改變構件尺度參數后，再進行測試。3 ）實驗步驟 實驗原理圖：擺動導桿機構實驗原理圖 實驗步驟:1 確定所選機構中構件的尺寸，正確搭接機構；2 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；3 打開計算機電源運行采集程序；4 .由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源

22、（黑色按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，并進行運動線圖輸出；5.調整曲柄長度，重復第三項內容。6分別整理實驗各項運動曲線，填寫實驗報告。7實驗報告填寫前應事先根據已知尺寸算出0、3、£的值并畫出當曲柄每 30°時的運動線圖。4 ）問題討論 改變曲柄尺寸從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？為什么? 實驗的測試數據和計算數值，有哪些誤差的影響因素?5、直動從動件凸輪機構實驗1）被測對象基本參數直動凸輪機構如圖所示，各參數如下：對心式：基圓半徑 r°=40mm;行程：h=20mm ；推桿的推程、回程均為等加等減速運動規(guī)律

23、。推程運動角 =150 °遠休止角 s =30 °；回程運動角=150 ;近休止角S=0°o凸輪轉速：n!=35r/min ;偏距 e=20mm （自選）;2 ）測試內容一個運動循環(huán)內，從動推桿的位移S、速度和加速度a和機構位置（凸輪轉角）之間關系,并繪制S- 1、v- ：i和a- ;：i運動線圖。改變構件尺度參數后，再進行測試。（自選）3 ）實驗步驟實驗原理圖：直動從動件凸輪機構實驗原理圖實驗步驟：a.正確搭接機構；b 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；c. 打開計算機電源運行采集程序；d. 由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源（黑色

24、按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按 鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，并進行運動線圖輸出；e. 對機構進行調整使之變?yōu)槠木酁閑=20的偏置凸輪機構，（可左偏、右偏）比較從動件運動 規(guī)律的變化，重復第三項內容進行測試；f .更換從動構件型式（換為平底和滾子），重復第三項內容進行測試；（自選）g. 整理實驗各項運動曲線，填寫實驗報告。4 ）問題討論 改變從動構件后，從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？為什么？ 實驗的測試數據和計算數值，誤差多大？有哪些影響因素？6、擺動從動件凸輪機構實驗1）被測對象基本參數擺動從動件凸輪機構如圖所示，各參數如下：從動件最大擺角：max =30 &

25、#176;；擺桿推程的運動方向和凸輪的轉向相反?；鶊A半徑r°=40mm ;凸輪的升程運動角 =150 ° ;遠休止角s =30 ° ;回程運動角=120 ;擺桿升程、回程均為等加等減速運動規(guī)律；2）測試內容一個運動循環(huán)內，擺桿的角位移擺桿長lAB=165mm，初位角max=30°，凸輪轉速 ni=35r/min。0、角速度3和角加速度&的實測值及其相應的0 - ：、3 -和& - 線圖。更換擺桿形式后，再進行測試。（自選）3 ）實驗步驟實驗原理圖:口控制箱擺動從動件凸輪機構實驗原理圖實驗步驟：1 正確搭接機構；2 按實驗測試原理圖連接計算機和控制箱，仔細檢查實驗線路是否正確；3 打開計算機電源運行采集程序；4 .由指導教師檢查無誤后，打開控制箱電源（黑色按鈕，順時針轉動為開），按動電機啟動按鈕（綠色）電機正常運轉后，試運轉后停車，開始采集數據，并進行運動線圖輸出；5 更換從動構件型式（換為平底和滾子），重復第三項內容進行測試（自選）6整理實驗各項運動曲線，填寫實驗報告。4 ）問題討論改變從動構件后，從動件運動規(guī)律是否發(fā)生變化？為什么?實驗的測試數據和計算數值，誤差多大？有哪些影響因素?7、平面六桿機構實