机构运动参数测定与研究分析实验.doc

机构运动参数测定与分析实验
实验2 四杆机构运动参数测量与动态性能分析之一
本实验通过测量一四杆机构从动件的运动规律，学习用实验方法研究简单机械的运动性能。培养分析实验结果的能力。
一、实验目的
1、了解曲柄摆杆机构运动特点。
2、了解摆杆运动参数测量原理与方法。
3、把实验结构与理论计算机结构比，分析二者不完全相同的原因
*4、初步了解构件弹性对机构运动性能的影响。
二、设备与工具
GD—1型机构动态实验台是一个多功用的实验台，它可以用研究刚性机构的运动规律也可用于研究弹性机构的运动规律。它可以研究构件尺寸对运动规律的影响，也可以研究构件弹性对构件的影响和在不同转速下构件的弹性动力效应。
本次实验只运用该设备测量在杆件尺寸确定的情况下，摆杆的运动规律，包括摆杆角位移、角速度、角加速度，与理论计算结果进行比较。
图2—1为实验设备框图，其中四杆机构为核心部分，其机构简图如图2—2所示。机构尺寸为：；；。固定件为可调尺寸。当轴承座对准机座上的刻度时， 。
直流稳压电源
CJD角位移传感器
四杆机构
打印机
TP801单板计算机
可控硅调速器
Z2--11直流电机
信号电路A/D转换

图2－1 实验设备框图
θ
D
C
B
A

图2－2曲柄摆杆机构
四杆机构中，曲柄为主动件，它由一台Z2—11直流电机驱动，其转速可用一台KZD—1型可控硅调速器进行无级调速。摆杆CD为从动件，它的运动由D轴输出，输出的运动规律可通过安装在轴端的传感器测量。
三、原理和方法
本实验设备中所采用的CJD角位移传感器是根据电位计式变换器的测量原理设计的。其工作原理如图2—3I部分 中所示。
t
N2
t
t
+
-
-
+
I
II
III
PIO
C1
较小
N1
0
U0
Rt
悬空（相当于一个高电平）
U01
+5V
U20
A2
U2ˊ
U0ˊ
+5V
PIO
+5V
A/D
U0
U0
A1
RK
C1
R1
U1

图2—3 测量原理图
摆杆的角位移通过传感器内部的机械结构带动原理图中的电刷在电位器上滑动。因此，有相应的讯号输出达到测量角度的目的。由传感器所得到的角位移信号，经过信号电路送入ＴＰ８０１单扳机计算机进行处理，从而得到输出运动规律：角位移、角速度和角加速度与时间的关系。信号电路的原理图2―３中I、II部分所示。传感器的输出电压，经电容滤掉干扰信号后，输入运算放大器（此处采用反相负反馈接法），的输出电压与的关系为：

调节电阻／的比值即可改变输出量的定标值，信号直接送入模数转换（Ａ／Ｄ转换）的芯片，转换成数字量后输出到单板机的数据总线。单板机的中央处理单元（ＣＰＵ）即按已设计好的程序对这些数据进行处理。
为了得到输出运动的规律，只有摆杆的角位移信号是不够的，必须要测出对应于每一个角位移的时间。本实验设备可以测出摆杆运动周期Ｔ。根据使用者要求的在一周内测量的点数n来设定采样间隔给出测量结果。图2—3中III是为了测量运动周期而设计的。运算放大器在此形成一比较电路。当角位移的信号电压经一电阻大于比较电压时，的输出为低电平，反之则为高电平。因此经后，输出信号为与摆杆角位移同周期的方波信号经过由两个与非门、组成的单稳触发器便成为与摆杆运动同周期的脉冲信号。此脉冲信号送入单板机后，向CPU发出中断请求。因此每发出一个脉冲，CPU产生一次中断，而两次中断的时间可以由计时器记录下来，从而得到摆杆的运动周期。已保存在单板机内的程序可将周期T值换算成转速值（rpm）并显示出来。测完运动周期以后开始测量输出运动时，使用者应告诉计算机测量的起始时间，终止时间及在这段时间内要采样的点数。程序中把和换成对应、来表示。这样使用起来较为方便。的位置为发生出发脉冲的位置，此时摆杆处于顺时针摆动到的位置，的数值与传感器初始调整的位置有关，大致在。如果使用者要求从开始测量一个周期，采样24点，则可输入数据，，。若要连续测P个周期，每个周期取24个点，则应使 ，，。单板机打印输出值，以第一个时间间隔的测量结果为第1点的输出值。因此，时（即）时的角的值与一周期内最后一点的输出值对应。打印结果的单位分别是度、度/秒、度/秒2。（即）的单位为毫秒。
机构在运行过程时，速度不是完全稳定的。尤其在低速时，转速波动较大。为了测出相同周期下的运动规律，在程序设计上作了所下述安排：子程序2FB8可自动取十六个运动周期接近的测量结果输出它们的平均值，这样给出的结果重复性较好。另一个程序2FBA用于在所测时间范围内，只取一次值，因此可得到瞬时运动的结果。
四、实验步骤
1.将打印机开关置于断开位置。
2.将可控硅调速器调节旋钮转至转速最小位置，接通电源，预热2~3分钟后启动实验台。
3.接通TP801单板机电源，按“RESET”健显示器显示“P”表示可以工作。
4.启动打印机
5.用单板机键盘输入程序起始地址“1000”，按“EXEC”健开始执行程序。
0000
BP
MON
3600
BP
MON
0240
BP
MONN
6.打印机输出要求输入的数据指示“Input ，，”，此时用键盘将，，值输入。每输入一个数后要按下“BP”健，再按“MON”健回监控状态后，再输入下一个数。例如：，，，则按键过程如下：

7、启动转速的用户子程序，程序名为2FBE，故按键：

此时显示转速“”。根据显示值可以调节可控硅按钮直到所需要的转速为止。

8、待转速稳定后按下MON，停止测转速。启动测输出运动的用户程序。若要求测16个周期取平均值则按键：

此后单板机显示已测得的周期，“CYGL OX”当X处为F时，打印测量结果。
9、每重新测量一次，应从步骤4(5)开始。启动程序前最好按“RESET”键以使机器清零。在测量时，若显示“CYCL OX”，“X”数值不变，则表示由于速度不稳或其它原因未进行测量，此时按“RESET”键重新开始。
五、思考题
1、 在曲柄摆杆机构中，摆杆的角速度、角加速度达到最大值时，曲柄在什么位置？
2、 在曲柄摆杆机构中，摆杆的角速度、角加速度为0时，曲柄在什么位置？
3、 曲柄的存在条件是什么？
六、实验要求
1、 弄清楚实验设备的工作原理及操作方法
2、 测出机械在，摆杆为刚性构件，曲柄转速转/分时，摆杆的运动规律。
3、 将测量结果与计算结果均画在坐标纸上，得出摆杆的角位移、角速度和角加速度的曲线。
4、 将计算结果与实验结果作比较分析它们不完全一致的原因。
注：试验台传感器调整为发出脉冲（即）时，曲柄转角为。

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