机械设计制造及其自动化优秀本科毕业论文定稿版

机械设计制造及其自动

化优秀本科毕业论文 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

摘要

转动惯量作为一个重要的工程参数，如何准确地测量转动惯量在工程上具有重大意义。

本文针对ZME-1综合力学实验台“三线摆”法测转动惯量测量实验，设计出一套能够较精确的测量物体转动惯量的实验辅助装置。该装置采用非接触测量方式，可以方便、快捷、准确的获取三线摆盘转动的周期信号。经在实验室检验该转动惯量测量装置，能准确稳定的采集到周期旋转信号。

关键词：转动惯量，三线摆，实验辅助装置，非接触式测量

ABSTRACT

The moment of inertia as an important engineering parameters, how to measure the moment of inertia accurately has a magnificent significance in the project.

This thesis based on the trilinear pendulum method to measure the moment of inertia at the ZME-1 comprehensive mechanical bench. Designing a more accurate system to measure the moment of inertia, the system can display real-time swing cycle, automatically calculates the moment of inertia data. Designed non-contact measurement can be convenient, fast, accurate estimates of three-wire pendulum rotation cycle. The moment of inertia measure equipment has been tested in the laboratory that can collect the periodic turn signal accurately and stably.

Key words : Moment of Inertia, Trilinear Pendulum, Measurement System, Assistive Devices, Non-contact measurement

目录

第1章引言 (1)

1.1 研究意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 主要研究内容 (3)

第2章转动惯量的运用研究与测量 (4)

2.1 转动惯量的物理意义及其运用 (4)

2.2现有的转动惯量测算方法 (7)

2.3各种测算方法分析 (13)

第3章测试装置设计 (15)

3.1 测试装置技术要求 (15)

3.2 总体方案设计 (16)

3.2.1 电气系统方案 (17)

3.2.2 机械系统方案 (19)

第4章电气系统原理及设计 (16)

4.1传感器信号放大与处理 (16)

4.1.1 光电池工作原理 (16)

4.1.2 单片机控制光电池计数原理 (18)

4.1.3 信号采集模块 (19)

4.2 单片机及其外围电路设计 (20)

4.2.1 单片机电路设计 (21)

4.3 LED显示模块 (23)

4.4 电源模块设计 (27)

第5章机械结构设计 (27)

5.1 设计流程 (27)

5.2摆盘夹取装置的设计 (29)

5.2.1 释放机构设计 (29)

5.2.2 夹头设计 (30)

5.3 定位移动装置的设计 (31)

5.3.1移动装置设计............................... 错误!未定义书签。

5.3.2定位装置设计............................... 错误!未定义书签。

5.4 转角控制和传感器装夹装置 (34)

5.4.1 转角控制方式 (34)

5.4.2 激光器和光电池装夹装置 (35)

5.5 其它装置机构的设计 (36)

5.6 实验辅助装置装配调试及检验 (37)

5.6.1 装配调试 (37)

5.6.2实验效果检验............................... 错误!未定义书签。第6章结论及展望 .. (41)

参考文献 (42)

致谢 (44)

附录 (45)

附录1 实验辅助装置的电路图 (45)

附录2 实验辅助装置的装配图 (45)

外文资料原文 (46)

外文资料译文 (52)

第1章引言

1.1 研究意义

转动惯量是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。

近年来，伴随着高新技术的日新月异，对物体转动惯量，尤其是对非均质、不规则物体转动惯量的深入性研究已经对未来的航天、航空、军事及精密仪器制造等高精尖行业产生了深远的影响，而且，转动惯量对于研究、设计、控制转动物体，尤其是导弹、火箭、卫星等飞行体的运动规律有着非常重要的作用，是影响其运动的重要参数之一。

目前关于转动惯量的常规测量方法有直接计算法、线摆法和扭振法等。转动惯量的测量，一般都是使刚体以一定的形式运动。通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量之间的关系，进行转换测量。测量刚体转动惯量的方法有多种，三线摆法是具有较好物理思想的实验方法，它具有设备简单、直观、测试方便等优点。但在普通的测量实验中，一般采用测量三线摆微摆周期，然后计算转动惯量的方法，这种线摆法测转动惯量的测量方式仍依靠手动操作，由于人为操作自身的局限性必然存在着人为误差。从而产生了用自动的方式来测量物体转动惯量的想法，以达到减小人为误差的目的[1]。

本课题设计一套“三线摆”法测转动惯量的实验辅助装置，该装置由机械系