实验20-机构运动参数测定实验
机械原理实验指导书
实验一：机构运动简图的测绘与分析一、目的1．学会根据实际机械模型的结构测绘机构运动简图的技能；2．验证和巩固机构自由度的计算；3．进一步巩固对机构结构分析的了解。
二、设备和工具1．各种机器实物；2．各种机构模型；3．钢皮尺；4．外卡；5．铅笔与橡皮(自备)；6．草稿纸(自备)。
三、原理和方法1．应用符号由于机构的运动仅与机构中所有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、种类、相对位置有关。
因此，在机构运动简图中可以避开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简略的符号来代表构件和运动副，并按一定购比例尺表示运动副的相对位置，由此说明实际机构的运动特征。
常用的符号示例，可参阅郑文纬等主编的《机械原理》（第七版）。
2．测绘方法（1）确定组成机构的构件数目——测绘时使被测绘的机器或模型缓慢地运动。
从原动构件开始仔细观察机构运动，分清各个运动单位，从而确定组成机构的构件数目。
（2）确定各个运动副的种类——根据相联接的两构件间的接触情况及相对运动的性质，来确定各个运动副的种类。
（3）绘制机构简图——在草稿纸上不按比例尺用徒手按规定的符号及构件的联接次序逐步画出机构简图，然后用数字l 、2、3 ……分别标注各构件，用拉丁字母A 、B 、C ，……分别标注各运动副。
绘制机构运动简图——仔细测量机构的运动学尺寸（如回转副的中心距和移动副导路间的夹角等）任意假定原动构件的位置，并按一定的比例尺将机构简图画成机构运动简图。
比例尺μl AB l AB =实际长度（米）图上长度（毫米）3．示例试绘出图1—1，a 所示偏心轮机构模型的机构运动简图。
（1）确定组成机构的构件数目当使原动构件（偏心轮）运动时，可以发现机构具有四个运动单元：机架l——相对静止；偏心轮2——相对机架作回转运动；连杆3——相对机架作平面复杂运动；滑块4——相对机架作直线运动。
（2）确定各个运动副的种类根据各相互联接的构件间的接触情况可知，全部四个运动副均系低副：构件2相对机架1绕O点回转，组成一个回转副，其轴心在O点；构件3相对构件2绕A点回转，组成第二个回转副，其轴心在A点；构件4相对构件3绕B点回转，组成第三个回转副，其轴心在B点；构件4相对机架l沿直线C—C作直移运动，组成一个移动副，其导路方向同C—C。
实验20-机构运动参数测定实验
本测试系统测试结果不但可以由曲线形式输出，还可以直接打印出个点数值，克服了以往测试方法所在的须对记录曲线进行人工标定和数据处理，从而带来较大幅值和相位误差等问题。
一、实验目的
1．通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。
2．通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法。
3．通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。
MEC—B机械动态参数测试仪由于采用微机及相应的外围设备，因此在数据处理的灵活性和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微机化的同类仪器。另外，操作命令采用代码和专用键相结合，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，并且在学生进行实验时稍作讲解学生即可使用。
3、光电脉冲编码器
1、灯泡2、聚光镜3、光电盘4、光拦板5、主轴
图20-6数字电路框图
图10-7输出波形
四、实验步骤
1.滑块位移、速度、加速度测量
(1)将PP—40四色绘图仪接入测试仪后板插座，打开CRT电源开关，启动面板电源开关，数码管显示“P”，适当调整CRT亮度与对比度。若环境温度超过30°C应打开风扇开关。
(2)调整同步脉冲发生器与分度盘位置，使分度盘插入同步脉冲发生器探头的槽内。拨动带轮使分度盘转动，探头上的绿色指示灯每转2°（即一个光栅）闪烁一次，而红灯每转一圈闪烁一次。9即分度盘上同步长光栅进入探头槽内红灯不亮，其余位置都亮）
机构运动简图的测绘(实验指导
了解机构运动简图在机械设计中的作用
了解机构运动简图在机械设计中的重 要性和作用，如用于分析机构的运动 特性、进行机构优化设计等。
了解机构运动简图在机械制造中的应 用，如用于指导机械制造、进行机器 装配和维护等。
培养实际操作和动手能力
通过实际操作和动手实践，培养 学生对机构运动简图测绘的实际
操作能力和动手能力。
比较实际机构与理论机构的差异有助于理解机构 性能的实际情况，为优化设计提供依据。
总结实验结论
1
根据实验结果和分析，总结机构运动简图测绘的 结论。
2
评估实验结果的有效性和可靠性，确定其在实际 应用中的适用性和限制。
3
提出改进和优化建议，为进一步研究和应用提供 参考。
05 实验总结与思考
总结实验收获和不足
机构运动简图的测绘
目 录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验结果分析 • 实验总结与思考
01 实验目的
掌握机构运动简图测绘的基本方法
了解机构运动简图测绘的基本 概念和原理。
掌握机构运动简图测绘的步骤 和方法，包括确定机构运动副、 绘制机构运动简图、测量机构 运动参数等。
掌握使用测绘工具和软件进行 机构运动简图测绘的方法。
01
根据需要测量的机构运动参数选择合适的测量方法，如光电法、
机械法等。
进行测量
02
按照选择的测量方法进行实际测量，记录测量数据。
数据整理
03
将测量数据进行整理，形成表格或图表等形式，以便后续分析
和处理。
04 实验结果分析
分析机构运动简图的正确性
机构运动简图是否准确反映实际机构的运动关系和特性，是评估其正确性的关键。
机械原理实验指导书2005-10
实验指导书GUIDE BOOK FOR EXPERIMENT张云文李海涛姚海蓉编著AND目录CONTENTS说明 (1)前言 (2)实验一 机构运动简图测绘实验 (3)实验二 机构运动参数测试实验 (6)实验三 机构组合创新设计实验 (12)实验四 转子动平衡实验 (16)附录1 PCL-812PG数据采集与分析系统使用说明 (19)附录2 机构应用工程实例 (21)说明Brief Instruction机械原理是机械类专业的一门主干技术基础课，强调与工程实践应用相结合，以帮助培养同学们分析和解决工程实际问题的能力。
实验环节是课程的重要实践环节，不仅可以籍此巩固理论知识，而且对培养同学们的工程实践认知能力和创新能力具有重要意义。
机械原理共56学时。
理论教学50学时，实验学时6学时。
根据国家教委“高等工业学校机械设计基础课程的教学基本要求”，以我校的教学计划为依据，本着“培养学生综合设计能力”的教学宗旨，开设了机构运动简图测绘实验（实验一）、机构运动参数测试实验（实验二）、机构组合创新设计实验（实验三）、转子动平衡实验（实验四）作为机械原理的基本实验内容。
其中，动平衡实验由于设备老化，目前设备达到的教学效果完全可以由课内教学实现，因此目前该实验暂时取消。
待购置现代动平衡试验设备后即可随时开设。
此外，已在部分班级试点选修实验——范成实验的计算机虚拟实现、选做研究项目运动参数测试实验台的软硬件改进设计等。
同时，还拟开设选修实验——范成实验的模型实现，综合性、开放性实验——运动方案分析实验。
这部分实验内容暂时单独成篇，待条件成熟即可列入本实验指导书。
附录2中的机构应用工程实例是为了开阔同学们的视野，其实是工程实际中实现某种功能的一个运动方案，而决不是唯一的、或最好的解。
实验考核成绩分预习、实验操作、实验报告三部分。
实验成绩并入课程总成绩，约占10%。
为便于同学们预习，了解实验内容，完成实验报告，特编著本实验指导书。
机构运动学、动力学参数测定
实验四 机构运动学、动力学参数测试一、实验目的1. 以机构及系统设计为主线，以机构系统运动方案设计为重点，掌握机构运动参数测试的原理和方法;掌握利用运动学、动力学测试结果，重新调整、设计机构的原理和方法，从而培养学生设计、创新能力.2. 通过实验，深入了解机构结构参数及几何参数对机构运动及动力性能的影响，从而对机构运动学和动力学（机构平衡、机构真实运动规律，速度波动调节）有一个完整的认识.3. 利用计算机多媒体交互式教学方式，使学生在计算机多媒体教学课程的指导下，独立自主地进行实验内容的选择、实验台操作及虚拟仿真，培养学生综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力，了解现代实验设计、现代测试手段。
二、实验设备1. ZNH-A1曲柄导杆滑块机构实验台;2. ZNH-A2曲柄摇杆机构实验台;3. ZNH-A3盘形凸轮机构实验台;4. 测试控制箱;5. 计算机及配套的设计分析和测试分析多媒体软件。
三、实验原理和内容平面机构多媒体测试、仿真设计综合实验系统该系统包括ZNH-A1曲柄导杆滑块机构实验台、ZNH-A2曲柄摇杆机构实验台、ZNH-A3盘形凸轮机构实验台以及配套的设计分析和测试分析多媒体软件。
功能及特点：1.整个实验台机构安装在一个可水平方向自己移动的单自由度震动系统。
2．实验机构由带行星减速器的直流伺服电机驱动，配有直流调速电源。
3．构件杆长可调，平衡质量大小、位置可调，使机构的运动达最佳状态。
4．利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理，做出实测的动态参数曲线，并通过计算机对该平面机构的运动进行数模仿真，做出仿真的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。
5．实验台的平面机构中各活动构件杆长和移动件位置可调节，平衡质量及位置可调节，飞轮转动惯量可调节，结合计算机软件进行优化设计，然后，通过计算机对该平面机构运动进行仿真和测试分析，从而实现计算机辅助设计与计算机仿真和测试分析有效的结合。
6．利用计算机的人机交互功能，使学生可在软件界面说明文件的指导下，独立的进行实验。
实验一机构运动简图的测绘及分析实验
机械设计基础实验指导书实验一机构运动简图的测绘及分析实验一、实验目的1、熟悉机构运动简图的绘制方法，掌握从实际机构中测绘机构运动简图的技能；2、巩固机构结构分析原理及自由度计算方法；3、加深理解平面四杆机构的演化过程及验证曲柄存在条件。
二、实验设备及工具1、测绘用四种机构实物模型；2、测量用尺、分规、铅笔及草稿纸。
三、实验原理1、机构运动简图的常用符号如图1至图4所示（详见《机械制图》GB4460—84“机构运动简图符号”）。
（1）转动副，如图1所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图1 转动副（2）移动副，如图2所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图2 移动副（3）高副，如图3所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图3 高副（4）构件图例，如图4所示（a）具有两个运动副元素时（b）具有三个运动副元素时（c）具有四个运动副元素时图4 构件图例2、实验原理机构各部分的运动，是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型（高副、低副，转动副、移动副等）和机构的运动尺寸来决定的，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及固联方式等无关。
所以，只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动简图作出来。
正确的机构运动简图中各构件的尺寸、运动副的类型和相对位置以及机构组成形式应与原机构保持一致，从而保证机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性，以便根据该图对机构进行运动及动力分析。
所谓机构运动简图就是从运动的观点出发，用规定的符号和简单的线条按一定的尺寸比例来表示实际机构的组成及各构件间相对运动关系。
3、绘制机构运动简图的方法及步骤 （1）分析机构的实际构造和运动情况任选原动件并缓慢转动，根据各构件之间有无相对运动，分清机构是由哪些构件组成的；按照机构运动的传递顺序，仔细观察各构件之间相对运动的性质，从而确定运动副的类型和数目。
机构运动参数测定与分析实验
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：05.030±=AB L ；2.0142±=BC L ；1.05.263±=CD L 。
固定件AD L 为可调尺寸。
当轴承座对准机座上的刻度时，1.0330±=AD L 。
图2－1 实验设备框图图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，输出的运动规律可可控硅调速器信号电路A/D 转换 TP801单板计算机打印机 CJD 角位移传感四杆机构Z2--11直流电机 直流稳压电源A BCD θ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。
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。
机构运动简图的测绘实验报告
机构运动简图的测绘实验报告篇一：实验一机构运动简图的测绘及分析实验一机构运动简图的测绘及分析一、实验目的：1、掌握机构运动简图测绘的基本方法；2、巩固机构自由度的计算。
并验证机构具有确定运动的条件；3、通过对机构进行结构分析，了解结构的组成原理二、设备和工具机器和机构模型量具铅笔橡皮和草稿纸三、实验原理机构运动与机构中的构件的数目、构件组成运动副的形式以及各运动副的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动副的具体结构无关，因此，在工程上对机构进行结构分析、运动分析和力分析时可以用机构运动简图来进行。
机构运动简图既简单又能正确地反映一部机器的运动特征，因此，正确地测量和绘制机构运动简图是机械设计的重要组成部分、四、实验方法与步骤1、观察机构的运动，弄清构件的数目缓慢移动被测的及其或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相连接的两构件是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，从而弄清楚组成机构的构件数目。
2、判别运动副类型一般，从原动件开始，遵循运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动性质。
由此确定机构中运动副的类型、数目3、合理选择视图一般选择与机构的多数构件运动平面平行的平面作为投影面。
必要时也可以就机构的不同部分选择两个或者两个以上的投影面，然后展开到一张图面上。
或者把主运动简图上难于表示清楚的部分，另绘一张局部简图。
对于齿轮机构则可选择与运动平面相垂直的平面作为投影面。
总之，以简单清楚的把机构的运动情况表示出来为原则。
4、画出机构运动简图的草图，计算机构的自由度。
将原动件转到某一位置（即可看清多数活动构件和运动副的位置）。
在草稿纸上按照规定的符号，目测尺寸使实物与图形大致成比例，徒手画出机构运动简图的草图，然后计算机构的自由度，并将草图与实物对照，观察是否和实物相符合。
5、画正式的机构运动简图。
确定尺寸比例尺，认真测量机构各运动副之间的相对位置参数，在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按照选定的比例尺μl(构件的真实长度与图示长度的比值，单位为m/mm或mm/mm)画出正式的机构运动简图。
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5．外触发信号输入插口
6．同步信号输入插口
7．键盘
8．磁带信息输入主机插口 （接录音机ERA）
9．主机信息储存磁带插口 （接录音机MCR）
10．六位LED数码显示器
11．亮度调节
12．对比调节
13．帧频调节
14．行频调节
15．5英寸CRT显示器
一、实验目的
1．通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。
2．通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法。
3．通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。
测试仪具有内触发和外触发两种采样方式。当采用内触发方式时，可编程定时器按操作者所置入的采样周期要求输出定时触发脉冲。同时微处理器输出相应的切换控制信号，通过电子开关对锁存器或采样保持器发出定时触发信号，将当前计数器的计数值或模拟传感器的输出电压值保持。经过一定延时，由可编程并行口或A/D转换读入微处理器中，并按一定格式存储在机内RAM区中。若采用外触发采样方式，可通过同步脉冲发生器将机构从动曲柄的角位移（2°、4°、6°、8°、10°）信号转换为相应的触发脉冲，并通过电子开关切换发出采样触发信号。利用测试仪的外触发采样功能，可获得以机构主轴角度变化为横坐标机构运动线图，也可分析主轴作为非匀速转动机构的运动规律提供了方便。
三、实验原理
1．实验机构
目前配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构（也可采用其它各种实验机构），机械原动力采用直流调速电机，电机转速可在0—3600转/分范围内作无级调速。经蜗轮蜗杆减速器减速，机构的曲柄转速为0~120转/分。
图20-2所示为实验机构简图。它利用作往复运动的滑块，推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后即可得到滑块的位移、速度和加速度。图20-2a为曲柄滑块机构，图20-2b为曲柄导杆机构，后者是前者经过简单的改装得到的，在本装置中已配有必备的零件。
机构的速度、加速度数值由位移经数值微分数字滤波得到。与传统的R—C电路测试法（或分别采用位移、速度、加速度的测量仪器的系统）相比，具有测试系统简单，性能稳定、可靠、附加相位差小动态响应好等优点。
本测试系统测试结果不但可以由曲线形式输出，还可以直接打印出个点数值，克服了以往测试方法所在的须对记录曲线进行人工标定和数据处理，从而带来较大幅值和相位误差等问题。
MEC—B机械动态参数测试仪由于采用微机及相应的外围设备，因此在数据处理的灵活性和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微机化的同类仪器。另外，操作命令采用代码和专用键相结合，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，并且在学生进行实验时稍作讲解学生即可使用。
3、光电脉冲编码器
1、灯泡2、聚光镜3、光电盘4、光拦板5、主轴
（a）曲柄滑块机构简图
（b）曲柄导杆机构简图
1、同步发生器2、蜗轮减速器3、曲柄4、连杆5、电机
6、滑块7、齿轮8、光电脉冲编码器9、导块10、导杆
图20-2机构简图
2．MEC—B机械动态参数测试仪
MEC—B机械动态参数测试仪外型结构如图20-3所示。
图20-3（a）测试仪面板布置
1．电源开关
2．四路模拟传感器输入口，通道号1—4
实验20机构运动参数测定实验
MEC—B型机械动态参数测试仪是国内一种新型的机械动态参数测试分析仪器。该测试仪微处理器作中央处理单元，具有4路模拟传感器和4路数字传感器输入通道同步采样，5英寸CRT显示器，四色绘图打印机和磁带记录仪，提供三种数据及图形输出方式。主要测试参数为：位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度、转速、回转不均率、静动态力、压力、张力等。因此，本实验就是利用机械动态参数测试仪测试曲柄滑块机构（或曲柄导杆机构）的位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度。
二、设备和工具
图20-1机构运动参数测定实验系统
如图20-1所示，机构运动参数实验系统由如下设备组成：
1．机械运动参数测试实验机构。
2．MEC—B机械动态参数测试仪。
3．PP—40四色绘图仪。
4．磁带记录仪（普通家用录音机）
5．光电脉冲编码器（也可采用其他各种数字或模拟式传感器）
6．同步脉冲发生器（或称角位移传感器）
图20-3（b）测试仪后板布置
1．冷却风扇5．冷却风扇开关
2．电源插座6．外接CRT插口
3．保险插座7．PP—40打印机接口
4．CRT电源开关
图20-4 MEC—B机械动态参数测试实验系统工作原理框图
在实验机构的运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出，具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），0—5V电平的两路脉冲，接入测试数字量通道有计数器计数，也可采用模拟传感器，将滑块位移转换为电压值，接入测试器模拟通道，通过A/D转换口转变为数字量。
图20-5光点脉冲编码器结构原理图
光电脉冲编码器又称增量式光电编码器，它是采用圆光栅通过光电转换将轴转角位转换成电脉冲信号的器件。它由灯泡、聚光透镜、光电盘、光栏板、光敏管和光电整形放大电路组成。光电盘和光栏板是用玻璃材料经研磨，抛光制成。在光盘上用照相机腐蚀制成有一组径向光栅，而光栏板上有两组透光条纹，每组透光条纹后都装有一个光敏管，它们与电盘透光条纹的重合相差1/4周期。光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。当主轴带动光盘一起转动时，光敏管就接收到光线亮、暗变化的信号，引起光敏管所通过的电流发生变化，输出两路相位差90°的近似正弦波信号，它们经放大、整形后得到两路相位差90°的主波d和d’。d路信号经微分后加到两个与非门输入端作为触发信号，d’路经反相器得到两个相位相反的方波信号，分别送到与非门剩下的两个输入端作为与非门控信号，与非门的输出端即为光电脉冲编码器的输出信号端，可与双时钟可逆计数的加、减触发端相接。当编码器转向为正时（如顺时针），微分器取出d的前沿A，与非门1打开，输出一负脉冲，计数器作加计数；当转向为负时，微分器取出d的另一前沿B，与非门2打开，输出一负脉冲，计数器作减计数。某一时刻计数器的计数值即表示该时刻的光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移。