曲柄滑块导杆凸轮运动学分析实验.doc

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1、曲柄滑块、导杆、凸轮运动学分析实验一、实验目的1、通过实验，了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法；2、通过实验，初步了解“QID-III型组合机构实验台”及光电脉冲编码器、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；图1QTD-III型组合机构实验台照片3、通过比较理论运动曲线与实测运动曲线的差异，并分析其原因，增加对运动速度特别是加速度的感性认识；4、比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别；5、检测凸轮直动从动杆的运动规律；6、比较不同凸轮廓线或接触副，对凸轮直动从动杆运动规律的影响。二、实验设备及工具1、QID-III型组合

2、机构实验台（如图1所示）；2、活动扳手，固定扳手，内六角扳手，螺丝刀；3、钢直尺，游标卡尺。三、QTD-III型组合实验系统的组成及工作原理1、实验系统组成图2实验系统框图本实验的实验系统框图如图2所示，它由以下设备组成：（1）实验机构—曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构（2）光电脉冲编码器（3）同步脉冲发生器（或称角度传感器）（4）QTD-III型组合机构实验仪（单片机检测系统）（5）个人电脑（6）打印机2、实验机构主要技术参数（1）直流电机额定功率100W（2）电机调速范围0-2000r/min（3）蜗轮减速箱速比1/20（4）实验台尺寸长×宽×高=500×380×230（5）

3、电源220V/50Hz3、实验机构结构特点该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动系统，它们分别是曲柄滑块机构；曲柄导杆滑块机构；平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构，如图3所示。而每一种机构的某一些参数，如曲柄长度、连杆长度、滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整，通过拆装及调整可加深实验者对机械结构本身特点的了解，对某些参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识。（a）曲柄滑块机构（b）曲柄导杆机构（c）平底直动从动杆凸轮机构（d）滚子直动从动杆凸轮机构图3四种机构类型1、同步脉冲发生器2、涡轮减速器3、曲柄4、连杆5、电机6、滑块7、齿轮

4、8、光电编码器9、导块10、导杆11、凸轮12、平底直动从动件13、回复弹簧14、滚子直动从动件15、光栅盘4、组合机构实验仪（1）实验仪外型布置此实验仪的外型结构如图4所示，图4（a）为正面结构，图4（b）为背面结构。图4（a）QTD-III实验仪正面结构图4（b）QTD-III实验仪正面结构（2）实验仪系统原理以QTD-III型组合机构实验仪为主体的整个测试系统的原理框图如图5所示。图5测试系统的原理框图本实验仪由单片机最小系统组成。外扩16位计数器，接有3位LED数码显示器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与PC机进行异步串行通讯。在实验机构动态运动过程中，滑块的

5、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），０－５伏电平的两路脉冲，接入微处理器外扩的计数器计数，通过微处理器进行初步处理运算并送入PC机进行处理，PC机通过软件系统在CRT上可显示出相应的数据和运动曲线图。机构中还有两路信号送入单片机最小系统，那就是角度传感器（同步脉冲发生器）送出的两路脉冲信号。其中一路是光栅盘每２0。一个角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动线图；另一路是零位脉冲，用于标定采样数据时的零点位置。机构的速度、加速度数值由位移经数值微分和数字滤波得到。与传统的R-C电路测量法或分别采用位移、速度、加速度测量仪器的系统相比，具有

6、测试系统简单，性能稳定可靠、附加相位差小、动态响应好等特点。本实验仪测试结果不但可以以曲线形式输出，还可以直接打印出各点数值，克服了以往测试方法中，须对记录曲线进行人工标定和数据处理而带来较大的幅值误差和相位误差等问题。本实验仪最大优点就是采用微处理器和相应的外围设备，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传统的同类仪器。另外，与个人电脑连接使用，操作上只要使用键盘和鼠标就可完成，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，在学生进行实验时稍作讲解即可使用。5、光电脉冲编码器结构原理及标定值计算方法（1）光电脉冲编码器结构原理光电脉冲编码器如图6

7、所示。1、发光体2、聚光镜3、光电盘4、光栏板5、光敏管6、主轴图6光电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移转换成电脉冲信号的器件。它由发光体、聚光透镜、光电盘、光栏板、光敏管和光电整形放大电路组成。光电盘和光栏板用玻璃材料经研磨、抛光制成的。在光电盘上用照相腐蚀法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，它们与光电盘透光条纹的重合性差1/4周期。光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。当主轴带动光电盘一起转