机构运动参数测试组合创新实验台
机构运动参数测试组合创新实验台

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机构运动参数测试组合创新实验台
该实验开辟了机械原理实验的新观念,打破了传统的演示性、验证性、单一性实验的模式,突出了以培养学生实验综和设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标,建立一套新型的设计型、搭接型、综合型的实验体系。该实验可提供多种搭接设备,学生可根据功能要求,自己进行方案设计,利用传感器(线位移、角位移、光电传感器等)、NI数据采集卡、工控机、LabVIEW图形化编程平台等先进测试设备和软件进行实验测试操作和数据、图形处理。实验可对机构运动参数进行实时采集,充分体现出先进采集设备和技术的高速、高效、高可靠性的特点。

该实验包括机构方案设计、实验方案设计、机构搭接与性能参数测试、实验结果分析与总结等几部分实验内容。通过综合实验环节使学生巩固和深化课堂教学效果,拓展基础知识,并将所学知识融会贯通;培养分析问题、解决问题,以及理论与实践结合综合设计能力;培养实验测试与分析能力及系统观念,激发创新意识,增强工程实践能力和综合创造能力。“机械原理运动参数测试系列实验"强调从方案设计到性能测试与分析的全过程,该实验共分四个实验阶段。

第一阶段主要为机构运动设计训练,给定设计条件,要求设计机构运动简图,并给出一个运动循环内从动件位移、速度和加速度的运动线图。

第二阶段实验测试方案设计训练,学生根据实验所需测试的内容,以组为单位,充分发挥学生的主观能动性、科研能力和团队精神,进行实验方案的设计,并给出实验测试原理图。

第三阶段为系统搭接训练,学生根据所设计的实验方案,以及实验室提供的各类构件与驱动源,搭接组合出相应的系统,并进行运转调试,观察机构的运动情况。(此部分实验内容主要是加深学生对结构设计的认识,从自己设计的方案与实际零部件之间的差别,锻炼学生的动手能力和培养学生的形象思维能力。)

第四阶段为实验测试训练,根据搭接后的机构,分析反映机构性能的参数,提出实验目的以及了解实验仪器和设备,按照所设计的测试方案,组建测试系统,进行运动参数实验测试,进行测试数据处理和实验结果分析,掌握机构运动参数如:位移、速度、加速度、角位移等的实验测试方法;

一、机构运动参数测试组合创新实验台实验目的

1、通过运动参数测试实验,掌握机构运动的周期性变化规律,并学会机构运动参数如:位移、速度和加速度(包括角位移、角速度和角加速度)的实验测试方法;

2、通过机械系统的动力学调速实验,观察机械的周期性速度波动现象,并掌握利用飞轮进行速度波动调节的原理和方法;

3、通过利用传感器、工控机等先进的实验技术手段进行实验操作,熟悉LabVIEW软件的一些常用功能和程序的编写方法,训练掌握现代化的实验测试手段和方法,增强工程实践能力;

4、通过进行实验结果与理论数据的比较,分析误差产生的原因,增强工程意识,树立正确的设计理念。

二、机构运动参数测试组合创新实验台实验装置

1、实验装置的组成

实验装置系统框图如图1所示,它由以下几部分组成。

(1)实验装置的特点

该实验以培养学生的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标。打破了传统的演示性、验证性、单一性实验的模式,建立了新型的设计型、搭接型、综合性的实验模式。本实验提供多种搭接设备,学生可根据功能要求,自己进行方案设计,并将自己设计的方案亲手组装成实物模型。形象直观,安装调整简捷,并可随时改进设计方案,从而培养学生的创造性和正确的设计理念。

(2)实验装置的功用

实验中,可组合出:①曲柄滑块;②双曲柄;③摆动导杆;④曲柄摇杆;⑤滑块为输出构件的简单的平面六杆机构;⑥直动从动件凸轮机构;⑦摆动从动件凸轮机构实验台等多种典型的运动机构;另外,各构件尺度参数可调,突出了测试机构的尺寸参数的多变性,如:在曲柄滑块机构中设计了偏心块构件,可将对心式曲柄滑块机构变位偏置式曲柄滑块机构;在双曲柄机构中,可调节连杆尺寸使之变为平行四边形机构;直动从动件凸轮机构可进行对心式和偏心式运动参数测试等。这样可增加学生的实验题目和测试目标,使同学在实验中充分理解尺寸参数、原动件运动规律等因素对机构运动学方面的影响,巩固学生在课堂中所学知识,使之产生感性认识,增加对机械学研究的兴趣,同时达到一机多用的目的。

2、实验装置主要技术参数

(1)电机额定功率和电机转速

机构运动参数测试实验装置电机参数:

功率:40W。

电机转速:1300r/min。

直齿轮减速箱速比:1:20。

(2)传感器

  • 线位移传感器(1个):

型号:WDL—100—2 ; 精度:独立线性度0.5% ;    量程:100mm;

  • 角位移传感器(1个):

型号:WD35D—4 ;    精度:独立线性度0.1% ;    量程:00—3400

  • 光电编导器(1个):

型号:LEC—102.4BM—G05E ;  精度:1024脉冲/周;   量程:00—3600

(3)实验装置主要构件和部件基本参数

①机构运动参数测试实验装置电机支撑件:1个。

②底板:460×330×30mm。

③曲柄:L50(L35):1个; L90(L50):2个。

④连杆:L30 :1个 ; L160:2个; L90:1个。

⑤支撑座组件:中心高120mm支撑座2个。

⑥摆动导杆: 1个。

⑦滑块组件:1套。

⑧传感器支撑架:角位移传感器支撑架:1个;线位移传感器支撑架:1个;光电移传感器支撑架:1个。

⑨凸轮:1个。

    ⑩直动从动构件组件:1套。

(4)实验装置所需主要设备:

实验装置电器控制箱:1个。

三、实验数据采集系统软件说明

该实验采用美国NI(美国国家仪器公司NATIONAL INSTRUMENTS,简称 NI)数据采集卡,进行数据采集;利用LabVIEW图形化编程平台进行数据处理和图形输出。其数据采集原理为:首先,机构在电机的驱动下运转起来,用传感器(位移传感器、角位移传感器、光电传感器)将机械量(如:位移、加速度)转变为电量,即电信号。其次,通过测试控制柜中的数据采集卡对该信号进行采集、分析,再将模拟量转变为数字量,即完成模—数转换。最后,通过LabVIEW进行程序处理将其转化为运动曲线并输出在计算机的屏幕上。

四、机构运动参数测试实验

1、曲柄摇杆机构实验

2、曲柄滑块机构实验

3、双曲柄机构实验

4、摆动导杆机构实验

5、直动凸轮机构实验

6、摆动凸轮机构实验

7、平面六杆机构

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