機械原理實驗指導(dǎo)書機構(gòu)指定設(shè)計、組裝實驗

1、機械原理實驗指導(dǎo)書實驗二 機構(gòu)指定設(shè)計、組裝實驗一、實驗?zāi)康模豪脵C構(gòu)的構(gòu)成原理，在“機構(gòu)組合實驗臺”上組裝出所指定的機構(gòu)（共計13種組裝方案），并利用圖解法對所組裝的機構(gòu)進行速度分析，培養(yǎng)機構(gòu)運動設(shè)計中的分析和實際動手能力。二、實驗設(shè)備與工具：機構(gòu)組裝實驗臺，拆裝工具等。三、實驗步驟和要求：1、選定要組裝的機構(gòu)方案，分析該機構(gòu)的運動副、運動鏈、基本桿組、原動件等。2、在所給機構(gòu)的設(shè)計方案中至少選取2個方案進行組裝。3、利用圖解法分析組裝機構(gòu)中運動輸出件的速度、加速度。4、對所給的機構(gòu)的設(shè)計方案提出改進意見。寫出實驗心得、建議和探索。四、機構(gòu)組裝方案（共13種）1、齒輪+齒輪齒條機構(gòu)：所需零件

2、：相互嚙合的大小齒輪z1、z2，與大齒輪z2嚙合的齒條4圖1 齒輪+齒輪齒條機構(gòu)齒輪z1為主動件，速度為n1； z1主動，可測量齒條速度、位移；齒條主動，則可通過齒條位移測量齒輪z1回轉(zhuǎn)角度和角速度。另外，通過加速度傳感器，還可測出由于齒輪加工誤差，安裝誤差等引起的齒輪z1或齒條4的加速度變化。2、齒輪-對心滑塊機構(gòu)：所需零件：相互嚙合的大小齒輪z1、z2，桿件1、2，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊3圖2 齒輪-對心滑塊機構(gòu)齒輪z1為主動件，速度n1；曲柄1與齒輪2固聯(lián)（鉸鏈c可直接在齒輪上的不在回轉(zhuǎn)軸線上的圓孔處拼接形成）。滑塊導(dǎo)路延長線通過齒輪2的回轉(zhuǎn)軸線。曲柄1的尺寸可有兩種（即：更換不同的齒輪2），而

3、連桿2的長度則可選擇不同長度的連桿形成。測試參數(shù)：滑塊3的位移、速度、加速度；3、齒輪-偏心滑塊機構(gòu)（注意與2的區(qū)別）所需零件：相互嚙合的大小齒輪z1、z2，桿件1、2，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊3圖3 齒輪-偏心滑塊機構(gòu)齒輪z1為主動件，速度為n1；結(jié)構(gòu)特點：桿件l1與齒輪z2固聯(lián)，鉸鏈c可直接由齒輪z2不在圓心上的孔拼接形成；滑塊導(dǎo)路延長線與齒輪2回轉(zhuǎn)中心偏心距為e。曲柄l1可用兩個不同的尺寸齒輪形成兩個尺寸不等的曲柄，連桿l2的長度則可選擇不同長度的連桿形成。測試參數(shù)：滑塊3的位移、速度、加速度。4、尖頂從動件凸輪機構(gòu)：所需零件：凸輪1，推桿2圖4 尖頂從動件凸輪機構(gòu)凸輪1為主動件，以1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)

4、構(gòu)特點：對心移動從動件凸輪機構(gòu)。凸輪推程為等速運動規(guī)律，回程為等加速等減速運動規(guī)律。測試參數(shù)：從動件2的位移、速度、加速度。5、尖頂從動件凸輪機構(gòu)：凸輪1為主動件，以1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：對心移動從動件凸輪機構(gòu)。凸輪推程回程均為簡諧運動規(guī)律。測試參數(shù)：從動件2的位移，速度和加速度。所需零件：所需零件：凸輪1，推桿2圖5 尖頂從動件凸輪機構(gòu)6、槽輪機構(gòu)所需零件：撥盤1，槽輪2圖6 槽輪機構(gòu)撥盤1為主動件，以角速度1勻速轉(zhuǎn)動。測試參數(shù)：槽輪2的角位移、角速度、角加速度。7、齒輪-曲柄搖桿機構(gòu)：搖桿3在左極限位為零位。齒輪1為主動件，以1角速度勻速轉(zhuǎn)動。也可只測試曲柄搖桿機構(gòu)，以曲柄1為主動件。結(jié)構(gòu)

5、特點：由一級齒輪機構(gòu)與曲柄搖桿機構(gòu)構(gòu)成，其中曲柄1與齒輪z2固聯(lián)，構(gòu)件1可有兩種不同尺寸（由兩個不同齒輪構(gòu)成），桿件2、3、4均可在構(gòu)件允許范圍內(nèi)調(diào)整長度。測試參數(shù)： 搖桿3的角位移、角速度、角加速度。所需零件：相互嚙合的齒輪z1、z2，連桿1、2、3圖7 齒輪-曲柄搖桿機構(gòu)8、擺塊機構(gòu)所需零件：連桿1、2，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊3圖8 擺塊機構(gòu)（曲柄在上極限位為角位移零位）以構(gòu)件1為主動件，角速度1勻速轉(zhuǎn)動。測試參數(shù)：擺塊3的角位移、角速度、角加速度。9、擺動導(dǎo)桿+偏置滑塊機構(gòu)所需零件：連桿1、3、4、5，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊3圖9 擺動導(dǎo)桿+偏置滑塊機構(gòu)桿件1為主動件，以角速度勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)

6、由擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和擺桿滑塊機構(gòu)構(gòu)成；桿件1可由齒輪取代（齒輪上不在其回轉(zhuǎn)中心的孔為鉸鏈b的位置）。桿件1、3、4和ac尺寸可在允許范圍內(nèi)調(diào)整?；瑝K5導(dǎo)路延長線不通過鉸鏈a也不通過鉸鏈c，導(dǎo)路延長線距鉸鏈c位置可調(diào)整。測試參數(shù)：1）導(dǎo)桿3的角位移，角速度和角加速度； 2）滑塊5的位移、速度和加速度。10、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)+對心滑塊機構(gòu)：所需零件：連桿1、3、4，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊2、5圖10 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)+對心滑塊機構(gòu)構(gòu)件1為主動件，以角速度1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)由擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和擺桿滑塊機構(gòu)構(gòu)成；滑塊5導(dǎo)路延長線通過鉸鏈a。構(gòu)件1可由齒輪取代（齒輪上不在其回轉(zhuǎn)中心的孔為鉸鏈b的位置）。桿件1、3、4

7、和ac尺寸可在允許范圍內(nèi)調(diào)整。測試參數(shù)：1）導(dǎo)桿3的角位移、角速度和角加速度； 2）滑塊5的位移、速度和加速度。11、曲柄擺塊-齒輪齒條機構(gòu)：所需零件：連桿1、2，帶滑塊3的齒輪z1，與齒輪相嚙合的齒條圖11 曲柄擺塊-齒輪齒條機構(gòu)構(gòu)件1為主動件，以角速度1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)由曲柄擺塊機構(gòu)和齒條齒輪機構(gòu)組成；齒條中線平行于導(dǎo)桿2，齒輪z1空套在滑塊3的軸上，即：齒輪z1和滑塊3可相對轉(zhuǎn)動。導(dǎo)桿2在滑塊3中移動并隨滑塊3擺動時帶動齒條運動，并使齒輪z1轉(zhuǎn)動。構(gòu)件1可由齒輪取代，構(gòu)件1和ac尺寸均可在允許范圍內(nèi)調(diào)整。測試參數(shù)：齒輪z1的擺角、角速度和角加速度。12、正弦機構(gòu)：所需零件：連桿

8、1，丁字型桿件2，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊2圖12 正弦機構(gòu)桿件1為主動件，以角速度1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)為雙滑塊機構(gòu)構(gòu)成，滑塊3和滑塊2導(dǎo)路互相垂直，且滑塊3導(dǎo)路延長線通過鉸鏈a。曲柄1可由齒輪構(gòu)成，齒輪上不在回轉(zhuǎn)軸線上的孔作為轉(zhuǎn)動滑塊2的鉸鏈。測試參數(shù)：滑塊3的位移、速度和加速度。13、導(dǎo)桿-搖桿機構(gòu)：所需零件：連桿1、3、4、5，帶轉(zhuǎn)動副的滑塊2圖13 導(dǎo)桿-搖桿機構(gòu)（滑塊b在左極限位置時，角位移傳感器零位 1=30轉(zhuǎn)/分）桿件1為主動件，以角速度1勻速轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)由曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)構(gòu)成。曲柄1可由齒輪構(gòu)成，滑塊2的鉸鏈拼裝在齒輪上不在回轉(zhuǎn)軸線的孔中。構(gòu)件1、ac、cf、構(gòu)

9、件4、5尺寸均可在允許范圍內(nèi)調(diào)整。測試參數(shù)：擺桿5的角位移、角速度和角加速度。深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告課程名稱： 機械原理 實驗名稱： 機構(gòu)指定設(shè)計、組裝實驗 學(xué) 院： 機電與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 報 告 人： 學(xué)號： 班 級： 實驗時間： 實驗報告提交時間： 教務(wù)處制一、實驗方法：二、機構(gòu)組裝（至少選定兩種給定機構(gòu)）選定機構(gòu)1：機構(gòu)運動簡圖：機構(gòu)運動輸出件速度、加速度分析（設(shè)原動件轉(zhuǎn)速為1，勻速轉(zhuǎn)動）選定機構(gòu)2：機構(gòu)運動簡圖：機構(gòu)運動輸出件速度、加速度分析（設(shè)原動件轉(zhuǎn)速為1，勻速轉(zhuǎn)動）三、實驗心得體會指導(dǎo)教師批閱意見：成績評定： 指導(dǎo)教師簽字： 年

10、 月 日備注：實驗三 轉(zhuǎn)子動平衡實驗一、實驗?zāi)康?、加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解。2、掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡試驗的原理及基本方法。 二、實驗設(shè)備1、jpha型動平衡試驗臺2、轉(zhuǎn)子試件3、平衡塊4、百分表010mm圖1 動平衡機照片三、jpha型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu) 1、動平衡試機的結(jié)構(gòu)動平衡機的照片和簡圖分別如圖1、2所示。圖2中3為待平衡的試件，它由兩個圓盤即圓盤（1）、圓盤（2）和軸固連在一起，本身可以認為是一個“理想”的動平衡回轉(zhuǎn)體，為了讓其成為動不平衡的試件，實驗前在兩個圓盤上各安裝一些質(zhì)量塊（真實不平衡試件不平衡質(zhì)量的分布未必如此，但下文的平衡方法同樣完全適用）。試件3安放在框形擺

11、架的支承滾輪上，擺架的左端固結(jié)在工字形板簧2中，右端呈懸臂。電動機9通過皮帶10帶動試件旋轉(zhuǎn)；當試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性地振動，通過百分表5可觀察振幅的大小。79108123圓盤（1）圓盤（2）456通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動，可測出試件的不平衡量（或平衡量）的大小和方位。這個測量系統(tǒng)由差速器4、百分表5、補償盤6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為轉(zhuǎn)動輸入端（n1），通過柔性聯(lián)軸器與試件3聯(lián)接；右端為輸出端（n3）與補償盤相聯(lián)接。1、 擺架 2、工字形板簧座 3、轉(zhuǎn)子試件 4、差速器 5、百分表6、補償盤 7、蝸桿 8、彈簧 9、電機 10、皮

12、帶圖2 動平衡機的結(jié)構(gòu)簡圖差速器是由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪和一個外殼為蝸輪的轉(zhuǎn)臂h組成的周轉(zhuǎn)輪系。1）當差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時nh=0，則差速器為定軸輪系，其傳動比為： ， （1）這時補償盤的轉(zhuǎn)速n3與試件的轉(zhuǎn)速n1大小相等轉(zhuǎn)向相反。2）當n1和nh都轉(zhuǎn)動，則為差動輪系，根據(jù)教材第11章的式（11-3a），計算傳動比如下推導(dǎo)出 （2）蝸輪的轉(zhuǎn)速nh是通過手柄搖動蝸桿7，經(jīng)蝸桿蝸輪副在大速比的減速后得到。因此蝸輪的轉(zhuǎn)速nhn1。當nh與n1（可以取n1的轉(zhuǎn)向為正）同向時，由（2）式可看到|n3|n1|，這時n3方向依然與n1反向，但速度減小。當nh與n1反向時（即nh為負），由（2）式可

13、看出|n3|n1|，這時n3方向仍與n1反向，但速度增加了。綜合上述1）、2）的分析可知，當手柄不動時，補償盤的轉(zhuǎn)速大小與試件相等轉(zhuǎn)向相反；正向搖動手柄（蝸輪轉(zhuǎn)速方向與試件轉(zhuǎn)速方向相同）補償盤轉(zhuǎn)速略有降低；反向搖動手柄補償盤轉(zhuǎn)速略有升高。這樣可改變補償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）,從而具備了不平衡質(zhì)量相位測定的結(jié)構(gòu)條件，這個結(jié)論的應(yīng)用將在后面述說。2、轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件由于轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)構(gòu)的不對稱等諸因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量。因此當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會產(chǎn)生離心慣性力，它們組成一個空間力系，使轉(zhuǎn)子動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達到動平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件 或 （3）這就

14、是轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件。3、動平衡機的工作原理當試件3上有不平衡質(zhì)量存在時（圖3），試件轉(zhuǎn)動后則生產(chǎn)離心慣性力，它可分解成垂直分力fy和水平分力fx，由于平衡機的工字形板簧和擺架在水平方向（繞y軸）抗彎剛度很大，所以水平分力fx對擺架的振動影響很小可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此垂直分力產(chǎn)生的力矩m=fyl=2mrcosl的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動 （擺架振幅大?。┑膽T性力矩為，要使擺架不振動必須要平衡力矩m2。在試件上選擇圓盤（2）作為平衡平面，加平衡質(zhì)量mp。則繞x軸的慣性力矩mp=2mprplpcosp；要使這些力矩得到平衡可根據(jù)公式（3）來解決。 （4）消

15、去2得 （5）要使（5）式為零必須滿足 （6）滿足上式（6）的條件擺架就不振動了。式中m（質(zhì)量）和r（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，mrl稱為質(zhì)徑矩，稱為相位角。工程實際中的轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機性，而無法直觀判斷它的大小和相位。因此很難公式來計算平衡量，但可用實驗的方法來解決如下：rpmpym1f1r11l2(lp)）f2r2rppmpfp2m2fplpx圖3 轉(zhuǎn)子平衡原理先暫選補償盤作為平衡平面，補償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等但轉(zhuǎn)向相反，這時的平衡條件也可按上述方法來求得。在補償盤上加一個質(zhì)量（圖3），則產(chǎn)生離心慣性力對x軸的力矩根據(jù)力系平衡公式（3） 要使上式成立必須有 （7）公式

16、（7）與（6）基本是一樣，只有一個正負號不同。從圖4可進一步比較兩種平衡面進行平衡的特點。圖4給出了一組滿足平衡條件的相位關(guān)系。mpyyfprppy2r2fpfpmppm2r22f2rpxm2f2xpxmprpp2r2m2f2 a) 2=180+ p b) j2=180 c) j2=180-jp圖4 補償盤與平衡面上相位關(guān)系的對比圖4a為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件旋轉(zhuǎn)時m2與mp始終在一個軸平面（通過軸線的平面）內(nèi)，但矢徑方向相反，從而振動最小。圖4b是補償盤為平衡平面，上半圓為補償盤的質(zhì)量分布，下半圓為試件2的質(zhì)量分布，它們具有相同的轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)向相反，m2和mp在各自的旋轉(zhuǎn)中只有到在

17、 p=0或180，2=180或0時它們處在垂直軸平面內(nèi)才使振動的振幅達到最小。其它位置時它們的相對位置關(guān)系如圖4c所示，為 2=180p。圖4c這種情況，y分力矩是滿足平衡條件的，而x分力矩未滿足平衡條件，由前述試驗機結(jié)構(gòu)的原因（擺架在水平方向抗彎剛度很大），試驗臺在該方向振動很小。用補償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可這樣來操作。在補償盤的任何位置（本實驗中選擇在靠近緣處可以使問題簡化）試加一個適當?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）這時補償盤減速或加速轉(zhuǎn)動，使補償盤與試件2之間產(chǎn)生相對角位移。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其達到最小，即達到圖4c所示的狀態(tài)，這時停

18、止轉(zhuǎn)動手柄。停機后在原位置再嘗試改變平衡質(zhì)量的大?。ㄌ砑踊驕p少平衡塊），再開機左右轉(zhuǎn)動手柄，如振幅已很小可認為擺架已達到平衡。最后將調(diào)整到好的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置，這時的垂直軸平面就是mp和m2同時存在的軸平面，即圖3b所示的狀態(tài)。擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)換到試件的平衡面上，選試件圓盤2為待平衡面，根據(jù)平衡條件 或 （8）式（8）中是所加的補償盤上平衡量質(zhì)徑積，為平衡塊質(zhì)量，是平衡塊所處位置的半徑（有刻度指示）；、分別是平衡面和補償盤至板簧的距離這些參數(shù)都是已知的，這樣就求得了在待平衡面2上應(yīng)加的平衡量質(zhì)徑積。一般情況先選擇半徑r求出m加到平衡面2上，其位置在最高位

19、置的垂直軸平面中，本動平衡機及試件在設(shè)計時已取，所以，這樣可取下補償盤上平衡塊（平衡塊）直接加到待平衡面相應(yīng)的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。即平衡條件（式3）中的，還必須做的平衡工作，這樣才能使試件達到完全平衡。第二步工作：將試件從平衡機上取下重新安裝成以圓盤2為驅(qū)動輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質(zhì)徑積或）。這樣整個平衡工作全部完成。更具體的實驗步驟詳見第四部分。四、實驗方法和步驟1、將平衡試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯(lián)軸器盤與差速器軸端的聯(lián)軸器盤，用彈性柱銷柔性聯(lián)成一體；裝上傳動皮帶。2、用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平衡機各部分轉(zhuǎn)動是否正常。松開擺架最右端的兩對

20、鎖緊螺母，調(diào)節(jié)擺架上面的安放在支承桿上的百分表，使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅大小，百分表的位置一經(jīng)調(diào)好就不要再變動。3、卸下試件和補償盤上的平衡塊，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕至最小端，啟動電機（每次啟動都如此，可保護電機），逐漸調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕至合適的位置（一般340-400r/min），稍過片刻待擺架振動穩(wěn)定后，對百分表進行調(diào)零（即將百分表上的刻度盤的零刻度調(diào)至百分表指針擺動的中間處，以便讀數(shù)），觀察并記錄下轉(zhuǎn)速n和指針擺動的振幅大小y0 。調(diào)整轉(zhuǎn)速旋鈕至靜止，關(guān)掉電源。由于此時轉(zhuǎn)子上沒有附加質(zhì)量塊，可以認為是動平衡的，因此y0是系統(tǒng)誤差造成的振動，如果y0超出0.02mm（每個小格為0.01mm）

21、或者指針擺動極不穩(wěn)定，說明試驗機需要進一步調(diào)試，及時報告指導(dǎo)教師。4、在圓盤1上裝上適當?shù)馁|(zhì)量塊（12平衡塊），在圓盤2上裝上適當質(zhì)量塊（4或3個質(zhì)量塊，建議集中排列），此時就構(gòu)成了一個動不平衡的轉(zhuǎn)子。啟動電機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕至步驟3中的轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，觀察并記錄振幅大小y，停機。5、在補償盤的槽內(nèi)距軸心最遠處加上適當?shù)钠胶赓|(zhì)量（根據(jù)步驟4，可先取2或1個平衡塊）。開機后搖動手柄觀察百分表振幅變化（觀察時停止搖動），手柄搖到使振幅最小時（此時質(zhì)量分布如圖4c所示位置）手柄停止搖動。記錄下振幅大小y1和蝸輪位置角1（差速器外殼上有刻度指示），停機。搖動手柄要講究方法：蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在

22、擺架上兩者之間有很大的間隙。蝸桿轉(zhuǎn)動到適當位置可與蝸輪不接觸，這樣才能使擺架自由地振動，這時觀察的振幅才是正確的。搖動手柄蝸桿接觸蝸輪使蝸輪轉(zhuǎn)動，這時擺動振動受阻，反搖手柄使蝸桿脫離與蝸輪接觸，使擺架自由地振動，再觀察振幅。這樣間歇性地使蝸輪向前轉(zhuǎn)動位和觀察振幅變化，最終找到振幅最小值的位置。在不改變蝸輪位置角1情況下，停機后，按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件帶動補償盤轉(zhuǎn)動，使補償盤上的平衡塊剛好到達最高位置（此時質(zhì)量分布如圖4b所示）。取下平衡塊安裝到試件的平衡面（圓盤2）中相應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。6、在補償盤內(nèi)再加平衡塊（2個平衡塊）。按上述方法再進行一次測試。測得的振幅y2蝸輪位置2，若y2y1y

23、；1與2相同或略有改變，則表示實驗進行正確。若y2已很小可視為已達到平衡。停機、按步驟4方法將補償盤上的平衡塊移到試件圓盤2上。重新啟動，觀察并記錄振幅y0，停機。拆開聯(lián)軸器開機讓試件自由轉(zhuǎn)動若振幅依然很小則第一步平衡工作結(jié)束。若還存在一些振幅，可適當?shù)卣{(diào)節(jié)一下平衡塊的相位，即在圓周方向左右移動一個平衡塊進行微調(diào)相位和大小。7、將試件兩端180對調(diào)，即這時圓盤2為驅(qū)動盤，圓盤1為平衡面。按上述方法找出圓盤1上應(yīng)加的平衡量。這樣就完成了試件的全部平衡工作。（由實驗時間所限，第6步拆開聯(lián)軸器至第7步為選作）五、注意事項1、實驗中注意安全操作，有問題可直接報告指導(dǎo)教師；2、動平衡的關(guān)鍵是找準相位，第

24、一次就要把相位找準，當試件接近平衡時相位就不靈敏了。所以1是主要位置角。3、若試件振動不明顯（或太劇烈）可人為地增減不平衡塊數(shù)量。4、同組同學(xué)可以通過改變質(zhì)量塊的數(shù)目或者不同的轉(zhuǎn)速等手段，采集不同的數(shù)據(jù)。六、思考與討論1、本實驗中，用補償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡時，在補償盤中添加一個質(zhì)量塊最好選擇在靠近緣處，為什么？ 2、在相同的轉(zhuǎn)速下，若y2y1y；1與2相同或略有改變，則表示實驗進行正確，為什么？3、試件轉(zhuǎn)速的大小對百分表中振幅的大小有何影響？對平衡試驗的結(jié)果有影響嗎？說出你的理由。4、在步驟4中，為了模擬并“制造”出動不平衡的轉(zhuǎn)子，建議質(zhì)量塊集中排列。如果隨意排列，利用該試驗臺和實

25、驗方法能否達到完全平衡？需要如何改善實驗條件才能夠?qū)崿F(xiàn)完全平衡？ 深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告課程名稱： 機械原理 實驗名稱： 轉(zhuǎn)子動平衡實驗 學(xué) 院： 機電與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 報 告 人： 組 學(xué)號： 班 級： 實驗時間： 實驗報告提交時間： 教務(wù)處制一、實驗?zāi)康亩?、實驗器材三、實驗原理四、實驗步驟五、原始數(shù)據(jù)記錄與分析轉(zhuǎn)速n= 步驟4中，圓盤2首次裝入質(zhì)量塊數(shù)量k= 個平衡平面2y0yy11y22y0平衡平面1（選做）y0yy11y22y0六、思考討論與心得體會指導(dǎo)教師批閱意見：實驗報告規(guī)范性、撰寫形式與質(zhì)量20%現(xiàn)場完成情況40%數(shù)據(jù)處理與思考

26、題（40%）成績評定： 批閱教師簽字： 年 月 日備注：附：原始數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)速n= 步驟4中，圓盤2首次裝入質(zhì)量塊數(shù)量k= 個平衡平面2y0yy11y22y0平衡平面1（選做）y0yy11y22y0實驗指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注意：本頁在實驗前要打印出來，實驗時帶到實驗現(xiàn)場，做完實驗后由實驗指導(dǎo)教師確認簽字，實驗指導(dǎo)老師根據(jù)現(xiàn)場完成情況，給出現(xiàn)場實驗成績，滿分40分。之后，由學(xué)生帶回進行分析并完成整個實驗報告，在提交實驗報告時附在報告最后一頁，以便批閱教師給出該實驗的綜合成績。實驗五 曲柄滑塊、導(dǎo)桿、凸輪運動學(xué)分析實驗一、實驗?zāi)康?、通過實驗，了解位移、速度、加速度的測定方法；轉(zhuǎn)速及回轉(zhuǎn)不勻率

27、的測定方法；2、通過實驗，初步了解“qid-iii型組合機構(gòu)實驗臺”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發(fā)生器（或稱角度傳感器）的基本原理，并掌握它們的使用方法；圖1 qtd-iii型組合機構(gòu)實驗臺照片3、通過比較理論運動曲線與實測運動曲線的差異，并分析其原因，增加對運動速度特別是加速度的感性認識；4、比較曲柄滑塊機構(gòu)與曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的性能差別；5、檢測凸輪直動從動桿的運動規(guī)律；6、比較不同凸輪廓線或接觸副，對凸輪直動從動桿運動規(guī)律的影響。二、實驗設(shè)備及工具1、qid-iii型組合機構(gòu)實驗臺（如圖1所示）；2、活動扳手，固定扳手，內(nèi)六角扳手，螺絲刀；3、鋼直尺，游標卡尺。三、qtd-iii型組合實驗系統(tǒng)的

28、組成及工作原理1、實驗系統(tǒng)組成圖2 實驗系統(tǒng)框圖本實驗的實驗系統(tǒng)框圖如圖2所示，它由以下設(shè)備組成：（1）實驗機構(gòu)曲柄滑塊、導(dǎo)桿、凸輪組合機構(gòu)（2）光電脈沖編碼器（3）同步脈沖發(fā)生器（或稱角度傳感器）（4）qtd-iii型組合機構(gòu)實驗儀（單片機檢測系統(tǒng)）（5）個人電腦（6）打印機2、實驗機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)（1）直流電機額定功率 100w（2）電機調(diào)速范圍 0-2000r/min（3）蝸輪減速箱速比 1/20（4）實驗臺尺寸 長寬高 = 500380230（5）電源 220v/50hz3、實驗機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點該組合實驗裝置，只需拆裝少量零部件，即可分別構(gòu)成四種典型的傳動系統(tǒng)，它們分別是曲柄滑塊機構(gòu)；曲柄

29、導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)；平底直動從動桿凸輪機構(gòu)和滾子直動從動桿凸輪機構(gòu)，如圖3所示。而每一種機構(gòu)的某一些參數(shù)，如曲柄長度、連桿長度、滾子偏心等都可在一定范圍內(nèi)作一些調(diào)整，通過拆裝及調(diào)整可加深實驗者對機械結(jié)構(gòu)本身特點的了解，對某些參數(shù)改動對整個運動狀態(tài)的影響也會有更好的認識。（a）曲柄滑塊機構(gòu)（b）曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)（c）平底直動從動桿凸輪機構(gòu)（d）滾子直動從動桿凸輪機構(gòu)圖3 四種機構(gòu)類型1、同步脈沖發(fā)生器 2、渦輪減速器 3、曲柄 4、連桿 5、電機 6、滑塊 7、齒輪 8、光電編碼器 9、導(dǎo)塊 10、導(dǎo)桿 11、凸輪 12、平底直動從動件 13、回復(fù)彈簧 14、滾子直動從動件 15、光柵盤4、組合機構(gòu)實驗儀

30、（1）實驗儀外型布置此實驗儀的外型結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖4（a）為正面結(jié)構(gòu)，圖4（b）為背面結(jié)構(gòu)。圖4（a） qtd-iii實驗儀正面結(jié)構(gòu)圖4（b） qtd-iii實驗儀正面結(jié)構(gòu)（2）實驗儀系統(tǒng)原理以qtd-iii型組合機構(gòu)實驗儀為主體的整個測試系統(tǒng)的原理框圖如圖5所示。圖5 測試系統(tǒng)的原理框圖本實驗儀由單片機最小系統(tǒng)組成。外擴 16 位計數(shù)器，接有 3 位 led 數(shù)碼顯示器可實時顯示機構(gòu)運動時曲柄軸的轉(zhuǎn)速，同時可與 p c 機進行異步串行通訊。在實驗機構(gòu)動態(tài)運動過程中，滑塊的往復(fù)移動通過光電脈沖編碼器轉(zhuǎn)換輸出具有一定頻率（頻率與滑塊往復(fù)速度成正比），伏電平的兩路脈沖，接入微處理器外擴的計數(shù)器計

31、數(shù)，通過微處理器進行初步處理運算并送入 p c 機進行處理，p c 機通過軟件系統(tǒng)在crt上可顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)和運動曲線圖。機構(gòu)中還有兩路信號送入單片機最小系統(tǒng)，那就是角度傳感器（同步脈沖發(fā)生器）送出的兩路脈沖信號。其中一路是光柵盤每0。一個角度脈沖，用于定角度采樣，獲取機構(gòu)運動線圖；另一路是零位脈沖，用于標定采樣數(shù)據(jù)時的零點位置。機構(gòu)的速度、加速度數(shù)值由位移經(jīng)數(shù)值微分和數(shù)字濾波得到。與傳統(tǒng)的r-c電路測量法或分別采用位移、速度、加速度測量儀器的系統(tǒng)相比，具有測試系統(tǒng)簡單，性能穩(wěn)定可靠、附加相位差小、動態(tài)響應(yīng)好等特點。本實驗儀測試結(jié)果不但可以以曲線形式輸出，還可以直接打印出各點數(shù)值，克服了以往

32、測試方法中，須對記錄曲線進行人工標定和數(shù)據(jù)處理而帶來較大的幅值誤差和相位誤差等問題。本實驗儀最大優(yōu)點就是采用微處理器和相應(yīng)的外圍設(shè)備，因此在數(shù)據(jù)處理的靈活性和結(jié)果顯示、記錄、打印的便利、清晰、直觀等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的同類儀器。另外，與個人電腦連接使用，操作上只要使用鍵盤和鼠標就可完成，操作靈活方便，實驗準備工作非常簡單，在學(xué)生進行實驗時稍作講解即可使用。5、光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)原理及標定值計算方法（1）光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)原理光電脈沖編碼器如圖6所示。1、發(fā)光體 2、聚光鏡 3、光電盤 4、光欄板 5、光敏管 6、主軸圖6 光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)原理圖光電脈沖編碼器又稱增量式光電編碼器，它是采用圓光柵

33、通過光電轉(zhuǎn)換將軸轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號的器件。它由發(fā)光體、聚光透鏡 、光電盤、光欄板、光敏管 和光電整形放大電路組成 。光電盤和光欄板用玻璃材料經(jīng)研磨、拋光制成的。在光電盤上用照相腐蝕法制成有一組徑向光柵，而光欄板上有兩組透光條紋，每組透光條紋后都裝有一個光敏管，它們與光電盤透光條紋的重合性差 1/4 周期。光源發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡聚光后，發(fā)出平行光。當主軸帶動光電盤一起轉(zhuǎn)動時，光敏管就接收到光線亮、暗變化的信號，引起光敏管所通過的電流發(fā)生變化，輸出兩路相位差 90。的近似正弦波信號，它們經(jīng)放大、整形后得到兩路相差 90。的主波 d 和 d。d 路信號經(jīng)微分后加到兩個與非門輸入端作為觸發(fā)信號；

34、d 路經(jīng)反相器反相后得到兩個相位相反的方波信號，分送到與非門剩下的兩個輸入端作為門控信號，與非門的輸出端即為光電脈沖編碼器的輸出信號端，可與雙時鐘可逆計數(shù)的加、減觸發(fā)端相接。當編碼器轉(zhuǎn)向為正時（如順時針），微分器取出 d 的前沿a，與非門1打開，輸出一負脈沖，計數(shù)器作加計數(shù)；當轉(zhuǎn)向為負時，微分器取出 d 的加一前沿 b，與非門1打開，輸出一負脈沖，計數(shù)器作減計數(shù)。某一時刻計數(shù)器的計數(shù)值，即表示該時刻光電盤（即主軸）相對于光敏管位置的角位移量。（如圖7和圖8所示）圖7 光電脈沖編碼器電路原理框圖圖8 光電脈沖編碼器電路各點信號波形圖（2）標定值計算方法在本實驗機構(gòu)中，標定值即是指光電脈沖編碼器每

35、輸出一個脈沖所對應(yīng)滑塊的位移量（mm）。也稱作光電編碼器的脈沖當量，它是按以下公式計算出來的。脈沖當量計算式：m = /n = 0.05026mm/脈沖（取為 0.05）式中：m 脈沖當量齒輪分度圓直徑（現(xiàn)配齒輪=16mm）n光電脈沖編碼器每周脈沖數(shù)（現(xiàn)配編碼器n =1000）四、軟件界面介紹及操作說明1、軟件界面介紹整個窗體由標題欄、菜單欄、工具欄、數(shù)據(jù)顯示區(qū)、運動曲線繪制和采樣參數(shù)設(shè)定區(qū)、本公司廣告信息顯示區(qū)、運動分析結(jié)果顯示區(qū)、狀態(tài)欄等八部分組成。（1）菜單欄各菜單功能的簡要說明：打開 打開以前保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的采集所得數(shù)據(jù)（位移、速度、加速度數(shù)據(jù)）保存 保存當前的采集所得數(shù)據(jù)（位移、速度

36、、加速度數(shù)據(jù)）退出 程序的退出操作端口1 采集前的端口1的選擇（地址3f8h（十六進制）端口2 采集前的端口2的選擇（地址2f8h（十六進制）數(shù)據(jù)分析 對當前采集到的位移數(shù)據(jù)進行分析，得出運動的速度、加速度曲線及有關(guān)參數(shù)。動畫顯示曲柄滑塊機構(gòu) 用軟件編寫曲柄滑塊的運動動畫窗口。曲柄導(dǎo)桿機構(gòu) 用軟件編寫曲柄導(dǎo)桿的運動動畫窗口。打印 彈出打印窗口，可進行如下選擇。數(shù)據(jù)打印 可打印采集到的所有位移數(shù)據(jù)及相應(yīng)的速度加速度數(shù)據(jù)，也可打印部分數(shù)據(jù)，即只打印由用戶自己所選的采樣點數(shù)的位移數(shù)據(jù)及相應(yīng)的速度加速度數(shù)據(jù)。曲線打印 同數(shù)據(jù)打印一樣，可打印全部曲線和部分曲線。打印回轉(zhuǎn)不勻率曲線，當進行回轉(zhuǎn)不勻率的采樣

37、操作時可選此項。幫助主題 曲柄滑塊/導(dǎo)桿機構(gòu)運動參數(shù)測試儀的詳細介紹。（2）工具條a、打開按鈕，同打開菜單操作。 b、保存按鈕，同保存菜單操作。c、數(shù)據(jù)分析按鈕，同數(shù)據(jù)分析菜單的操作。 d、曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的動畫顯示按鈕。e、打印按鈕，同打印菜單。 f、顯示幫助主題按鈕（3）數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示采集所得和分析所得的全部數(shù)據(jù)，以便使用者查看之用。當“采集”按鍵作用后（采集完成）在此區(qū)顯示采集點數(shù)和運動位移值。當“數(shù)據(jù)分析”按鍵作用后，在此區(qū)內(nèi)將加入分析所得的速度和加速度數(shù)據(jù)。（4）運動曲線繪制和采樣參數(shù)設(shè)定區(qū)程序剛打開時此區(qū)顯示的是運動曲線繪制控件，當選擇好串口（“端口選擇”作用后）后此區(qū)變?yōu)椴蓸訁?shù)設(shè)定

38、表框。a、定時采樣的采樣時間常數(shù)選擇 b、定角度采樣的角度常數(shù)選擇c、回轉(zhuǎn)不勻率角度常數(shù)選擇采樣完成后此區(qū)又回到運動曲線繪制控件并繪出采樣數(shù)據(jù)相應(yīng)的位移曲線， “數(shù)據(jù)分析”按鍵作用后，將同時繪出速度曲線和加速度曲線，最終顯示在此區(qū)的是三條曲線（位移、速度、加速度曲線）。（5）運動分析結(jié)果顯示區(qū)此區(qū)將顯示當前運動采樣的位移、速度、加速度的最大值、最小值和平均值，回轉(zhuǎn)不勻率采樣所得的轉(zhuǎn)速的最大值、最小值、平均值及回轉(zhuǎn)不勻率值。（6）狀態(tài)欄顯示程序運行時的動態(tài)信息。如在繪制曲線時，在狀態(tài)欄中將實時顯示當前的位移或速度、加速度值。2、軟件操作說明首先，在使用前確定所要做的是定時采樣還是定角采樣方式，或

39、是要進行測定機構(gòu)當前的回轉(zhuǎn)不勻率。其次，啟動此曲柄滑塊導(dǎo)桿機構(gòu)，打開測試儀的電源按鈕，此時測試儀先顯示的是數(shù)字隨后便正確顯示當前的轉(zhuǎn)速。接著，調(diào)節(jié)曲柄滑塊導(dǎo)桿機構(gòu)上的旋鈕使轉(zhuǎn)速調(diào)到自己所需的轉(zhuǎn)速，待穩(wěn)定后便可開在 pc 上的軟件系統(tǒng)上進行操作了，其步驟如下：（1）打開本軟件系統(tǒng)。（2）選擇端口號。（如選擇端口）（3）在采樣參數(shù)設(shè)計區(qū)選擇采樣方式和采樣常數(shù)。并在“標定值輸入框”中輸入標定值 0.05。（4）按“采樣”鍵。（5）等待一段時間。（這段時間用于單片機處理數(shù)據(jù)以及單片機向 pc 機傳輸數(shù)據(jù)。）（6）如果采集數(shù)據(jù)傳送（pc與單片機通訊）正確，單片機傳送到 pc 機的位移數(shù)據(jù)便會顯示在“數(shù)據(jù)

40、顯示區(qū)”內(nèi)，同時 pc 機會根據(jù)位移數(shù)據(jù)在“運動曲線繪制區(qū)”畫出位移的曲線圖，同時在“運動分析結(jié)果顯示區(qū)”顯示出位移的最大值、最小值、平均值。如果出現(xiàn)異常，請重新采集數(shù)據(jù)。（7） 按“數(shù)據(jù)分析”鍵。則在“運動曲線繪制區(qū)”內(nèi)將動態(tài)的繪出相應(yīng)的速度曲線和加速度曲線 ，同時在“運動分析結(jié)果顯示區(qū)”顯示出速度、加速度的最大值、最小值、平均值。（8）保存當前采集的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。（9）打印當前采集和分析的數(shù)據(jù)和曲線。最后，實驗總結(jié)。注：若在第 3 步中選擇的是進行角度分析（即回轉(zhuǎn)不勻率的采樣方式）時，將跳過 7、8 兩步。五、實驗內(nèi)容和步驟（一）、系統(tǒng)聯(lián)接及啟動1、連接rs232通訊線本實驗必須通過計算

41、機來完成。將計算機 rs232 串行口，通過標準的通訊線，連接到 qtd- 型組合機構(gòu)實驗儀背面的 rs232 接口。2、啟動機械教學(xué)綜合實驗系統(tǒng)圖9 機械教學(xué)綜合實驗系統(tǒng)主界面圖10 運動學(xué)機構(gòu)實驗系統(tǒng)初始界面圖11 運動學(xué)機構(gòu)實驗臺主窗體在圖9主界面右上角串口選擇框中選擇相應(yīng)串口號（com1或com2），本實驗選擇缺省的com1即可。在主界面左邊的實驗項目框中點擊“運動學(xué)”鍵，主界面顯示如圖10所示。點擊圖10中央的圖片，彈出如圖11所示的運動學(xué)機構(gòu)實驗臺主窗體界面。在圖11界面中點擊“串口選擇”菜單，正確選擇串口號（com1或com2），本實驗選擇com1。點擊“數(shù)據(jù)采集”菜單，等待數(shù)據(jù)

42、輸入。（二）、組合機構(gòu)實驗操作1、曲柄滑塊運動機構(gòu)實驗按圖 2(a) 將機構(gòu)組裝為曲柄滑塊機構(gòu)。a 、滑塊位移、速度、加速度測量(1) 將光電脈沖編碼器輸出的5芯插頭及同步脈沖發(fā)生器輸出的 5 芯插頭分別插入qtd-iii組合機構(gòu)實驗儀上相對應(yīng)接口上。(2) 打開實驗儀上的電源，此時帶有l(wèi)ed數(shù)碼管顯示的面板上將顯示0。(3) 起動機構(gòu)，在機構(gòu)電源接通前應(yīng)將電機調(diào)速電位器逆時針旋轉(zhuǎn)至最低速位置，然后接通電源，并順時針轉(zhuǎn)動調(diào)速電位器，使轉(zhuǎn)速逐漸加至所需的值（否則易燒斷保險絲，甚至損壞調(diào)速器），顯示面板上實時顯示曲柄軸的轉(zhuǎn)速。(4) 機構(gòu)運轉(zhuǎn)正常后，就可在計算機上進行操作了。(5) 請先熟悉系統(tǒng)軟

43、件的界面及各項操作的功能。(請參閱操作系統(tǒng)軟件簡介)(6) 在界面右側(cè)的采樣參數(shù)選擇區(qū)內(nèi)選擇相應(yīng)的采樣方式和采樣常數(shù)。你可以選擇定時采樣方式，采樣的時間常數(shù)有10個選擇檔（分別是：2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms），例如選采樣周期25ms；你也可以選擇定角采樣方式，采樣的角度常數(shù)有5個選擇檔（分別是：2度、4度、6度、8度、10度），例如選擇每隔 4 度采樣一次。(7) 在“標定值輸入框”中輸入標定值 0.05 (標定值計算方法見附錄)。(8) 按下“采集”按鍵，開始采樣。（請等若干時間，此時實驗儀正在進行對機構(gòu)運動的采樣，并回送采集的數(shù)據(jù)給 pc機，pc機對收到的數(shù)據(jù)進行一定的處理，得到運動的位移值）(9) 當采樣完成后，在界面將出現(xiàn)“運動曲線繪制區(qū)”，繪制當前的位移曲線，且在左邊的“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”內(nèi)顯示采樣的數(shù)據(jù)。(10) 按下“數(shù)據(jù)分析”菜單。則“運動曲線繪制區(qū)”將在位移曲線上再逐漸繪出相應(yīng)的速度和加速度曲線。同時在左邊的“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”內(nèi)也將增加各采樣點的速度和加速度值。(11) 點擊“打印”菜單，打開打印窗口，打印數(shù)據(jù)和運動曲線。打印時保存為*.m