机械原理与设计实验.ppt

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1、机械原理与设计实验一实验一常用机构认识、分析与测绘常用机构认识、分析与测绘一、实验目的一、实验目的1 1了解各种常用机构的组成及运动情况；了解各种常用机构的组成及运动情况；2 2了解各种常用机构的实际应用；了解各种常用机构的实际应用；3 3了解本课程所要学习的内容；了解本课程所要学习的内容；4 4机构运动简图的测绘方法；机构运动简图的测绘方法；5 5常用运动副及常用机构运动简图的代表符号和构件常用运动副及常用机构运动简图的代表符号和构件的表示方法；的表示方法；6 6机构自由度的计算方法及其在实际中的应用。机构自由度的计算方法及其在实际中的应用。二、实验仪器及工具二、实验仪器及工具各类常用机构模

2、型，常用机构展示柜、直尺、三各类常用机构模型，常用机构展示柜、直尺、三角板、铅笔、橡皮及草稿纸。角板、铅笔、橡皮及草稿纸。三、实验原理三、实验原理1 1应用符号应用符号由于机构的运动仅仅与机构中的构件数目由于机构的运动仅仅与机构中的构件数目和构件组成运动副的数目、种类、相对位置及和构件组成运动副的数目、种类、相对位置及原动件有关，因此，在机构运动简图中可以撇原动件有关，因此，在机构运动简图中可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的线条表示构件，用规定的符号表示运动简单的线条表示构件，用规定的符号表示运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置

3、，副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此与实际机构的具有完全相同的运动特征，以此与实际机构的具有完全相同的运动特征，机构中各构件及运动副均有规定符号表示。机构中各构件及运动副均有规定符号表示。2几种简图表示方法：（1 1）具有两个转动副的构件：用一条直线联接两个运动）具有两个转动副的构件：用一条直线联接两个运动副元素，表示转动副的小圆，其圆心必须与相对回转副元素，表示转动副的小圆，其圆心必须与相对回转中心重合。中心重合。（2 2）具有多个转动副的构件，用直线将相邻转动副元素）具有多个转动副的构件，用直线将相邻转动副元素的几何中心连接成多边形，并在相邻两直线相交部位的几何中心连接成多边形

4、，并在相邻两直线相交部位涂以焊接记号，或画上阴影线，如三个转动副元素位涂以焊接记号，或画上阴影线，如三个转动副元素位于一直线上，可用跨越半圆符号表示。于一直线上，可用跨越半圆符号表示。（3 3）具有两个移动副的构件，导路必）具有两个移动副的构件，导路必须与相对移动方向一致。须与相对移动方向一致。（4 4）具有一个转动副和移动副的构件；）具有一个转动副和移动副的构件；（5 5）具有一个转动副和一个高副的构）具有一个转动副和一个高副的构件，高副元素与实际轮廓相符。件，高副元素与实际轮廓相符。四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤 观看各类常用机构模型和陈列柜演示。观看各类常用机构模型和陈列柜演示。轻

5、轻地、慢慢地转动手柄，从原动件开始仔细观察其依次传动的轻轻地、慢慢地转动手柄，从原动件开始仔细观察其依次传动的过程，找出哪些是固定件，哪些是活动件，确定出活动构件的数过程，找出哪些是固定件，哪些是活动件，确定出活动构件的数目，分析各构件相对运动性质，确定运动副的类型和数目。目，分析各构件相对运动性质，确定运动副的类型和数目。为了能更清楚地表示其相对运动，需要选择各构件的运动平面为为了能更清楚地表示其相对运动，需要选择各构件的运动平面为投影面。判断各构件之间的运动副性质（即高副、低副）。为了投影面。判断各构件之间的运动副性质（即高副、低副）。为了使构件之间的关系易于表达，应将原动件置于一个恰当的

6、位置。使构件之间的关系易于表达，应将原动件置于一个恰当的位置。至少是使各种构件及运动副相互不遮挡、不重合。至少是使各种构件及运动副相互不遮挡、不重合。采用徒手目测的方法，画出机构示意图。各构件和运动副面的相采用徒手目测的方法，画出机构示意图。各构件和运动副面的相对位置要大致成比例。各构件和运动副的画法要符合规定，并分对位置要大致成比例。各构件和运动副的画法要符合规定，并分别以别以1 1、2 2、3 3、和和A A、B B、C C、标记。标记。由原动件开始依次测量出各运动副的相对位置，以毫米（由原动件开始依次测量出各运动副的相对位置，以毫米（mmmm）为）为单位，并逐一标注在机构示意图上。角度问

7、题可以转化为长度问单位，并逐一标注在机构示意图上。角度问题可以转化为长度问题来测量，测量应精确，可取多次测量的平均值。题来测量，测量应精确，可取多次测量的平均值。选择适当的比例尺（可根据实际尺寸和图纸的大小适当选取），选择适当的比例尺（可根据实际尺寸和图纸的大小适当选取），将机构示意图转化为正规的机构运动简图。为了便于对机构进行将机构示意图转化为正规的机构运动简图。为了便于对机构进行分析，在机构运动简图上还可以标出与运动有关的尺寸，例如：分析，在机构运动简图上还可以标出与运动有关的尺寸，例如：转动副之间的中心距，移动副导路之间的距离等。转动副之间的中心距，移动副导路之间的距离等。五、实验报告五

8、、实验报告1.1.按要求绘制按要求绘制3 3种机构模型的机构运动简图；种机构模型的机构运动简图；2.2.计算所绘机构的自由度，并据此分析机构具有计算所绘机构的自由度，并据此分析机构具有确定运动的条件。确定运动的条件。六、思考题六、思考题1.1.机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？些方面的特征？2 2绘制机构运动简图时，原动件的起始位置会绘制机构运动简图时，原动件的起始位置会不会影响机构运动简图的正确性？不会影响机构运动简图的正确性？3 3计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何帮助？帮助？实验二实验二

9、机组运转及飞轮调节实验机组运转及飞轮调节实验一、实验目的一、实验目的熟悉机组运转的工作阻力的测试方法；理解机组稳定运转时速度出现周期性波动的原因；掌握机器周期性速度波动的调节方法和设计指标；掌握飞轮设计方法；能够熟练利用实验数据计算飞轮的等效惯量。二、实验系统二、实验系统1 1实验系统框图实验系统框图实验系统框图实验系统框图 如图如图1 1所示，本实验系统由以下所示，本实验系统由以下部分组成：部分组成：1 1）0-0.7Mpa0-0.7Mpa小型空气压缩机组小型空气压缩机组（DS-IIDS-II型飞轮实验台）；型飞轮实验台）；2 2）主轴同步脉冲信号传感器）主轴同步脉冲信号传感器（已安装在（已

10、安装在DS-IIDS-II型飞轮实验台型飞轮实验台中）；中）；3 3）半导体压力传感器（已安装）半导体压力传感器（已安装在在DS-IIDS-II型飞轮实验台中）；型飞轮实验台中）；4 4）实验数据采集控制器（）实验数据采集控制器（DS-IIDS-II动力学实验仪）；动力学实验仪）；5 5）计算机及相关实验软件。）计算机及相关实验软件。2 2DS-IIDS-II型动力学实验台型动力学实验台型动力学实验台型动力学实验台如图如图1 1所示，所示，DS-IIDS-II型动力学实验台由空压机组、飞型动力学实验台由空压机组、飞轮、传动轴、机座、压力传感器、主轴同步脉冲信轮、传动轴、机座、压力传感器、主轴同

11、步脉冲信号传感器等组成。压力传感器已经安装在空压机的号传感器等组成。压力传感器已经安装在空压机的压缩腔内，压缩腔内，9 9为其输出接口。同步脉冲发生器的分度为其输出接口。同步脉冲发生器的分度盘盘7 7（光栅盘）固装在空压机的主轴上，与主轴曲柄（光栅盘）固装在空压机的主轴上，与主轴曲柄位置保持一个固定的同步关系，同步脉冲传感器的位置保持一个固定的同步关系，同步脉冲传感器的输出口为输出口为8 8。开机时，改变储气罐压缩空气出口阀门。开机时，改变储气罐压缩空气出口阀门3 3的大小，就可以改变储气罐的大小，就可以改变储气罐2 2中的空气压强，因而中的空气压强，因而也就改变了机组的负载，压强值可以从储气

12、罐上的也就改变了机组的负载，压强值可以从储气罐上的压力表压力表1111上直接读出。根据实验要求，飞轮上直接读出。根据实验要求，飞轮4 4可以随可以随时从传动轴上拆下或装上，拆下时注意包管好轴上时从传动轴上拆下或装上，拆下时注意包管好轴上的平键的平键5 5，在安装飞轮时应注意放入平键，并且将轴，在安装飞轮时应注意放入平键，并且将轴端面固定螺母端面固定螺母6 6拧紧。拧紧。3DS-II型动力学实验仪型动力学实验仪DS-II动力学实验仪内部由单片机控制，它完成汽缸压强和同步数据的采集和处理，同时将采集的数据传送到计算机进行处理。它的面板如图3所示。4实验台主要技术参数实验台主要技术参数空压机气压范围

13、：空压机气压范围：p=0p=00.7MPa0.7MPa电机额定功率：电机额定功率：P=550WP=550W电机转速：电机转速：1400r/m1400r/m电源：电源：220V220V交流交流/50HZ/50HZ实验台尺寸：长实验台尺寸：长 宽宽 高高600300330600300330（mmmm）三、实验原理三、实验原理飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度度mm和许可的不均匀系数和许可的不均匀系数 来确定飞轮的转动惯量来确定飞轮的转动惯量J J。当设计飞轮时，因为研究的范围是在稳定运动时期的当设计飞轮时，因为研究的范围是在稳定运动时期的任一

14、个运动循环内，我们假定在循环开始和循环结束任一个运动循环内，我们假定在循环开始和循环结束时系统的状态是一样的，对回转机械来说，也就是在时系统的状态是一样的，对回转机械来说，也就是在循环开始和结束时它们的速度是一样的，这时驱动力循环开始和结束时它们的速度是一样的，这时驱动力提供的能量全部用来克服工作阻力（不计摩擦等阻力）提供的能量全部用来克服工作阻力（不计摩擦等阻力）所做的功，在这样的前提下，我们就可以用盈亏功的所做的功，在这样的前提下，我们就可以用盈亏功的方法来计算机械系统所需要的飞轮惯量。具体地来说，方法来计算机械系统所需要的飞轮惯量。具体地来说，计算一个运动周期中驱动力矩所做的盈功和阻力矩

15、所计算一个运动周期中驱动力矩所做的盈功和阻力矩所做的亏功，最大盈功和最小亏功的差就是系统的最大做的亏功，最大盈功和最小亏功的差就是系统的最大能量变化，用这个能量变化就可以计算机械系统所需能量变化，用这个能量变化就可以计算机械系统所需要的飞轮惯量。要的飞轮惯量。四、操作步骤四、操作步骤1连接连接RS232通讯线通讯线本实验必须通过计算机来完成。将计算机RS232串行口，通过标准的通讯线，连接到DS-II动力学实验仪背面的RS232接口，如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机，然后用双端电话线插头，将DS-II动力学实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入

16、口。2启动机械教学综合实验系统启动机械教学综合实验系统图6图73拆卸飞轮，对实验系统标定拆卸飞轮，对实验系统标定图10图9图8将飞轮从空压机组上拆卸下来，并主要保存联接平将飞轮从空压机组上拆卸下来，并主要保存联接平键。点击图键。点击图6 6进入进入“飞轮机构实验台主窗体飞轮机构实验台主窗体”，如图，如图8 8所示。在该窗体中，点击串口选择菜单，根据接口所示。在该窗体中，点击串口选择菜单，根据接口实际联接情况，选中实际联接情况，选中COM1COM1或或COM2COM2。在实验系统第一次应用之前，或者必要时，应该对在实验系统第一次应用之前，或者必要时，应该对系统进行标定。点击应用程序界面上的标定菜

17、单，系统进行标定。点击应用程序界面上的标定菜单，首先进行大气压强的标定。根据提示，关闭飞轮机首先进行大气压强的标定。根据提示，关闭飞轮机组，打开储气罐阀门，并点击确定如图组，打开储气罐阀门，并点击确定如图9 9所示。所示。大气压强标定以后，将出现第二个界面，提示对汽大气压强标定以后，将出现第二个界面，提示对汽缸压强进行标定，如图缸压强进行标定，如图1010所示。启动空压机组，关所示。启动空压机组，关闭阀门，让储气罐压力达到闭阀门，让储气罐压力达到0.3MPa0.3MPa左右，在方框内左右，在方框内输入此压力值，点击确定即可完成标定。输入此压力值，点击确定即可完成标定。4数据采集数据采集系统标定

18、以后，就可系统标定以后，就可以用数据采集按钮对实以用数据采集按钮对实验数据进行采集了。数验数据进行采集了。数据采集的结果将分别显据采集的结果将分别显示在程序界面上，如图示在程序界面上，如图1111所示。界面左边显示所示。界面左边显示的汽缸压强值和主轴回的汽缸压强值和主轴回转速度值，本实验数据转速度值，本实验数据是以主轴（曲柄）的转是以主轴（曲柄）的转角为同步信号采集，每角为同步信号采集，每一点的采集间隔为曲柄一点的采集间隔为曲柄转动转动6 6度。右边用图表曲度。右边用图表曲线显示汽缸压强和主轴线显示汽缸压强和主轴转速。界面下方的文字转速。界面下方的文字框中将显示主轴最大、框中将显示主轴最大、最

19、小、平均转速和回转最小、平均转速和回转不匀率，汽缸压强的最不匀率，汽缸压强的最大、最小值和平均压强。大、最小值和平均压强。图115分析计算分析计算数据采集完成以后，就可数据采集完成以后，就可以对空压机组进行分析，点以对空压机组进行分析，点击计算按钮，系统将出现第击计算按钮，系统将出现第二个界面如图二个界面如图1212所示。在这所示。在这个界面中，将显示空压机组个界面中，将显示空压机组曲柄的主动力矩（假设为常曲柄的主动力矩（假设为常数）、空压机阻力距曲线和数）、空压机阻力距曲线和系统的盈亏功曲线。下方的系统的盈亏功曲线。下方的文字框中将显示最大阻力距、文字框中将显示最大阻力距、平均驱动力矩、最大

20、机械能、平均驱动力矩、最大机械能、最小机械能、最大剩余功等最小机械能、最大剩余功等数据，以及根据用户输入的数据，以及根据用户输入的许可不均匀系数计算得到的许可不均匀系数计算得到的系统所需的飞轮惯量。系统所需的飞轮惯量。图126关闭飞轮机组，关闭飞轮机组，安装飞轮，重新启动飞轮机组安装飞轮，重新启动飞轮机组得到以上数据以后，用户可以关闭飞轮机组，将卸下的飞轮安装到机组上，重新启动空压机组，点击数据采集按钮，查看主轴的速度曲线，就会发现由于飞轮的调节作用，主轴的运转不均匀系数已经有明显下降，主轴运转稳定。五、实验报告五、实验报告（1 1）打印所采集的相关曲线，并粘在实验报告上。）打印所采集的相关曲

21、线，并粘在实验报告上。（2 2）分析调速的目的与原理。）分析调速的目的与原理。六、实验思考题六、实验思考题1 1）空压机在稳定运转时，为什么有周期性速度波动？）空压机在稳定运转时，为什么有周期性速度波动？22）随着工作载荷的不断增加，速度波动出现什么变化，为）随着工作载荷的不断增加，速度波动出现什么变化，为什么？什么？33）加飞轮与不加飞轮相比，速度波动有什么变化，为什么）加飞轮与不加飞轮相比，速度波动有什么变化，为什么？汽缸压强又有什么变化，为什么？汽缸压强又有什么变化，为什么？44）取空压机主轴（曲柄）作为等效构件，作用于活塞上的）取空压机主轴（曲柄）作为等效构件，作用于活塞上的工作阻力工

22、作阻力F F的等效阻力矩的等效阻力矩MpMp如何计算？如何计算？55）分析机组在各种状态（如加飞轮、不加飞轮、加负载、）分析机组在各种状态（如加飞轮、不加飞轮、加负载、不加负载）的运动规律。上述状态实际上与各种机械均有相不加负载）的运动规律。上述状态实际上与各种机械均有相似之处，如柴油机、冲床、起重机、轧钢机、甚至自动武器似之处，如柴油机、冲床、起重机、轧钢机、甚至自动武器等，因此上述分析方法也可供研究其他设备之用。等，因此上述分析方法也可供研究其他设备之用。实验三实验三曲柄滑块、导杆、凸轮实验曲柄滑块、导杆、凸轮实验一、实验目的 1 1）通过实验、了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转

23、）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；不匀率的测定方法；2 2）通过实验，初步了解）通过实验，初步了解“QTD-“QTD-型组合机构实验台型组合机构实验台”及光电脉冲及光电脉冲编码器、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；握它们的使用方法；3 3）通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析其原因，）通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析其原因，增加运动速度特别是加速度的感性认识；增加运动速度特别是加速度的感性认识；4 4）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差

24、别；）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别；5 5）检测凸轮直动从动杆的运动规律；）检测凸轮直动从动杆的运动规律；6 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）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。响。二、实验系统二、实验系统1 1实验系统组成实验系统组成实验系统组成实验系统组成 实验系统框图如图实验系统框图如图实验系统框图如图实验系统框图如图1 1所示，它由一下设备组成：所示，它由一下设备组成：所示，它由一下设备组成：所示，它由一下设备组成：（1 1）实验机构）实验机构）实验机构）实验机构-曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；

25、曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；（2 2）QTD-QTD-型组合机构实验仪（单片机控制系统）；型组合机构实验仪（单片机控制系统）；型组合机构实验仪（单片机控制系统）；型组合机构实验仪（单片机控制系统）；（3 3）打印机；）打印机；）打印机；）打印机；（4 4）个人电脑一台；）个人电脑一台；）个人电脑一台；）个人电脑一台；（5 5）光电脉冲编码器；）光电脉冲编码器；）光电脉冲编码器；）光电脉冲编码器；（6 6）同步脉冲发生器（或称角度传感器）。）同步脉冲发生器（或称角度传感器）。）同步脉冲发生器（或称角度传感器）。）同步脉冲发生器（或称角度传感器）。图12实验机构主要

26、技术参数实验机构主要技术参数直流电机额定功率100W电机调速范围0-2000r/min蜗轮减速箱速比1/20实验台尺寸长宽高500380230电源220V/50Hz3实验机构结构特点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，分别是曲柄滑分别构成四种典型的传动系统，分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构、；平底直动从动块机构、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。而每杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。而每一种机构的某一些参数，如曲柄长度、连杆长一种机构的某一些参数，如曲柄长度、连杆长度

27、、滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整，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。的影响也会有更好的认识。4组合机构实验仪组合机构实验仪（1）实验仪外形布置此实验仪的外形结构如图2所示，图2（a）为正面结构，图2（b）为背面结构。图2（a）图2（b）（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控制系统的原理框图如图3所示。图3图4为实验系统外观图4三、实验操作步骤三、实验操作步骤1系统联接及启

28、动（1 1）连接）连接RS232RS232通讯线通讯线本实验必须通过计算机来完成。将计算机本实验必须通过计算机来完成。将计算机RS232RS232串口，通过标准的通讯线，连接到串口，通过标准的通讯线，连接到QTD-QTD-IIIIII型组合机构实验仪背面的型组合机构实验仪背面的RS232RS232接口，如果接口，如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过转换器通过RS232RS232通讯线连接到计算机，然后通讯线连接到计算机，然后用双端插头电话线，将用双端插头电话线，将QTD-IIIQTD-III型组合机构实型组合机构实验仪连接到多机通讯转换

29、器的任一个输入口。验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口。（2）启动机械教学组合实验系统图5图6图72组合机构实验操作组合机构实验操作曲柄滑块运动机构实验曲柄滑块运动机构实验将曲柄滑块机构组装好。将曲柄滑块机构组装好。a a、滑块位移、速度、加速度测量、滑块位移、速度、加速度测量（1 1）将光电脉冲编码器输出的）将光电脉冲编码器输出的5 5芯插头及同步脉冲发生器输出的芯插头及同步脉冲发生器输出的5 5芯插头分别插入测芯插头分别插入测试仪上相对应接口上。把串行传输线一头插在计算机任一串口上，另一头插在实试仪上相对应接口上。把串行传输线一头插在计算机任一串口上，另一头插在实验仪的串口上。验仪的串口

30、上。（2 2）打开）打开QTD-QTD-组合机构实验仪上的电源，此时带有组合机构实验仪上的电源，此时带有LEDLED数码管显示的面板上将显数码管显示的面板上将显示示00。（3 3）打开个人计算机。）打开个人计算机。（4 4）起动机构，在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置，）起动机构，在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置，然后接通电源，并顺时转动调速电位器，使转速逐渐加至所需的值（否则易烧断然后接通电源，并顺时转动调速电位器，使转速逐渐加至所需的值（否则易烧断保险丝，甚至损坏调速器），显示面板上实时显示曲柄轴的转速。保险丝，甚至损坏调速器），显示面板上实时

31、显示曲柄轴的转速。（5 5）机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。请启动系统软件。）机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。请启动系统软件。（6 6）选择好串口，并在弹出的采样参数设置区内选择相应该的采样方式和采样常数。）选择好串口，并在弹出的采样参数设置区内选择相应该的采样方式和采样常数。你可以选择是定时采样方式，采样的时间常数有你可以选择是定时采样方式，采样的时间常数有1010个选择档（分别是：个选择档（分别是：2ms2ms、5ms5ms、10ms10ms、15ms15ms、20ms20ms、25ms25ms、30ms30ms、35ms35ms、40ms40ms、50ms50ms），

32、比如选），比如选25ms25ms；你也；你也可以选择定角采样方式，采样的角度常数有可以选择定角采样方式，采样的角度常数有5 5个选择档（分别是：个选择档（分别是：2 2度、度、4 4度、度、6 6度、度、8 8度、度、1010度），比如选择度），比如选择4 4度。度。（7 7）在）在“标定值输入框标定值输入框”中输入标定值中输入标定值0.050.05。标定值是指光电脉冲编码器每输出一。标定值是指光电脉冲编码器每输出一个脉冲所对应滑块的位移量（个脉冲所对应滑块的位移量（mmmm），也称作光电编码器的脉冲当量。它是按以下），也称作光电编码器的脉冲当量。它是按以下公式计算出来的：公式计算出来的：脉冲

33、当量计算式：脉冲当量计算式：脉冲（取为脉冲（取为0.050.05）式中：式中：脉冲当量；脉冲当量；齿轮分度圆直径（现配齿轮）；齿轮分度圆直径（现配齿轮）；光电脉冲编码器每转脉冲数（现配编码器）。光电脉冲编码器每转脉冲数（现配编码器）。（8 8）按下）按下“采样采样”按键，开始采样。（请等若干时间，此时测试仪就在接收到按键，开始采样。（请等若干时间，此时测试仪就在接收到PCPC机机的指令进行对机构运动的采样，并回送采集的数据给的指令进行对机构运动的采样，并回送采集的数据给PCPC机，机，PCPC机对收到的数据进机对收到的数据进行一定的处理，得到运动的位移值）行一定的处理，得到运动的位移值）（9

34、9）当采样完成，在界面将出现）当采样完成，在界面将出现“运动曲线绘制区运动曲线绘制区”，绘制当前的位移曲线，且在，绘制当前的位移曲线，且在左边的左边的“数据显示区数据显示区”内显示采样的数据。内显示采样的数据。（1010）按下）按下“数据分析数据分析”键。则键。则“运动曲线绘制区运动曲线绘制区”将在位移曲线上再逐渐绘出相应将在位移曲线上再逐渐绘出相应的速度和加速度曲线。同时在左边的的速度和加速度曲线。同时在左边的“数据显示区数据显示区”内也将增加各采样点的速度内也将增加各采样点的速度和加速度值。和加速度值。b b、转速及回转不匀率的测试、转速及回转不匀率的测试（1 1）同）同“滑块位移、速度、

35、加速度测量滑块位移、速度、加速度测量”的的(1)(1)至至(7)(7)步。步。（2 2）选择好串口，在弹出的采样参数设计区内，你应该选择最右边的一栏，角度常）选择好串口，在弹出的采样参数设计区内，你应该选择最右边的一栏，角度常数选择有数选择有5 5档（档（2 2度、度、4 4度、度、6 6度、度、8 8度、度、1010度），选择一个你想要的一档，比如选择度），选择一个你想要的一档，比如选择6 6度。度。（3 3）同）同“滑块位移、速度、加速度测量滑块位移、速度、加速度测量”的的(9)(9)、(10)(10)、(11)(11)步，不同的是步，不同的是“数据显数据显示区示区”不显示相应的数据。不显

36、示相应的数据。曲柄导杆滑块运动机构实验曲柄导杆滑块运动机构实验将曲柄导杆滑块机构组装好。按上述将曲柄导杆滑块机构组装好。按上述aa、bb步骤操作，比较曲柄滑块机构与步骤操作，比较曲柄滑块机构与曲柄导杆滑块机构运动参数的差异。曲柄导杆滑块机构运动参数的差异。平底直动从动件凸轮机构实验平底直动从动件凸轮机构实验将平底直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律。将平底直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律。滚子直动从动件凸轮机构实验滚子直动从动件凸轮机构实验将滚子直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律比较平底接触与滚将滚子直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律比较

37、平底接触与滚子接触运动特性的差异。子接触运动特性的差异。四、注意事项（1 1）在未确定拼装机构能正常运行前，一定不能开机。）在未确定拼装机构能正常运行前，一定不能开机。（2 2）若机构在运行时出现松动、卡死等现象，请及时关闭电源，对机构进）若机构在运行时出现松动、卡死等现象，请及时关闭电源，对机构进行调整。行调整。五、实验报告（1 1）打印实验结果，并将其贴在实验报告上；）打印实验结果，并将其贴在实验报告上；（2 2）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别？）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别？（3 3）采用不同的凸轮廓线或接触副，对直动从动件运动规律有哪些影响？）采用不同的凸轮廓线或

38、接触副，对直动从动件运动规律有哪些影响？（4 4）理论运动线图与实测运动线图有哪些差异，分析其产生原因？）理论运动线图与实测运动线图有哪些差异，分析其产生原因？实验四实验四 带带 传传 动动 实实 验验一、实验目的一、实验目的1.了解带传动的基本原理，并观察、分析有关带的弹性滑动和打滑等重要物理现象；2.分析并验证预紧力对带的工作能力的影响；3.了解转速、转差速以及扭矩的测量原理与方法；4.绘制带的滑动曲线及传动效率曲线。二、实验系统二、实验系统带传动是广泛应用的一种传动，其性能实验为机械设计教学带传动是广泛应用的一种传动，其性能实验为机械设计教学大纲规定的必做实验之一，也是产品开发中的一项重

39、要鉴别手段。大纲规定的必做实验之一，也是产品开发中的一项重要鉴别手段。本实验台的完善设计保证操作者用简单的操作，同时又概念形象本实验台的完善设计保证操作者用简单的操作，同时又概念形象地获得传动的效率曲线及滑动曲线。采用直流电动机为原动机及地获得传动的效率曲线及滑动曲线。采用直流电动机为原动机及负载，具有无级调速功能。本实验台设计了专门的带传动预张力负载，具有无级调速功能。本实验台设计了专门的带传动预张力形成机构，预张力可预先准确设定，在实验过程中，预张力稳定形成机构，预张力可预先准确设定，在实验过程中，预张力稳定不变。在实验台的电测箱中配置了单片机，设计了专用的软件，不变。在实验台的电测箱中配

40、置了单片机，设计了专用的软件，使本实验台具有数据采集、数据处理、显示、保持、记忆等多种使本实验台具有数据采集、数据处理、显示、保持、记忆等多种人工智能。也可与人工智能。也可与PCPC机对接（实验台备有接口），这时可自动显机对接（实验台备有接口），这时可自动显示并打印输出实验数据及实验曲线。示并打印输出实验数据及实验曲线。使用本实验台，可以方便的完成以下实验：使用本实验台，可以方便的完成以下实验：11、利用实验装置的四路数字显示信息，在不同负载的情况下，、利用实验装置的四路数字显示信息，在不同负载的情况下，手工抄录主动轮转速、主动轮转矩、被动轮转速、被动轮转矩，手工抄录主动轮转速、主动轮转矩、被

41、动轮转速、被动轮转矩，然后根据此数据计算并绘出弹性滑动曲线和传动效率。然后根据此数据计算并绘出弹性滑动曲线和传动效率。22、利用、利用RS232RS232串行线，将实验装置与串行线，将实验装置与PCPC机直接连通。随带传机直接连通。随带传动负载逐级增加，计算机能根据专用软件自动进行数据处理与分动负载逐级增加，计算机能根据专用软件自动进行数据处理与分析，并输出滑动曲线、效率曲线和所有实验数据。析，并输出滑动曲线、效率曲线和所有实验数据。1、皮带传动原理、皮带传动原理1.11.1带传动的分析带传动的分析预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子转动

42、时带动皮带传动。两皮带轮静止时，带各处的拉力转动时带动皮带传动。两皮带轮静止时，带各处的拉力 都等于预紧力都等于预紧力F F0 0。传动时，由于带与轮子表面间摩擦力。传动时，由于带与轮子表面间摩擦力的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出主动的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出主动轮的一边的拉力从轮的一边的拉力从F F0 0增大到增大到F F1 1，绕出主动轮和绕进被动，绕出主动轮和绕进被动轮的一边的拉力由轮的一边的拉力由F F0 0减小到减小到F F2 2，F F1 1作用的边称为紧边，作用的边称为紧边，F F2 2作用的边称为松边作用的边称为松边设环形带的总长度不变，则紧边的拉

43、力的增量设环形带的总长度不变，则紧边的拉力的增量F F1-1-F F0 0应等于松边拉力的减小量应等于松边拉力的减小量F F0-0-F F2 2。即即F F1-1-F F0=0=F F0-0-F F2 2则则紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周力等于力等于F F=F F1-1-F F2 2。1.21.2带传动的弹性滑动与打滑带传动的弹性滑动与打滑滑动率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速滑动率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度，在带传动时，由带的滑动引度小于主动轮的圆周速度，在带传动时，由带的滑动引起的被动轮速度的

44、降低率称为滑动率。起的被动轮速度的降低率称为滑动率。其中，其中，VV1 1、V V2 2为主、被动轮轮缘的线速度；为主、被动轮轮缘的线速度；nn1 1、n n2 2为主、被动轮的转速；为主、被动轮的转速；dd1 1、d d2 2为主、被动轮的直径。为主、被动轮的直径。若若d d1 1=d=d2 2，则，则=(n=(n1 1-n-n2 2)/n)/n11，根据实验研究结果，带，根据实验研究结果，带的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上，随的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上，随着有效圆周力的增加，弹性滑动的区段也逐渐增大，当着有效圆周力的增加，弹性滑动的区段也逐渐增大，当它扩大至整

45、个包角对应的接触弧时，带传动的有效圆周它扩大至整个包角对应的接触弧时，带传动的有效圆周力也达到最大极限，如果载荷进一步增大，带与带轮间力也达到最大极限，如果载荷进一步增大，带与带轮间就发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使皮带磨就发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使皮带磨损加剧，被动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种损加剧，被动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。情况应当避免。2、实验系统的组成、实验系统的组成实验系统外观如图1所示。图1如图如图2 2所示，实验系统主要包括如下部分：所示，实验系统主要包括如下部分：（1 1）带传动机构；（）带传动机构；（2 2）主、从动轮

46、转矩传感器；（）主、从动轮转矩传感器；（3 3）主、）主、从动轮转速传感器；（从动轮转速传感器；（4 4）电测箱（与带传动机构装为一）电测箱（与带传动机构装为一体）；（体）；（5 5）个人电脑；（）个人电脑；（6 6）打印机。）打印机。带传动机构主、从动轮转矩传感器主、从动轮转速传感器单片微计算机主、从动轮转矩显示主、从动轮转速显示输出接口微机接口微计算机CRT显示打印机图23、主要技术参数、主要技术参数（1）直流电机功率：2台x50W（2）主动电机调速范围：01800转/分（3）额定转矩：T=0.24N.m=2450g.cm（4）实验台尺寸：长x宽x高=600 x280 x300（5）电源：

47、220V交流/50Hz4、实验机构结构特点、实验机构结构特点（1 1）机械结构）机械结构本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图图3 3所示。其中一台作为原动机，另一台作为负载的发所示。其中一台作为原动机，另一台作为负载的发电机。电机。图3（2 2）电测系统）电测系统电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板上，面板电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板上，面板的布置如图的布置如图4 4所示。所示。送数保持清零加载载载荷指示荷指示转速I转矩I转速II转矩II主动轮转速r/m主动轮转矩Nm从动轮转速r/m从动轮转矩Nm细调粗调电源图4在电测箱背面备有

48、微机在电测箱背面备有微机RS232RS232接口、主、被动轮接口、主、被动轮转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如图转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如图5 5所示。所示。图5123456在电测箱背面备有微机在电测箱背面备有微机RS232RS232接口、主、被动轮转矩放大、调零接口、主、被动轮转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如图旋钮等，其布置情况如图5 5所示。所示。1 1、电源插座、电源插座22、被动力矩放大倍、被动力矩放大倍数调节数调节33、主动力矩放大倍数调节、主动力矩放大倍数调节4 4、被动力矩调零、被动力矩调零55、主动力矩、主动力矩调零调零66、RS-232RS-232接口接口三、实验操

49、作步骤三、实验操作步骤1、人工记录操作方法、人工记录操作方法（1 1）设置预拉力）设置预拉力）设置预拉力）设置预拉力 不同型号传动带需在不同预拉力不同型号传动带需在不同预拉力不同型号传动带需在不同预拉力不同型号传动带需在不同预拉力F0F0的条件下进行实验，也可的条件下进行实验，也可的条件下进行实验，也可的条件下进行实验，也可对同一型号传动带采用不同的预拉力，以实验不同预拉力对同一对同一型号传动带采用不同的预拉力，以实验不同预拉力对同一对同一型号传动带采用不同的预拉力，以实验不同预拉力对同一对同一型号传动带采用不同的预拉力，以实验不同预拉力对同一传动带传动性能的影响。为了改变预拉力传动带传动性能

50、的影响。为了改变预拉力传动带传动性能的影响。为了改变预拉力传动带传动性能的影响。为了改变预拉力F0F0，如图，如图，如图，如图2 2所示，只需所示，只需所示，只需所示，只需改变砝码改变砝码改变砝码改变砝码8 8的大小。的大小。的大小。的大小。（2 2）接通电源）接通电源）接通电源）接通电源 在接通电源前，将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转在接通电源前，将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转在接通电源前，将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转在接通电源前，将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转到底，使开关到底，使开关到底，使开关到底，使开关“断开断开断开断开”，细调电位器旋钮逆时针转到底，按