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机构运动参数的测试和分析实验 一、实验背景和意义 1.曲柄（导杆）滑块机构定义 曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式，由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）连接而成的一种机构。曲柄导杆滑块机构是由曲柄、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。 2.曲柄滑块机构的特性及应用 常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动，或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原运动件运动规律时，研究机构其余构件上个点的运动轨迹、位移、速度、加速度等，从而评价机构是否满足工作性能要求，机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副、各单元间为面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点，因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机械、冲床、内燃机空气压缩机等。 3.传动特点 曲柄（导杆）曲柄滑块机构具有以下特点： 曲柄（导杆）曲柄滑块机构中的运动副一般为低副。低副两运动副元素为面接触，压强较小，可以承受较大的载荷:且有利于润滑，磨损较小，此外，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。 在曲柄（导杆）曲柄滑块机构中，当原动件的运动规律不变时，可以改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 在曲柄（导杆）曲柄滑块机构中，连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线，其形状还随着各构件的相对长度的改变而改变，从而可以得到形式多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的设计要求。 曲柄滑块机构还可以方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动的目的。 4. 曲柄（导杆）曲柄滑块机构的研究意义 曲柄（导杆）曲柄滑块机构使用一种常用的机构，有着广泛的应用。对这个问题进行深入的研究是有意义的。对于给定唯一的平面曲柄—滑块机构进行综合，通过采用矩阵法和图解法。利用位移矩阵法求解，需要求解非线性方程组。不仅要求出迭代初值，而且只能求出一个解。利用几何作图法对于给定曲柄和滑块两对在对应位置关系设计曲柄—滑块机构的问题，可以十分简单地加以解决。而对于复杂的问题，如要求曲柄和滑块实现四对、五对对应位置 ，这时作图法是难以实现的。在研究曲柄—滑块机构的相对极与曲柄转角及滑块位移的基础上，采用计算机符号推到，能导出平面曲柄—滑块机构综合问题的一元三次方程。从而不给初值就可以求出问题的全部解。连续法则通过构造初始方程，采用二次齐化技术求出了全部解。研究该机构的方法很多，不同的方法侧重点不一样都具有很大的意义。 二、实验目的 1．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、速度和加速度等的测试原理和方法； 2. 学会运用多通道通用实验仪器、传感器等先进实验技术手段开展实验研究的方法； 3. 利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理，作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值仿真，作出相应的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。 三、实验内容 1.测试曲柄导杆机构、曲柄滑块机构等机构的构件转角、移动位移等运动参数； 2．比较实测参数曲线与理论仿真曲线的差异。 四、实验设备（系统）及原理 （一）系统组成 QTD-III型曲柄、导杆、凸轮组合实验台 系统组成如图1所示 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。他们分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。具体结构示意图如下图所示。 曲柄滑块机构 （b）曲柄导杆机构 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 8、光电编码器 9、导块 10、导杆 该系统使用的组合机构实验仪操作面板如图3所示。 （二）系统工作原理 组合机构实验仪测试原理如图4所示 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，可实时显示待测机构运动时，曲柄轴的转速，同时可与 P C 机进行通讯。 在实验机构动态运动过程中，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）、０－５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后，输入 P C 机进行处理，通过软件、CRT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，即角度传感器（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、加速度数值经数值微分和数字滤波得到。 五、曲柄（导杆）滑块机构的运动学分析