机械运动参数测定.doc

第一章 实验综述 1.1 实验目的 1. 通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。 2. 通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、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。 3. 通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。 4. 运用MATLAB与ADAMS2005进行动态仿真，比较两种仿真方法的结果，并且熟悉两种试验方法的使用； 5. 运用matlab软件编程，对两种机构进行运动仿真，得出速度、加速度等参数。 6. 将所得两种参数进行比对，进行分析。 1.2 实验步骤 1. 安装运动机构的运动副，组装曲柄滑块机构； 2. 打开运动测试软件，打开电机开关，让电机带动曲柄滑块运动； 3. 修改软件测试的脉冲当量，对滑块的路程、速度、角速度、加速度进行测试，并形成数据曲线， 脉冲当量计算式： C= D/N 其中：C—脉冲当量 D—槽轮槽底圆直径（现配D=28.7mm） N—光电脉冲编码器每周脉冲数，（现配N=1000）； 4. 组装曲柄导杆机构，重复上述步骤测量运动参数。 1.3 实验原理 1. 实验机构 目前配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构（也可采用其它各种实验机构），机械原动力采用直流调速电机，电机转速可在0—3600转/分范围内作无级调速。经蜗轮蜗杆减速器减速，机构的曲柄转速为0~120转/分。 图1-1与1-2所示为实验机构简图。它利用作往复运动的滑块，推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后即可得到滑块的位移、速度和加速度。图1-1为曲柄滑块机构，图1-2为曲柄导杆机构。 图表 1 曲柄滑块机构 图表 2 曲柄连杆机构 1、同步发生器 2、蜗轮减速器 3、曲柄 4、连杆 5、电机 6、滑块 7、齿轮 8、光电脉冲编码器 9、导块 10、导杆 2. 广电脉冲编码器 图表 3 光点脉冲编码器结构原理图 1、灯泡 2、聚光镜 3、光电盘 4、光拦板 5、主轴 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转换成电脉冲信号的器件。它由灯泡、聚光透镜、光电盘、光栏板、光敏管和光电整形放大电路组成。光电盘和光栏板是用玻璃材料经研磨，抛光制成。在光盘上用照相机腐蚀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，它们与电盘透光条纹的重合相差1/4周期。光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。当主轴带动光盘一起转动时，光敏管就接收到光线亮、暗变化的信号，引起光敏管所通过的电流发生变化，输出两路相位差90°的近似正弦波信号，它们经放大、整形后得到两路相位差90°的主波d和d’。d路信号经微分后加到两个与非门输入端作为触发信号，d’路经反相器得到两个相位相反的方波信号，分别送到与非门剩下的两个输入端作为与非门控信号，与非门的输出端即为光电脉冲编码器的输出信号端，可与双时钟可逆计数的加、减触发端相接。当编码器转向为正时（如顺时针），微分器取出d的前沿A，与非门1打开，输出一负脉冲，计数器作加计数；当转向为负时，微分器取出d的另一前沿B，与非门2打开，输出一负脉冲，计数器作减计数。某一时刻计数器的计数值即表示该时刻的光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移。 图表 4 数字电路框图 3. 组合测试仪 在实验机构的运动过程中，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—5V电平的两路脉冲，接入测试数字量通道有计数器计数，也可采用模拟传感器，将滑块位移转换为电压值，接入测试器模拟通道，通过A/D转换口转变为数字量。 测试仪具有内触发和外触发两种采样方式。当采用内触发方式时，可编程定时器按操作者所置入的采样周期要求输出定时触发脉冲。同时微处理器输出相应的切换控制信号，通过电子开关对锁存器或采样保持器发出定时触发信号，将当前计数器的计数值或模拟传感器的输出电压值保持。经过一定延时，由可编程并行口或A/D转换读入微处理器中，并按一定格式存储在机内RAM区中。若采用外触发采样方式，可通过同步脉冲发生器将机构从动曲柄的角位移（2°、4°、6°、8°、10°）信号转换为相应的触发脉冲，并通过电子开关切换发出采样触发信号。利用测试仪的外触发采样功能，可获得以机构主轴角度变化为横坐标机构运动线图，也可分析主轴作为非匀速转动机构的运动规律提供了方便。 机构的速度、加速度数值由位移经数值微分数字滤波得到。与传统的R—C电路测试法（或分别采用位移、速度、加速度的测量仪器的系统）相比，具有测试系统简单，性能稳定、可靠、附加相位差小动态响应好