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1、实 验 报 告机构运动学和动力参数测试实验一、 实验目的1、通过对典型机构的组装，掌握活动连接（运动副）和固定连接的特点。2、通过实验方案设计和机构运动参数测试，掌握机构运动参数的实验测试方法。3、通过运动参数测试实验，掌握闭链机构运动的周期性变化规律，了解实际机构中非线性干扰因素对机构性能的影响。4、通过利用传感器、计算机等先进的实验技术手段进行实验操作，训练掌握现代化的实验测试手段和方法。5、通过对实验的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、 实验装置实验对象为曲柄导杆机构,如图所示：上图曲柄为50mm上图曲柄为35mm 实验装置如下：1、直流电机
2、一台，输出转速为48r/min；2、曲柄一个，长度可调整为50mm或35mm；3、导杆一个；4、底板一块；5、电机支撑件一个；6、支撑座两个；7、角位移传感器一个，型号为WDD35D-4,独立线性度为0.1%，量程为0-360度；8、角位移传感器支撑架一个；9、光电编码器支撑架一个；10、实验装置电器控制箱一个；11、示波器一台，型号为54810A;12、电荷放大器一个；13、电源为220V/50Hz。三、 实验的方法及其原理DCBAr 摆动导杆机构简图l = 150 mm观察上图，在 ABC中，由正弦定理，得：展开，得：移项，得：则有：即得：注意到：上式变为：对时间t 求导，得：再对时间t
3、求导，得：由此可得，导杆CD的角位移、角速度、角加速度与曲柄AB的转角之间的关系分别为：由上述三个函数表达式，即可利用Matlab软件绘制出 -、-、- 线图。曲柄长度为50mm时，理论计算所得的曲线:上图为曲柄长度为50mm时，理论计算所得“角位移-曲柄转角”曲线上图为曲柄长度为50mm时，理论计算所得“角速度-曲柄转角”曲线上图为曲柄长度为50mm时，理论计算所得“角加速度-曲柄转角”曲线曲柄长度为35mm时，理论计算所得的曲线:上图为曲柄长度为35mm时，理论计算所得“角位移-曲柄转角”曲线上图为曲柄长度为35mm时，理论计算所得“角速度-曲柄转角”曲线上图为曲柄长度为35mm时，理论计
4、算所得“角加速度-曲柄转角”曲线注：理论计算时，角位移取一个周期，即角位移的范围是0到360度，而实验所得数据是取多个周期。实验流程：根据设计方案选择各构件和传感器1、 确定好曲柄的长度（50mm）后，搭建机构，组建测试系统；2、 在确保所搭接的机构不会发生干涉和摩擦后，将所有的螺栓固定好，并检查所的连接是否正确、稳固；3、 在各转动处加入润滑油；4、 经指导老师检查后方可开机，试运转后停车；5、检查完毕，试运转正常后，开始实验，按下电器控制箱的启动按钮，电机开始运转，装置开始运动；6、等到装置运动平稳后在示波器上按下“Run”按钮，显示“角位移时间”曲线；7、等到曲线变得较为平滑后，采集数据
5、，按下“Stop”按钮，并保存图像和数据；8、改变曲柄长度变为35mm，在示波器上按下 “Clear Dispaly”,重复上述步骤；9、确认试验采集结束，关闭各仪器，拆卸机构，将各设备复原，清理实验台。实验原理：在机构中加装相应的传感器，经实验台控制箱将测试信号输入示波器中进行观察和处理。实验装置开始运动后，导杆的角位移的变化信息通过角位移传感器转化为电信号；通过控制箱中的数据采集卡对该信号进行采集，再将模拟量转变为数字量，即完成模-数转换；通过数据采集分析软件进行数据处理，将其转化为运动曲线输出在工控机上。实验中我们测量出“角位移-时间”曲线，然后可通过相关软件由该曲线求得“角速度-时间”
6、曲线和“角加速度-时间”曲线。由于角位移和电压（电信号）的关系是线性关系，所以可以认为所得的曲线是“角位移-时间”曲线。本实验采用带存储功能的示波器采集和输出。将实验机构搭接完毕，经检验无误后，将数据输出电缆的一端插在电器控制箱的相应输出端口，另一端在示波器的输入通道处，可显示出相应机构的位移、速度和加速度曲线，并可进行运动学参数的分析。实验中所得到的曲线图和理论计算得到的曲线图均为各物理量与时间的关系的曲线，由于时间和曲柄旋转角度是线性关系，所以可以认为所得到的图是各物理量和曲柄旋转角度的关系的曲线。实验机构角位移传感器光电编码器线位移传感器加速度传感器速度传感器ZH型控制箱多通道示波器计算
7、机显示屏打印机 实验原理框图四、 实验结果曲柄长度为50mm时所得结果：图一上图为曲柄长度为50mm时，所得到的“角位移-时间”曲线图二上图为用Matlab显示的“角位移-时间”曲线图三上图为用Matlab求得的“角速度-时间”曲线图四上图为用Matlab求得的“角加速度-时间”曲线曲柄长度为35mm时所求结果：图五上图为曲柄长度为35mm时，所得到的“角位移-时间”曲线图六上图为用Matlab显示的“角位移-时间”曲线图七上图为用Matlab求得的“角速度-时间”曲线图八上图为用Matlab求得的“角加速度-时间”曲线五、 结果分析将理论计算所得的两组曲线进行对比：上两图为曲柄长度分别为50
8、mm(左图)和35mm（右图）角位移的理论计算曲线。上两图为曲柄长度分别为50mm(左图)和35mm（右图）角速度的理论计算曲线。上两图为曲柄长度分别为50mm(左图)和35mm（右图）角速度的理论计算曲线。由上述对比，可发现曲柄长度越大时，导杆角位移、角速度、角加速度变化范围越大大，随曲柄转角的变化而变化的幅度越大，即变化率更大，但是周期相同，曲线的总体形状大致相同，所以运动规律不变。将实验所得的两组数据进行对比，同样可以得出此结论。将理论计算所得曲线横坐标转换成时间并和实验结果对比，以曲柄长度为50mm理论和实验结果作为对比材料：上两图为导杆角位移理论计算（左图）和实验（右图）所得结果，其
9、中理论计算的曲线只取一个周期。上两图为导杆角速度理论计算（左图）和实验（右图）所得结果，其中理论计算的曲线只取一个周期。上两图为导杆角加速度理论计算（左图）和实验（右图）所得结果，其中理论计算的曲线只取一个周期。由上述对比可发现，在单位周期内，实验结果和理论计算结果大致相似，角加速度的实验曲线误差较为明显，角速度实验曲线次之，角位移试验曲线在单位周期内和理论结果最为接近。误差分析：实验中，导杆上滑轮两侧与导杆的缝隙不相同不对称是实验中误差产生的最重要原因，通过调整，使缝隙对称，所得曲线产生的误差明显减少；实验机构销轴处存在间隙是产生实验误差的重要原因；实验进行时，实验机构中旋转和滑动的地方存在摩擦也是产生实验误差的不可忽视的原因。实验进行时，电机转动所产生的震动同样也会对实验结果产生影响。六、 课程收获和建议经过这四次课的学习，我对机械动力学有了大致的了解，意识到该领域在日常生活中和科技领域中的重要作用、地位。虽然我的研究方向不是这方面的，但是这四次课的学习对我以后在专业道路上探索、前行很有帮助，感谢老师的辛勤授课。个人建议：老师在课堂上和同学们的互动可以更多一些，这样学生在课堂上的学习效率会更高，老师的授课效果会更好。
