机械原理实验指导书2007-A4(7)

图15 运动学机构实验台主窗体

如果用户选择的是组合机构实验台与计算机直接连接，则在图 13主界面右上角串口选择框中选择相应串口号（COM1或COM2）。在主界面左边的实验项目框中点击“运动学”键。同样在图15界面中点击串口选择键，正确选择（COM1或COM2）。并点击数据和采集键，等待数据输入。

<二>、组合机构实验操作

1、曲柄滑块运动机构实验： 将机构组装为曲柄滑块机构

a 、滑块位移、速度、加速度测量

(1) 将光电脉冲编码器输出的5芯插头及同步脉冲发生器输出的 5 芯插头分别插入QTD-III组合机构实验仪上相对应接口上。

(2) 打开实验仪上的电源，此时带有LED数码管显示的面板上将显示\。

(3) 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，并顺时针转动调速电位器，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。 (4) 机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。

(5) 请先熟悉系统软件的界面及各项操作的功能。(请参阅操作系统软件简介)

(6) 选择好串口，并在弹出的采样参数设置区内选择相应的采样方式和采样常数。你可以选择定时采样方式，采样的时间常数有10个选择档（分别是：2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms），例如选采样周期25ms；你也可以选择定角采样方式，采样的角度常数有5个选择档（分别是：2度、4度、6度、8度、10度），例如选择每隔 4 度采样一次。

(7) 在“标定值输入框”中输入标定值 0.05 (标定值计算方法见附录) (8) 按下“采样”按键，开始采样。（请等若干时间，此时实验仪正在进行对机构运动的采样，并回送采集的数据给 PC机，PC机对收到的数据进行一定的处理，得到运动的位移值） (9) 当采样完成后，在界面将出现“运动曲线绘制区”，绘制当前的位移曲线，且在左边的“数据显示区”内显示采样的数据。

(10) 按下“数据分析”键。则“运动曲线绘制区”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“数据显示区”内也将增加各采样点的速度和加速度值。 (11) 打开打印窗口，可以打印数据和运动曲线。 b、转速及回转不匀率的测试

(1) 同“滑块位移、速度、加速度测量 ”的 (1) 至 (5) 步。

(2) 选择好串口，并点击“数据采集 [Q] 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5档（2度、4度、6度、8度、10度），选择一个你想要的一档，例如选择 6 度。

(3) 同“滑块位移、速度、加速度测量 ”的 (7)、(8)、(9) 步，不同的是“数据显示区”不显示相应的数据。 (4) 打印。

2、曲柄导杆滑块运动机构实验：组装实验机构，按上述1.a 、1.b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。

3、平底直动从动杆凸轮机构实验：组装实验机构，按上述 1.a 操作步骤，检测其从动杆的运动规律。 注：曲柄转速应控制在每分40转以下。

4、滚子直动从动杆凸轮机构实验：组装实验机构，按上述 1.a 操作步骤，检测其从动杆的运动规律，比较平底接触与滚子接触运动特性的差异。调节滚子的偏心量，分析偏心位移变化对从动杆运动的影响。

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注：曲柄转速应控制在每分40转以下。 四、附录

1、窗体界面介绍

整个窗体由标题栏、菜单栏、工具栏、数据显示区、运动曲线绘制和采样参数设定区、本公司广告信息显示区、运动分析结果显示区、状态栏等八部分组成。 （1）菜单栏

各菜单功能的简要说明：

■打开 打开以前保存在数据库内的采集所得数据（位移、速度、加速度数据） ■保存 保存当前的采集所得数据（位移、速度、加速度数据） ■退出 程序的退出操作

■端口1 采集前的端口1的选择（地址3F8H（十六进制）） ■端口2 采集前的端口2的选择（地址2F8H（十六进制））

■数据分析 对当前采集到的位移数据进行分析，得出运动的速度、加速度曲线及有关参数。

■动画显示

■曲柄滑块机构 用软件编写曲柄滑块的运动动画窗口。 ■曲柄导杆机构 用软件编写曲柄导杆的运动动画窗口。 ■打印 弹出打印窗口，可进行如下选择。

■数据打印 可打印采集到的所有位移数据及相应的速度加速度数据，也可打印部分数据，即只打印由用户自己所选的采样点数的位移数据及相应的速度加速度数据。

■曲线打印 同数据打印一样，可打印全部曲线和部分曲线。打印回转不匀率曲线，当进行回转不匀率的采样操作时可选此项。

■帮助主题 曲柄滑块/导杆机构运动参数测试仪的详细介绍。 （2）工具条

a、打开按钮，同打开菜单操作。 b、保存按钮，同保存菜单操作。 c、数据分析按钮，同数据分析菜单的操作。 d、曲柄导杆机构的动画显示按钮。 e、打印按钮，同打印菜单。 f、显示帮助主题按钮

（3）数据显示区

显示采集所得和分析所得的全部数据，以便使用者查看之用。

当“采集”按键作用后（采集完成）在此区显示采集点数和运动位移值。

当“数据分析”按键作用后，在此区内将加入分析所得的速度和加速度数据。 （4）运动曲线绘制和采样参数设定区

程序刚打开时此区显示的是运动曲线绘制控件，当选择好串口（“端口选择”作用后）后此区变为采样参数设定表框。

a、定时采样的采样时间常数选择 b、定角度采样的角度常数选择 c、回转不匀率角度常数选择

采样完成后此区又回到运动曲线绘制控件并绘出采样数据相应的位移曲线，“数据分析”按键作用后，将同时绘出速度曲线和加速度曲线，最终显示在此区的是三条曲线（位移、速度、加速度曲线）。

（5）本公司广告信息显示区 此处显示本公司的相关信息。 （6）运动分析结果显示区

此区将显示当前运动采样的位移、速度、加速度的最大值、最小值和平均值，回转不匀

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率采样所得的转速的最大值、最小值、平均值及回转不匀率值。 （7）状态栏

显示程序运行时的动态信息。如在绘制曲线时，在状态栏中将实时显示当前的位移或速度、加速度值。

2、系统软件操作说明

首先，在使用前确定所要做的是定时采样还是定角采样方式，或是要进行测定机构当前的回转不匀率。

其次，启动此曲柄滑块导杆机构，打开测试仪的电源按钮，此时测试仪先显示的是数字０随后便正确显示当前的转速。

接着，调节曲柄滑块导杆机构上的旋钮使转速调到自己所需的转速，待稳定后便可开在 PC 上的软件系统上进行操作了，其步骤如下： （1）打开本软件系统。

（2）选择端口号。（如选择端口１）

（3）在采样参数设计区选择采样方式和采样常数。并在“标定值输入框”中输入标定值 0.05。

（4）按“采样”键。 （5）等待一段时间。（这段时间用于单片机处理数据以及单片机向 PC 机传输数据。) （6）如果采集数据传送（PC与单片机通讯）正确，单片机传送到 PC 机的位移数据便会显示在“数据显示区”内，同时 PC 机会根据位移数据在“运动曲线绘制区”画出位移的曲线图，同时在“运动分析结果显示区”显示出位移的最大值、最小值、平均值。如果出现异常，请重新采集数据。

（7） 按“数据分析”键。则在“运动曲线绘制区”内将动态的绘出相应的速度曲线和加速度曲线 ，同时在“运动分析结果显示区”显示出速度、加速度的最大值、最小值、平均值。

（8）保存当前采集的数据到数据库内。 （9）打印当前采集和分析的数据和曲线。 最后，实验总结。

注：若在第 3 步中选择的是进行角度分析（即回转不匀率的采样方式）时，将跳过 7、8 两步。 3、光电脉冲编码器：光电脉冲编码器由以下部件组成：

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光电脉冲编码器结构原理图

1、发光体 2、聚光镜 3、光电盘 4、光栏板 5、光敏管 6、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移转换成电脉冲信号的器件。它由发光体、聚光透镜 、光电盘、光栏板、光敏管 和光电整形放大电路组成 。光电盘和光栏板用玻璃材料经研磨、抛光制成的。在光电盘上用照相腐蚀法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，它们与光电盘透光条纹的重合性差 1/4 周期。光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。当主轴带动光电盘一起转动时，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' 路经反相器反相后得到两个相位相反的方波信号，分送到与非门剩下的两个输入端作为门控信号，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 的加一前沿 B，与非门1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，即表示该时刻光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移量。 （如图 16和图 17 所示）

图16

图17

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4、标定值计算方法

在本实验机构中，标定值即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（mm）。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。 脉冲当量计算式：

M = /N = 0.05026mm/脉冲（取为 0.05） 式中：M —脉冲当量

—齿轮分度圆直径（现配齿轮 =16mm）

N —光电脉冲编码器每周脉冲数（现配编码器 N =1000）

5、实验结果示例

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6、作业编程示例

（1）打开编程窗口。

（2）出现工程1-forml(code)的窗口。

（3）把“学生编程开始”的t0=和a=删掉。

（4）选择“参考程序开始”下的程序，把它粘帖在“学生编程开始”这里，然后去掉“参考程序开始”的“，”点，最后根据实际被测机构实际尺寸修改a.d.to。

（5） 点去掉后关闭工程1-forml(code)的窗口，点击“工程1-Microsoft visual basic［设计］”窗口中的“运行”采单。再点击下拉菜单中的“启动”，出现forml这一窗口，窗口中显示“位移，速度，加速度”运算结果数据，输入“学号”，然后“保存”。

（6） “保存”并关闭“VB”软件，这时出现一个对话窗口“Microsoft visual basic”选择“否（N）”，返回“作业”窗口。

（7） 点击“打开动画窗口”按扭，选择“学号”栏目下的“调入编程结果”，把已保存的文件打开，如果数据正确，会出现“调入数据成功”的小窗口，点击“开始”按扭，在“数据显示”栏显示“位移，速度，加速度”的极限值，并出现通过学生编程计算得出的机构运动的动态图形显示。 注：（1）、“标准计算结果”键暂无效。 （2）、数据显示栏中曲柄长，连杆长，曲柄转速需手动输入机构当时相应值。

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