机构运动参数测定与机构动平衡

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1、机构运动参数测定与机构动平衡机械工程实验教学中心实验目的了解机构的角位移、角速度和加速度等运动参数测试的基本原理和方法了解平面机构动平衡的原理了解各运动参数测试传感器的基本原理机械工程实验教学中心实验设备平面曲柄摇杆机构实验台信号采集箱、计算机、信号采集及分析系统软件平衡铁块、扳手机械工程实验教学中心实验内容测试曲柄摇杆机构摇杆的角位移测试曲柄摇杆机构曲柄的角速度测试平衡前和平衡后机座的振动加速度机械工程实验教学中心实验原理平面机构的平衡原理当机构运动时，各运动构件所产生的惯性力可以合成为一个通过机构质心的总惯性力

2、和总惯性力矩，此总惯性力和力矩全部由基座承受。当机构运动时，随时变化的总惯性力和力矩使基座发生振动，欲消除基座的振动就必须设法平衡此总惯性力和力矩：要使机构的总惯性力为零，则必须使机构的加速度为零，即使机构的质心静止不动。机构质心静止不动的方法通常有两种：利用对称机构平衡和利用平衡质量平衡。本实验采用平衡质量来平衡机构。机械工程实验教学中心为了进行平衡，现将构件2的质量m2用分别集中于B、C两点的两个集中质量m2B和m2C所代替:图1然后在构件1的延长线上加一平衡质量mb1来平衡构件1的质量m1和m2b使构件1的质

3、心移动到固定铰链A处，平衡质量mb1的计算式为：实验原理机械工程实验教学中心同理，在构件3的延长线上加一平衡质量mb2，使构件3的质心移动到固定铰链处D，平衡质量mb2的计算式为：加上质量mb1和mb2后，机构的总质心应位于机架4上某一固定点，此时整个机构的加速度等于零，则机构得到平衡。实验原理机械工程实验教学中心实验台的组成和工作原理平面曲柄摇杆机构图21-机座2-平衡盘3-曲柄4-连杆5-摇杆6-平衡盘机械工程实验教学中心如图2所示，曲柄摇杆机构的原动件为曲柄3，从动件为摇杆5。构件3、4和5上有若干转动副联接

4、圆孔，其作用是使活动构件之间通过不同孔的联接，得到几组不同的机构运动学尺寸，还可以使构件的质心位置相对运动副连线随之发生改变。该机构中的两个平衡盘2、6分别与曲柄3、摇杆5同步旋转，其功用是安装平衡铁块，即用螺栓将所需的平衡铁块固定在平衡盘的圆弧槽中，使机构惯性力得到不同程度的平衡。实验台机座放置在橡胶垫上，可近似认为它是具有两个振动自由度的弹性机座，故它的力学本质是一个两自由度的振动系统。平面曲柄摇杆机构机械工程实验教学中心光电编码器的结构如图3（a）所示，主要由发光二极管4、光栅1、光电管3组成。在光栅1上有规

5、则地刻有透光的线条，两侧安放发光二极管4和光电管3。当光栅1旋转时，光电管3接收的光通量随透光线条同步变化，光电管3输出波形经过整形后变为脉冲输出。光栅上有与之转幅相应的标志2，其每转一圈输出一个脉冲Z，用于校正光栅每转产生脉冲的数目。此外，为判断旋转方向，编码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号，如图3（b）所示。光电编码器图3光电编码器结构简图1-光栅2-转幅标志3-发光二极管4-光电管机械工程实验教学中心压电加速度传感器压电加速度传感器主要利用晶体的压电效应来工作，图4所示是压电加速度传感器结构简图，当加速

6、度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，产生与加速度大小成正比的电荷，通过电荷放大与电路转换，就可以测量出被测物的振动加速度大小。图4压电加速度传感器简图1-螺母2-预压弹簧3-质量块4-压电元件5-螺栓6-外壳7-磁性底座机械工程实验教学中心实验步骤测量摇杆的角位移，连接设备如图5所示，操作步骤详见实验教材。图5测量摇杆角位移信号设备连接示意图先将角位移传感器与角位移变送器连接最后将信号采集器的连接线与计算机的USB接口连接再将角位移变送器的信号输出线与信号采集器连接机械工程实验教学中心

7、测量曲柄转速，连接设备如图6所示，操作步骤详见实验教材。图6测量曲柄转速信号硬件联接示意图先将转速传感器的信号输入线与信号采集器连接再将信号输出线一端与信号采集器连接，另一端与采集器连接最后将采集器的输出线与计算机USB接口连接将电源线与电荷放大器连接机械工程实验教学中心测量机构平衡前后机座的振动加速度，连接设备如图7所示，操作步骤详见实验教材。图7测量机架水平方向的振动加速度信号硬件联接示意图先将压电加速度传感器连接到磁性底座上，然后将信号输入线与加速度传感器相连再将信号输出线与采集器相连将电源线与电荷放大器连接

8、将采集器输出线与计算机USB接口连接机械工程实验教学中心思考题机构平衡的目的是什么？机构平衡的类型有哪些，各有什么优缺点？常见的机构运动参数有哪些，用什么手段测试？怎么判断实验中曲柄摇杆机构是否平衡？机械工程实验教学中心