内容发布更新时间 : 2024/5/21 13:15:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

机构运动参数测定与分析实验

一．实验目的

1. 了解用实验法（电测法）测试机械运动参数的基本原理和方法。 2. 了解各种传感器在机械量测试中的应用。

3.比较机构的理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析产生差异的原因。 二．实验设备与工具

1.工作机械：（1）牛头刨床；（2）曲柄摇杆机构；（3）曲柄滑块机构。 2.各种传感器；

3.各种测试仪器及微机测试系统。 三．实验原理

本实验应用非电量电测法将机械运动量通过传感器转变成电信号，再加以放大与测试，其测试过程如下：

采样放大器 A/D转换 微机 接口卡 采样放大器 线速度传感器 曲柄滑块机构 积分电路 线速度传感器 牛头刨床机械量 电荷放大器 电阻应变式加速度传感器 微机系统 屏幕 打印机 角速度传感器 微分电路 压电晶体加速度传感器 曲柄摇杆机构 1．线速度测定原理

测量构件的线速度采用电磁式速度传感器，它是由固接在机架上的线圈和与运动构件相连的马蹄形永磁铁构成的。当构件运动使得磁铁与线圈产生相对运动时，线圈切割磁力线而产生代表构件运动速度的感应电势E。 E=BNV 式中：

B——磁感应强度；

N——瞬时参加切割磁力线的线圈匝数； V——磁铁相对于线圈的运动速度； 当传感器结构一定时，N、B为常数，E与V成正比例关系，感应电势的变化情况即反映了构件运动速度变化情况。 R1R4被测构件磁铁21R1abNE线圈SR3R1R3R2R4R2R3磁电式速度传感器应变式加速度传感器2．线加速度测定原理 本实验测量线加速度采用了“电阻应变式”和“压电式”两种传感器。测量时它们都是安装在被测构件上，其基本原理分述如下： (1) 电阻应变式加速度传感器是利用惯性法原理工作的，其原理如图所示。等强度梁1作为弹性元件，一端固定在基座上，另一端装有惯性块2，在等强度梁两测粘贴有4个电阻应变片（R1-R4），整个系统放置在一个封闭的壳体内，壳体内充满硅油，以得到适当的阻尼。测量时质量为m的惯性块随被测构件一起以加速度a运动，而产生F=-ma的惯性力，该力使弹性元件发生弯曲变形，从而导致应变片电阻值变化，因为惯性块的质量是一定的，所以电阻值的变化正比于加速度。把贴在弹性元件两测的4个电阻应变片R1、R2、R3、R4（R1=R2=R3=R4=100Ω）接成电桥，则电桥的输出电压是正比于加速度的。 (2) 压电式加速度传感器是采用压电晶体作为变换器的，压电晶体是一种压电材料，这种材料在受到外界压力作用时，可以产生电荷输出。其结构如图所示。输出电荷量Q=K·F（式中：K——晶体压电系数；F——加在晶体上的压力）。当加在压电晶体上的质量块（质量为m）以加速度a随被测构件运动时，质量块就会产生与加速度成正比的惯性力F作用在压电晶体上，即F=-ma，而压电式加速度传感器54326171.压电晶体2.铜盘(集电板)3.质量块4.预紧弹簧5.螺母6.机座7.信号线Q与F成正比，所以输出电荷量与被测构件的加速度成正比。但由于其输出电荷量极微，直接用仪表测量无法测出，故需通过电荷放大器放大后才能测量。电荷放大器相当于一个具有电容负反馈、输入阻抗极高的高增益运算放大器，它可把电荷产生的电场电势转换成电压输出。 3．角速度及角加速度的测量原理：

角速度是用角速度陀螺仪测量的，角速度陀螺仪是一单自由度的陀螺仪（又称速率陀螺仪），角速度陀螺仪安装在被测构件上，由交流机和稳压电源给陀螺供电，角速度陀螺仪将构件的角速度转化成电压信号输出；对角速度信号进行微分，即可得到相应的角加速度信号。 四．实验方法和内容：

1）指导教师对测试原理及方法作必要的说明。

2）检查设备及线路，确认无误后再启动工作机械并接通测量仪器。

3）调节测量仪器（由教师指导），按照计算机程序提示操作计算机，在显示器上分别观察各机构的位移、速度和加速度曲线并打印。

4）比较机构的理论运动规律（由实验室事先备好）和实测机构运动参数曲线的异同。

5）观察结束后按关机程序关闭计算机及有关设备及仪器。 五．思考题

1） 用实验法（电测法）分析机构的运动规律有何优点。

2） 应从哪些方面对机构运动曲线进行分析，从对运动曲线的分析可得到哪些结论。

3）经过实验观察，分析机构理论运动规律与实际运动情况产生差异的因素有哪些。

实验报告：

自行编写实验报告一份，格式自定。