机构运动参数测定与机构动平衡

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
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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。
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
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
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？
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光电编码器
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。
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
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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。
所代替 : m2 B m2 lCS 2 / l BC m2C m2 l BS 2 / l BC 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 质心移动到固定铰链 A处， 平衡质量mb1的计算式为： mb1 m2 B l AB m1l AS1 / rb1
先将角位移传感器与角位移变送器连接
图5 测量摇杆角位移信号设备连接示意图
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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。 最后将采集器的输出线与 计算机USB接口连接
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 将电源线与电荷放大器连接 先将转速传感器的信号输 入线与信号采集器连接
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图1
实验原理
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：
mb 2 m2C l DC m3l DS 3 / rb 2
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。
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实验台的组成和工作原理
平面曲柄摇杆机构
图2 1-机座 2-平衡盘 3-曲柄 4-连杆 5-摇杆6-平衡盘
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平面曲柄摇杆机构
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。
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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
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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：
图6 测量曲柄转速信号硬件联接示意图 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。
将采集器输出线与计算机USB 接口连接 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
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 机械工程实验教学中心
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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
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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
FI 0, M I 0
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。
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实验原理
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