实验二、机构（曲柄滑块、导杆、凸轮）
运动参数测量实验
一、实验目的
1）通过实验，掌握几种典型机构的运动参数（位移、速度、加速度）的测定方法； 2）初步了解和掌握光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理和使用方法；
3）增加对机构运动特性的感性认识；
4）了解曲柄滑块机构与曲柄导杆机构结构、性能等方面的差异；
5）掌握凸轮轮廓曲线的测量方法；
6）加深对凸轮机构从动杆的运动规律、凸轮轮廓曲线的理解，指导正确选择运动规律； 7）比较不同凸轮廓线或接触副，对凸轮直动从动杆运动规律的影响。
二、实验设备（系统）及原理
（一）系统组成
本实验设备是一套多用途机构运动参数测量系统，系统组成如图1所示。
图1 实验系统组成框图
图中的实验机构可为曲柄滑块机构、导杆机构或凸轮机构。 实验系统的主要技术参数：
直流电机额定功率 100W 电机调速范围 0-2000r/min 蜗轮减速箱速比 1/20 电源 220V/50Hz
实验台尺寸 500×380×230（长×宽×高） 实验前，通过拆装，分别构成曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、平底直动从动杆凸轮机构、滚子直动从动杆凸轮机构。其中，这四种机构的某些参数（例如曲柄长度、连杆长度、滚子偏心距等）可在一定范围内调整。
可构成的四种机构的机构简图及传感器安装部位如图2所示。
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1-同步脉冲发生器 2-涡轮减速器 3-曲柄 4-连杆 5-电动机6-滑块 7-齿轮 8-光电编码器 9-导块 10-导杆 11-凸轮 12、14-从动件13-弹簧 15-光栅盘
图2 四种机构的机构简图及传感器安装部位
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该系统使用的组合机构实验仪操作面板如图3所示。
图3 组合机构实验仪操作面板示意图
（二）系统工作原理
组合机构实验仪测试原理如图4所示。
图4 系统测试原理框图
本实验仪由单片机最小系统组成。外扩 16 位计数器，接有 3 位 LED 数码显示器，可实时显示待测机构运动时，曲柄轴的转速，同时可与 P C 机进行通讯。
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在实验机构动态运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换，输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比）、０－５伏电平的两路脉冲，接入微处理器外扩的计数器计数，通过微处理器进行初步处理运算后，输入 P C 机进行处理，通过软件、CRT显示出相应的数据和运动曲线图。
机构中还有两路信号送入单片机最小系统，即角度传感器（同步脉冲发生器）送出的两路脉冲信号。其中一路是角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动线图；另一路是零位脉冲，用于标定采样数据时的零点位置。
机构的速度、加速度数值经数值微分和数字滤波得到。
三、实验方法及步骤
（一）系统联接及启动 1）连接RS232通讯线 将计算机 Rs232 串行口，通过标准的通讯线，连接到组合机构实验仪背面的 Rs232 接口。如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过 Rs232 通讯线连接到计算机，然后用双端插头电话线，将 QTD-Ⅲ 型组合机构实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口。
2）启动系统
系统主控界面如图5所示。
图5 系统主控界面
如果使用多机通讯转换器，应根据用户计算机与多机通讯转换器的串行接口通道，在程序界面的右上角串口选择框中选择合适的通道号（COM1或COM2）。根据运动学实验在多机通讯转换器上所接的通道口，点击“重新配置”键，选择该通道口的应用程序为运动学实验，配置结束后，在主界面左边的实验项目框中，点击该通道“运动学”键，此时，多机通
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讯转换器的相应通道指示灯应该点亮，运动学实验系统应用程序将自动启动，如图 6 所示。如果多机通讯转换器的相应通道指示灯不亮，检查多机通讯转换器与计算机的通讯线是否连接正确，确认通讯的通道是否是键入的通讯口（COM1或COM2）点击图 6 中间的运动机构图象，将出现如图 7 所示的运动学机构实验系统界面，点击串口选择，正确选择（COM1， COM2，）点击数据选择键，等待数据输入。
图6 系统操作界面
图7 系统操作界面
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