【正文】 t springsuspension system and the rigidities of other parts of the tractor. Therefore such units are analysed with the use of the concentrated mass method. Literature (Mitschke, 1989。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。在本課題研究設(shè)計(jì)過(guò)程中由于時(shí)間較倉(cāng)促未能設(shè)計(jì)出程序，讓該裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的自動(dòng)測(cè)算。本課題包括對(duì)擺動(dòng)周期信號(hào)采集系統(tǒng)的多種方案設(shè)計(jì)、完成其中的“電平位移電路采集信號(hào)”方案的制作、設(shè)計(jì)了LED顯示程序流程圖、實(shí)現(xiàn)圓盤(pán)扭轉(zhuǎn)角度的控制、完成圓盤(pán)釋放裝置設(shè)計(jì)等內(nèi)容。第6章 實(shí)驗(yàn)輔助裝置的使用與結(jié)論第6章 結(jié)論及展望本文從轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論知識(shí)入手，就轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量方法進(jìn)行了分析，研究和分析了之前學(xué)者們對(duì)改進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的方案。表51 三線擺不同測(cè)量方法在不同長(zhǎng)度下的周期（單位：s）測(cè)量次數(shù)線長(zhǎng)l(mm)第1次第2次第3次平均值手動(dòng)測(cè)量電控式測(cè)量手動(dòng)測(cè)量電控式測(cè)量手動(dòng)測(cè)量電控式測(cè)量手動(dòng)測(cè)量電控式測(cè)量20729811500表52 三線擺不同測(cè)量方法在不同長(zhǎng)度下精度長(zhǎng)度l(mm)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)算結(jié)果(kg用三線擺在不同線長(zhǎng)的條件下求圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0′，比較兩種方式的測(cè)量精度。6. 給電磁體供電，通過(guò)與夾頭的連接，使夾頭松開(kāi)，三線擺開(kāi)始自由旋轉(zhuǎn)。2. 若定位錐沒(méi)有位于擺盤(pán)上的圓心，則調(diào)節(jié)導(dǎo)向軸座兩邊的蝶形螺母移動(dòng)裝置使其沿著X、Y方向移動(dòng)，最終使定位錐的尖點(diǎn)位于擺盤(pán)的圓心。圖512 輔助裝置裝配調(diào)試及其波形下面是實(shí)驗(yàn)輔助裝置的使用方法：將上述改進(jìn)輔助裝置V型爪部分放置于“三線擺”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的立柱上，上述V型爪是由兩個(gè)活葉鉸接而成，上述一活葉有螺紋孔，通過(guò)螺栓與擺臂連接。 實(shí)驗(yàn)輔助裝置裝配調(diào)試及檢驗(yàn) 裝配調(diào)試使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)輔助裝置，雖然在實(shí)驗(yàn)之前的準(zhǔn)備上有一些繁瑣，但是相對(duì)于未改進(jìn)過(guò)的實(shí)驗(yàn)裝置，在后期實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將會(huì)帶來(lái)很大的便利。在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的局限性，在裝夾的過(guò)程中只可以利用測(cè)試平臺(tái)兩邊的立柱，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了V爪的設(shè)計(jì)方式，其具體結(jié)構(gòu)如下圖實(shí)物圖（圖511所示）。光電池激光器 圖510a 激光器和光電池安裝示意圖 510b 激光器和光電池安裝實(shí)物圖激光發(fā)射和光電池感應(yīng)機(jī)構(gòu)部分，光電池上方裝有一個(gè)簡(jiǎn)易濾波器。 激光器和光電池裝夾裝置“三線擺”法測(cè)慣量實(shí)驗(yàn)輔助裝置用于測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)周期的方式主要由激光器和光電池構(gòu)成，其主要電氣特性在第4章已經(jīng)有詳細(xì)介紹了，在這里就不再贅述。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置可以有效的避免人為直接操作“三線擺”擺盤(pán)，而是間接的通過(guò)調(diào)節(jié)輔助裝置的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)“三線擺”擺盤(pán)的旋轉(zhuǎn)。這樣的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，首先是手工撥動(dòng)沒(méi)有參照，很難精確的控制在5176。夾爪支座定位錐測(cè)試平臺(tái)支座電磁鐵套筒圖58a 定位裝置的仿真圖 圖58b定位裝置的裝配圖定位錐通過(guò)4個(gè)螺栓連接在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸插入在轉(zhuǎn)軸套中，二者為間隙配合，這樣整個(gè)測(cè)量平臺(tái)就可以在上面轉(zhuǎn)動(dòng)，定位錐上攻有螺紋是為了方便于激光器和光電池裝夾在上面。其中Z方向可以調(diào)節(jié)裝夾部分直接在立柱上移動(dòng)，所以調(diào)節(jié)部分不必要有太多冗余。故本課題所設(shè)計(jì)的移動(dòng)平臺(tái)在X方向上的移動(dòng)范圍為：85177。其在X、Y、Z軸設(shè)計(jì)圖紙參見(jiàn)附錄2和圖51所示。滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低(30％～40％)。定位部分主要設(shè)計(jì)了一個(gè)定位錐，將定位錐固定于測(cè)試平臺(tái)的最中間，定位錐移動(dòng)平臺(tái)時(shí)將定位錐對(duì)準(zhǔn)“三線擺”擺盤(pán)的中心位置。在兩夾抓的另外一端由一彈簧連接，當(dāng)電磁鐵處于伸長(zhǎng)狀態(tài)下，彈簧產(chǎn)生一個(gè)收縮的力使夾頭的張開(kāi)，以便于測(cè)量的時(shí)候固定擺盤(pán)位置。 圖54 電磁鐵的實(shí)物圖 夾頭設(shè)計(jì)夾爪頭夾爪夾頭的功能主要是夾緊及釋放圓盤(pán)，經(jīng)過(guò)分析比較、調(diào)查研究后，決定利用電磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，其工作原理在上文中已經(jīng)提到過(guò)。斷電后彈簧復(fù)位，在此過(guò)程中行程10mm。其特性為：容易固定以及連接負(fù)載溫升穩(wěn)定，可延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命并確保良好性能E扣環(huán)及橡皮墊圈使電磁閥靜音運(yùn)作低磨擦確保高效率并延長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠。下面是對(duì)該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析。爪頭部分由兩內(nèi)徑和擺盤(pán)外徑相同的兩彎臂鉸接而成，兩彎臂的尾部有一彈簧，使兩彎臂處于外張狀態(tài)，通過(guò)電磁的通斷控制，控制夾頭的張合，可夾住“擺盤(pán)”進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，抓頭上有兩塊厚塑料，其主要功能是防止磨損擺盤(pán)和在夾取的時(shí)候防止讓擺盤(pán)變形。3. 所設(shè)計(jì)裝置必須具有一定的可調(diào)節(jié)性，并且調(diào)節(jié)精度要滿足設(shè)計(jì)要求。本課題所設(shè)計(jì)的測(cè)試機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置部分可分為：擺盤(pán)夾取裝置、定位移動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)角定位和計(jì)數(shù)傳感裝置以及其他部分。為了能方便調(diào)節(jié)光照亮度，激光器供電電路要求可調(diào)如圖。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算.(42)僅僅從公式本身看，RR2的電阻值可以隨意設(shè)定。LED12串聯(lián)接上一個(gè)電阻R39（2K）防止LED被燒壞。輸出開(kāi)關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下提供完全保護(hù)熱關(guān)斷功能。這些穩(wěn)壓器內(nèi)部含有頻率補(bǔ)償器和一個(gè)固定頻率振蕩器，將其外部電路減到最少，使用簡(jiǎn)便[11]。通過(guò)電源模塊用到LM2576轉(zhuǎn)化成直流5V給整個(gè)裝置供電。圖410 顯示系統(tǒng)原理圖“三線擺”擺盤(pán)LED周期顯示激光器單片機(jī)電路光電池及其調(diào)理裝置圖411 顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在本課題所研究的“三線擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助裝置的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，最重要的數(shù)據(jù)就是擺盤(pán)的周期，改進(jìn)后采用光電池作為傳感器計(jì)數(shù)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的精度。3. 顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)74HC04/74HCT04是六反相器,高速CMOS器件，低功耗肖特基的TTL(LSTTL)電路。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。使用雙排25插座。應(yīng)用時(shí)，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空。不過(guò)為了線路的規(guī)范化仍然接上。單片機(jī) 圖45 復(fù)位電路和晶振電路原理圖Mega16已經(jīng)內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。1. 復(fù)位電路和晶振電路的設(shè)計(jì)Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊主要特性包括：10位精度，65260μs 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá)15kSPS，路復(fù)用的單端輸入通道，可選的左對(duì)齊ADC讀數(shù)，0VCC 的ADC輸入電壓范圍，連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式，通過(guò)自動(dòng)觸發(fā)中斷源啟動(dòng)ADC 轉(zhuǎn)換，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。單片機(jī)圖44 激光發(fā)射及信號(hào)采集電路 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)ATmega16單片機(jī)簡(jiǎn)介紹ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。要使單片機(jī)能接收到光電池感應(yīng)到的信號(hào)，那么放大電路至少要放大40倍才能保證單片機(jī)接收到高電平，同時(shí)也不能太高不然會(huì)燒壞單片機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)不超過(guò)5V。1. LM324介紹及運(yùn)用LM324內(nèi)部包括有4個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)牡凸β蔬\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話等功能。這兩部分可以集成在一起形成一個(gè)整體，封裝在一個(gè)表殼內(nèi)。也就是說(shuō), 確定光強(qiáng), 就可得到可靠的開(kāi)關(guān)信號(hào), 這樣大大降低了傳感器的安裝條件、被測(cè)物的通道寬度要求, 從而擴(kuò)大了光電計(jì)數(shù)器的使用范圍。由于前面介紹的非晶硅光電池具有高靈敏性, 因此, 它對(duì)傳感器的安裝位置要求相對(duì)來(lái)講較低, 如圖42所示。此外，非晶硅（或硒）光電池的使用壽命較長(zhǎng)，一般壽命都在10年以上。由實(shí)驗(yàn)可知，光電流的負(fù)載阻越小，光電流與照度之間的線性越好，且線性范圍更寬。這就是pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)。X、Y方向可以20mm移動(dòng)，Z方向上可進(jìn)行10mm的移動(dòng)。經(jīng)過(guò)分析論證，該試驗(yàn)臺(tái)的輔助裝置最佳的方式就是裝夾在試驗(yàn)臺(tái)的立柱上，而且要具有可調(diào)節(jié)性。在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中所選用的元件基本是貼片式的，這是為了使整個(gè)電路的外形尺寸比較小，方便裝配在裝置上。 在設(shè)計(jì)的時(shí)候要滿足不改變?cè)袦y(cè)試平臺(tái)極其附屬部件，以及測(cè)試過(guò)程中要求響應(yīng)速度快。5. 用光電池測(cè)量周期，查閱本課題研究所用到西門子公司生產(chǎn)的SFH206K該光電池響應(yīng)速度快可達(dá)20ns，靈敏度高（光照強(qiáng)度為1000lx，感應(yīng)電壓大于310mV），所以適合用于本實(shí)驗(yàn)的傳感測(cè)量裝置。2. 光敏三極管是利用外照光線的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電路的通或斷，光敏三極管受外界干擾較大，且在安裝過(guò)程中要求很高，所以不采用該器件。測(cè)算擺盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)周期時(shí)，有很多傳感器可以使用：光敏電阻、光敏三極管、霍爾元件、加速度傳感器光電池等。夾爪V形爪實(shí)驗(yàn)臺(tái)立柱X移動(dòng)軸Y移動(dòng)軸Z移動(dòng)軸圖31 非接觸式測(cè)量系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建示意圖電系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)一套非接觸式的測(cè)量方式，使測(cè)試系統(tǒng)能采集到準(zhǔn)確穩(wěn)定可靠的周期信號(hào)的裝置，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，輸出顯示周期。 總體方案設(shè)計(jì)本課題主要是為了提高“三線擺”法測(cè)慣量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度而設(shè)計(jì)的一套輔助測(cè)量裝置，現(xiàn)有的測(cè)量改進(jìn)方法，要么測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，要么只解決帶來(lái)誤差的一兩個(gè)問(wèn)題，尚未有一套合理的改進(jìn)方法能夠完全解決上述問(wèn)題，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，減少測(cè)量人員的工作量，最大程度的提高測(cè)量精度和數(shù)據(jù)可信度，設(shè)計(jì)加工了“三線擺”法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量輔助裝置。本課題的主要研究方向是解決后面三點(diǎn)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的誤差，所以設(shè)計(jì)可以采集擺盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定可靠的周期信號(hào)將是需要突破的關(guān)鍵點(diǎn)。；。鑒于此，迫切需要設(shè)計(jì)出精度更高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試系統(tǒng)。另外，對(duì)通?！叭€擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)裝置，擺動(dòng)時(shí)平動(dòng)動(dòng)能被忽略是與擺角大小無(wú)關(guān)的，由擺角所造成的已定系統(tǒng)誤差可在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行適當(dāng)修正，不會(huì)影響“剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”的測(cè)量誤差，因此擺角限值不應(yīng)要求相當(dāng)小[8]。盡管用線擺法測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理可靠、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量方便，有一定的實(shí)用性。m2)[7]。(b)盤(pán)上圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是可以計(jì)算的，兩邊圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期都是可以測(cè)量的，這樣把計(jì)算和測(cè)量結(jié)合起來(lái)，就可以獲得電磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因?yàn)閷?duì)應(yīng)不同的擺線長(zhǎng)，測(cè)得的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值不一樣，那么其誤差也不一樣，通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)可以找到對(duì)應(yīng)誤差最小的擺線長(zhǎng)。對(duì)于一個(gè)均質(zhì)圓盤(pán)用三根平行線懸吊后，給一個(gè)初始扭轉(zhuǎn)角小于6176。先使Z1過(guò)A有φ01，θ1，則有： （23）其中，J0是動(dòng)鼠系統(tǒng)對(duì)Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J是動(dòng)盤(pán)系統(tǒng)對(duì)Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，φ0i是動(dòng)鼠系統(tǒng)相對(duì)靜系的轉(zhuǎn)角，θi是動(dòng)盤(pán)系統(tǒng)相對(duì)靜系的轉(zhuǎn)角。鼠在半徑為r的圓周上運(yùn)動(dòng)。俗稱慣性矩。定義2：對(duì)通過(guò)物體一給定點(diǎn)的每組笛卡爾坐標(biāo)軸，該物體的三個(gè)慣性積通常不等于零，若對(duì)于某一上述的坐標(biāo)軸物體的慣性積為零，則這種特定的坐標(biāo)軸稱為主慣性軸。本文根據(jù)數(shù)學(xué)分析和解析幾何的相關(guān)知識(shí), 應(yīng)用微元法給出空間中的質(zhì)量曲線S和質(zhì)量立體V對(duì)任意直線l的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法。一些常見(jiàn)勻質(zhì)規(guī)則幾何形狀的剛體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可查工程手冊(cè)，但一些不規(guī)則形狀和非均質(zhì)的剛體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很難計(jì)算，一般需要用實(shí)驗(yàn)方法求得。4. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)活塞壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸的重要性近代壓縮機(jī)對(duì)振動(dòng)的控制要求日益嚴(yán)格，對(duì)于大中型壓縮機(jī)，軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以為外國(guó)公司列為計(jì)算項(xiàng)目之一，正常情況下，壓縮機(jī)應(yīng)該在共振區(qū)之外運(yùn)行，如果在共振區(qū)中運(yùn)行，軸將產(chǎn)生很大振幅，以致在軸段中引起足以損壞軸的附加應(yīng)力。3. 汽車的三軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量汽車的三軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是指汽車空車整備質(zhì)量狀態(tài)下的橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，按照汽車坐標(biāo)系，這三軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別是繞質(zhì)心Z軸、繞質(zhì)心Y 軸和繞質(zhì)心X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這樣一來(lái)，就應(yīng)該運(yùn)用公式把每一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量算出，然后再相加，這樣才能得到整個(gè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。不僅漂移過(guò)彎需要算到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，抓地過(guò)彎也要算到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：如果把車看成是剛體的話，那剛體在合外力矩M的作用下，所獲得的角加速度與合外力矩大小成正比，與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J成反比。 4）之所以利于分析，是因?yàn)榘艘粋€(gè)物體的所有轉(zhuǎn)動(dòng)信息，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量本身就是一種積分得到的數(shù)，更細(xì)一些講就是綜合了轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不變的信息的等效結(jié)果（這里的K和上面的J一樣）。 這樣分析一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題就可以用能量的角度分析了，而不必拘泥于只從純運(yùn)動(dòng)角度分析轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題。M]，在SI單位制中，它的單位是kg不規(guī)則剛體或非均質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定。通過(guò)公式或可以知道，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小由物體的質(zhì)量、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置三個(gè)因素來(lái)決定。作為一種更加精確的測(cè)試方式，本文設(shè)計(jì)的物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)如果進(jìn)一步改良，可成為一種適用于各種物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試手段，在工程設(shè)計(jì)中得到普遍應(yīng)用，將是一種方便、快捷、準(zhǔn)確的測(cè)量方式。信號(hào)（主要是指三線擺轉(zhuǎn)動(dòng)的周期信號(hào)）采集方案的設(shè)計(jì)是本文研究的核心部分。那么在設(shè)計(jì)過(guò)程中就要考慮到許多實(shí)際的問(wèn)題，其中包括測(cè)量方案的選定、相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處