【正文】 變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。LM2576 的效率比流行的三段線性穩(wěn)壓器要高得多，是理想的替代。通過改進后的實驗裝置在操作方面采用電控的方式，減小了人為干擾，所在實驗過程中把測算周期的精度提高了，其轉(zhuǎn)動慣量的測算精度也有所改進高。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應（如圖 49）。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。即這部分不需要任何的外圍零件。2. AD 轉(zhuǎn)換濾波線路的設(shè)計為減小 AD 轉(zhuǎn)換的電源干擾，Mega16 芯片有獨立的 AD 電源供電。并且在熔絲位里，可以控制復位時的額外時間，故 AVR 外部的復位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：直接拉一只100K 的電阻到 VCC 即可(R14)為了可靠，再加上一只 22pF 的電容(C3)以消除干擾、雜波。通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)，ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。為此設(shè)計了兩級放大電路：由放大電路計算公式： （41）得到： 得到兩級放大后倍數(shù)約為 48 倍，滿足設(shè)計要求。我們采用以下程序使光電計數(shù)器除了具有普通計數(shù)器的功能以外，還能實時顯示被測三線擺的旋轉(zhuǎn)周期。考慮到本課題的設(shè)計要求不改變原有的實驗平臺所以采用反射式。光電池在安裝過程中有兩種方式：遮光式和反射式。由于光產(chǎn)生的非平衡載流子向相反方向漂移, 從而在其內(nèi)部形成自 n 區(qū)向 p 區(qū)的光生電流, 只要光照停止, pn 結(jié)就可以起到電源的作用 [9]。為此設(shè)計出了一套可以在 X、Y 、Z 三方向上移動的測試機構(gòu)。所以本課題選用了光電池反射式轉(zhuǎn)動信號采集方式。實驗臺立柱V 形爪X 移動軸Y 移動軸 Z 移動軸夾爪河南工業(yè)大學繼續(xù)教育學院論文103. 加速度傳感器，在擺盤旋轉(zhuǎn)時，其加速度會發(fā)生改變，所以某種程度上說是可以采用加速度傳感器作為實驗的傳感裝置，但是由于加速度傳感器會直接與所需測量的裝置發(fā)生接觸。機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計了一套可以通過調(diào)節(jié)蝶型螺母讓實驗裝置能在 X、Y 、Z方向上進行移動調(diào)整定位的實驗裝置。為此，后續(xù)方案的設(shè)計將著手于周期信號的自動采集，解決三線擺擺盤轉(zhuǎn)角為 5176。河南工業(yè)大學繼續(xù)教育學院論文8第 3 章 測試裝置設(shè)計 測試裝置技術(shù)要求通過 節(jié)對原轉(zhuǎn)動慣量測量方法的分析，可以知道需要改進的地方有周期信號的采集方式和圓盤轉(zhuǎn)動角度的控制方式。但是，該方法仍然存在一些不足之處。(a) (b)圖 23 兩個等效的三線擺而要使兩個圓盤上物體的轉(zhuǎn)動周期完全一致，這一問題難以實現(xiàn)，因此可以先測出左邊圓盤的轉(zhuǎn)動周期，然后調(diào)節(jié)右邊圓盤上兩個圓柱體之間的距離，測量不同距離時圓盤的轉(zhuǎn)動周期，最后利用差值法，就可以得出與電磁鐵扭轉(zhuǎn)周期相同的兩個圓柱體的周期。測得扭轉(zhuǎn)振動周期 T 代入計算公式，即得轉(zhuǎn)動慣量，此式與理論上的精確公式： (24)比較，就得到了誤差。欲測量物體對過其質(zhì)心軸Z1 某軸的轉(zhuǎn)動慣量 J1，將該物體質(zhì)心過 Z 軸，且使 Z 軸和 Z1 軸重合，設(shè)動鼠質(zhì)量為 m，平衡質(zhì)量亦為 m，暫略系桿質(zhì)量，使鼠沿圓周跑動，設(shè)動鼠轉(zhuǎn)過的圓心角為 φ，則動盤反向轉(zhuǎn)動的角 θ 為： 從而可求得：若考慮系桿的質(zhì)量，設(shè)動鼠系統(tǒng)對 Z 軸轉(zhuǎn)動慣量為 JO，且動鼠相對靜系轉(zhuǎn)過角度為 φ O，則有 φ=φ O+θ，于是測量的 J1 為： （210010()J???????）對于偏置待測物體，Z 1 軸過 O 可測出。慣性積：構(gòu)件中各質(zhì)點或質(zhì)量單元的質(zhì)量與其到兩個相互垂直平面的距離之第 2 章 轉(zhuǎn)動慣量的運用研究與測量3AB工 作 臺系 桿 動 鼠平 衡 重21mrJ???? 21()mJrJ????乘積的總和。由密度不同的材料組成，且形狀不規(guī)則，需要用實驗的方法測試出其轉(zhuǎn)動慣量。這些參數(shù)以及車輛的質(zhì)心位置對汽車的安全性、平穩(wěn)性和平順性有很大影響。而轉(zhuǎn)動慣量不考慮車過彎的速度，只考慮質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)半徑。從能量角度分析轉(zhuǎn)動問題：1） 本身代表研究對象的運動能量。描述剛體繞互相平行諸轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系，有如下的平行軸定理：剛體對一軸的轉(zhuǎn)動慣量，等于該剛體對同此軸平行并通過質(zhì)心之軸的轉(zhuǎn)動慣量加上該剛體的質(zhì)量同兩軸間距離平方的乘積，公式為 ,由于和式的第239。該設(shè)計準確度高，人為干擾因素小，可以較大幅度提高實驗測算數(shù)據(jù)的可信度，和提高工作效率。作為整個設(shè)計流程的前提，方案的選取決定著設(shè)計的方向，例如測量物體轉(zhuǎn)動慣量的方式可以是機械式的，電控式的等等，這就決定了以后設(shè)計的方向是純機械的、純電控的或者機電結(jié)合的。2022 年東風汽車有限公司東風商用車技術(shù)中心劉昶提出了由加速度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取三線擺圓盤切向加速度的時間歷程信號，通過測算以得到三線擺的周期信號。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀教學實驗中，用三線擺測定剛體轉(zhuǎn)動慣量的實驗設(shè)備由于測量條件和方法的限制，在實驗的操作、測量、記錄分析過程中存在諸多不便。近年來，伴隨著高新技術(shù)的日新月異，對物體轉(zhuǎn)動慣量，尤其是對非均質(zhì)、不規(guī)則物體轉(zhuǎn)動慣量的深入性研究已經(jīng)對未來的航天、航空、軍事及精密儀器制造等高精尖行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響，而且，轉(zhuǎn)動慣量對于研究、設(shè)計、控制轉(zhuǎn)動物體，尤其是導彈、火箭、衛(wèi)星等飛行體的運動規(guī)律有著非常重要的作用，是影響其運動的重要參數(shù)之一。本文針對 ZME1 綜合力學實驗臺 “三線擺”法測轉(zhuǎn)動慣量測量實驗，設(shè)計出一套能夠較精確的測量物體轉(zhuǎn)動慣量的實驗輔助裝置。通過表征這種運動特征的物理量與轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系，進行轉(zhuǎn)換測量。某種程度上說這和三線扭擺法是測量轉(zhuǎn)動慣量的優(yōu)點“儀器簡單，操作方便、精度較高”是相悖的。張代勝等在《農(nóng)業(yè)機械學報》中發(fā)表論文詳細地分析了“三線擺”法誤差產(chǎn)生的原因：1. 三線擺的擺盤是否水平；2. 周期測量精度的高低；3. 擺扭轉(zhuǎn)角的大小是否小于 6176。在結(jié)合性價比的情況下，優(yōu)選出最佳方案，并最終將該方案需要用到的硬件設(shè)計制作出來。式中 r 為組成剛體的質(zhì)量微元 Δm （或 dm）到轉(zhuǎn)軸的垂直距離，求和號i i（或積分號）遍及整個剛體。M]，在 SI 單位制中，它的單位是 kg 4） 之所以利于分析，是因為包含了一個物體的所有轉(zhuǎn)動信息，2/1E?因為轉(zhuǎn)動慣量 本身就是一種積分得到的數(shù)，更細一些講就是綜合了轉(zhuǎn)動mrK物體的轉(zhuǎn)動不變的信息的等效結(jié)果 （這里的 K 和上面的 J 一樣）。這樣一來，就應該運用公式把每一點的轉(zhuǎn)動慣量算出，然后再相加，這樣才能得到整個物體的轉(zhuǎn)動慣量。河南工業(yè)大學繼續(xù)教育學院24. 轉(zhuǎn)動慣量對活塞壓縮機驅(qū)動電機主軸的重要性近代壓縮機對振動的控制要求日益嚴格，對于大中型壓縮機，軸系的扭轉(zhuǎn)振動以為外國公司列為計算項目之一，正常情況下，壓縮機應該在共振區(qū)之外運行，如果在共振區(qū)中運行，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力。本文根據(jù)數(shù)學分析和解析幾何的相關(guān)知識, 應用微元法給出空間中的質(zhì)量曲線 S 和質(zhì)量立體 V 對任意直線 l 的轉(zhuǎn)動慣量的計算方法。俗稱慣性矩。先使 Z1 過 A 有φ 01， θ 1，則有： （23）其中，J 0 是動鼠系統(tǒng)對 Z 軸的轉(zhuǎn)動慣量，J 是動盤系統(tǒng)對 Z 軸的轉(zhuǎn)動慣量，φ 0i 是動鼠系統(tǒng)相對靜系的轉(zhuǎn)角， θ i 是動盤系統(tǒng)相對靜系的轉(zhuǎn)角。因為對應不同的擺線長，測得的轉(zhuǎn)動慣量值不一樣，那么其誤差也不一樣，通過上面的實驗可以找到對應誤差最小的擺線長。m2)[7]。另外，對通常“三線擺”法測轉(zhuǎn)動慣量實驗裝置，擺動時平動動能被忽略是與擺角大小無關(guān)的，由擺角所造成的已定系統(tǒng)誤差可在測量結(jié)果中進行適當修正，不會影響“剛體轉(zhuǎn)動慣量”的測量誤差，因此擺角限值不應要求相當小 [8]。；平動。 總體方案設(shè)計本課題主要是為了提高“三線擺”法測慣量實驗數(shù)據(jù)的精度而設(shè)計的一套輔助測量裝置，現(xiàn)有的測量改進方法，要么測量過程復雜，要么只解決帶來誤差的一兩個問題，尚未有一套合理的改進方法能夠完全解決上述問題，為了簡化實驗的操作過程，減少測量人員的工作量，最大程度的提高測量精度和數(shù)據(jù)可信度，設(shè)計加工了“三線擺”法轉(zhuǎn)動慣量測量輔助裝置。測算擺盤轉(zhuǎn)動周期時，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。5. 用光電池測量周期，查閱本課題研究所用到西門子公司生產(chǎn)的 SFH206K該光電池響應速度快可達 20ns，靈敏度高（光照強度為 1000lx，感應電壓大于310mV），所以適合用于本實驗的傳感測量裝置。在電路的設(shè)計過程中所選用的元件基本是貼片式的，這是為了使整個電路的外形尺寸比較小，方便裝配在裝置上。X、Y 方向可以 20mm 移動，Z 方向上可進行 10mm 的移動。由實驗可知，光電流的負載阻越小，光電流與照度之間的線性越好，且線性范圍更寬。由于前面介紹的非晶硅光電池具有高靈敏性, 因此, 它對傳感器的安裝位置要求相對來講較低, 如圖 42 所示。這兩部分可以集成在一起形成一個整體，封裝在一個表殼內(nèi)。1. LM324 介紹及運用LM324 內(nèi)部包括有 4 個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)牡凸β蔬\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關(guān)。+VP圖 44 激光發(fā)射及信號采集電路 單片機及其外圍電路設(shè)計ATmega16 單片機簡介紹ATmega16 是基于增強的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊主要特性包括：10 位精度，65260μs 的轉(zhuǎn)換時間，最高分辨率時采樣率高達 15kSPS，路復用的單端輸入通道，可選的左對齊 ADC 讀數(shù)，0VCC 的 ADC 輸入電壓范圍，可選 為 ADC參考電壓，連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式，通過自動觸發(fā)中斷源啟動 ADC 轉(zhuǎn)換，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。 圖 45 復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。單片機第 4 章 電氣系統(tǒng)原理和設(shè)計5AVC10uHLpF763829REGNDISPinMOTKJBMega16 內(nèi)帶 標準參考電壓。使用雙排 25 插座。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。3. 顯示系統(tǒng)設(shè)計74HC04/74HCT04 是六反相器,高速 CMOS 器件，低功耗肖特基的TTL(LSTTL)電路。通過電源模塊用到LM2576 轉(zhuǎn)化成直流 5V 給整個裝置供電。輸出開關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下A?提供完全保護熱關(guān)斷功能。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算.(42)僅僅從公式本身看，RR2 的電阻值可以隨意設(shè)定。本課題所設(shè)計的測試機械結(jié)構(gòu)裝置部分可分為：擺盤夾取裝置、定位移動裝置、轉(zhuǎn)角定位和計數(shù)傳感裝置以及其他部分。爪頭部分由兩內(nèi)徑和擺盤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)，通過電磁的通斷控制，控制夾頭的張合，可夾住“擺盤”進行轉(zhuǎn)動，抓頭上有兩塊厚塑料，其主要功能是防止磨損擺盤和在夾取的時候防止讓擺盤變形。其特性為：容易固定以及連接負載 溫升穩(wěn)定，可延長產(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作 低磨擦確保高效率并延長壽命 結(jié)構(gòu)設(shè)計簡易可靠。 圖 54 電磁鐵的實物圖第 5 章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3 夾頭設(shè)計夾頭的功能主要是夾緊及釋放圓盤，經(jīng)過分析比較、調(diào)查研究后，決定利用電磁鐵來實現(xiàn)這一功能，其工作原理在上文中已經(jīng)提到過。定位部分主要設(shè)計了一個定位錐，將定位錐固定于測試平臺的最中間，定位錐移動平臺時將定位錐對準“三線擺”擺盤的中心位置。其在 X、Y、Z軸設(shè)計圖紙參見附錄 2 和圖 51 所示。其中 Z 方向可以調(diào)節(jié)裝夾部分直接在立柱上移動，所以調(diào)節(jié)部分不必要有太多冗余。這樣的方法對實驗結(jié)果會產(chǎn)生很大的誤差，首先是手工撥動沒有參照，很難精確的控制在 5176。 激光器和光電池裝夾裝置“三線擺”法測慣量實驗輔助裝置用于測量轉(zhuǎn)動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)有詳細介紹了，在這里就不再贅述。在設(shè)計過程中考慮到原有實驗平臺的局限性，在裝夾的過程中只可以利用測試平臺兩邊的立柱，所以設(shè)計過程中采用了 V 爪的設(shè)計方式，其具體結(jié)構(gòu)如下圖實物圖（圖 511 所示）。圖 512 輔助裝置裝配調(diào)試及其波形下面是實驗輔助裝置的使用方法：將上述改進輔助裝置 V 型爪部分放置于“三線擺” 實驗平臺的立柱上，上述V 型爪是由兩個活葉鉸接而成，上述一活葉有螺紋孔，通過螺栓與擺臂連接。6. 給電磁體供電，通過與夾頭的連接，使夾頭松開，三線擺開始自由旋轉(zhuǎn)。39