【正文】 內(nèi)容 ...................................................2第 2 章 轉(zhuǎn)動慣量的運用研究與測量 ......................................4 轉(zhuǎn)動慣量的物理意義及其運用 .....................................4 現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動慣量測算方法 ..........................................6 各種測算方法分析 ...............................................10第 3 章 測試裝置設(shè)計 .................................................12 測試裝置技術(shù)要求 ..............................................12 總體方案設(shè)計 ..................................................12 電氣系統(tǒng)方案 ...............................................13 機械系統(tǒng)方案 ...............................................14第 4 章 電氣系統(tǒng)原理及設(shè)計 ...........................................16 傳感器信號放大與處理 ...........................................16 光電池工作原理 .............................................16 單片機控制光電池計數(shù)原理 ...................................17 信號采集模塊 ...............................................18 單片機及其外圍電路設(shè)計 ........................................19 單片機電路設(shè)計 .............................................20 LED 顯示模塊 ...................................................21 電源模塊設(shè)計 ..................................................24第 5 章 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................27 設(shè)計流程 ......................................................27 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 擺盤夾取裝置的設(shè)計 .............................................28 釋放機構(gòu)設(shè)計 ...............................................29 夾頭設(shè)計 ...................................................30 定位移動裝置的設(shè)計 ............................................30 移動裝置設(shè)計 ...............................................31 定位裝置設(shè)計 ...............................................32 轉(zhuǎn)角控制和傳感器裝夾裝置 ......................................33 轉(zhuǎn)角控制方式 ...............................................33 激光器和光電池裝夾裝置 .....................................33 其它裝置機構(gòu)的設(shè)計 ............................................34 實驗輔助裝置裝配調(diào)試及檢驗 ....................................35 裝配調(diào)試 ...................................................35 實驗效果檢驗 ...............................................36第 6 章 結(jié)論及展望 ...................................................38參考文獻 ............................................................39致 謝 ...............................................................40附 錄 ...............................................................41附錄 1 實驗輔助裝置的電路圖 ........................................41附錄 2 實驗輔助裝置的裝配圖 ........................................42外文資料原文 ........................................................43外文資料 譯文 ........................................................47 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 第 1 章 引 言 研究意義轉(zhuǎn)動慣量是剛體轉(zhuǎn)動時慣性的量度，其量值取決于物體的形狀、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置。經(jīng)在實驗室檢驗該轉(zhuǎn)動慣量測量裝置，能準確穩(wěn)定的采集到周期旋轉(zhuǎn)信號。但在普通的測量實驗中，一般采用測量三線擺微擺周期，然后計算轉(zhuǎn)動慣量的方法，這種線擺法測轉(zhuǎn)動慣量的測量方式仍依靠手動操作，由于人為操作自身的局限性必然存在著人為誤差。同時發(fā)表了很多與之相關(guān)的論文。 主要研究內(nèi)容本課題要求研究物體轉(zhuǎn)動慣量的常規(guī)測試方法，并且設(shè)計出測量精度更高的測試方法，基本擺脫人為因素的干擾，實現(xiàn)物體轉(zhuǎn)動慣量的自動測量。本課題是針對轉(zhuǎn)動慣量及測試方法進行的研究，在常規(guī)測試方法的基礎(chǔ)上設(shè)計出新的轉(zhuǎn)動慣量測試系統(tǒng)，提高其測試精度。規(guī)則形狀的均質(zhì)剛體，其轉(zhuǎn)動慣量可直接計算得到。2 2首先需要引出動能公式 ,而動能的實際物理意義是：物體相對某2)/1(mvE?個系統(tǒng)（選定一個參考系）運動的實際能量，（P 勢能實際意義則是物體相對某個系統(tǒng)運動的可能轉(zhuǎn)化為運動的實際能量的大?。?。下面簡單介紹轉(zhuǎn)動慣量在各個方面的運用。 例如，在扣排球時，由引臂開始， R 減小，角速度ω 增加。 現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動慣量測算方法1. 直接代數(shù)計算法剛體轉(zhuǎn)動慣量 永遠是一個正的標量，在動量矩定理中，剛體定軸2LJdm???轉(zhuǎn)動微分方程可以表達為：J za=Mz，這與動力學(xué)基本方程 F=ma 是相似的，式中，轉(zhuǎn)動慣量的地位與質(zhì)量 m 相當。3）由輸出座標系決定。3. 動鼠沿圓周運動測轉(zhuǎn)動慣量設(shè)有一可繞鉛垂軸自由轉(zhuǎn)動的雙層圓盤，其對 Z 軸的轉(zhuǎn)動慣量為 J，如圖 21 所示。J0—對圓盤中心的轉(zhuǎn)動慣量；T —擺動圓盤的周期；L —線長；M —圓盤質(zhì)量；g —重力加速度；r —線與圓盤固結(jié)點的半徑； R —圓盤半徑。如圖 23 所示，先將兩個三線擺盤調(diào)至測量誤差最小時的位置，(a)盤上放置待測電磁鐵，讓盤心與電磁鐵轉(zhuǎn)動中心重合；(b)盤放置二個帶有強磁性的圓柱體，它們在圓盤上的位置 S 是可以調(diào)節(jié)的，此兩圓柱體合起來的重量應(yīng)等同于電磁鐵重量。第三種動鼠沿圓周運動測轉(zhuǎn)動慣量需借助一個復(fù)雜的設(shè)備且測算精度并不是很高。而在該方法中仍是靠測量者人為控制圓盤的轉(zhuǎn)動角度，那么將無法使精度得到保證。空氣阻力是在實驗室中測量不可避免的。總體上可分為兩個部分，電系統(tǒng)部分和機械結(jié)構(gòu)部分。本課題所研究的“三線擺”法測慣量的實驗輔助裝置，要求能自動測算擺盤的擺動周期，這就決定了實驗中必須要使用傳感器，上述提到了很多可以選用的傳感器。選用的激光器所產(chǎn)生光的波長為 650nm，光電池所能接收到的范圍為 400~1100nm，在其感應(yīng)范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計需求。原有實驗平臺為理論力學(xué)多功能實驗臺，在設(shè)計過程中要求不能對整個試驗臺進行任何改動，以免影響到其他實驗的操作。后釋放擺盤（裝置整體結(jié)構(gòu)詳見附錄 2）。因此, 在下面放置光敏元件位置處均采用的是非晶硅（或硒）光電池。的安裝偏移范圍。圖 43 單片機光電計數(shù)器總體框圖光電池傳感器周期顯示處理系統(tǒng)由 AVR 系列 ATmega16 微處理器芯片作為a 遮光式 b 反射式 單片機光電池傳感器被測物體放大調(diào)理電路檢測部分 信號處理部分顯示器控制線 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 1fvfRA?????應(yīng)用系統(tǒng)其中還包括：LED 顯示器、按鍵電路和接口電路。在實驗室條件下測的光電池在激光照射到黑線的時候會產(chǎn)生 50mV 以上的電壓，要將采集到的信號進行放大才能讓單片機接收到。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。單片機 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 單片機電路設(shè)計其整體結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計參見附錄 1 所附的電路原理圖。本課題設(shè)計中外接一個 的晶振，早期的 90S 系列，晶振兩端均需要接 22pF 左右的電容。不過一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。圖 47 ISP 下載接口電路原理圖 LED 顯示 模塊1. 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及其工作原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為 1 位、2位、4 位等等數(shù)碼管（如圖 48）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。動態(tài)顯示驅(qū)動。通過單片機連接反向器對數(shù)碼管進行選通。1. 測量系統(tǒng)供電電路供電電路設(shè)計LM2576 系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供壓降開關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動 3A 的負載調(diào)整能力。F1 為保險管當負載過高或者短路時保險管熔斷，保護電路。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 ~3GNDVIAJOUT6LM7Headr+5首先 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是 Vo=~37V（高輸出電壓的 317穩(wěn)壓塊如 LM317HVA、LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是Vo=~45V），所以 R2/R1 的比值范圍只能是 0~，在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時的高壓把 317 燒壞。Y 方向Z 方向X 方向電磁鐵實驗臺立柱 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 所設(shè)計的裝置應(yīng)滿足以下三點設(shè)計要求：1. 所設(shè)計裝置在實驗過程中能有效的減小或者避免改進之前實驗人工操作時所帶來的誤差。并減小手動轉(zhuǎn)動圓盤的人為誤差，現(xiàn)設(shè)計了一?種簡易機構(gòu)，可以通過該機構(gòu)夾住圓盤，旋轉(zhuǎn)圓盤調(diào)整到指定度數(shù)后，再釋放即可令圓盤作來回擺動。電磁鐵在通電一段時間后溫度會發(fā)生改變，吸力特性也隨著可動鐵芯的移動發(fā)生著變化。圖 55a 電磁鐵未通電時狀態(tài) 圖 55b 電磁鐵通電時狀態(tài) 在上圖中可以看到，本課題所設(shè)計的夾爪部分是由兩個弧形的板件通過螺栓相互鉸接接而成，在螺栓的下方墊有兩個墊片，且螺栓未擰緊，從而保證了夾頭能夠自由的夾緊和釋放。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動