【正文】 圖51 裝置機械結構整體結構裝配圖 設計流程本課題的主要是為了設計針對ZME1綜合力學實驗臺“三線擺”法測轉動慣量測量實驗的測量精度提高而設計的一套輔助測量裝置，現有的測量改進方法，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據可信度，設計加工了“三線擺”法轉動慣量測量輔助裝置。安裝尺寸：202637mm。考慮到本課題所需設計的實驗輔助裝置的調節(jié)范圍較短，但是精度要求較高，所以選用了絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構。使用時先調節(jié)X方向的位置，然后調節(jié)Y方向的位置，最后調節(jié)Z方向的位置，直至定位裝置到達指定位置時停止調節(jié)。本節(jié)主要講的是激光器和光電池的安裝。在放置的時候讓對中錐的尖端離“三線擺”擺盤的距離在2~5mm，此時上緊兩活葉之間的固定螺栓，使整個實驗裝置能牢牢的固定在實驗平臺的立柱上面。m2)電控式轉動慣量測算(kg本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。以后在工作學習中將加強軟件方面的鍛煉。圓盤轉動慣量的理論計算： =104（kg所以該實驗裝置在不論是在教學實驗過程還是實際工程測量中都具有很重要現實使用價值。實驗前在實驗輔助裝置的旋轉平臺的支座上放置量角器，放置好后旋轉實驗平臺當旋轉到5176。20mm；Y方向上的移動范圍為：200177。當電磁鐵有電流通過時，電磁鐵往后收縮，兩個爪頭向中間靠攏，抓住擺盤。 釋放機構設計釋放機構主要是由電磁鐵控制夾頭對擺盤的抓取和釋放，如圖53所示，該圖表示電磁鐵和夾頭之間的連接。由（42）~5V，在使用過程中將R2置于最小端然后開始調節(jié)，調節(jié)到光電池感應到的強度超過50mV為止（如圖413）。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。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應（如圖49）。即這部分不需要任何的外圍零件。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。為此設計了兩級放大電路：由放大電路計算公式： （41）得到： 得到兩級放大后倍數約為48倍，滿足設計要求?？紤]到本課題的設計要求不改變原有的實驗平臺所以采用反射式。由于光產生的非平衡載流子向相反方向漂移, 從而在其內部形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流, 只要光照停止, pn結就可以起到電源的作用[9]。所以本課題選用了光電池反射式轉動信號采集方式。機械結構部分設計了一套可以通過調節(jié)蝶型螺母讓實驗裝置能在X、Y、Z方向上進行移動調整定位的實驗裝置。江蘇技術師范學院畢業(yè)論文第3章 測試裝置設計 測試裝置技術要求，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動角度的控制方式。(a) (b)圖23 兩個等效的三線擺而要使兩個圓盤上物體的轉動周期完全一致，這一問題難以實現，因此可以先測出左邊圓盤的轉動周期，然后調節(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動周期，最后利用差值法，就可以得出與電磁鐵扭轉周期相同的兩個圓柱體的周期。欲測量物體對過其質心軸Z1某軸的轉動慣量J1，將該物體質心過Z 軸，且使Z 軸和Z1軸重合，設動鼠質量為m，平衡質量亦為m，暫略系桿質量，使鼠沿圓周跑動，設動鼠轉過的圓心角為φ，則動盤反向轉動的角θ為： 從而可求得：若考慮系桿的質量，設動鼠系統(tǒng)對Z 軸轉動慣量為JO，且動鼠相對靜系轉過角度為φO，則有φ=φO+θ，于是測量的J1為： （21）對于偏置待測物體，Z1軸過O可測出。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動慣量。而轉動慣量不考慮車過彎的速度，只考慮質量和旋轉半徑。轉動慣量應用于剛體各種運動的動力學計算中。課題難點在于方案的可行性研究。本課題設計一套“三線擺”法測轉動慣量的實驗輔助裝置，該裝置由機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分組成，能夠準確的測量三線擺擺盤的轉動周期，同時能有效的減小實驗過程中產生的誤差。測量剛體轉動慣量的方法有多種，三線擺法是具有較好物理思想的實驗方法，它具有設備簡單、直觀、測試方便等優(yōu)點。；4. 轉動的時候是否存在平動；5. 空氣阻力[2]。轉動慣量只決定于剛體的形狀、質量分布和轉軸的位置，而同剛體繞軸的轉動狀態(tài)（如角速度的大?。o關。下面簡單介紹轉動慣量在各個方面的運用。1. 直接代數計算法剛體轉動慣量永遠是一個正的標量，在動量矩定理中，剛體定軸轉動微分方程可以表達為：Jza=Mz，這與動力學基本方程F=ma是相似的，式中，轉動慣量的地位與質量m相當。3. 動鼠沿圓周運動測轉動慣量設有一可繞鉛垂軸自由轉動的雙層圓盤，其對Z 軸的轉動慣量為J，如圖21 所示。如圖23所示，先將兩個三線擺盤調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是可以調節(jié)的，此兩圓柱體合起來的重量應等同于電磁鐵重量。而在該方法中仍是靠測量者人為控制圓盤的轉動角度，那么將無法使精度得到保證?？傮w上可分為兩個部分，電系統(tǒng)部分和機械結構部分。選用的激光器所產生光的波長為650nm，光電池所能接收到的范圍為400~1100nm，在其感應范圍之內，滿足設計需求。后釋放擺盤（裝置整體結構詳見附錄2）。的安裝偏移范圍。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。 單片機電路設計其整體結構電路結構設計參見附錄1所附的電路原理圖。不過一般的應用使用內部自帶的參考電壓已經足夠。動態(tài)顯示驅動。1. 測量系統(tǒng)供電電路供電電路設計LM2576系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供壓降開關穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅動3A的負載調整能力。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。并減小手動轉動圓盤的人為誤差，現設計了一種簡易機構，可以通過該機構夾住圓盤，旋轉圓盤調整到指定度數后，再釋放即可令圓盤作來回擺動。彈簧剛性繩螺栓電磁鐵圖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。調節(jié)旋鈕絲杠 導向軸座導軌圖56a滑動絲杠螺母移動裝置移動裝置可以通過調節(jié)蝶形螺母實現整個測量平臺在空間直角坐標系內實現X、Y、Z三個維度的移動，Y、Z方向調節(jié)與X相同。其次是在撥動的過程中，由于人手總存在一定抖動當這個抖動值超過一定范圍時會直接導致實驗數據產生錯誤。V型爪的一側有五個螺紋孔，其中四個是和實驗平臺的橫梁相互連接，一個孔是和對面的在另外一個半片上的螺紋孔相互連接。兩種方法都可以測算出周期，本課題使用的方法是頻譜分析法，該方法的優(yōu)點是受外界干擾小。作者通過對該課題的深入研究，加深了對轉動慣量及測試方法的理解，而且在設計方案時用到了大量電學知識，間接拓展了本人的電學知識面，深刻的理解了機電結合才是未來機械發(fā)展的趨勢。s seat 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。第6章 實驗輔助裝置的使用與結論第6章 結論及展望本文從轉動慣量的理論知識入手，就轉動慣量的測量方法進行了分析，研究和分析了之前學者們對改進轉動慣量測量的方案。2. 若定位錐沒有位于擺盤上的圓心，則調節(jié)導向軸座兩邊的蝶形螺母移動裝置使其沿著X、Y方向移動，最終使定位錐的尖點位于擺盤的圓心。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物圖激光發(fā)射和光電池感應機構部分，光電池上方裝有一個簡易濾波器。夾爪支座定位錐測試平臺支座電磁鐵套筒圖58a 定位裝置的仿真圖 圖58b定位裝置的裝配圖定位錐通過4個螺栓連接在轉軸上，轉軸插入在轉軸套中，二者為間隙配合，這樣整個測量平臺就可以在上面轉動，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?；瑒咏z杠螺母機構結構簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低(30％～40％)。斷電后彈簧復位，在此過程中行程10mm。3. 所設計裝置必須具有一定的可調節(jié)性，并且調節(jié)精度要滿足設計要求。LED12串聯接上一個電阻R39（2K）防止LED被燒壞。圖410 顯示系統(tǒng)原理圖“三線擺”擺盤LED周期顯示激光器單片機電路光電池及其調理裝置圖411 顯示系統(tǒng)結構圖在本課題所研究的“三線擺”法測轉動慣量實驗平臺輔助裝置的實驗過程中，最重要的數據就是擺盤的周期，改進后采用光電池作為傳感器計數，大大提高了實驗的精度。接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。不過為了線路的規(guī)范化仍然接上。這種結構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倍的數據吞吐率。實現了人機對話等功能。此外，非晶硅（或硒）光電池的使用壽命較長，一般壽命都在10年以上。經過分析論證，該試驗臺的輔助裝置最佳的方式就是裝夾在試驗臺的立柱上，而且要具有可調節(jié)性。2. 光敏三極管是利用外照光線的變化，來實現控制電路的通或斷，光敏三極管受外界干擾較大，且在安裝過程中要求很高，所以不采用該器件。本課題的主要研究方向是解決后面三點給實驗帶來的誤差，所以設計可以采集擺盤轉動穩(wěn)定可靠的周期信號將是需要突破的關鍵點。盡管用線擺法測量物體轉動慣量的原理可靠、操作簡單、測量方便，有一定的實用性。對于一個均質圓盤用三根平行線懸吊后，給一個初始扭轉角小于6176。定義2：對通過物體一給定點的每組笛卡爾坐標軸，該物體的三個慣性積通常不等于零，若對于某一上述的坐標軸物體的慣性積為零，則這種特定的坐標軸稱為主慣性軸。3. 汽車的三軸轉動慣量汽車的三軸轉動慣量是指汽車空車整備質量狀態(tài)下的橫擺轉動慣量、俯仰轉動慣量和側傾轉動慣量，按照汽車坐標系，這三軸轉動慣量分別是繞質心Z軸、繞質心Y 軸和繞質心X軸的轉動慣量。 這樣分析一個轉動問題就可以用能量的角度分析了，而不必拘泥于只從純運動角度分析轉動問題。作為一種更加精確的測試方式，本文設計的物體轉動慣量自動測試系統(tǒng)如果進一步改良，可成為一種適用于各種物體的轉動慣量測試手段，在工程設計中得到普遍應用，將是一種方便、快捷、準確的測量方式。2011年海軍航空工程學院基礎實驗部理化實驗中心張勇提出了運用剛體轉動慣量疊加原理，對三線擺測量剛體轉動慣量的原理公式進行合理變形，選擇下盤的固有轉動慣量作為測量的標準量，推導了剛體轉動慣量的測量公式。江蘇技術師范學院畢業(yè)論文新機械設計制造及其自動化優(yōu)秀本科畢業(yè)論文 研究意義轉動慣量是剛體轉動時慣性的量度，其量值取決于物體的形狀、質量分布及轉軸的位置。同時發(fā)表了很多與之相關的論文。本課題是針對轉動慣量及測試方法進行的研究，在常規(guī)測試方法的基礎上設計出新的轉動慣量測試系統(tǒng)，提高其測試精度。把代入動能公式 (ω是角速度，r是半徑，在這里對任何物體來說是把物體微分化分為無數個質點，質點與運動整體的重心的距離為r，而再把不同質點積分化得到實際等效的r)，得到，由于某一個對象物體在運動當中的本身屬性m和r都是不變的，所以把關于m、r的變量用一個變量K代替，得到，K就是轉動慣量，分析實際情況中的作用相當于牛頓運動平動分析中的質量的作用，都是一般不輕易變的量。在去打排球瞬間將臂打開，在已獲得較大的ω的基礎上，突然增大R，這樣線速度V增加，從而獲得大的揮臂速度。慣性主軸的定義：定義1：三條相互垂直的坐標軸，其中構件慣性積等于零的某一坐標軸。 設圓盤最大轉動角為，當圓盤轉動角為時， 由圖示幾何關系： 22 三線擺示意圖圓盤扭轉振動時最大動能為： 圓盤扭轉振動時最大勢能為： ∵， ∴對于保守系統(tǒng)：得圓盤振動的固有圓頻率或固有頻率： 則轉動慣量(注意不是R)。因此在實驗教學中往往采用“三線擺”法測轉動慣量的方法。擺線是否水平是實驗平臺自身的局限導致，需要用水平尺進行調節(jié)。下面就