【正文】 圖51 裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)裝配圖 設(shè)計(jì)流程本課題的主要是為了設(shè)計(jì)針對(duì)ZME1綜合力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)“三線擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度提高而設(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。安裝尺寸：202637mm?？紤]到本課題所需設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)輔助裝置的調(diào)節(jié)范圍較短，但是精度要求較高，所以選用了絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。使用時(shí)先調(diào)節(jié)X方向的位置，然后調(diào)節(jié)Y方向的位置，最后調(diào)節(jié)Z方向的位置，直至定位裝置到達(dá)指定位置時(shí)停止調(diào)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(shí)候讓對(duì)中錐的尖端離“三線擺”擺盤的距離在2~5mm，此時(shí)上緊兩活葉之間的固定螺栓，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置能牢牢的固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的立柱上面。m2)電控式轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)算(kg本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)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(xué)習(xí)中將加強(qiáng)軟件方面的鍛煉。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論計(jì)算： =104（kg所以該實(shí)驗(yàn)裝置在不論是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程還是實(shí)際工程測(cè)量中都具有很重要現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)前在實(shí)驗(yàn)輔助裝置的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的支座上放置量角器，放置好后旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)當(dāng)旋轉(zhuǎn)到5176。20mm；Y方向上的移動(dòng)范圍為：200177。當(dāng)電磁鐵有電流通過(guò)時(shí)，電磁鐵往后收縮，兩個(gè)爪頭向中間靠攏，抓住擺盤。 釋放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)釋放機(jī)構(gòu)主要是由電磁鐵控制夾頭對(duì)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(guò)程中將R2置于最小端然后開(kāi)始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到光電池感應(yīng)到的強(qiáng)度超過(guò)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(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)（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(fù)位時(shí)的額外時(shí)間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)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(shè)計(jì)了兩級(jí)放大電路：由放大電路計(jì)算公式： （41）得到： 得到兩級(jí)放大后倍數(shù)約為48倍，滿足設(shè)計(jì)要求?？紤]到本課題的設(shè)計(jì)要求不改變?cè)械膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)所以采用反射式。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]。所以本課題選用了光電池反射式轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)采集方式。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)了一套可以通過(guò)調(diào)節(jié)蝶型螺母讓實(shí)驗(yàn)裝置能在X、Y、Z方向上進(jìn)行移動(dòng)調(diào)整定位的實(shí)驗(yàn)裝置。江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文第3章 測(cè)試裝置設(shè)計(jì) 測(cè)試裝置技術(shù)要求，可以知道需要改進(jìn)的地方有周期信號(hào)的采集方式和圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制方式。(a) (b)圖23 兩個(gè)等效的三線擺而要使兩個(gè)圓盤上物體的轉(zhuǎn)動(dòng)周期完全一致，這一問(wèn)題難以實(shí)現(xiàn)，因此可以先測(cè)出左邊圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，然后調(diào)節(jié)右邊圓盤上兩個(gè)圓柱體之間的距離，測(cè)量不同距離時(shí)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)圓柱體的周期。欲測(cè)量物體對(duì)過(guò)其質(zhì)心軸Z1某軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1，將該物體質(zhì)心過(guò)Z 軸，且使Z 軸和Z1軸重合，設(shè)動(dòng)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(dòng)，設(shè)動(dòng)鼠轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為φ，則動(dòng)盤反向轉(zhuǎn)動(dòng)的角θ為： 從而可求得：若考慮系桿的質(zhì)量，設(shè)動(dòng)鼠系統(tǒng)對(duì)Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JO，且動(dòng)鼠相對(duì)靜系轉(zhuǎn)過(guò)角度為φO，則有φ=φO+θ，于是測(cè)量的J1為： （21）對(duì)于偏置待測(cè)物體，Z1軸過(guò)O可測(cè)出。由密度不同的材料組成，且形狀不規(guī)則，需要用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試出其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不考慮車過(guò)彎的速度，只考慮質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)半徑。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)用于剛體各種運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算中。課題難點(diǎn)在于方案的可行性研究。本課題設(shè)計(jì)一套“三線擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)輔助裝置，該裝置由機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分組成，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量三線擺擺盤的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，同時(shí)能有效的減小實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法有多種，三線擺法是具有較好物理思想的實(shí)驗(yàn)方法，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、直觀、測(cè)試方便等優(yōu)點(diǎn)。；4. 轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候是否存在平動(dòng)；5. 空氣阻力[2]。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只決定于剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置，而同剛體繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)（如角速度的大小）無(wú)關(guān)。下面簡(jiǎn)單介紹轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在各個(gè)方面的運(yùn)用。1. 直接代數(shù)計(jì)算法剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量永遠(yuǎn)是一個(gè)正的標(biāo)量，在動(dòng)量矩定理中，剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程可以表達(dá)為：Jza=Mz，這與動(dòng)力學(xué)基本方程F=ma是相似的，式中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的地位與質(zhì)量m相當(dāng)。3. 動(dòng)鼠沿圓周運(yùn)動(dòng)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)有一可繞鉛垂軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的雙層圓盤，其對(duì)Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，如圖21 所示。如圖23所示，先將兩個(gè)三線擺盤調(diào)至測(cè)量誤差最小時(shí)的位置，(a)盤上放置待測(cè)電磁鐵，讓盤心與電磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合；(b)盤放置二個(gè)帶有強(qiáng)磁性的圓柱體，它們?cè)趫A盤上的位置S是可以調(diào)節(jié)的，此兩圓柱體合起來(lái)的重量應(yīng)等同于電磁鐵重量。而在該方法中仍是靠測(cè)量者人為控制圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，那么將無(wú)法使精度得到保證?？傮w上可分為兩個(gè)部分，電系統(tǒng)部分和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。選用的激光器所產(chǎn)生光的波長(zhǎng)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(jì)需求。后釋放擺盤（裝置整體結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)附錄2）。的安裝偏移范圍。在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)的光電池在激光照射到黑線的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生50mV以上的電壓，要將采集到的信號(hào)進(jìn)行放大才能讓單片機(jī)接收到。 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)其整體結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參見(jiàn)附錄1所附的電路原理圖。不過(guò)一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。1. 測(cè)量系統(tǒng)供電電路供電電路設(shè)計(jì)LM2576系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供壓降開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載調(diào)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(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(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。并減小手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤的人為誤差，現(xiàn)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易機(jī)構(gòu)，可以通過(guò)該機(jī)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(lái)回?cái)[動(dòng)。彈簧剛性繩螺栓電磁鐵圖55a 電磁鐵未通電時(shí)狀態(tài) 圖55b 電磁鐵通電時(shí)狀態(tài) 在上圖中可以看到，本課題所設(shè)計(jì)的夾爪部分是由兩個(gè)弧形的板件通過(guò)螺栓相互鉸接接而成，在螺栓的下方墊有兩個(gè)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(diào)節(jié)旋鈕絲杠 導(dǎo)向軸座導(dǎo)軌圖56a滑動(dòng)絲杠螺母移動(dòng)裝置移動(dòng)裝置可以通過(guò)調(diào)節(jié)蝶形螺母實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量平臺(tái)在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)維度的移動(dòng)，Y、Z方向調(diào)節(jié)與X相同。其次是在撥動(dòng)的過(guò)程中，由于人手總存在一定抖動(dòng)當(dāng)這個(gè)抖動(dòng)值超過(guò)一定范圍時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤。V型爪的一側(cè)有五個(gè)螺紋孔，其中四個(gè)是和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的橫梁相互連接，一個(gè)孔是和對(duì)面的在另外一個(gè)半片上的螺紋孔相互連接。兩種方法都可以測(cè)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(diǎn)是受外界干擾小。作者通過(guò)對(duì)該課題的深入研究，加深了對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及測(cè)試方法的理解，而且在設(shè)計(jì)方案時(shí)用到了大量電學(xué)知識(shí)，間接拓展了本人的電學(xué)知識(shí)面，深刻的理解了機(jī)電結(jié)合才是未來(lái)機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)。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(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。2. 若定位錐沒(méi)有位于擺盤上的圓心，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(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。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?；瑒?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％)。斷電后彈簧復(fù)位，在此過(guò)程中行程10mm。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。LED12串聯(lián)接上一個(gè)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(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。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。不過(guò)為了線路的規(guī)范化仍然接上。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。實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話等功能。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。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。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。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)。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。對(duì)于一個(gè)均質(zhì)圓盤用三根平行線懸吊后，給一個(gè)初始扭轉(zhuǎn)角小于6176。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。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。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。2011年海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部理化實(shí)驗(yàn)中心張勇提出了運(yùn)用剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量疊加原理，對(duì)三線擺測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理公式進(jìn)行合理變形，選擇下盤的固有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)量，推導(dǎo)了剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量公式。江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文新機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化優(yōu)秀本科畢業(yè)論文 研究意義轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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。同時(shí)發(fā)表了很多與之相關(guān)的論文。本課題是針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及測(cè)試方法進(jìn)行的研究，在常規(guī)測(cè)試方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出新的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試系統(tǒng)，提高其測(cè)試精度。把代入動(dòng)能公式 (ω是角速度，r是半徑，在這里對(duì)任何物體來(lái)說(shuō)是把物體微分化分為無(wú)數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)整體的重心的距離為r，而再把不同質(zhì)點(diǎn)積分化得到實(shí)際等效的r)，得到，由于某一個(gè)對(duì)象物體在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的本身屬性m和r都是不變的，所以把關(guān)于m、r的變量用一個(gè)變量K代替，得到，K就是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分析實(shí)際情況中的作用相當(dāng)于牛頓運(yùn)動(dòng)平動(dòng)分析中的質(zhì)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(kāi)，在已獲得較大的ω的基礎(chǔ)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(biāo)軸，其中構(gòu)件慣性積等于零的某一坐標(biāo)軸。 設(shè)圓盤最大轉(zhuǎn)動(dòng)角為，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角為時(shí)， 由圖示幾何關(guān)系： 22 三線擺示意圖圓盤扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)最大動(dòng)能為： 圓盤扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)最大勢(shì)能為： ∵， ∴對(duì)于保守系統(tǒng)：得圓盤振動(dòng)的固有圓頻率或固有頻率： 則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(注意不是R)。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往采用“三線擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法。擺線是否水平是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自身的局限導(dǎo)致，需要用水平尺進(jìn)行調(diào)節(jié)。下面就