【正文】 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，定位夾爪彈簧螺栓夾爪頭電磁鐵剛性繩 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 錐移動(dòng)平臺(tái)時(shí)將定位錐對(duì)準(zhǔn)“三線擺”擺盤的中心位置。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，以便于測(cè)量的時(shí)候固定擺盤位置。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 54 電磁鐵的實(shí)物圖 夾頭設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)這一功能，其工作原理在上文中已經(jīng)提到過。斷電后彈簧復(fù)位，在此過程中行程 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) 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 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(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和在夾取的時(shí)候防止讓擺盤變形。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。輸出開關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下A?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]。通過電源模塊用到LM2576 轉(zhuǎn)化成直流 5V 給整個(gè)裝置供電。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 abcdefgpom2134USR056KΩ87ANHCPWLEB9D圖 410 顯示系統(tǒng)原理圖圖 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。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。單片機(jī) 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 AVC10uHLpF7653829REGNDISPin4MOTKJBMega16 內(nèi)帶 標(biāo)準(zhǔn)參考電壓。不過為了線路的規(guī)范化仍然接上。 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，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(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。+VP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 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, 確定光強(qiáng), 就可得到可靠的開關(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，且在安裝過程中要求很高，所以不采用該器件。測(cè)算擺盤轉(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。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 周 期 信 號(hào) 采 集信 號(hào) 處 理 模 塊顯 示 裝 置圖 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)量過程復(fù)雜，要么只解決帶來誤差的一兩個(gè)問題，尚未有一套合理的改進(jìn)方法能夠完全解決上述問題，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的操作過程，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)。；平動(dòng)。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)通常“三線擺”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)盤上圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是可以計(jì)算的，兩邊圓盤的轉(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，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，通過上面的實(shí)驗(yàn)可以找到對(duì)應(yīng)誤差最小的擺線長(zhǎng)。lgrTJ20)(?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。先使 Z1 過 A 有φ 01， θ 1，則有： （23）其中，J 0 是動(dòng)鼠系統(tǒng)對(duì) Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J 是動(dòng)盤系統(tǒng)對(duì) Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，φ 0i 是動(dòng)鼠系統(tǒng)相對(duì)靜系的轉(zhuǎn)角， θ i 是動(dòng)盤系統(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。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 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，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。不僅漂移過彎需要算到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，抓地過彎也要算到轉(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，2/1E?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)mrK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)問題。M]，在 SI 單位制中，它的單位是 kg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。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(hào)i i（或積分號(hào)）遍及整個(gè)剛體。本課題所設(shè)計(jì)的裝置非接觸式測(cè)量，在不改變?cè)袦y(cè)量裝置的前提下，使測(cè)量精度提高，同時(shí)設(shè)計(jì)焊接了電路系統(tǒng)，為后期實(shí)時(shí)顯示周期與自動(dòng)測(cè)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量奠定了硬件基礎(chǔ)。在結(jié)合性價(jià)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(jì)制作出來。課題難點(diǎn)在于方案的可行性研究。張代勝等在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》中發(fā)表論文詳細(xì)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(cè)量精度的高低；3. 擺扭轉(zhuǎn)角的大小是否小于 6176。該方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的計(jì)算工作量，缺點(diǎn)是該試驗(yàn)的計(jì)算方式并沒有提高測(cè)量的精度。某種程度上說這和三線扭擺法是測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的優(yōu)點(diǎn)“儀器簡(jiǎn)單，操作方便、精度較高”是相悖的。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)過程中產(chǎn)生的誤差。通過表征這種運(yùn)動(dòng)特征的物理量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系，進(jìn)行轉(zhuǎn)換測(cè)量。剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有著重要的物理意義，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程技術(shù)、航天、電力、機(jī)械、儀表等工業(yè)領(lǐng)域也是一個(gè)重要參量。本文針對(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)，設(shè)計(jì)出一套能夠較精確的測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)輔助裝置。該裝置采用非接觸測(cè)量方式，可以方便、快捷、準(zhǔn)確的獲取三線擺盤轉(zhuǎn)動(dòng)的周期信號(hào)。近年來，伴隨著高新技術(shù)的日新月異，對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，尤其是對(duì)