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1CQPS-E机构运动参数测试组合创新实验台一、实验目的1、加深对平面机构组成原理及运动特点的认识，提高机构综合创新设计能力。2、通过实验机构的搭接训练，测试系统的组建及机构运动参数的测试，提高实践动手能力。3、掌握机构运动参数（线位移、线速度、线加速度及角位移、角速度、角加速度）的测试方法，对比分析机构运动性能。二、实验设备及工具1、CQPS－E机构运动参数测试组合创新实验台及其配套系统软件。该实验台有CQPS－E／1~4型共四台套(如下图)，每个台架上均可安装3个实验机构，总共可安装12个实验机构，学生可分四组同时实验。（客户可选购我公司此产品中的任一单一套产品，使用说明书同时使用此版本）CQPS－E／1CQPS－E／2CQPS－E／3CQPS－E／42（1）、CQPS－E／1型可安装实验机构：A．正弦机构；B．等加速－等减速运动凸轮机构；C．简谐运动凸轮机构；其中两种凸轮机构均有尖顶、滚子、平底三种从动件，均为对心移动从动件盘形凸轮机构。（2）、CQPS－E／2型可安装实验机构：A．齿轮－对心曲柄滑块机构；B．齿轮－偏置曲柄滑块机构；C．槽轮机构；（3）、CQPS－E／3型可安装实验机构；A．曲柄摆块－齿条齿轮机构；B．摆块机构；C．齿轮－曲柄摇杆机构；（4）、CQPS-E/4型可安装实验机构A．摆动导杆－对心滑块机构；B．摆动导杆－偏置滑块机构；C．摆动导杆－双摇杆机构；2、平面机构创意组合测试分析仪。3、配套工具：十字螺丝刀，固定扳手，内六角扳手，钢板尺，卷尺。三．实验原理1、机构的组成原理机构具有确定运动的条件是其原动件的数目应等于其所具有的自由度的数目。因此，如将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来，则由其余构件构成的构件组必然是一个自由度为零的构件组。而这个自由度为零的构件组，有时还可以拆分成更简单的自由度为零的构件组，将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组（或称阿苏尔杆组）简称为杆组。由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：3F＝3n-2P1-Ph=0式中：n为杆组中的构件数；P1为杆组中的低副数；Ph为杆组中的高副数；由于构件数和运动副数目均应为整数，故当n、P1、Ph取不同数值时，可得各类基本杆组。当Ph＝0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。其F＝3n-2P1=0，n=2P1/3，故n应当是2的倍数，而P1应当是3的倍数，即n=2、4、6…，P1=3、6、9…。当n=2，P1=3时，基本杆组称为II级组。II级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构均由II级杆组组成，II级杆组可以有图2所示的五种不同类型：图2平面低副II级基本杆组N=4，P1=6时的基本杆组称为III级杆组。常见的III级组如图3所示。图3平面低副III级基本杆组由上述分析可知：任何平面机构均可以用零自由度的基本杆组依次连接到机架和原动件上的方法而形成。因此，上述机构的组成原理是机构创新设计拼装的基本原理。2．杆组的正确拆分杆组正确拆分应参照如下步骤：（1）、正确计算机构的自由度（注意去掉机构中的虚约束和局部自由度），并确定原动件。（2）、从远离原动件的构件开始拆杆组。先试拆II级组，若拆不出II级组，再试拆III级组。即杆组的拆分应从低级别杆组拆分开始，依次向高一组杆拆分。正确拆分的判别标准：每拆分出一个杆组后，留下的部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆出只剩下原动件和机架为止。（3）、确定机构的级别（由拆分出的最高级别杆组而定，如最高级别为II级组，4则此机构为II级机构）。需要说明的是：同一机构所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构。但当机构的原动件确定后，杆组的拆法是唯一的，即该机构的级别一定。若机构中含有高副，为研究方便，可根据一定条件将机构的高副以低副来代替（称为“高副低代”），然后再进行杆组拆分。“高副低代”必须满足的条件：A、代替前后机构的自由度完全相同；B、代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同；高副低代的方法是：用一个虚拟构件分别与两高副构件在过接触点的曲率中心处以转动副相联；图4杆组拆分例图（锯木机机构）如图4所示机构，先去掉K处的局部自由度，计算机构的自由度：F＝3n-2P1-Ph=3×8-2×11-1，再进行“高副低代”，即用一个虚拟构件10以回转副分别与滚子中心K、凸轮上的高副接触点P处轮廓的曲率中心K′相连；然后按步骤（2）的拆分原则，拆分出由杆件4与5、2与3、6与7和8与10组成的四个II级杆组，8与10组成的II级杆组即由杆件8组成的单构件高副杆组，最后剩下的是原动件1和机架10，该机构为II级机构。3．杆组的正确拼装根据事先拟定的机构运动简图，首先进行虚拟拼装，即在软件零件库中选择零部件，点击“装配训练”，按正确装配顺序装配出所构思的机构，点击“运动仿真”，观察机构的运动；然后再利用机构运动参数测试组合创新实验台提供的零件按机构的传递顺序在选定的台架上进行拼装。拼装时，通常先从原动件开始，按运动传递规律进行拼装。拼装时，应保证各构件均在相互平行的平面内运动，这样可避免各运动构件之间的干涉，同时保证各构件运动平面与轴的轴线垂直。拼装应以机架铅垂面为参考平面，由里向外拼装。完成实物拼装后再启动电机，观察机构的运动情况。5四、实验步骤1、掌握平面机构的组成原理。2、熟悉本实验中的实验设备，各零、部件功用，安装拆卸工具和测试器件。3、选定实验机构及其运动方案。4、正确拼装实验机构。先是进行虚拟装配、运动仿真，再将各基本杆组按运动传递顺序拼装到台架和原动件上，四个台架中，1号台架上可先后安装正弦机构、等加速－等减速凸轮机构、简谐运动凸轮机构；2号台架上可先后安装齿轮－对心曲柄滑块机构、齿轮－偏置曲柄滑块机构；槽轮机构；3号台架上可先后安装曲柄摆块－齿条齿轮机构、摆块机构、齿轮－曲柄摇杆机构；4号台架上可先后安装摆动导杆－对心滑块机构；摆动导杆－偏置滑块机构；摆动导杆－双摇杆机构。5、正确安装测试元器件；6、打开计算机，点击“平面机构创意组合测试分析及仿真系统、，完成实验测试内容。五．系统软件简介系统主界面如图5示。主界面：系统的主界面如下图所示，可清楚的看到本系统的菜单、快捷按钮、显示窗口三大部分，其中界面正上方有一处标题显示栏，显示当前实验名称，如图5所示为“摆动导杆-偏置滑块机构”实验。图5平面机构创意组合测试分析及仿真系统软件主界面65.1程序菜单部分5.1.1文件菜单打开：打开保存的历史实验数据（为*.sav格式）。界面如图6所示：图6数据另存为：将当前测试自动保存的数据另存于其它处，建议保存在软件所在目录。文件格式为*.sav，界面如图7所示：图7清除当前实验数据：清空当前实验保存到当前数据表中的实时数据，点击“确定”即执行此操作；点击“取消”则不执行，界面如图8所示：7图8清除所有实验数据：清空当前窗体中的所有实验的所有实验数据，操作同上。界面如图9所示：图9退出：退出本测试软件系统。5.1.2选择实验菜单选择所需做的实验。打开“选择实验”菜单，点击某一实验名称即选择此实验为当前实验。5.1.3参数设置菜单实验参数：如图10所示，为当前实验以各部分实际量为标准参照左边原理图所标示各参数进行参量设置，各参数值单位均为mm（毫米）。各参数值都设置完成后，点击“存盘”按钮，退出此界面，当前设置生效；若点击“放弃”按钮退出，当前设置无效实验仍使用原有设置。图10串口配置：设置设备串行口参数，端口设置根据串口与工控机的连接情况设定，若串口插在COM1口就设定为COM1，波特率设定为“57600”，数据位“8”停止位为“1”奇偶8校验为“无”。“存盘”为保存当前设定值并使其生效退出；“放弃存盘”为不保存退出。界面如图11所示：图11小数位设置：为主窗口显示的实时转速、线位移、线速度、线加速度及角位移、角速度、角加速度的数据设置有效小点位数，注：输入框内请输入正整数，且数值不宜过大以不超过3为宜，界面如图12所示：图12传感器设置：如图13所示，设置位移传感器和角度传感器量程，此项设置必须按各传感器铭牌所标示的量程来设定，否则将影响测试数据。9图13实时曲线：如图14所示，为主界面显示的实时曲线图设置各参数的坐标值。各参数设置上下限为Y轴坐标值范围，（中点值已默认设置为零，用户不可更改）；X轴：X坐标最大显示的时间周期值，单位是“S”即“秒”；曲线粗度：最小值为“1”，设置需为正整数，建议设置为“1”或“2”即可。注意：每次更改设置后需点击“确定”才能使当前设置生效。图14通信方式：设置通信协议参数，如图15所示值即为此系统的通信参数值，不可更改，否则将出现通信不成功状况。10图155.1.4机构演示菜单演示当前实验：以短片的形式演示当前平面机构实验。如图16所示：图16演示其他实验：点击，在展开的下一级菜单中选择需演示的平面机构实验，使其以短片的形式演示出来。5.1.5实验分析菜单开始：开始进行实验，并采样。停止：停止实验进行及采样。11曲线选项：设置绘制曲线参数，界面如图17到图19所示：图17图18图19此项中，所有关颜色的设置如：基本参数面板中背景颜色、X/Y轴颜色等均可使用系统12默认也可点击颜色框右边的按钮，将弹出颜色选项面板由用户自行定义。基本参数面板：在标题栏中的内容中输入绘制的曲线标题名称；标注栏中选中一选项其对应的信息在曲线绘制的标注栏中显示，否则不显示；网格线可选择其类型并可选中“显示”即在坐标中显示网格线，否则隐藏。曲线面板：在左显示框中选中Y轴数据项，再选中“曲线显示”即对应的曲线将在绘制曲线中显示，相反则否；可选择轨迹宽度和插补类型、采样点尺寸及是否突出显示。坐标轴面板：为相应的Y轴参数定义其最小值和范围，可手动或自动等；选择X轴（时间轴）数据，其最小值和范围可手动或自动；所有X轴、Y轴参数的单位同实时曲线。注意：每次更改设置后需点击“确定”才能使当前设置生效。绘制曲线：根据曲线选项中的设置及当前实时数据表中保存的数据绘制当前实验的曲线，以供分析、对比，并可打印。5.1.6实验报告菜单此菜单为浏览、打印实验报告提供。选择查看和导出实验报告，将弹出如图20所示对话框，选择“是”将打印相应的实验和选择的保存的图像，如图21所示为一摆动导杆-偏置滑块机构的有图像实验报告。图20图21当前实验报告：如上所述，浏览当前实验报告，并可进行打印等操作。13其他实验报告：如上所述，可逐一浏览各实验的实验报告，并可进行打印等操作。5.1.7帮助菜单关于：显示本软件名称及版本信息。帮助：弹出系统使用帮助文档。联络我们：显示本公司及售后服务联系方式。产品介绍：显示本公司的系列产品和测试系统。5.2快捷菜单栏5.2.1快捷菜单栏1如图22所示，从左至右按钮依次为选择齿轮+齿条机构实验、一级齿轮-对心机构实验、一级齿轮-偏心机构实验、尖顶从动件凸轮机构实验、一级槽轮机构实验、一级齿轮曲柄摇杆机构实验、齿轮-连杆组合机构实验、曲柄摆块-齿轮机构实验、摆块机构实验、摆动导杆-偏置滑块机构实验、摆动导杆-对心滑块机构实验、正弦机构实验及导杆-摇杆机构实验为当前实验，功能同“选择实验”菜单。图225.2.2快捷菜单栏2如图23所示，从左至右依次为：“实验参数”按钮：功能同“参数设置-实验参数”。“机构演示”按钮：功能同“机构演示-演示当前实验”。“切换绘图区域”按钮：隐藏图和快捷菜单栏3，相应的将实时曲线窗口或实时数据窗口切到满界面状态，意在放大曲线窗口便于用户观察。图235.2.3快捷菜单栏3界面如图24所示：图2414从左至右依次为：开始：开始实验采样。停止：停止实验采样。记录：手动记录一条实时实验数据到数据显示表中。删除：删除数据显示表中一条选中的实验数据。清空：清空当前实验数据表中的纪录，同文件菜单中的清空当前实时数据。5.3程序显示窗口部分5.3.1实时参数值显示图25如图25所示，此窗口显示转速、线位移、线速度、线加速度及角位移、角速度、角加速度的实时数据。图25所示为摆动导杆-偏置滑块机构实验，不同的实验其参数也