專利名稱：多功能連桿動力學實驗平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械領域，是一種測試連桿動力學性能參數(shù)的平臺，具體為一種多功能連桿動力學實驗平臺。
背景技術：
在機械領域中，為了演示各種機械的不同的形式、構(gòu)造、運動機理，同時也為了研究的方便，常常需要建立實驗平臺，將某種特定機械的運動學原理和動力學原理實物化，充當日常實用機械的簡化模型。北京工業(yè)大學發(fā)明的一種柔順滑塊常力機構(gòu)實驗裝置，此實驗裝置包括兩組對心曲柄滑塊機構(gòu)、電機和壓力傳感器，兩組對心曲柄滑塊機構(gòu)中的一組為柔順滑塊常力機構(gòu)， 另一組為剛性的曲柄滑塊機構(gòu)。此實驗裝置已獲國家發(fā)明專利O00910089836).上海交通大學設計的曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)測量實驗臺已獲國家發(fā)明專利(200520042789)。在此實驗裝置中，曲柄盤、連桿和滑塊組成曲柄滑塊機構(gòu)，加速度傳感器和位移傳感器分別連在滑塊上以測定機構(gòu)相應的參數(shù)。浙江大學所設計的多功能連桿運動參數(shù)測試試驗臺，在此試驗臺中，通過調(diào)節(jié)滑塊的對心或偏置，調(diào)節(jié)圓盤的曲柄長度，調(diào)節(jié)連桿的長度，調(diào)節(jié)搖桿的長度， 然后進行不同的組合可做不同的曲柄滑塊和曲柄搖桿機構(gòu)的試驗。上述這些實驗平臺都實現(xiàn)了對相應機構(gòu)動力學性能參數(shù)的測試，但目前還沒有用于測試連桿在各種平衡狀態(tài)下動力學性能的實驗平臺。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術問題為解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種多功能連桿動力學實驗平臺， 能夠用于測試連桿在各種平衡狀態(tài)下動力學性能參數(shù)的實驗平臺。技術方案本發(fā)明的技術方案為一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)， 連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸、滑塊、 連桿和樞軸；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接；在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄一端固定連接，曲柄另一端與主軸固定連接；第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的兩側(cè)；在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；第二連桿機構(gòu)的滑塊還與氣缸固定連接，氣缸固定在平臺底座上，且氣缸的輸出軸平行于第二連桿機構(gòu)中的引導軸，氣缸與主軸位于第二連桿機構(gòu)的滑塊兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)， 連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與連桿配重固定連接，連桿中部與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端插入大帶輪的一側(cè)偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；大帶輪兩側(cè)面上均還固定有配重塊，兩側(cè)面上的配重塊重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行， 且處于同一平面內(nèi)，配重塊重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)， 連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接；在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄一端固定連接，曲柄另一端與主軸固定連接；第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的同一側(cè)；在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)， 連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端插入大帶輪的一側(cè)偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；大帶輪兩側(cè)面上均還固定有配重塊，兩側(cè)面上的配重塊重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，配重塊重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。有益效果采用本發(fā)明提出的多功能連桿動力學實驗平臺，通過不同的連桿組合，可以測試以下四種連桿機構(gòu)中連桿的動力學參數(shù)1、利用機構(gòu)平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)；2、用質(zhì)量平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)；3、利用機構(gòu)平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)；4、利用質(zhì)量平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)。該實驗平臺結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)⑦B桿機構(gòu)的運動學原理和動力學原理清晰展示。而且本發(fā)明的連桿除了可以采用剛性連桿外，還可以采用彈性連桿， 能夠測試連桿機構(gòu)的彈性動力學性能。
圖1 本發(fā)明中權利要求1中所述的實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本發(fā)明中權利要求2中所述的實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 本發(fā)明中權利要求3中所述的實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 本發(fā)明中權利要求4中所述的實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 大帶輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6:曲柄的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7 軸承座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8:主軸的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、伺服電機；2、電機座；3、平臺底座；4、大帶輪；5、皮帶；6、樞軸；7、連桿；
8、引導軸；9、滑塊；10、支撐塊；12、軸承座；13、主軸；14、曲柄；15、氣缸；16、小帶輪；17、縱
向振動傳感器；18、橫向振動傳感器；19、速度編碼器；20、連桿配重；21、配重塊A ;22、配重塊B。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明。實施例本實施例中通過采用不同的連桿機構(gòu)的連接形式以及配置不同的配重塊得到了不同連接形式和不同平衡狀態(tài)下的連桿機構(gòu)。1、利用機構(gòu)平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)參照附圖1，該連桿動力學實驗平臺包括平臺底座3，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，其中連桿機構(gòu)為利用機構(gòu)平衡而達到完全平衡的連桿機構(gòu)。動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機1、大帶輪4、小帶輪16和主軸13 ；伺服電機作為動力源，采用的是微型直流伺服電動機(110SZ02/A3)，伺服電機與電機座2通過轉(zhuǎn)接盤固定連接，電機座通過螺釘固定在平臺底座上。主軸通過兩個深溝球軸承安裝在軸承座12內(nèi)， 軸承座12通過螺釘固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸通過鍵與小帶輪同軸固連， 主軸與大帶輪也通過鍵同軸固連，小帶輪與大帶輪的齒數(shù)比為1 3，皮帶5套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔。連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸8、滑塊
9、連桿7和樞軸6；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊10固定在平臺底座上，支撐塊通過螺釘固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線；滑塊通過直線運動球軸承套在引導軸上，使得滑塊可以沿引導軸直線運動；連桿一端通過軸釘以及深溝球軸承與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端通過深溝球軸承與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端在兩個連桿機構(gòu)中的連接部件各不相同，其中在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪螺紋固定連接，而在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄14 一端螺紋固定連接，曲柄另一端通過鍵與主軸固定連接。第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的兩側(cè)；在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；第二連桿機構(gòu)的滑塊還與氣缸15 的輸出軸螺紋固定連接，氣缸通過螺釘固定在平臺底座上，且氣缸的輸出軸平行于第二連桿機構(gòu)中的引導軸，氣缸與主軸位于第二連桿機構(gòu)的滑塊兩側(cè)。數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器17、橫向振動傳感器18和速度編碼器19。縱向振動傳感器(型號CA-YD-10;3)通過螺紋固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器(型號CA-YD-107)通過螺紋固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。在該連桿動力學實驗平臺中，伺服電機通過傳動機構(gòu)將動力和運動傳遞到主軸和樞軸上，隨著大帶輪的轉(zhuǎn)動，第一連桿機構(gòu)中的樞軸連同連桿的一端圍繞主軸做圓周運動， 而樞軸通過連桿將運動和動力傳遞到滑塊上，使滑塊在引導軸上做往復直線運動；而在主軸的另一端，主軸通過曲柄將運動和動力傳遞到第二連桿機構(gòu)中?？杉僭O第一連桿機構(gòu)以及大帶輪這些構(gòu)件的質(zhì)量集中在兩處一為樞軸與連桿的鉸接處，另一是連桿與滑塊的鉸接處，在第一連桿機構(gòu)的運動過程中，這兩處集中質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力之和即為構(gòu)件的總慣性力。而第二連桿機構(gòu)則是充當平衡機構(gòu)，由于第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)關于主軸軸線中點對稱布置，第一連桿機構(gòu)的連桿運動平面到主軸中心橫截面的距離等于第二連桿機構(gòu)的連桿運動平面到主軸中心橫截面的距離，使慣性力在主軸軸承處引起的動壓力得到完全平衡。2、用質(zhì)量平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)參照附圖2，該連桿動力學實驗平臺包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，其中連桿機構(gòu)為利用質(zhì)量平衡而達到完全平衡的連桿機構(gòu)。動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機1、大帶輪4、小帶輪16和主軸13 ；伺服電機作為動力源，采用的是微型直流伺服電動機(110SZ02/A3)，伺服電機與電機座2通過轉(zhuǎn)接盤固定連接，電機座通過螺釘固定在平臺底座上。主軸通過兩個深溝球軸承安裝在軸承座12內(nèi)， 軸承座12通過螺釘固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸通過鍵與小帶輪同軸固連， 主軸與大帶輪也通過鍵同軸固連，小帶輪與大帶輪的齒數(shù)比為1 3，皮帶5套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔。連桿機構(gòu)包括引導軸8、滑塊9、連桿7和樞軸6;引導軸通過兩端的支撐塊10固定在平臺底座上，支撐塊通過螺釘固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線； 滑塊通過直線運動球軸承套在引導軸上，使得滑塊可以沿引導軸直線運動；連桿一端通過軸釘以及深溝球軸承與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與連桿配重螺栓固定連接，連桿中部通過深溝球軸承與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪螺紋固定連接；大帶輪兩側(cè)面上還分別固定有配重塊A和配重塊B，配重塊A和配重塊B的重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，配重塊A和配
9重塊B的重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線。數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器17、橫向振動傳感器18和速度編碼器19?？v向振動傳感器(型號CA-YD-103)通過螺紋固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器(型號CA-YD-107)通過螺紋固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。在該連桿動力學實驗平臺中，伺服電機通過傳動機構(gòu)將動力和運動傳遞到主軸和樞軸上，隨著大帶輪的轉(zhuǎn)動，樞軸連同連桿的一端圍繞主軸做圓周運動，而樞軸通過連桿將運動和動力傳遞到滑塊上，使滑塊在引導軸上做往復直線運動?？杉僭O連桿機構(gòu)以及大帶輪這些構(gòu)件的質(zhì)量集中在兩處一為樞軸與連桿的鉸接處，另一是連桿與滑塊的鉸接處，在連桿機構(gòu)的運動過程中，這兩處集中質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力之和即為構(gòu)件的總慣性力。而配重塊A、配重塊B以及連桿配重充當平衡機構(gòu)，通過配置這些平衡質(zhì)量，使慣性力在主軸軸承處引起的動壓力得到完全平衡。3、利用機構(gòu)平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)參照附圖3，該連桿動力學實驗平臺包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，其中連桿機構(gòu)為利用機構(gòu)平衡而達到部分平衡的連桿機構(gòu)。動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機1、大帶輪4、小帶輪16和主軸13 ；伺服電機作為動力源，采用的是微型直流伺服電動機(110SZ02/A3)，伺服電機與電機座2通過轉(zhuǎn)接盤固定連接，電機座通過螺釘固定在平臺底座上。主軸通過兩個深溝球軸承安裝在軸承座12內(nèi)， 軸承座12通過螺釘固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸通過鍵與小帶輪同軸固連， 主軸與大帶輪也通過鍵同軸固連，小帶輪與大帶輪的齒數(shù)比為1 3，皮帶5套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔。連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸8、滑塊 9、連桿7和樞軸6 ；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊10固定在平臺底座上，支撐塊通過螺釘固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線；滑塊通過直線運動球軸承套在引導軸上，使得滑塊可以沿引導軸直線運動；連桿一端通過軸釘以及深溝球軸承與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端通過深溝球軸承與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端在兩個連桿機構(gòu)中的連接部件各不相同，其中在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪螺紋固定連接，而在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄14 一端螺紋固定連接，曲柄另一端通過鍵與主軸固定連接。第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的同一側(cè)； 在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線。數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器17、橫向振動傳感器18和速度編碼器19?？v向振動傳感器(型號CA-YD-10;3)通過螺紋固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器(型號CA-YD-107)通過螺紋固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。在該連桿動力學實驗平臺中，伺服電機通過傳動機構(gòu)將動力和運動傳遞到主軸和樞軸上，隨著大帶輪的轉(zhuǎn)動，第一連桿機構(gòu)中的樞軸連同連桿的一端圍繞主軸做圓周運動， 而樞軸通過連桿將運動和動力傳遞到滑塊上，使滑塊在引導軸上做往復直線運動；而在主軸的另一端，主軸通過曲柄將運動和動力傳遞到第二連桿機構(gòu)中，第二連桿機構(gòu)充當平衡機構(gòu)。當主軸轉(zhuǎn)動時，第一連桿機構(gòu)的滑塊與第二連桿機構(gòu)的滑塊加速度方向相反，因而慣性力方向相反，可以相互抵消，但由于兩個滑塊的運動規(guī)律不完全一致，所以該連桿動力學實驗平臺中的連桿機構(gòu)為部分平衡機構(gòu)。4、利用質(zhì)量平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)參照附圖4，該連桿動力學實驗平臺包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，其中連桿機構(gòu)為利用質(zhì)量平衡而達到部分平衡的連桿機構(gòu)。動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機1、大帶輪4、小帶輪16和主軸13 ；伺服電機作為動力源，采用的是微型直流伺服電動機(110SZ02/A3)，伺服電機與電機座2通過轉(zhuǎn)接盤固定連接，電機座通過螺釘固定在平臺底座上。主軸通過兩個深溝球軸承安裝在軸承座12內(nèi)， 軸承座12通過螺釘固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸通過鍵與小帶輪同軸固連， 主軸與大帶輪也通過鍵同軸固連，小帶輪與大帶輪的齒數(shù)比為1 3，皮帶5套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔。連桿機構(gòu)包括引導軸8、滑塊9、連桿7和樞軸6;引導軸通過兩端的支撐塊10固定在平臺底座上，支撐塊通過螺釘固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線； 滑塊通過直線運動球軸承套在引導軸上，使得滑塊可以沿引導軸直線運動；連桿一端通過軸釘以及深溝球軸承與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端通過深溝球軸承與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接， 樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪螺紋固定連接；大帶輪兩側(cè)面上還分別固定有配重塊A和配重塊B，配重塊A和配重塊B的重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，配重塊A和配重塊B的重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線。數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器17、橫向振動傳感器18和速度編碼器19?？v向振動傳感器(型號CA-YD-10;3)通過螺紋固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器(型號CA-YD-107)通過螺紋固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。在該連桿動力學實驗平臺中，伺服電機通過傳動機構(gòu)將動力和運動傳遞到主軸和
1樞軸上，隨著大帶輪的轉(zhuǎn)動，樞軸連同連桿的一端圍繞主軸做圓周運動，而樞軸通過連桿將運動和動力傳遞到滑塊上，使滑塊在引導軸上做往復直線運動。 可假設連桿機構(gòu)以及大帶輪這些構(gòu)件的質(zhì)量集中在兩處一為樞軸與連桿的鉸接處，另一是連桿與滑塊的鉸接處，在連桿機構(gòu)的運動過程中，這兩處集中質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力之和即為構(gòu)件的總慣性力。而配重塊A、配重塊B充當平衡機構(gòu)只能平衡機構(gòu)中一部分總慣性力，所以該連桿動力學實驗平臺中的連桿機構(gòu)為部分平衡機構(gòu)。
權利要求1.一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接；在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄一端固定連接，曲柄另一端與主軸固定連接；第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的兩側(cè)；在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；第二連桿機構(gòu)的滑塊還與氣缸固定連接，氣缸固定在平臺底座上，且氣缸的輸出軸平行于第二連桿機構(gòu)中的引導軸，氣缸與主軸位于第二連桿機構(gòu)的滑塊兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。
2.一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動， 連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與連桿配重固定連接，連桿中部與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端插入大帶輪的一側(cè)偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；大帶輪兩側(cè)面上均還固定有配重塊，兩側(cè)面上的配重塊重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，配重塊重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。
3.一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)，每個連桿機構(gòu)均包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；在每個連桿機構(gòu)中，引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動，連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接；在第一連桿機構(gòu)中，樞軸另一端插入大帶輪的一個偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；在第二連桿機構(gòu)中，樞軸另一端與曲柄一端固定連接，曲柄另一端與主軸固定連接；第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線、主軸中心軸線以及第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，第一連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線與第二連桿機構(gòu)的樞軸中心軸線關于主軸中心軸線對稱；第一連桿機構(gòu)與第二連桿機構(gòu)處于主軸中心軸線的同一側(cè)；在每個連桿機構(gòu)中，連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。
4.一種多功能連桿動力學實驗平臺，其特征在于包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)；動力及傳動機構(gòu)包括伺服電機、大帶輪、小帶輪和主軸；伺服電機通過電機座固定在平臺底座上，主軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座固定在平臺底座上；伺服電機的動力輸出軸與小帶輪同軸固連，主軸與大帶輪同軸固連，皮帶套在大帶輪和小帶輪上；伺服電機的動力輸出軸帶動小帶輪轉(zhuǎn)動，小帶輪通過皮帶帶動大帶輪轉(zhuǎn)動，大帶輪帶動主軸轉(zhuǎn)動；主軸中心軸線平行于伺服電機的動力輸出軸中心軸線；大帶輪中心孔兩側(cè)對稱開有偏心孔；連桿機構(gòu)包括引導軸、滑塊、連桿和樞軸；引導軸通過兩端的支撐塊固定在平臺底座上，引導軸中心軸線垂直于主軸中心軸線，滑塊套在引導軸上，且可以沿引導軸直線運動， 連桿一端與滑塊轉(zhuǎn)動連接，連桿另一端與樞軸一端轉(zhuǎn)動連接，樞軸另一端插入大帶輪的一側(cè)偏心孔內(nèi)，并與大帶輪固定連接；大帶輪兩側(cè)面上均還固定有配重塊，兩側(cè)面上的配重塊重心連線與主軸中心軸線以及樞軸中心軸線相互平行，且處于同一平面內(nèi)，配重塊重心連線與樞軸中心軸線分別位于主軸中心軸線兩側(cè)；連桿的運動平面垂直于主軸中心軸線；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)包括縱向振動傳感器、橫向振動傳感器和速度編碼器，縱向振動傳感器固定在軸承座頂端，測量整個實驗平臺豎直方向的振動量，橫向振動傳感器固定在軸承座側(cè)面，且與縱向振動傳感器相隔90°，測量整個實驗平臺水平方向的振動量；速度編碼器通過支架固定在平臺底座上，速度編碼器的輸入軸通過聯(lián)軸器與伺服電機的動力輸出軸連接，速度編碼器測量伺服電機的輸出轉(zhuǎn)速。
專利摘要本實用新型提出了一種多功能連桿動力學實驗平臺，包括平臺底座，動力及傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，通過不同的連桿組合，本實用新型采用了以下四種連桿機構(gòu)1、利用機構(gòu)平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)；2、用質(zhì)量平衡達到完全平衡的連桿機構(gòu)；3、利用機構(gòu)平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)；4、利用質(zhì)量平衡達到部分平衡的連桿機構(gòu)。該實驗平臺結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)⑦B桿機構(gòu)的運動學原理和動力學原理清晰展示。而且本實用新型的連桿除了可以采用剛性連桿外，還可以采用彈性連桿，能夠測試連桿機構(gòu)的彈性動力學性能。
文檔編號G09B23/10GK202229917SQ20112035943
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者張輝, 李樹軍, 葛文杰, 陳作模, 馬曉雪, 高建 申請人:西北工業(yè)大學