CN209978816U - 一种机构运动特性检测实验*** - Google Patents

Abstract

一种机构运动特性检测实验***，包括相机、照明设备、设有支撑柱的实验支架、底座，支撑柱上滑动安装有用于安装相机的相机调整支架和用于安装照明设备的光源调整支架，实验支架安装在底座上，底座上还安装有为该实验检测***提供动力源的减速变频电机、与减速变频电机输出端相连接的同步带传动***、以及安装在同步带传动***上方的用于安装待测机构的待测机构安装板；本实用新型测量精确、结构简单、操作方便、低速安全、成本低，可用于教学实验和工程测试，便于推广使用。

Description

一种机构运动特性检测实验***

技术领域

本实用新型涉及机械原理实验教学仪器，具体涉及一种机构运动特性检测实验***。

背景技术

机械原理课程是机械工程专业的专业核心课，机构设计是机械原理课程的主要内容，对平面机构运动特性进行检测分析是机构设计的重要内容，平面机构运动特性因内容抽象，计算分析复杂，学生对平面机构运动特性的理解非常困难，目前国内尚未见有关机构运动检测的实验装置及相关实验内容。

目前实验方法是通过测量机构模型、绘制机构运动简图、通过自由度计算进行机构认识的学习，该试验方法不仅实验内容少、实验方法陈旧，还无法实现机构的运动分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机构运动特性检测实验***，该装置能实现对机构上任一点的运动情况进行检测分析,包括实时检测绘制任一点的位移(角位移)、速度(角速度)、加速度(角加速度)等运动特性曲线，该装置解决了目前机构设计中实验过程短，学生参与少的问题。并且具有设计科学、结构紧凑、操作方便、精度高、安全可靠等特点，不仅填补了机构运动分析实验方面的空白，还适合在工程实践或高等院校、职业院校实践教学中推广。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种机构运动特性检测实验***，包括相机1、照明设备4、设有支撑柱51的实验支架5、底座9，支撑柱51上滑动安装有用于安装相机1的相机调整支架2和用于安装照明设备4的光源调整支架3，实验支架5安装在底座9上，底座9上还安装有为该实验检测***提供动力源的减速变频电机6、与减速变频电机6输出端相连接的同步带传动***7、以及安装在同步带传动***7上方的用于安装待测机构的待测机构安装板8；

优选的，调整支架2包括滑动安装在支撑柱51上的相机夹板21、对相机夹板21 的位置进行锁死的第一螺钉22、滑动安装在相机夹板21上的相机竖直调整座23，所述相机竖直调整座的两端还滑动安装有相机水平调整梁26和对相机水平调整梁26的位置进行锁死的第三螺钉27，两个相机水平调整梁26均与用于安装所述相机1的相机安装支架29连接；

优选的，所述光源调整支架3包括滑动套装在支撑柱51上的照明灯调整座31、用于将照明灯调整座31锁定在支撑柱51上的第二螺钉32，该照明灯调整座31的两侧均滑动安装有照明灯放置横梁33，每个照明灯放置横梁33的端部均安装有照明设备4；

优选的，所述同步带传动***7包括上底板73、下底板74以及通过轴安装在上底板73与下底板74之间的多个第二带轮72以及安装在减速变频电机6输出轴上的第一带轮71，第一带轮71和第二带轮72之间安装有同步带75。

本实用新型提出的一种机构运动特性检测实验***具有如下优点：

1、本实用新型通过拍摄机构运动图像，采用数字散斑方法进行分析，绘制出机构上任意一点的位移(角位移)曲线、速度(角速度)曲线、加速度(角加速度)曲线，实现对机构上任意点的运动特性分。

2、本实用新型可实现对各种平面机构的运动分析。如四杆机构、颚式破碎机、牛头刨床机构等。

3、本实用新型测量精确，可用于教学实验和工程测试。

4、本实用新型结构简单、操作方便、低速安全、成本低，便于推广使用。

以上说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的左视图；

图3为本实用新型拆除待测机构后同步带传动***俯视图。

图4为本实用新型安装在支撑柱上的相机调整支架的俯视图。

图5为本实用新型待测机构安装板与同步带传动***的安装示意图。

附图标记

1-相机；2-调整支架，21-相机夹板，22-第一螺钉，23-相机竖直调整座，24-圆柱齿轮，25-齿条，26-相机水平调整梁，27-第三螺钉,28-通孔；3-光源调整支架，31- 照明灯调整座，32-第二螺钉，33-照明灯放置横梁；4-照明设备；5-实验支架，51-支撑柱；6-减速变频电机；7-同步带传动***；71-第一带轮，72-第二带轮，73-上底板， 74-下底板，75-同步带；8-待测机构安装板,81-定位销；9-底座。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本实用新型提出的一种机构运动特性检测实验***其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便有描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1至图5，一种机构运动特性检测实验***，包括相机1、照明设备4、设有支撑柱51的实验支架5和底座9，实验支架5安装在底座9上，相机1通过相机调整支架2滑动安装在支撑柱51上；

请参阅图2、图4，调整支架2包括套装在支撑柱51且可在支撑柱51上竖向移动的相机夹板21，相机夹板21上设有第一螺钉22，当相机夹板21滑动到指定位置时，通过拧紧第一螺钉22可将滑动夹板21固定在支撑柱51上，当松开第一螺钉22时，相机夹板21可在支撑柱51的轴线方向上下移动；该相机夹板21上还滑动安装有相机竖直调整座23，相机夹板21上设有圆柱齿轮24，相机竖直调整座23上设有沿竖直方向延伸并与圆柱齿轮24相啮合的齿条25，通过齿轮齿条的配合，使相机竖直调整座23 沿着相机夹板21的竖直方向运动，相机竖直调整座23的两端均设有通孔28，每个通孔 28中均滑动安装有相机水平调整梁26，该相机竖向调整底座23上还设有用于将相机水平调整横梁26位置锁死的第三螺钉27，所述水平调整横梁26的端部通过相机安装支架 29安装有相机1,该相机通过相机数据输出线与计算机相连接，将相机上的图像传输到计算机，计算机采用数字散斑相关方法对图像进行计算分析。

当需要调整相机1的高度时，首先，松开第一螺钉22，移动相机夹板21的位置对相机的高度进行粗调，拧紧第一螺钉22，再通过齿轮齿条调整相机竖直调整座23的位置对相机的高度进行微调，然后松开第三螺钉27，拉动相机水平调整梁26从而带动相机1水平移动，当相机移动到合适的位置时，拧紧第三螺钉27将相机水平调整梁26锁紧在相机竖向调整底座23上。

请参阅图1、图2，支撑柱51上还安装有用于固定照明设备4的光源调整支架3，该照明设备4通过自身角度的变换可调节光照的角度，该照明设备4为现有技术，对此不再详细介绍，该光源调整支架3位于相机调整支架2的下方，该光源调整支架包括滑动套装在支撑柱51上的照明灯调整座31、用于将照明灯调整座31锁定在支撑柱51上的第二螺钉32，该照明灯调整座31的两侧均滑动安装有照明灯放置横梁33，每个照明灯放置横梁33的端部均安装有照明设备4，当调节照明设备4的高度时，松开第二螺钉 32，使光源调整支架3沿支撑柱51的轴线方向上下移动，然后拧紧第二螺钉32，随后移动照明灯放置横梁33，使照明灯4沿水平方向移动调整到合适的位置即可。

请参阅图1至图3，底座9上还安装有减速变频电机6以及与减速变频电机6输出端相连接的同步带传动***7，减速变频电机6为动力源，通过控制按钮调整变频电机 6的输出转速，该同步带传动***7包括上底板73、下底板74以及通过轴76安装在上底板73与下底板74之间的多个第二带轮72以及安装在减速变频电机6输出轴上的第一带轮71，第一带轮71和多个第二带轮72之间安装有同步带75，该轴76的顶端还安装有用于安装待测机构的待测机构安装板8。

该待测机构为根据各种不同机构的平面运动简图机构制作的模型，如四杆机构、牛头刨床、颚式破碎机等，选其中一种模型安装在待测机构安装板8上，减速变频电机6 带动同步地传动***7转动，减速变频电机6是动力输出机构，多个带轮为输出机构，根据待测机构的原动件的位置不同，选用用多个第二带轮72中的任意一个或任意两个的轴76作为待测机构的输入轴，将待测机构的轴安装在该输入轴上，待测机构可以是多种不同类型的平面机构，如曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、颚式破碎机机构、刨床机构、惯性筛机构、压床机构等。根据待测机构的种类和几何参数不同，待测机构安装在待测机构安装板8上，定位销81，请参阅图5，待测机构安装板8两侧均设有供定位销 81安装的孔，通过定位销81进行定位从而将待测机构套在轴76上,这样可以保证待测机构与作为待测机构主动件的第二带轮72的轴安装在一起。

本实验过程以曲柄滑块机构为例，曲柄滑块机构为现有技术，在此不再赘述，曲柄滑块机构的主动件为曲柄，将曲柄的回转中心安装在实验台的第二带轮72的轴76上，由第二带轮72的轴76带动曲柄旋转，曲柄通过连杆驱动滑块做直线移动，传感器吸附在滑块上，随滑块运动，该传感器为表面涂抹有荧光漆且其背面焊接有磁性金属材料的圆盘形金属零件，该传感器吸附在测试位置上，工业摄像头对传感器吸附的部件进行运动追踪，最终得到运动曲线图并拍摄机构运动图像，随后将图像导入计算机检测***，利用散斑相关方法进行数据分析，计算传感器及滑块的位移、速度、加速度，将计算结果以图像和数据的方式输出。

本装置的测量工作原理如下：(1)调整仪器

根据待测机构的特点，调整光源角度、焦距、光圈、曝光率等设置，使拍摄的图像清晰。

(2)拍摄运动图像

启动变频电机开关，将转速定在50～100r/min。启动测试***，记录测试。

(3)数字散斑分析原理

数字散斑相关方法是将采集的图像经模数转换器转成数字灰度场，导入检测***。检测***将位移测量问题转化为一个相关搜索和相关识别的数值计算过程。通过搜寻子区移动信息，获得其中心点的位移信息。搜寻的主要判定依据就是求目标图像子区和参考图像子区的相关系数，通过计算相关系数的极值来判断两个子区的相似性。

具体步骤如下：

S1、将待测机构安装在待测机构安装板8上，打开相机1、照明设备4、计算机的显示器，调整相机调整支架2、光源调整支架3的位置和角度及相机光圈、焦距，使待测机构的图像能清晰的显示；

S2、启动减速变频电机6开关，调整旋钮，将减速变频电机6的转速调至合适大小，观察机构运动是否平稳。

S3、停机，进行第一步实验，根据运动过程，测绘机构基本参数，绘制平面运动简图并计算自由度。

S4、进行第二步实验，检测机构运动情况。将传感器放在待测机构安装板8上，启动开关，机构开始运动，启动计算机的测试***，按***提示步骤进行目标参数设置，相机拍摄一段时间，将照片导入检测***，计算机采用数字散斑相关方法对照片进行计算分析，计算机的测试***输出并显示计算结果和图像。

S5、观察图像中位移曲线、速度曲线是否符合运动规律，根据实验数据与理论计算出的数据进行对比与总结，分析实验误差产生的原因。对其中的异常现象进行分析。

S6、根据实验要求，将另一种待测机构安装在待测机构安装板上，然后重复以上过程即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种机构运动特性检测实验***，其特征在于：包括相机(1)、照明设备(4)、设有支撑柱(51)的实验支架(5)、底座(9)，支撑柱(51)上滑动安装有用于安装相机(1)的相机调整支架(2)和用于安装照明设备(4)的光源调整支架(3)，实验支架(5)安装在底座(9)上，底座(9)上还安装有为该实验检测***提供动力源的减速变频电机(6)、与减速变频电机(6)输出端相连接的同步带传动***(7)、以及安装在同步带传动***(7)上方的用于安装待测机构的待测机构安装板(8)。

2.根据权利要求1所述的一种机构运动特性检测实验***，其特征在于：调整支架(2)包括滑动安装在支撑柱(51)上的相机夹板(21)、对相机夹板(21)的位置进行锁死的第一螺钉(22)、滑动安装在相机夹板(21)上的相机竖直调整座(23)，所述相机竖直调整座的两端还滑动安装有相机水平调整梁(26)和对相机水平调整梁(26)的位置进行锁死的第三螺钉(27)，两个相机水平调整梁(26)均与用于安装所述相机(1)相机安装支架(29)连接。

3.根据权利要求1所述的一种机构运动特性检测实验***，其特征在于：所述光源调整支架(3)包括滑动套装在支撑柱(51)上的照明灯调整座(31)、用于将照明灯调整座(31)锁定在支撑柱(51)上的第二螺钉(32)，该照明灯调整座(31)的两侧均滑动安装有照明灯放置横梁(33)，每个照明灯放置横梁(33)的端部均安装有照明设备(4)。

4.根据权利要求1所述的一种机构运动特性检测实验***，其特征在于：所述同步带传动***(7)包括上底板(73)、下底板(74)以及通过轴安装在上底板(73)与下底板(74)之间的多个第二带轮(72)以及安装在减速变频电机(6)输出轴上的第一带轮(71)，第一带轮(71)和第二带轮(72)之间安装有同步带(75)。

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