机械系统创新搭接及运动测试实验台_机械系统搭接测试综合教学实训设备

一、概述：

该实验台的功能主要是为学生提供了手动拼装复杂机械系统的实训平台，让学生设计并拼装可实现不同运动要求的复杂机械系统。同时实验台在主要构件上设计了安装传感器的位置，并配备了检测系统和数据处理软件，学生可通过运动参数变化曲线，了解不同复杂机械系统中的运动构件的运动规律和运动学特性。

二、实验功能要求：

1、它将单一的机械零件，通过实体操作，达到机械传动中各种传动效果，使学生将所学的理论在实践中得到运用。

2、掌握实际安装中的零件加工精度对装配的影响，了解平行度、直线度、同轴度、定向、定位、跳动等各种形位公差的概念和作用。

3、掌握工作中各种工卡量具的使用。

4、通过对机械传动的安装，充分了解安装误差对机械传动工作过程所产生的各种损坏和振动噪声等。

5、要求在主要构件上设计安装传感器的位置，并配备了检测系统和数据处理软件，通过实验了解直动机构位移、速度、加速度；摆动机构摆动角位移、角速度、角加速度及回转轴转速、回转不匀率等运动参数的测定方法。通过运动参数变化曲线，了解不同复杂机械系统中的运动构件的运动规律和运动学特性。

6、通过对所安装的各种传动机构测试、分析，--安装误差对测试精度的影响，能及时对照理论与实测的效果，分析找出其存在的问题。

三、实验台结构组成要求：

（1）实验台分为左、右二个实验操作工作区，分别由二台电机传动。可同时由二组学生在该实验台上进行实验操作。左边实验操作工作区主要可完成机械传动创新搭接及传动特性测试实验；而右边实验操作工作区主要完成机构运动创新搭接及机构运动特性测试实验。

（2）安装平台采用标准T型槽铝合金型材拼接而成，活动支座间的距离可任意调节，搭接灵活机动，可拼装带(V带、平带、同步带)传动、链(小节距链、大节距链)传动、多种齿轮(正齿、斜齿、螺旋齿、锥齿)传动、单万向联轴节传动、双万向联轴节传动、槽轮机构传动, 多种平面连杆及凸轮等运动机构，组装各种不同类型的复杂机械系统，典型拼装方案多达20种以上。学生可以自行设计元件，组装创新作品，发挥学生的主动性和创新精神。

（3）参数如传动比、齿数和中心距等，所有传动轮系需采用光杆支承，紧定螺钉固定，调节方便快捷，搭接方便速度快。

（4）要求所有杆构件长度及滑块偏心距均可进行无级调节，分析该参数改变，对机构运动特性的影响。

（5）要求驱动调速电机可进行无级调速，以满足实验机构的不同运动要求。

（6）需检测系统集数据采集与电机调节控制于一体。配有多个光电旋转编码器，直线位移传感器,并具有强大的计算机处理软件。在实验台上可对单轴、多轴组合多级齿轮传动、链传动、带传动、万向节传动等各种传动机构、曲柄摇杆、曲柄滑块，凸轮等组合机构的传动及运动规律，进行数据采集及运动分析。测试的主要内容为：直动机构运动位移、速度、加速度；摆动机构、摆动角位移、角速度、角加速度；传动轴转速及转速波动运动规律，机构回转运动回转不匀率测试分析等；

（7）要求系统配套软件内容丰富，包括通讯方式选择、机械传动特性测试、机构运动特性测试及分析、实验结果分析及曲线拟合、20种典型拼装机构虚拟装配及运动仿真、实验台介绍、实验操作指导等内容，具有综合性、开放性的特点。

（8）系统配有各种常用机械安装及测量工具，学生通过自己动手安装，掌握测量工具在实践工作中的作用，提高对工况量具的认识。

（9）实验台一端设置“PCI通讯”接口来实现算机与实验台进行通讯的实验操作。

（10）32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式；12位A/D转换分辨率；A/D转换器的采样速率可达100KS/s；卡上4096采样FIFO缓冲器；2,500VDC隔离保护；每个输入通道的增益可编程；支持软件、内部定时器触发或外部触发采样模式

（11）机械实训安全教育虚拟仿真软件（提供演示及版权证书）:本软件基于unity3d开发，可布置到云服务器端，也可在本地环境使用，软件采用三维漫游的形式，可通过键盘控制移动，鼠标控制镜头方向，设有机械安全距离实验，机械安全保护装置实验、机械安全防护设计基础考核，实验进行时，三维漫游画面采用箭头与脚印图案提示移动至实验位置，机械对象周围圆圈显示了工作半径，实验过程伴有三维机器人的对话框提醒。

A、机械安全距离实验内容包括防止上下肢触及危险区的安全距离实验（内分2种围栏高度与开口大小），选择进入后，镜头前弹出GB23821-2009《机械安全防止上下肢触及危险区的安全距离》要求，错误示范：实验过程为人体进入机械对象工作半径受到伤害后，血色画面与语音提醒收到机械伤害，并回至原位并进行下一实验，最终一步为正确做法。

B、机械安全保护装置实验分为安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪等保护装置实验，可选类别（安全输入、安全控制、安全输出、其他）、生产厂家、产品列表（安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪、安全控制器、安全继电器、安全护栏）。安装位置有蓝色闪烁框架提醒，实验流程：选择安全护栏并安装、选择安全连锁开关（或选择安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪）并安装、选择安全控制器并安装至电气控制箱、选择安全继电器并安装至电气控制箱、点击电气控制箱上的启动按钮。若进入危险区域时，系统将提示报警音，且机械对象停止工作，选择电气控制箱上的复位按钮可停止。

C、机械安全防护设计基础考核要求完成机械安全系统的安装，正确安装安全护栏、安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪、安全控制器、安全继电器、24V电源、信号灯及急停按钮，考核分为十个考核点，部分考核点有3个选项，由学生自由选择，最终10项考核点选好后，提交确认，系统自动得出总分数以及各考核点的得分情况。

D、软件须为整体同一平台，不得以单独的资源展现。

（12）教师教学设计系统（提供演示及版权证书）：本软件基于unity3d开发，可选6级画质，设有减速器、轴系结构的设计与虚拟拆装、常见机械机构设计与仿真，机构资源库，典型机械机构（汽油机发动机的虚拟拆装），软件为一个整体软件，不能为一个个单独的资源。

A.减速器设计与虚拟拆装界面可选涡轮蜗杆圆锥齿轮减速器、二级展开式圆柱齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器、同轴式圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器。

涡轮蜗杆圆锥齿轮减速器：进入软件后自动播放装配内容，视频中各步骤均有文字说明

二级展开式圆柱齿轮减速器：进入软件后采用视频的形式播放内容，视频内容应包含：零件名称（扫描二维码可看零部件名称）、拆装演示（包含拆卸、装配）、虚拟拆装（包含整体、低速轴、中速轴、高速轴、箱盖、箱座）

圆锥圆柱齿轮减速器、同轴式圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器：点击进入后自动跳转到edrawings界面，模型均为三维模型，通过点击零部件显示零部件名称，可360°全方位旋转、放大、缩小、平移，同时可通过移动零部件功能，将整个减速器进行拆卸组装，同时可以选择主页按钮回到减速器最初始的状态。圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器增加了插入横断面功能，可自由拖动横断面观察减速器内部结构。

B.轴系结构的设计及虚拟拆装界面可选零件认知、拆装演示、实战操作。

1、零件认知：内设斜齿轮、无孔端盖、联轴器、联轴器键、轴、齿轮键、带孔端盖、轴套、深沟球轴承的三维模型与零件名称，任意零件均可进行360°旋转

2、拆装演示：内置2个案例，将鼠标移动到某一零件位置时（底座与轴承座除外），该零件自动放大，并显示零件名称，设有拆卸与装配按钮，功能由软件自动完成轴系结构拆卸与装配。三维场景均可进行360°全方位旋转、放大、缩小、平移。

3、实战操作：三维零件整齐摆放于桌面，由学生手动选择对应的零件并移动至轴系结构上，摆放顺序正确且位置正确时零件才能安装上去，设有重新开始按钮，方便学生重新进行虚拟实验。将鼠标移动到某一零件位置时（底座与轴承座除外），该零件自动放大，并显示零件名称。

C、常见机械机构设计与仿真可选铰链四杆机构设计与分析、I\II型曲柄摇杆机构设计与分析、偏置曲柄滑块机构设计与分析、曲柄摆动导杆机构设计与分析、铰链四杆机构轨迹综合、偏心直动滚子推杆凸轮、对心直动平底推杆凸轮。

1、各个机构应当能输入相对应的参数，由软件自动计算参数，并可进行运动仿真和自动绘制曲线图。

D、机构资源库可选平面连杆机构11种、凸轮机构5种、齿轮机构6种、传动机构8种、加紧机构11种、轮系机构6种、其他机构（机械设备模拟）8种

E、汽油机发动机的虚拟拆装可选曲轴箱装拆演示、曲轴箱虚拟装配、配气系装拆演示、配气系虚拟装配

1、曲轴箱装拆演示与配气系装拆演示均设有拆卸按钮、装配按钮、重新开始、分解观察按钮，将鼠标移动到某一零件位置时，该零件自动放大，并显示零件名称，功能由软件自动完成轴系结构拆卸与装配。使用分解观察按钮时，曲轴箱或配气系三维模型自动展示爆炸图，可进行360°全方位旋转、放大、缩小、平移

2、曲轴箱虚拟装配与配气系虚拟装配的三维零件均整齐摆放于桌面，均由学生手动选择对应的零件并移动至机构上，当摆放顺序正确且位置正确时零件才能安装上去，设有重新开始按钮，方便学生重新进行虚拟实验。将鼠标移动到某些零件位置时，自动显示零件名称。

四、实验内容:

1、机械传动系统认识；

2、机械传动测量技术

3、机械系统装配练习；

4、机械传动方案设计；

5、机械系统性能测试与分析；

6、典型装配方案：

1、V型带传动	11、曲柄摇杆机构
2、链传动	12、曲柄滑块机构（偏心和对心）
3、齿轮传动	13、皮带-曲柄摇杆机构
4、直齿齿轮传动	14、链传动—曲柄摇杆机构
5、斜齿轮传动	15、皮带—曲柄滑块机构
6、锥齿轮传动	16、链传动－曲柄滑块机构
7、复合齿轮传动	17、皮带传动-制动
8、皮带-齿轮传动	18、链传动-制动
9、链-齿轮传动	19、弹性联轴器-齿轮传动
10、多轴齿轮传动	20、刚性联轴器-齿轮传动