開放式網上機械原理虛擬實驗室軟件

機械原理課程是機械類專業的一門主干技術基礎課，其理論性和實踐性都很強。機械原理實驗教學是機械原理課程教學中的一個重要實踐環節。

該軟件是針對大學?？?、本科《機械原理》實驗課程配套開發的可在網上開展的虛擬實驗，軟件模擬實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境，提供網上實驗教學過程管理功能，包括：典型實驗庫的維護、實驗安排、提交實驗報告、實驗批改、成績統計、實驗答疑等功能模塊?？蓾M足高等學校和各類培訓機構實驗教學環節的需要，尤其適用于遠程教學。

軟件的目的意義：

目前，現實中的機械原理實驗存在以下局限性：

1、    硬件依存性較強，只能在特定實驗室進行；

2、    儀器設備數量有限，無法滿足學生獨立進行實驗的需求；

3、    部分實驗具有一定危險性，如減速器拆裝等實驗；

4、    部分實驗費時、費力、效率低，如齒輪范成實驗不但需要足夠多套數的范成儀，而且實驗過程繁瑣、枯燥；

隨著招生規模的逐年擴大，教學改革的不斷深入，機械原理實驗的教學任務越來越重，儀器設備臺套數和實驗教師數量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經費投入解決以上問題，并進一步激發學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質量，我們開發了開放式網上機械原理虛擬實驗室軟件。

軟件提供了50種機構模型和若干種常用機械實驗臺：

1、齒輪

錐齒輪、人字齒輪、斜齒輪、蝸輪等

2、凸輪

滾子凸輪、等寬凸輪、移動凸輪、平底凸輪等

3、連桿

擺動導桿、雙搖桿、吊車、曲柄搖桿等

4、運動副

齒條、滑動副、圓柱副、齒輪副等

5、齒輪范成儀

包括范成儀、圓規、鉛筆、剪刀等實驗器材

6、轉子動平衡實驗臺

包括JPH—A型動平衡試驗臺、轉子試件、百分表等實驗器材

使用現有器材模型，系統可開展如下6個常用機械虛擬實驗的訓練：

•    機構陳列柜虛擬實驗

•    機構運動參數測試虛擬實驗

•    齒輪范成原理虛擬實驗

•    轉子動平衡虛擬實驗

•    剛性轉子動平衡虛擬實驗

•    四連桿機構演示實驗

（1）機構陳列柜實驗

實驗中陳列了連桿機構20種、齒輪機構11種、凸輪機構10種、運動副機構10種。

實驗中以三維動畫的形式表現每種機構的工作原理，期間用戶可以拉近拉遠視角，并可以360°自由旋轉觀看動畫。

空間機構效果示意圖

正弦機構效果示意圖

后橋機構效果示意圖

揉面機構效果示意圖

（2）機構運動參數測試實驗

該實驗內容實驗認知、參數測定2大模塊，其實驗目的如下：

1、通過實驗，了解位移、速度、加速度的測定方法；轉速及回轉不勻率的測定方法；

2、通過實驗，初步了解“QID-III型組合機構實驗臺”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發生器（或稱角度傳感器）的基本原理，并掌握它們的使用方法；

3、通過比較理論運動曲線與實測運動曲線的差異，并分析其原因，增加對運動速度特別是加速度的感性認識；

4、比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿機構的性能差別。

5、檢測凸輪直動從動桿的運動規律；

6、比較不同凸輪廓線或接觸副，對凸輪直動從動桿運動規律的影響。

本實驗的實驗系統框圖如圖1所示，它由以下設備組成：

1、實驗機構—曲柄滑塊、導桿、凸輪組合機構

2、光電脈沖編碼器

3、同步脈沖發生器（或稱角度傳感器）

4、QTD-III型組合機構實驗儀（單片機檢測系統）

5、個人電腦

該組合實驗裝置，只需拆裝少量零部件，即可分別構成四種典型的傳動系統，他們分別是曲柄滑塊機構、曲柄導桿滑塊機構、平底直動從動桿凸輪機構和滾子直動從動桿凸輪機構。而每一種機構的某一些參數，如曲柄長度、連桿長度、滾子偏心等都可在一定范圍內作一些調整，通過學生拆裝及調整可加深實驗者對機械結構本身特點的了解，對某些參數改動對整個運動狀態的影響也會有更好的認識。

實驗認知

參數測定

觀察實驗曲線

（3）齒輪范成原理實驗

本虛擬仿真實驗提供仿真實驗設備，模擬真實實驗設備的操作方法，引導用戶完成整個齒輪范成原理實驗。實驗過程中，直觀展現齒輪的漸開線及過渡曲線的形成過程，同時在實驗過程中穿插現實中齒輪范成實驗的過程錄像，使用戶更容易理解實驗過程。
實驗具體操作步驟如下：

1、    制作齒輪毛坯；

2、    對刀，使刀具中線與分度圓相切；

3、    繪制齒輪線，逐步移動滑板，直到形成2-3個完整齒形為止；

4、將刀具向上移動5mm，繼續進行第3步操作；

5、將刀具向下移動10mm，繼續進行第3步操作；

（4）轉子動平衡實驗

實驗中首先進行轉子動平衡實驗臺的安裝，使用戶更容易理解實驗原理，然后進行相關實驗操作，添加和調節平衡塊等，最終使得百分表的指針晃動幅度最小。

轉子動平衡實驗

（5）剛性轉子的動平衡試驗

實驗目的：

1、了解DPH-I型智能動平衡機的工作原理和轉子的動平衡過程。

2、熟習用DPH-I型智能動平衡機及對回轉構件進行動平衡的調節方法。

3、培養操作、使用先進設備的動手能力和工程實踐能力。

實驗設備：DPH-I型智能動平衡機

1、系統組成及其工作原理

系統由計算機、數據采集器、高靈敏度有源壓電力傳感器和光電相位傳感器等組成。如圖所示，當被測轉子在部件上被拖動旋轉后，由于轉子的中心慣性主軸與其旋轉軸線存在偏移而產生不平衡離心力，迫使支承做強迫震動，安裝在左右兩個硬支撐機架上的兩個有源壓電力傳感器感受此力而發生機電換能，產生兩路包含有不平衡信息的電信號輸出到數據采集裝置的兩個信號輸入端；與此同時，安裝在轉子上方的光電相位傳感器產生與轉子旋轉同頻同相的參考信號，通過數據采集器輸入到計算機。

1、光電傳感器  2、被試轉子  3、硬支承擺架組件  4、壓力傳感器 5、減振底座  6、傳動帶  7、電動機  8、零位標志

系統組成情況示意圖

數據測試

（6）四連桿實驗

本虛擬實驗提供了所搭接機構的機構運動，通過演示實驗，使學者了解平面連桿機構的組成形式，鉸鏈四連桿機構中曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構的組成特點。

1、本實驗可通過鼠標完成視角的俯視仰視轉換，及左轉右轉、上升下降等操作

2、本實驗可以通過對各桿長度參數的調節，進行四連桿的模擬及觀察

①　雙曲柄機構

②　雙搖桿機構

③　曲柄搖桿機構

④　參數報錯

系統服務器端用戶分為學生、教師、教務管理員和系統管理員四種角色，不同角色擁有不同權限。

學生：選課、選擇實驗、開展實驗、接受實驗指導、在線提交實驗報告、保存和提交實驗結果、查詢實驗成績和批語。

教師：典型實驗庫維護、發布實驗、安排實驗、批改實驗報告、系統指導、統計并發布學生的實驗成績和批語。

教務管理員：課程計劃、開課計劃、選課日期設置、開課審核、開課查詢。

系統管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權限管理、系統維護等。

性能指標

支持同時在線用戶數1萬人以上，經測試，系統運行穩定，不限終端用戶數，完全能滿足日常教學使用。

服務器運行環境

操作系統：WindowsServer，Linux/UnixServer

Web服務器：Tomcat6.0，JDK6.0

數據庫：MySQL

客戶端運行環境

操作系統：AllWindows系列

相關信息：

研制單位：北京潤尼爾網絡科技有限公司

通訊地址：北京市海淀區北三環中路44號院文教產業園1號樓郵政編碼：100876

TEL：400-888-3467    010-59508493

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