《机电系统创新设计与实用技术》
研讨班课程报告
指导老师：韩 良
2011年12月29日
目录
第1章 机电系统实用技术实验„„„„„„„„„„„„„„3
1.1 A/D,D/A板卡实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.1.1 A/D,D/A板卡实验流程„„„„„„„„„„„„„3 1.1.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 1.2 电涡流位移传感器实验„„„„„„„„„„„„„„„„„11 1.2.1 电涡流位移传感器实验流程„„„„„„„„„„„11 1.2.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 1.3 振动料斗实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 1.3.1 振动料斗实验流程„„„„„„„„„„„„„„„17 1.3.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
第2章 自行车拆装实验„„„„„„„„„„„„„„„„„20
2.1 自行车的结构组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.2 拆装过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.3 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
第3章 生活观察„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26
3.1 生活观察PPT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 3.2 WORD文档„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 3.3 生活观察总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37
第4章 创新实践„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
4.1 创新实践PPT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 4.2 WORD文档„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„43 4.3 创新实践总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44
第5章 心得与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„„45
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„46
第1章 机电系统实用技术实验
机电系统实用技术包含，传感器与检测技术，自动控制技术，伺服驱动技术，计算机控制与信息处理技术，数控机床的维修技术等。掌握这些技术，对于我们机械工程学院的学生而言，无疑具有巨大的重要性。在机电系统创新设计与实用技术这门课程的学习过程中，我们先后分别做了A/D、D/A板卡实验，电涡流位移传感器实验，以及振动料斗实验。
A/D板卡可以将连续变化的模拟信号转化为数字信号，以便计算机进行处理，是微型机应用系统中的一种重要接口，常用于数据采集系统。
D/A板卡可以将数字量转化为相应的模拟量，用以驱动执行机构，常用于死循环控制系统和信号发生器。
1.1 A/D,D/A板卡实验
在工业生产中，需要测量和控制的对象往往是连续变化的物理量，如温度、压力、流量、位移等。为了利用计算机实现对工业生产过程地自动监测和控制，首先必须要能够将生产过程中监测设备输出的连续变化的模拟量转变为计算机能够识别和接受的数字量；其次，还要能够将计算机发出的控制命令转化为相应的模拟信号，去驱动模拟调节执行机构。这样两个过程就需要A/D、D/A板卡来完成。
1.1.1 A/D,D/A板卡实验流程
一 实验目的
1. 了解A/D,D/A板卡相关知识；
2. 熟悉PC7429和PC7462板卡的基本原理、性能参数以及使用方法； 3. 掌握利用PC7429和PC7462板卡进行A/D、D/A转换的编程方法；
二 实验设备
PC7429板卡、PC7462板卡、工控机、模拟示波器、信号发生器、37针接插件、导线若干
三 实验原理
1.PC-7429 12位16路1MHz转换速率高速存储式A/D板
PC-7429是一种高性能价格比的高速存储A/D板，设计时考虑为用户提供尽可能高的A/D采样性能，可广泛应用于各种高速模拟信号的测量分析，多路信号扫描采集。符合PC总线标准。
主要特点、性能： · 通道：16路单端输入 自动通道扫描（800KHZ） · 量程：输入0～5V或±5V · 分辨率：12位，AD1671芯片
· 转换速度：1MHz（单通道最大达1.25MHz） · 误差：±1.5LSB，精度0.3% · A/D工作方式：软件启动、外触发（上升沿）、外时钟同步 · 定时器基准：200nS，16位定时器（8254） · 读数方式：16位操作，顺序读入 · 程控采样速率：1MHz～100Hz(可编程) · RAM容量：64KB采样点，采样长度可程控（1-64K，由16位计数器控制） · I/O地址：0～3F0H任选，出厂是：210～21FH · 输入阻抗：10MΩ · 中断：IRQ10、11、12任选其一 · 外形尺寸：240mm（长）×106mm（宽）
（1）地址设置 地址设定
板上占用4条地址线A0-A3，参与GAL译码，余下的6条I/O译码地址（A4-A9），参与LS688比较器，由XF3 6位跳线器选择开关选择，其定义如下：（XF3） 1 2 3 4 5 6
A4 A5 A6 A7 A8 A9 跳线器短路时，相应地址位为“0”；断开时，相应地址位为“1”。 例：欲选择操作地址为210H-21FH，XF3的设定方法如下： 1 2 3 4 5 6
A4 A5 A6 A7 A8 A9 A0-A3
（2）安装：
● 关掉主机电源，打开机箱
● 将板上跳线设置检查一遍，出厂为：210H，IRQ10，单极性 ● 将PC7429插入一个“AT”（16位）总线槽，并固定好 ● 将所有的外部连线接好，盖上机箱 （3）编程框图：
设置：
设置MODE，模式 ↓ 设置定时器 ↓
设置采样长度 （地址计数器） ↓
设置A/D通道号CH写 ↓ 复位REW ↓
启动A/D，RUN ↓ END
读数：
STATE的D0？=0，A/D？END ← ┐ YES ↓- - - - - - - - - - ┘ ↓
写REW，复位 ↓ 读数据
附例程序：SAMPLE.C的程序例
# include
Int i,j,k;
int data[10000]; /* 数据*/ unsigned int td,ld;
/*td: data of timer 定时器数据*/
/*ld: data of adr.counter 计数器数据*/ main() td=100; ld=10000; /*set mode*/
outp(0x213,0); /*模式*/ /*timer 定时器设置*/ outp(0x21f,0xb4); j=td/256; i=td-j*256;
outp(0x21e,i); /*低8位*/ outp(0x21e,j); /*高8位*/ /*adr.counter */ /*采样长度*/ outp(0x21f,0x32); j=ld/256;
i=ld-j*256;
outp(0x21c,i); /* 低8位*/ outp(0x21c,j); /* 高8位*/ /*channel number*/
outp(0x212,3); /*通道号，=3*/ /*rew*/
outp(0x216,0); /*复位*/ /*start*/
outp(0x215,0); /*启动*/ /*if A/D end A/D 是否完?*/ do
i=inp(0x212)& 1; while(i!=0);
/*rew & read data*/
outp(0x216,0); /* 复位*/ for(i=0;i
data[i]=inpw(0x210); /*读数*/
以上程序是对第“3”号通道采样，长度为“10000”，周期为100*0.2=20US，50KHZ 2. PC-7462 12位8路独立光电隔离D/A转换板
PC-7462 是面向工业过程而设计的12位8路光电隔离独立模拟量输出接口板，符合PC总线标准（ISA），适合于所有PC机。本板采用光电隔离技术，使被控对象同计算机之间完全电气隔离。可在恶劣环境下的工业现场工作。供电方式为电源隔离模块供电（电流输出方式可选择外供电*）。D/A转换芯片选用BB公司高性能的7625，每片集成4路D/A转换器。（打*为出厂方式）
PC-7462 12位8路光电隔离模拟量输出接口板具有适用范围广、电压输出量程多、操作使用简单、抗干扰能力强等特点，用户可根据控制对象的需要，选择电压或电流输出方式输出。输出信号由XS1 37D型孔头接出。
PC-7462 板上占用 10条地址线（A0～A9），操作I/O地址范围000H～3F0H，出厂时定为300H～307H*。
PC-7462 具有很高的性价比，深受用户欢迎。本板出厂时提供DOS、Win95下测试程序和动态链接库（DLL）及其调用格式。
性能特点：
（1）．输出通道数：8路（前四路与后四路可同时或分别输出） （2）．输出信号范围：
·电压方式：0～5V；0～10V*；±5V；±10V； ·电流方式：4～20mA （3）．输出阻抗：≤2Ω
(4)．D/A转换器件：DAC7625 (5)．D/A转换分辨率：12位 （6）．I/O地址：在0～3F0H之间任选4个，出厂为：300～307H* （7）．D/A转换码制：
·二进制原码（单极性） ·二进制偏移码（双极性）
(8)．D/A转换建立时间：≤5uS(不含隔离传输延迟时间) （9）．D/A转换综合误差：
·电压方式：≤0.2﹪ FSR ·电流方式：≤1﹪ FSR （10）．电压输出方式负载能力：5mA/每路 （11）．电流输出方式负载电阻范围：≤400 （12）．隔离方式：总线高速光电隔离型器件 （13）．隔离电压：≥500V （14）．电源功耗：
·全电压输出方式：4W* ·全电流输出方式：5W （15）．使用环境要求：
·工作温度：0℃～50℃ ·存储温度：-55℃～+85℃ （16）．外型尺寸： 185mm（长）×108mm（宽）
原理框图(见下图)：
基地址设置
PC-7462 板上占用10条系统地址线（A0～A9），A3～A9参与LS688地址译码，由SW 七位拨码开关选择。首址称为基地址（BASE），余下的地址由GAL编程分配，SW其1～7号位置对应选择地址A3～A9，地址按二进制方式排列。定义如下：
SW：
说明：“OFF”表示跳线器为1 “ON”表示跳线器短路为0 *出厂时设定为300H～307H，见上图。
I/O
附例程序： Tubro C3.0语言
功能：使第一路～第八路分别输出1.25V(0x1ff)、2.5V(0x3ff)、3.75V(0x5ff)、5V(0x7ff)、6.25V(0x9ff)、7.5V(0xbff)、8.75V(0xdff)、10V(0xfff);
#include #include #include
void main() {
int i, j;
int BaseAddress=0x300; //定义基地址 int da[8];
clrscr(); //清屏
for(i=1;i
outportb(BaseAddress,0xff); //送低8位数据 for(j=0;j
da[i-1]=inportb(BaseAddress+i-1); //启动D/A for(j=0;j
}
printf(“D/A CHANGE OVER!”); }
3.实验框图
本实验首先通过信号发生器产生一个正弦波，经PC7429板卡AD采样后，再经PC7462板卡DA输出，输出波形用示波器来观察。为了和信号发生器的输出波形相比较，把信号发生器的输出波形和示波器的通道一相连。同时，把PC7462板卡的输出波形与示波器的通道二相连，两波形相比较。本实验的硬件连接图如图1所示。
'
图1 实验框图
在具体的编程中，需要注意以下两个方面：
a. PC7429基地址：210H；PC7462基地址：200H； b. A/D采样长度选1；
四 实验步骤
1. 参照图1完成电路连接；
2. 分别进行A/D、D/A的初调试，确保A/D、D/A的正确连通；
3. 键入事先编好的程序，进行调试，观察示波器上两通道的波形，直到D/A通道输出较
光滑的波形，并与A/D通道的波形趋势一致；
五 参考程序
1. A/D程序片段 clrscr();
outp(0x213,0x04);/*set mode*/ outp(0x21f,0xb4);/*timer*/ outp(0x21e,100);/*low 8 byte*/ outp(0x21e,0);/*high 8 byte*/ outp(0x21f,0x32);
outp(0x21c,0x01);/*low 8 byte*/ outp(0x21c,0x00);/*high 8 byte*/ outp(0x212,0);/*channel number*/ outp(0x216,0); outp(0x215,0); do
i=inp(0x212)& 1;
while(i!=0);
2. D/A程序片段 while(1) {
for(i=0;i
data0[i]=sin(2.00*3.1415926/50.00*(float)i)*2048+2047; hb=data0[i]/256; lb=data0[i]-hb*256; outportb(Address,lb); for(j=0;j
data0[i]=inportb(Address); for(j=0;j
1.1.2 总结与收获
在做这个实验之前，我对A/D、D/A板卡知之甚少。只知道A代表Analog，模拟量，D代表Digital，数字量。只知道A/D板卡可以将连续变化的模拟信号转化为数字信号，以便计算机进行处理，是微型机应用系统中的一种重要接口，常用于数据采集系统； 而D/A板卡可以将数字量转化为相应的模拟量，用以驱动执行机构，常用于死循环控制系统和信号发生器。至于它们的工作原理和工作方式，则完全不了解。
做了这个实验之后，我对它们的工作原理和工作方式有了一定的了解，但由于实验时间有限，对很多低层的原理还是丈二和尚——摸不着头脑。这个问题直至我学习了《微机原理与接口技术》这一课程的相关章节后才得以解决。
这个实验对于我而言最大的价值便是，让我了解了A/D、D/A板卡的使用场合和使用方法。
在以后的学习、工作过程中，当我需要对一个工业过程进行自动控制时，我可以用传感器将工业现场的非电物理量转换成电信号，经变送器传至信号处理环节，再经多路转换开关、采样保持电路传至A/D转换器，将模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号。计算机处理完这信号后，为保持数字量的稳定，加一级锁存器，然后将信号给D/A转换器，产生相应的模拟量，再经整形滤波、驱动放大传至执行器件，从而实现对工业现场实行控制。
1.2 电涡流位移传感器实验
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
1.2.1 电涡流位移传感器实验流程
一 实验目的
1. 了解TR81系列电涡流位移传感器工作原理；
2. 熟悉实验仪器，搭建传感器使用电路，掌握传感器使用过程中的注意事项；
二 实验设备
电源（输出电压15V~18V）、数字万用表、探头、Φ11mm延伸电缆、、02前置器、DZ-30位移静校仪、百分表
三 实验原理 1.电涡流效应 传感器的系统工作机理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近，则发射出去的交变磁场的能量会全部释
放；反之，如果有金属导体材料靠近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，
就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和
相位，即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关，又与静磁学有关，即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关。假定金属导体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈─金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体的距离δ，线圈激励电流强度I和频率ω等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F（μ，σ，r，δ，I，ω）来表示。
如果控制μ，σ，r，I，ω恒定不变，那么阻抗Z就成为距离δ的单值函数，由麦克斯
韦尔公式可以求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数。 在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路处理转换成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈的阻抗，而是采用并联諧振法，见图2，即在前置器中将一个固定电容和探头线圈LX并联并与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振幅UX与线圈阻抗成正比，
因此振荡器的振幅UX会随探头与被测间距δ的
改变而改变。UX经检波、滤波、放大、非线性修
正后输出电压UO，UO与δ的关系曲线如图3所示，
ccco=c1+c2
可以看出该曲线呈“S”形，即在线性区中点δO
处（对应输出电压UO）线性最好，其斜率（即灵
敏度）较大，在线性区两端，斜率（即灵敏度）
逐渐下降，线性变差。（δ1， U1）为线性起点，
δ2， U2）为线性末点。 2.TR81系列电涡流位移传感器
图5 电涡流位移传感器
系统主要包括探头、延伸电缆（用户可以根据需要选择）、前置器和附件。前置器有三种安装方式（称为：01前置器、02前置器、03前置器，参见附录）。以01前置器为例，系统组成见图4。 （1）探头
探头对正被测体表面，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成，其典型结构见图5所示。
图6 探头典型结构
线圈是探头的核心，它是传感器系统的敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。
探头头部体采用耐高温PPS工程塑料，通过“二次注朔”成型将线圈密封其中。这项技术增强了探头头部的强度和密封性，在恶劣的环境中可以保护头部线圈能可靠工作。头部直径取决于其内部线圈直径，由于线圈直径决定传感器系统的基本性能─线性量程，因此我们通常用头部直径来分类和表征各型号探头,一般情况下传感器系统的线性量程大致是探头头部直径的1/2～1/4倍。我们为TR81系列传感器设计了ф3、ф5、ф8、ф11、ф14、ф18、ф25、ф35、ф36、ф50、ф60共11种直径的头部。
探头壳体用于支撑探头头部，并作为探头安装时的装夹结构。壳体采用不锈钢制成，一般上面刻有标准螺纹，并备有锁紧螺母。为了能适应不同的应用和安装场合，探头壳体具有不同的形式和不同的螺纹及尺寸规格。
高频电缆是用于联接探头头部到前置器（有时中间带有延伸电缆转接），这种电缆是用聚四氟乙烯绝缘的射频同轴电缆，通常电缆长度有0.5m、1m、5m、9m四种选择（见附录A）。当选0.5m和1m时必须用延伸电缆以保证系统的总电缆长度为5m或9m；至于选择5m还是9m应该是考虑能满足将前置器安装在设备机组的同一侧来决定。根据探头的应用场合和安装环境，探头所带电缆可以配有不锈钢软管铠装（可选择），以保护电缆不易被损坏，对于现场安装探头电缆无管道布置的情况，应该选择铠装。
探头电缆接头是军用标准高频接头。探头整体各部件通过机械变形联接，在恶劣环境中可以保证探头的稳定性和可靠性。 （2）延伸电缆
作为系统的一个组成部分，延伸电缆（如图6所示）用来联接和延长探头与前置器之间的距离，您可以对延伸电缆长度和是否需要带铠装进行选择（详见附录），选择延伸电缆的 长度应该使延伸电缆长度加探头电缆长度与配前置器所要求的长度一致（5米或9米）。铠装选择的情况同探头电缆。
延伸电缆
采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆长度，对于用螺纹安装探头时，需转动探头，过长的电缆不便于使电缆随探头转动，容易折断电缆。这种情形在探头安装部分有进一步说明。
延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头（转接头）与探头联接，带阴螺纹的接头与前置器联接。
图7
四 实验步骤
图8 实验框图
1. 连接电路如图7；
2. 装好探头、百分表、千分表或光栅；（安装探头时注意不要只转探头，以免折断线
缆） 3. 将直流稳压电源的供电电压调到传感器系统所需电压范围； 4. 分别将稳压电源、数字三用表探头接到前置器上；
5. 转动静校器的位移螺母，使探头与试件平面紧贴，再将或千分表的指针对零，或将
光栅清零；(不可过度挤压探头) 6. 打开电源，转动静校器位移调节螺母，以十分之一量程为间隔，记录传感器的输出
电压或电流值； 7. 根据记录数据计算传感器的平均灵敏度 ，即位移和输出电压的关系。 8. 根据记录数据计算传感器的平均灵敏度，非线性误差。
五 思考题
1.试分析TR81系列电涡流位移传感器的频率特性；
2.试分析被测体的性能参数对整个传感器系统性能的影响
六 数据记录及处理
灵敏度
用两点法按下式计算：
S=(U2-U1)/Ln (式-1)
式中：U1 – 线性起点输出电压值（V）； U2 – 线性末点输出电压值（V）； Ln – 线性量程（mm）
S – 平均灵敏度（V/mm）
灵敏度误差
△S=(S-Ss)/Ss×100% (式-2)
式中：Ss – 标准灵敏度；
●
非线性误差
△=max{Ui-Usi}/Ss (式-3)
● 非线性度
δ=Δ/Ln×100% (式-4)
式中：Ui – 第i点输出电压（V）； Ss – 标准灵敏度（V/mm）； Usi--第i点理论电压值（V）；
Δ–非线性误差（mm）；
Ln – 线性量程（ｍｍ）； δ – 非线性度。
1、实验数据记录
当位移从0变化至0.56mm时：
电压保持在-10.45V不变；
当位移从4.64mm变化至5mm时： 电压保持在10.26V不变；
2、实验数据处理
用两点法计算其灵敏度如下：
S = (10.26+10.45) / (4.64-0.56) V/mm= 5.076 V/mm
1.2.2 总结与收获
位移在实际工业现场中是一个十分重要的物理量。通过对位移的求导我们可以获得实际物体的速度、加速度等信息，从而有利于分析物体的运动状态以及受力情况。 做了这个实验后，我知道了对于位移的测量，我们可以使用电涡流位移传感器。同时我对他的基本原理和工作过程也有了一定的了解。
其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
通过查询资料，我发现电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
1.3 振动料斗实验
振动料斗是一种新型给料设备、安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱、堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。
振动料斗广泛用于化工、建材、冶金、机械制造、粮食及食品加工、饲料加工、环保、陶瓷等行业。
1.3.1 振动料斗实验流程
一 实验目的
1. 了解工业上使用的振动料斗的工作原理；
2. 熟悉实验仪器，搭建振动料斗的使用电路，掌握其使用过程中的注意事项；
二 实验设备
电源（输出电压15V~18V）、振动料斗试验仪、模拟的传送工质等。
图9 圆盘振动料斗示意图
三 实验原理
利用振动的定向机构自动定向送料的料斗。振动料斗常用于机床上下料装置，在仪器仪表和电子元件等行业中较多应用。振动料斗工作比较平稳，适用于已经过部分精加工的各类小型工件。振动料斗具有一定的通用性，当用于尺寸，重量相近的不同工件时只需要更换定向机构。
电磁振动料斗，简称振动料斗，是一种连续送料装置，由料槽，支撑弹簧，电磁振动器等基本构件构成，如图1所示。当电磁铁线圈中通入交变电流后，料斗被带动，做小振幅高频率的上下往返运动，并通过倾斜安装的支
撑弹簧，转换为往返的微扭动。工件在惯性力，重力和摩擦力的综合作用下，沿料斗的料槽运动。通过自耦变压器，改变电磁铁线圈的输入电压，可调控料斗的振幅，以调整料斗的送料率。由此可以看出，振动料斗的控制主要是对电磁铁的控制。 1．料槽 2.工件 3.支撑弹簧 4. 衔 铁 5. 线 圈 6. 底座， 为料槽升角， 为振动升角。
料盘在简谐力作用下作简谐振动，因而可以获得料盘的运动方程为：
pl
⎧s=Asinωt⎪⎪
⎨vpl=Aωcosωt⎪2a=-Aωsinωt⎪⎩pl
1.工件向前滑移
工件向前滑移发生在上升阶段，此时料槽的加速度为负当工件所受的合力不足以提供工
件向所需的向后的加速度时，则工件相对于料槽（或料盘）向前滑移。满足条件如下：
⎧⎪Ff=μN=μ(mgcosα-Fasinβ)⎨
F+mgsinα
μcosα+sinαa>g
cosβ+μsinβ
2.工件作向后滑移运动
工件向后滑移运动状态发生在下降阶段，此时料槽的加速度为正。当工件所受的合力不足以提供工件水平方向所需的向前的加速度时，工件相对于料槽（或料盘）向后滑移，满足的条件如下：
⎧⎪Ff=μN=μ(mgcosα+Fasinβ)⎨
Ff-mgsinα
3.工件跳跃运动
工件的跳跃状态同样发生在上升阶段，当工件所受的合力不足以提供工件向所需的向下的加速度时，则工件离开料槽（或料盘）发生跳跃。满足条件如下：
sinα-μcosαa>g
μsinβ-cosβ
Fasinβ>mgcosα
cosαa>g
sinβ
1.3.2 总结与收获
振动料斗，对于我这样一个从未接触过它的人而言，是一个十分神奇、有趣的装置。在学长为我们进行演示的过程中，我目不转睛、全神贯注地注视着振动料斗。看着那需要传送的工质从圆盘底部缓缓运动到圆盘上部出口，觉得特有意思。
传送不同的工件需要不同的圆盘，换句话说，通过对圆盘的设计可以达到传送不同工件的效果。圆盘的制造是一门手艺活，有机会想亲眼目睹一下圆盘的生产制造过程。 通过这个实验，我对振动料斗的工作原理有了初步认识，对它的使用场合也有了了解。
振动料斗一般安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱、堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。
因此振动料斗广泛用于化工、建材、冶金、机械制造、粮食及食品加工、饲料加工、环保、陶瓷等行业。
第2章 自行车拆装实验
自行车是人类发明的最成功的一种人力机械，是由许多简单机械组成的复杂机械。自行车自1791年由西夫拉克发明以来，便为人们的日常出行提供了巨大的便利。经过这几百年的发展，自行车的结构得到了充分的改进。拆装自行车，可以让我们对其机械结构有更深的认识。
2.1 自行车的结构组成
1、 车架：构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。
车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。 由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。
2、 外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。
外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。
3、 脚蹬：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。
脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
4、 前叉：前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。
转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。
前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。 5、 链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。
链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。
6、 飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。
单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。 其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后
轴和后轮转动，自行车就前进了。
当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。
多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。
2.2 拆装过程
一、实验目的
1、了解自行车的车体结构和自行车主要零部件的基本构造与组成，如车架部件、前叉部件、链条部件、前轴部件、中轴部件、后轴部件、飞轮部件等，增强对机械零件的感性认识；
2、了解前轴部件、中轴部件、后轴部件的安装位置、定位和固定；
3、熟悉自行车的拆装和调整过程，初步掌握自行车的维修技术。
二、实验设备及拆装工具
1、实验设备：普通自行车
2、拆装工具：各种活动扳手、老虎钳、平口螺丝刀、十字螺丝刀、小木槌。
三、实验内容
1、 拆装自行车的前轴、中轴和后轴
2、 在拆装中了解轴承部件的结构，安装位置、定位和固定；
四、实验步骤
（一）自行车的拆卸
1 前后轴的拆卸
拆卸前后轴之前，先将车支架支起。倒放前，先用螺丝刀将车铃的固定螺钉拧松，把车铃转到车把下面，另外在车把和鞍座下面垫块布。
1）拆卸前轴的步骤和方法
（1）拆圆孔式闸卡子，要用螺丝刀松开两个闸卡子螺钉，将闸卡子从闸叉中向下推出，再把闸叉用手稍加掰开。凹槽式闸卡子可以不拧松闸卡子螺钉，只需将闸叉从闸卡子的凹槽中推出，再稍加掰开即可。
（2）拆卸轴母，拆卸时要先卸紧的，后卸松的，防止产生连轴转的现象。
（3）拆卸轴挡，拆卸轴挡与拆卸轴母的顺序相反，应先卸松的，也就是一般先卸左边的。
（4）拆卸轴承，用螺丝刀伸入防尘盖内，沿防尘盖的四周轻轻将防尘盖撬下来，再从轴碗内控出钢球。用同样的方法将另一边的防尘盖和钢球拆下。
2）后轴的拆卸步骤和方法
与拆卸前轴大同小异，拆卸时可以参照前轴的方法。所以，这里仅对不同之处介绍如下：
（1） 拆卸半链罩车后轴时，先松开闸卡子，拧下两个轴母，将外垫圈、衣架、档泥板支棍、车支架依次拆下，在链轮下端将链条向左用手（或用螺丝刀）推出，随即摇脚蹬子将链轮向后倒转。由于链条已被另一只手推出链轮，链条便从链轮上脱出。
（2） 全链罩车后轴的拆卸方法有好几种，其中一种简易的方法是，先将左边闸卡子的螺钉用螺丝刀拧松，并推向后方，将闸叉向左稍加掰开。
（3） 有些轻便车的后平叉头是钩形的，拆卸装有全链罩车的后轴，不需要卸链子接头，钳形闸也不需拆卸车闸，而普通闸则需拆下闸叉。
（4）拆卸后轴时，拧下轴母，将车架等卸下（全链罩车拆下后尾罩），将车轮从钩形后叉头上向前下方推滑下来。最后从飞轮上拆下链条。
2 中轴的拆卸
A型中轴的拆卸方法
(1)拆曲柄销
先拆左曲柄销，将曲柄转到水平位置，并使曲柄销螺母向上，用扳手将曲柄
销螺母退到曲柄销的上端面与销的螺纹相平，再用锤子猛力冲击带螺母的曲柄销，使曲柄销松动后将螺母拧下，然后用钢冲将曲柄销冲下，再将左曲柄从中轴上转动取下。
(2）拆下半链罩
取下左曲柄后，用螺丝刀拧下半链罩卡片的螺钉，拆下半链罩。
(3)拆中轴挡
用扳手将中轴销母向右（顺时针方向）拧下，用螺丝刀（或尖冲子）把固定垫圈撬下，再用钢冲冲（或拨动）下中轴挡。
(4)取右曲柄、链轮和中轴
从中轴右边将连在一起的右曲柄、链轮和中轴一同抽出，最后把钢球取出。
中轴碗未损坏则不必拆下，右轴挡等零件未损坏也无必要将曲柄同中轴拆开。
拆卸全链罩车的中轴时，在中轴挡等零件拆下后，用螺丝刀从链轮底将链条向左（里）撬出链轮，再倒转脚蹬，将链条向里脱下。这样，右曲柄连同中轴就能顺利拆下。
（二）自行车的装配
装配自行车前，对能用的零件需进行清洗，对已损坏的零件需用同规格的新的零件代替。 1 前轴的装配
安装前轴的步骤和方法如下：
（1）沿两边的轴碗（球道）内涂黄油（不要过多，要均匀），把钢球装入轴碗。当装到后一个钢球时，要使一面钢球间留有半个钢球的间隙。如果是球架式钢球，就注意不要装反（图图）。钢球装好后，将防尘盖挡面向外，装在轴身内，用锤子沿防尘盖四周敲紧。
（2）将前轴棍穿入轴身内，把轴挡（球道在前）拧在轴棍上。如用手拧不动，可以采用锁紧法（见前后轴的拆卸）。安装轴挡后要求轴棍两端露出的距离相等，轴稍留有旷量。
（3）在轴的两端套入内垫圈（有的车没有），并使垫圈紧靠轴挡，再将车轮装入前叉嘴上。然后按顺序将泥板支棍，外垫圈套入前轴，再拧上前轴母。随后，扶正前车轮（使车轮与前叉左右的距离相等，前轴棍要上到前叉嘴的里端），用扳手拧紧轴母。
（4）前轴安装好后，松紧要适当，要求不旷不紧，转动灵活，不得出现卡住，震动等现象。具体的检查方法是，把车轮抬起，将气门提到与轴的平行线上，使车轮自由摆动，摆动次数（以单方向摆动为一次计算），否则应进行调整。调整时可用扳手将一个轴母拧松，用花扳手将轴挡向左或右调动（轴紧用扳手向左调动轴挡；轴松用扳手将轴挡），然后将轴母拧紧。
（5）将闸卡子移回原位置，装上闸叉，拧紧卡子螺钉。涨闸车要将涨闸去板固定在夹板内，最后锁紧螺钉。
2后轴的装配
与前轴的装配大同小异，装配时可以参照前轴的方法。
1）把钢球装入轴碗，，将防尘盖挡面向外，装在轴身内，用锤子沿防尘盖四周敲紧；
2）将后轴棍穿入轴身内，把轴挡拧在轴棍上，安装轴挡后要求轴棍两端露出的距离相等；
3）在轴的两端套入内垫圈（有的车没有），并使垫圈紧靠轴挡，再将链条套到飞轮上，将车轮装入钩形后叉头上。然后按顺序将自行车支架、书包架支棍、挡泥板支棍，外垫圈套入后轴，再拧上后轴母，随后，扶正后车轮（使车轮与后叉左右的距离相等，）用扳手拧紧轴母。 3 中轴的装配
1）A型中轴的装配步骤和方法如下：
（1）在中轴碗内抹黄油，将钢球顺序排列在轴碗内（如果是球架式钢球，可参看前后轴安装装配）。
（2）把中轴棍（上面已安装有右轴挡，链轮和右曲柄）从右面穿入中接头，与右边中轴碗，钢球吻合。如果是全链罩车，在穿进中轴棍后，用螺丝刀将链条挂在链轮的底部，转动链轮，将链条完全挂在链轮上。
（3）将左轴挡向左拧在中轴棍上，但与钢球之间要稍留间隙，再将固定垫圈（内舌卡在中轴的凹槽内）装进中轴，最后用力锁紧中轴锁母。
（4）中轴的松紧要适当，应使其间隙最小，而又转动灵活，旷度不超过0.5毫米。轴挡松或紧，可拧松中轴锁母，用尖冲冲动轴挡端面的凹槽，调动轴挡，最后用力锁紧中轴锁母。
(5)将左曲柄套在中轴左端，并转到前方与地面平行，把曲柄销斜面对准中轴平面，从上面装入曲柄销孔，并打紧。左、右曲柄销的安装方向正好相反。换右轴挡以及安装右曲柄销，也可按上述装配方法进行。
（6）将链条从下面挂在链轮上，挂好链条，再安装半链罩。如果是全链罩车，将全链罩盖，前插片按照拆卸相反的顺序装在罩上（参看中轴的拆卸）。最后，拧动调链螺母调整链条的幅度，拧紧右端的后轴母。
2）B型中轴的装配步骤和方法（略）
2.3 总结与收获
自行车虽是我们日常生活中必不可少的交通工具，但如此这般详细研究到是第一次，通过自身的实际拆装体验，不难感觉到设计者在许多细节问题上的良苦用心，许多看似简单的部件却十分复杂，比如前后车轴的安装。
另外，装配顺序也显得十分重要，如果装配顺序出错的话，则会影响整体功能，必须从出错处重新开始装配。装配的先后顺序需依据实际结构实现拟定详细的方案，缺一不可。从机械连接角度，我们也很惊讶的发现自行车的不同部件之间采取的连接方式都大不相同，有轴连接，有卡榫连接等等。
在实验过程中，我们小组分工明确，有拆前轮部分的，有拆后轮部分的。这样我们小组的拆装效率大为提高。而且在拆卸过程中，我们并非盲目拆卸，而是留意零件的安装顺序。这为我们下面的安装过程提供了方便，安装后自行车又恢复了原样。
第3章 生活观察
在这学期，我和两个同学组队参加了我们学校的第九届机械创新设计大赛。在大赛答辩现场，我看到有一组同学做了一款小车。令人感到惊奇的是，它只有两个轮子。现场演示时，这个只有两个轮子的小车能够达到动平衡。这不禁激发了我对它的兴趣。
经过和那组同学的交谈，我大致知道了自平衡双轮车的平衡原理。事后，我查阅了众多相关资料。整理并做出PPT和文档各一份。
3.1 生活观察PPT
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3.2 WORD文档
自平衡双轮车
自平衡双轮车是采用单轴双轮设计，利用动态平衡特性制造出的现代车辆，是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具。
2001年，美国发明家狄恩·卡门（Dean Kamen）与他
的DEKA研发公司（DEKA Research and Development
Corp.）团队发明设计了一款双轮自平衡车，并创立了赛格
威责任有限公司（Segway LLC.）。至此，双轮自平衡车又
被称为Segway（思维车）。
时至今日，Segway公司已推出多款自平衡双轮车。
以Segway X2为例，它采用直立式设计，使用者只需站在
由两个轮子中间的踏板上，通过手柄来控制方向，即可畅
行无阻地移动了。它凭借模仿人体工学，只有两轮却能保
持平衡。驾驶者只要身体稍微前倾，它就会加速；向后倾
它就会减速直至停车；想转弯时只需要简单地向左或向右
移动手柄就可以了。智能性十分突出。
但这种双轮车只适合在平坦的路况上行驶，对于崎岖不平的路况则不建议使用。Segway公司的老板，因驾驶自己公司Segway x2 电动车行驶崎岖的山路中，巡视自己购买的庄园时，不幸摔落悬崖死亡。这为我们安全骑行Segway敲响了警钟。
最近，
Segway联手通
用汽车公司推
出一款双轮双
座电动小车。它
的最大行车里
程为56公里，
最大时速可达
到56Km/h。该
车可作为个人
城市交通车型
使用，十分安
全，并且价格也
不昂贵。这款双
座小车还配置
了一套先进配置，那就是该车可以与其周围的车辆进行沟通，避免交通拥挤和危险事故的发生。
现如今，市场上各种自平衡双轮车层出不穷。我国山东有一家厂商就生产出了一款外形简约而时尚，价廉而物美的双轮车。
说了这么多市场上做的很成熟的双轮车，可能很多人觉得双轮车对于我们大学生距离还很遥远。实则不然。我身边就有同学在做双轮自平衡车。
与传统双轮车相比，其最主要的特点便是能够实现自平衡。那自平衡双轮车是如何实现自平衡的呢？下面，我就为大家介绍一下双轮车的系统、结构和平衡原理。
以Segway X2 为例，它包含三个主要的系统：
①传感器系统
Segway使用了5个陀螺仪、2个倾斜传感器用于检测车体的姿态，配备磁性码盘用于检测电机输出速度，还有其它传感器用于检测是不是有人站在车辆上等。
②控制系统
控制系统通过处理各种传感器的信号，知道车体当前的姿态、速度等信息，控制电机的输出速度和扭矩，让车体保持平衡的前提下，能够按照操纵者的意图前进、后退或者转弯。
③推进系统
推进系统包含离合器、变速箱、车轮、电机等。这个系统将控制系统的电机控制指令转化成实际的轮子转动输出。
它在结构上主要包含：转向摇杆，操纵杆，电池盒，电机，链轮，主轴，车轮等。 它的控制思路是：利用传感器系统检测车体的倾斜角度，车体转动角速度，车辆的行进速度等信息，通过控制系统调节推进系统中轮子的转动，提供回转力矩抵消倾斜的趋势，让车体保持平衡。
为方便研究它的控制原理，我们可以将双轮车简化为下图所示的模型。
红点表示红外测距传感器，它可以测量
到该点到地面的距离。设测得的数据分别为
a和b。则有：
△h=a-b
△h＞0，双轮车右倾，这时我们需要给
一个顺时针的轮子转动ω（设定顺时针ω＞
0）。
△h＜0，双轮车左倾，这时我们需要给一个逆时针的轮子转动ω（设定顺时针ω＞0）。 因此我们可以得到一个控制关系式：ω=k*△h，k是一个比例因子。我们只需要调整控制的周期和k的参数就能够让双轮车平衡下来。
在这里，我们用到了比例控制方式，实际上还有其它更好的控制算法，比如模糊控制、PID控制等等。这些控制方式的效果都会比单纯的比例调节要来的好，不过控制方法比较复杂，这里就不作介绍了。
3.3 生活观察总结
在打算观察双轮自平衡车之前，我考虑过观察各种各样的椅子。显然，椅子十分贴近生活，可以写的内容也比较多。但对我来说，观察椅子似乎缺少了些什么，是挑战，是新意，还是其他什么东西，我也说不上来。
当我为观察什么而一筹莫展的时候，我突然想起韩良老师在课上提到的自平衡双轮车，二话不说，就观察双轮自平衡车吧。
由于我对自平衡双轮车并不是很熟悉，对它的系统机构、平衡原理也知之甚少。于是，我便从网上收集了很多相关资料。有关于Segway的，有关于单片机的，有关于各种传感器的（例如：陀螺仪传感器、红外测距传感器、磁性码盘等），有关于比例、PID、模糊算法的，也有关于双轮自平衡车的实际搭建的„„林林总总，难以计数。
在PPT的制作和文档的编写过程中，我仔细翻阅了这些资料。这使我不仅对自平衡双轮车的系统机构、平衡原理有了充分的认识，也让我了解了众多相关的知识以及机电产品的一个大致的研发过程。这对于现在学习机械原理、将来从事机械设计的我来说，重要性不言而喻。相信在以后的学习、工作过程中，这些知识必定会为我插上翱翔的翅膀。
有时间的话，我想自己动手做一辆双轮自平衡车。毕竟理论和实践还是有距离的，将理论运用到实践也是有很大难度的。但我想，通过实践我会对它的原理、控制过程有更深入的了解，同时也会大大培养我的动手能力。何乐而不为呢？
第4章 创新实践
从唯物论层面上来说，创新是主观能动性的表现，体现了尊重客观规律和发挥主观能动性的统一，坚持实事求是与解放思想的统一；从辩证法的角度来说，创新体现了事物是变化发展的。因此，我们要用发展的观点看问题发展是新事物代替旧事物。所以，我们要反对因循守旧，思想僵化，要用于支持新事物，要在量的基础上实现突破，促进是物质变。
江泽民同志曾经说过：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”任何社会的进步与发展都与创新密切相关。创新推动社会生产力的发展，创新推动生产关系和社会制度的变格，创新推动人类思维和文化的发展。
创新对于人类的重要性，可见一斑。
4.1 创新实践
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4.2 WORD文档
自动升降跳高架
在田径跳高赛场上，几乎所有的跳高架都需要人工设置高度。这不光会引起调节高度时产生误差，从而影响比赛结果，且调节到相应高度也较为耗时、麻烦，为工作人员带来较大的工作量。我们是否可以将跳高架做成自动升降的呢？又如何才能实现这样一个目标呢？
在制造自动升降跳高架之前，我们需要考虑如下这些问题：
1、制造成本：如果成本过高，就很难在市场上占有一席之地。从而我们的设计便变得得不偿失了。
2、机构重量：对于跳高架这样一个常用的体育器材，经常涉及到搬运。如果重量过大，势必会造成搬运不便，这便违背了设计的初衷了。
3、材料选取：尽量选取轻质材料，比如铝合金。这样有多个有点：一来，可以减轻重量，方便搬运；二来，运动员在起跳前有很大的速度，如果不小心撞上跳高架，很可能因此而受伤。材料越硬，受到的伤害可能就越大。
4、传动方式选取：传动方式有很多种，比如丝杆传动、齿轮传动、带传动、还是链传动等，根据具体情况和设计要求选用传动方式。
5、电路部分的设计：如何测量电机转速？使用什么型号的单片机？采用什么样的控制算法？
6、电机的选取：普通直流电机？交流电机?步进电机？
考虑好上述的问题后，便产生了我对于自动升降跳高架的构想：
1、机械部分：使用普通的直流电机，经多级齿轮减速，带动丝杆旋转，使得跳高架升高。
2、电路部分：使用测速电机获得直流电机的转速，运用MCS51单片机对直流电机的转速进行控制，并通过遥控器设置高度。（编程时要清楚地知道直流电机的转速与跳高架升高的高度间的关系。）
下面谈谈我对遥控器的构想。遥控器上包含有显示屏和如下一些按键：复位键（回到基准位置），清除键（消除错误输入），确定键（Enter），数字键（0~9，包含小数点，用于设置高度）。遥控器的具体使用方法如下：设置需要升高到的高度，按Enter键确认。比赛结束后，按复位键使高度回复到基准高度。
有了以上的一些构想以后，自动升降跳高架便呼之欲出了。
4.3 创新实践总结
人类历史上，第一个人捡起身边的石块掷向野兽，这个举动就是创新。后来，又有人第一个把石块打磨得非常锋利，这样更能致野兽于死地，这就开始了制造工具，更是创新。人类就是靠一代又一代的层出不穷地创新，才得以生存、发展，从而成为万物之灵，成为地球的主人。
动物依靠本能活动，永远无法改变自身的命运；而人类依靠创新活动，能够不断发展，不断进步。创新是人区别于动物的根本所在。
没有创新，就没有人类的今天；没有创新，就没有人类的未来。
今天，各大高校都极力提倡创新，什么培养学生的创新意识，什么锻炼学生的创新能力。对此，总觉得有种跟风的意味。
有些学校把创新和实践分了开来，殊不知离开了实践，就如同坐在家里搞发展，就没有真正意义上的创新可言。常言道：巧妇难为无米之炊。创新如妇，则实践便是米。
个人给创新下的定义是：在日常生活和工业生产过程中，为提高生活质量，减少劳动强度，简化工作流程，人们进行的开创性的实践活动。这个定义有疏漏之处，不过表达的意思还是很明确的。
在课程进行过程中，我进行了一次创新实践，研究的是自动升降跳高杆。但由于时间关系，未能有机会亲自将这样一个机构制造出来。各个构想能否简单地实现，也未为可知。不能不说，这是一个巨大的遗憾。
第5章 心得与收获
光阴似箭，日月如梭。还记得第一节课上韩老师的侃侃之谈，现如今在不知不觉中，一个学期的课程就快结束了。
有些课程，老师在讲台上讲的天花乱坠的，学生在下面却什么都不懂。但这门课程给我的感觉是，注重实践。
通过这整整一个学期的学习，在丰富拓宽自己知识面的同时更是对机电系统有了自己的第一次总体认识。通过四章节完全不同的学习实践，收获颇丰。
在第一章中，我们做了三个实验，分别是A/D、D/A板卡实验，电涡流位移传感器实验，以及振动料斗实验。这三个不同的实验在让我熟悉了仪器的使用的同时，也让我感受到了知识的连通性。在实际工业现场，我们可以用电涡流位移等传感器将所关心的非电物理量转换成电信号，经变送器传至信号处理环节，再经多路转换开关、采样保持电路传至A/D转换器，将模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号。计算机处理完这信号后，为保持数字量的稳定，加一级锁存器，然后将信号给D/A转换器，产生相应的模拟量，再经整形滤波、驱动放大传至执行器件，从而实现对工业现场实行控制。
在第二章中，我对自行车有了新的看法。在拆装以前，我觉得我对自行车是再熟悉不过了。但就是这样一个看似简单的机械，实际拆装之后才发现他的各部件之间的连接安装也并不是那么简单。另外，装配顺序也显得十分重要，装配的先后顺序需依据实际结构来拟定。从机械连接角度，我们也很惊讶的发现自行车的不同部件之间采取的连接方式都大不相同，有轴连接，有卡榫连接等等，这一次的实验对我们日后的机械设计有着非常重要的实际意义。
在第三章中，我对自平衡双轮车进行了观察探究。由于我对自平衡双轮车并不是很熟悉，对它的系统机构、平衡原理也知之甚少。于是，我便从网上收集了很多相关资料。有关于Segway的，有关于单片机的，有关于各种传感器的（例如：陀螺仪传感器、红外测距传感器、磁性码盘等），有关于比例、PID、模糊算法的，也有关于双轮自平衡车的实际搭建的„„林林总总，难以计数。在PPT的制作和文档的编写过程中，我仔细翻阅了这些资料。这使我不仅对自平衡双轮车的系统机构、平衡原理有了充分的认识，也让我了解了众多相关的知识以及机电产品的一个大致的研发过程。这对于现在学习机械原理、将来从事机械设计的我来说，重要性不言而喻。相信在以后的学习、工作过程中，这些知识必定会为我插上翱翔的翅膀。
在第四章中，注意到田径跳高赛场上，几乎所有的跳高架都需要人工设置高度。这不光会引起调节高度时产生误差，从而影响比赛结果，且调节到相应高度也较为耗时、麻烦，为工作人员带来较大的工作量。我们是否可以将跳高架做成自动升降的呢？这让我产生了自动升降跳高架这样一个构想。在此创新实践过程中，我充分认识到了创新的重要性。
最后，因为是研讨课程的原因，上课期间有许许多多的小组讨论和实践环节，这些环节让我充分了解到小组讨论的重要性和小组力量的强大。正如在拆装自行车的过程中，我们小组分工明确、各司其职，顺利且较快地完成了自行车的拆装。这锻炼了我的小组讨论、团队合作的能力，我想这在以后工作学习中会格外重要。
参考文献：
【1】现代控制系统：第十版（英文版） [美]R.C.多尔夫，R.H.毕晓普著 北京：科学出版社，2005
【2】微型计算机原理与接口技术：第二版 冯博琴，吴宁主编 北京：清华大学出版社，2007.8
【3】机械制造基础 唐宗军主编 北京：机械工业出版社，2007.7
【4】MCS-51单片机原理及应用：第一版 秦实宏，徐春辉主编 武汉：华中科技大学出版社，2003.1
【5】传感器原理及应用 赵燕主编 北京：北京大学出版社，2010.2.1
【6】 机械设计 吴克坚，于晓红，钱瑞明主编 北京：高等教育出版社，2003.3（2005重印）
【7】http://baike.baidu.com/view/296650.htm
【8】http://baike.baidu.com/view/2377845.htm
【9】http://baike.baidu.com/view/631265.htm
【10】http://baike.baidu.com/view/1532214.htm
【11】http://wenku.baidu.com/view/53fb03bcf121dd36a32d82e6.html
【12】http://wenku.baidu.com/view/3a23c[**************]9ce1.html
《机电系统创新设计与实用技术》
研讨班课程报告
指导老师：韩 良
2011年12月29日
目录
第1章 机电系统实用技术实验„„„„„„„„„„„„„„3
1.1 A/D,D/A板卡实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.1.1 A/D,D/A板卡实验流程„„„„„„„„„„„„„3 1.1.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 1.2 电涡流位移传感器实验„„„„„„„„„„„„„„„„„11 1.2.1 电涡流位移传感器实验流程„„„„„„„„„„„11 1.2.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 1.3 振动料斗实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 1.3.1 振动料斗实验流程„„„„„„„„„„„„„„„17 1.3.2 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
第2章 自行车拆装实验„„„„„„„„„„„„„„„„„20
2.1 自行车的结构组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 2.2 拆装过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 2.3 总结与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
第3章 生活观察„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26
3.1 生活观察PPT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 3.2 WORD文档„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 3.3 生活观察总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37
第4章 创新实践„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
4.1 创新实践PPT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 4.2 WORD文档„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„43 4.3 创新实践总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44
第5章 心得与收获„„„„„„„„„„„„„„„„„„„45
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„46
第1章 机电系统实用技术实验
机电系统实用技术包含，传感器与检测技术，自动控制技术，伺服驱动技术，计算机控制与信息处理技术，数控机床的维修技术等。掌握这些技术，对于我们机械工程学院的学生而言，无疑具有巨大的重要性。在机电系统创新设计与实用技术这门课程的学习过程中，我们先后分别做了A/D、D/A板卡实验，电涡流位移传感器实验，以及振动料斗实验。
A/D板卡可以将连续变化的模拟信号转化为数字信号，以便计算机进行处理，是微型机应用系统中的一种重要接口，常用于数据采集系统。
D/A板卡可以将数字量转化为相应的模拟量，用以驱动执行机构，常用于死循环控制系统和信号发生器。
1.1 A/D,D/A板卡实验
在工业生产中，需要测量和控制的对象往往是连续变化的物理量，如温度、压力、流量、位移等。为了利用计算机实现对工业生产过程地自动监测和控制，首先必须要能够将生产过程中监测设备输出的连续变化的模拟量转变为计算机能够识别和接受的数字量；其次，还要能够将计算机发出的控制命令转化为相应的模拟信号，去驱动模拟调节执行机构。这样两个过程就需要A/D、D/A板卡来完成。
1.1.1 A/D,D/A板卡实验流程
一 实验目的
1. 了解A/D,D/A板卡相关知识；
2. 熟悉PC7429和PC7462板卡的基本原理、性能参数以及使用方法； 3. 掌握利用PC7429和PC7462板卡进行A/D、D/A转换的编程方法；
二 实验设备
PC7429板卡、PC7462板卡、工控机、模拟示波器、信号发生器、37针接插件、导线若干
三 实验原理
1.PC-7429 12位16路1MHz转换速率高速存储式A/D板
PC-7429是一种高性能价格比的高速存储A/D板，设计时考虑为用户提供尽可能高的A/D采样性能，可广泛应用于各种高速模拟信号的测量分析，多路信号扫描采集。符合PC总线标准。
主要特点、性能： · 通道：16路单端输入 自动通道扫描（800KHZ） · 量程：输入0～5V或±5V · 分辨率：12位，AD1671芯片
· 转换速度：1MHz（单通道最大达1.25MHz） · 误差：±1.5LSB，精度0.3% · A/D工作方式：软件启动、外触发（上升沿）、外时钟同步 · 定时器基准：200nS，16位定时器（8254） · 读数方式：16位操作，顺序读入 · 程控采样速率：1MHz～100Hz(可编程) · RAM容量：64KB采样点，采样长度可程控（1-64K，由16位计数器控制） · I/O地址：0～3F0H任选，出厂是：210～21FH · 输入阻抗：10MΩ · 中断：IRQ10、11、12任选其一 · 外形尺寸：240mm（长）×106mm（宽）
（1）地址设置 地址设定
板上占用4条地址线A0-A3，参与GAL译码，余下的6条I/O译码地址（A4-A9），参与LS688比较器，由XF3 6位跳线器选择开关选择，其定义如下：（XF3） 1 2 3 4 5 6
A4 A5 A6 A7 A8 A9 跳线器短路时，相应地址位为“0”；断开时，相应地址位为“1”。 例：欲选择操作地址为210H-21FH，XF3的设定方法如下： 1 2 3 4 5 6
A4 A5 A6 A7 A8 A9 A0-A3
（2）安装：
● 关掉主机电源，打开机箱
● 将板上跳线设置检查一遍，出厂为：210H，IRQ10，单极性 ● 将PC7429插入一个“AT”（16位）总线槽，并固定好 ● 将所有的外部连线接好，盖上机箱 （3）编程框图：
设置：
设置MODE，模式 ↓ 设置定时器 ↓
设置采样长度 （地址计数器） ↓
设置A/D通道号CH写 ↓ 复位REW ↓
启动A/D，RUN ↓ END
读数：
STATE的D0？=0，A/D？END ← ┐ YES ↓- - - - - - - - - - ┘ ↓
写REW，复位 ↓ 读数据
附例程序：SAMPLE.C的程序例
# include
Int i,j,k;
int data[10000]; /* 数据*/ unsigned int td,ld;
/*td: data of timer 定时器数据*/
/*ld: data of adr.counter 计数器数据*/ main() td=100; ld=10000; /*set mode*/
outp(0x213,0); /*模式*/ /*timer 定时器设置*/ outp(0x21f,0xb4); j=td/256; i=td-j*256;
outp(0x21e,i); /*低8位*/ outp(0x21e,j); /*高8位*/ /*adr.counter */ /*采样长度*/ outp(0x21f,0x32); j=ld/256;
i=ld-j*256;
outp(0x21c,i); /* 低8位*/ outp(0x21c,j); /* 高8位*/ /*channel number*/
outp(0x212,3); /*通道号，=3*/ /*rew*/
outp(0x216,0); /*复位*/ /*start*/
outp(0x215,0); /*启动*/ /*if A/D end A/D 是否完?*/ do
i=inp(0x212)& 1; while(i!=0);
/*rew & read data*/
outp(0x216,0); /* 复位*/ for(i=0;i
data[i]=inpw(0x210); /*读数*/
以上程序是对第“3”号通道采样，长度为“10000”，周期为100*0.2=20US，50KHZ 2. PC-7462 12位8路独立光电隔离D/A转换板
PC-7462 是面向工业过程而设计的12位8路光电隔离独立模拟量输出接口板，符合PC总线标准（ISA），适合于所有PC机。本板采用光电隔离技术，使被控对象同计算机之间完全电气隔离。可在恶劣环境下的工业现场工作。供电方式为电源隔离模块供电（电流输出方式可选择外供电*）。D/A转换芯片选用BB公司高性能的7625，每片集成4路D/A转换器。（打*为出厂方式）
PC-7462 12位8路光电隔离模拟量输出接口板具有适用范围广、电压输出量程多、操作使用简单、抗干扰能力强等特点，用户可根据控制对象的需要，选择电压或电流输出方式输出。输出信号由XS1 37D型孔头接出。
PC-7462 板上占用 10条地址线（A0～A9），操作I/O地址范围000H～3F0H，出厂时定为300H～307H*。
PC-7462 具有很高的性价比，深受用户欢迎。本板出厂时提供DOS、Win95下测试程序和动态链接库（DLL）及其调用格式。
性能特点：
（1）．输出通道数：8路（前四路与后四路可同时或分别输出） （2）．输出信号范围：
·电压方式：0～5V；0～10V*；±5V；±10V； ·电流方式：4～20mA （3）．输出阻抗：≤2Ω
(4)．D/A转换器件：DAC7625 (5)．D/A转换分辨率：12位 （6）．I/O地址：在0～3F0H之间任选4个，出厂为：300～307H* （7）．D/A转换码制：
·二进制原码（单极性） ·二进制偏移码（双极性）
(8)．D/A转换建立时间：≤5uS(不含隔离传输延迟时间) （9）．D/A转换综合误差：
·电压方式：≤0.2﹪ FSR ·电流方式：≤1﹪ FSR （10）．电压输出方式负载能力：5mA/每路 （11）．电流输出方式负载电阻范围：≤400 （12）．隔离方式：总线高速光电隔离型器件 （13）．隔离电压：≥500V （14）．电源功耗：
·全电压输出方式：4W* ·全电流输出方式：5W （15）．使用环境要求：
·工作温度：0℃～50℃ ·存储温度：-55℃～+85℃ （16）．外型尺寸： 185mm（长）×108mm（宽）
原理框图(见下图)：
基地址设置
PC-7462 板上占用10条系统地址线（A0～A9），A3～A9参与LS688地址译码，由SW 七位拨码开关选择。首址称为基地址（BASE），余下的地址由GAL编程分配，SW其1～7号位置对应选择地址A3～A9，地址按二进制方式排列。定义如下：
SW：
说明：“OFF”表示跳线器为1 “ON”表示跳线器短路为0 *出厂时设定为300H～307H，见上图。
I/O
附例程序： Tubro C3.0语言
功能：使第一路～第八路分别输出1.25V(0x1ff)、2.5V(0x3ff)、3.75V(0x5ff)、5V(0x7ff)、6.25V(0x9ff)、7.5V(0xbff)、8.75V(0xdff)、10V(0xfff);
#include #include #include
void main() {
int i, j;
int BaseAddress=0x300; //定义基地址 int da[8];
clrscr(); //清屏
for(i=1;i
outportb(BaseAddress,0xff); //送低8位数据 for(j=0;j
da[i-1]=inportb(BaseAddress+i-1); //启动D/A for(j=0;j
}
printf(“D/A CHANGE OVER!”); }
3.实验框图
本实验首先通过信号发生器产生一个正弦波，经PC7429板卡AD采样后，再经PC7462板卡DA输出，输出波形用示波器来观察。为了和信号发生器的输出波形相比较，把信号发生器的输出波形和示波器的通道一相连。同时，把PC7462板卡的输出波形与示波器的通道二相连，两波形相比较。本实验的硬件连接图如图1所示。
'
图1 实验框图
在具体的编程中，需要注意以下两个方面：
a. PC7429基地址：210H；PC7462基地址：200H； b. A/D采样长度选1；
四 实验步骤
1. 参照图1完成电路连接；
2. 分别进行A/D、D/A的初调试，确保A/D、D/A的正确连通；
3. 键入事先编好的程序，进行调试，观察示波器上两通道的波形，直到D/A通道输出较
光滑的波形，并与A/D通道的波形趋势一致；
五 参考程序
1. A/D程序片段 clrscr();
outp(0x213,0x04);/*set mode*/ outp(0x21f,0xb4);/*timer*/ outp(0x21e,100);/*low 8 byte*/ outp(0x21e,0);/*high 8 byte*/ outp(0x21f,0x32);
outp(0x21c,0x01);/*low 8 byte*/ outp(0x21c,0x00);/*high 8 byte*/ outp(0x212,0);/*channel number*/ outp(0x216,0); outp(0x215,0); do
i=inp(0x212)& 1;
while(i!=0);
2. D/A程序片段 while(1) {
for(i=0;i
data0[i]=sin(2.00*3.1415926/50.00*(float)i)*2048+2047; hb=data0[i]/256; lb=data0[i]-hb*256; outportb(Address,lb); for(j=0;j
data0[i]=inportb(Address); for(j=0;j
1.1.2 总结与收获
在做这个实验之前，我对A/D、D/A板卡知之甚少。只知道A代表Analog，模拟量，D代表Digital，数字量。只知道A/D板卡可以将连续变化的模拟信号转化为数字信号，以便计算机进行处理，是微型机应用系统中的一种重要接口，常用于数据采集系统； 而D/A板卡可以将数字量转化为相应的模拟量，用以驱动执行机构，常用于死循环控制系统和信号发生器。至于它们的工作原理和工作方式，则完全不了解。
做了这个实验之后，我对它们的工作原理和工作方式有了一定的了解，但由于实验时间有限，对很多低层的原理还是丈二和尚——摸不着头脑。这个问题直至我学习了《微机原理与接口技术》这一课程的相关章节后才得以解决。
这个实验对于我而言最大的价值便是，让我了解了A/D、D/A板卡的使用场合和使用方法。
在以后的学习、工作过程中，当我需要对一个工业过程进行自动控制时，我可以用传感器将工业现场的非电物理量转换成电信号，经变送器传至信号处理环节，再经多路转换开关、采样保持电路传至A/D转换器，将模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号。计算机处理完这信号后，为保持数字量的稳定，加一级锁存器，然后将信号给D/A转换器，产生相应的模拟量，再经整形滤波、驱动放大传至执行器件，从而实现对工业现场实行控制。
1.2 电涡流位移传感器实验
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
1.2.1 电涡流位移传感器实验流程
一 实验目的
1. 了解TR81系列电涡流位移传感器工作原理；
2. 熟悉实验仪器，搭建传感器使用电路，掌握传感器使用过程中的注意事项；
二 实验设备
电源（输出电压15V~18V）、数字万用表、探头、Φ11mm延伸电缆、、02前置器、DZ-30位移静校仪、百分表
三 实验原理 1.电涡流效应 传感器的系统工作机理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近，则发射出去的交变磁场的能量会全部释
放；反之，如果有金属导体材料靠近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，
就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和
相位，即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关，又与静磁学有关，即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关。假定金属导体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈─金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体的距离δ，线圈激励电流强度I和频率ω等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F（μ，σ，r，δ，I，ω）来表示。
如果控制μ，σ，r，I，ω恒定不变，那么阻抗Z就成为距离δ的单值函数，由麦克斯
韦尔公式可以求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数。 在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路处理转换成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈的阻抗，而是采用并联諧振法，见图2，即在前置器中将一个固定电容和探头线圈LX并联并与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振幅UX与线圈阻抗成正比，
因此振荡器的振幅UX会随探头与被测间距δ的
改变而改变。UX经检波、滤波、放大、非线性修
正后输出电压UO，UO与δ的关系曲线如图3所示，
ccco=c1+c2
可以看出该曲线呈“S”形，即在线性区中点δO
处（对应输出电压UO）线性最好，其斜率（即灵
敏度）较大，在线性区两端，斜率（即灵敏度）
逐渐下降，线性变差。（δ1， U1）为线性起点，
δ2， U2）为线性末点。 2.TR81系列电涡流位移传感器
图5 电涡流位移传感器
系统主要包括探头、延伸电缆（用户可以根据需要选择）、前置器和附件。前置器有三种安装方式（称为：01前置器、02前置器、03前置器，参见附录）。以01前置器为例，系统组成见图4。 （1）探头
探头对正被测体表面，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成，其典型结构见图5所示。
图6 探头典型结构
线圈是探头的核心，它是传感器系统的敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。
探头头部体采用耐高温PPS工程塑料，通过“二次注朔”成型将线圈密封其中。这项技术增强了探头头部的强度和密封性，在恶劣的环境中可以保护头部线圈能可靠工作。头部直径取决于其内部线圈直径，由于线圈直径决定传感器系统的基本性能─线性量程，因此我们通常用头部直径来分类和表征各型号探头,一般情况下传感器系统的线性量程大致是探头头部直径的1/2～1/4倍。我们为TR81系列传感器设计了ф3、ф5、ф8、ф11、ф14、ф18、ф25、ф35、ф36、ф50、ф60共11种直径的头部。
探头壳体用于支撑探头头部，并作为探头安装时的装夹结构。壳体采用不锈钢制成，一般上面刻有标准螺纹，并备有锁紧螺母。为了能适应不同的应用和安装场合，探头壳体具有不同的形式和不同的螺纹及尺寸规格。
高频电缆是用于联接探头头部到前置器（有时中间带有延伸电缆转接），这种电缆是用聚四氟乙烯绝缘的射频同轴电缆，通常电缆长度有0.5m、1m、5m、9m四种选择（见附录A）。当选0.5m和1m时必须用延伸电缆以保证系统的总电缆长度为5m或9m；至于选择5m还是9m应该是考虑能满足将前置器安装在设备机组的同一侧来决定。根据探头的应用场合和安装环境，探头所带电缆可以配有不锈钢软管铠装（可选择），以保护电缆不易被损坏，对于现场安装探头电缆无管道布置的情况，应该选择铠装。
探头电缆接头是军用标准高频接头。探头整体各部件通过机械变形联接，在恶劣环境中可以保证探头的稳定性和可靠性。 （2）延伸电缆
作为系统的一个组成部分，延伸电缆（如图6所示）用来联接和延长探头与前置器之间的距离，您可以对延伸电缆长度和是否需要带铠装进行选择（详见附录），选择延伸电缆的 长度应该使延伸电缆长度加探头电缆长度与配前置器所要求的长度一致（5米或9米）。铠装选择的情况同探头电缆。
延伸电缆
采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆长度，对于用螺纹安装探头时，需转动探头，过长的电缆不便于使电缆随探头转动，容易折断电缆。这种情形在探头安装部分有进一步说明。
延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头（转接头）与探头联接，带阴螺纹的接头与前置器联接。
图7
四 实验步骤
图8 实验框图
1. 连接电路如图7；
2. 装好探头、百分表、千分表或光栅；（安装探头时注意不要只转探头，以免折断线
缆） 3. 将直流稳压电源的供电电压调到传感器系统所需电压范围； 4. 分别将稳压电源、数字三用表探头接到前置器上；
5. 转动静校器的位移螺母，使探头与试件平面紧贴，再将或千分表的指针对零，或将
光栅清零；(不可过度挤压探头) 6. 打开电源，转动静校器位移调节螺母，以十分之一量程为间隔，记录传感器的输出
电压或电流值； 7. 根据记录数据计算传感器的平均灵敏度 ，即位移和输出电压的关系。 8. 根据记录数据计算传感器的平均灵敏度，非线性误差。
五 思考题
1.试分析TR81系列电涡流位移传感器的频率特性；
2.试分析被测体的性能参数对整个传感器系统性能的影响
六 数据记录及处理
灵敏度
用两点法按下式计算：
S=(U2-U1)/Ln (式-1)
式中：U1 – 线性起点输出电压值（V）； U2 – 线性末点输出电压值（V）； Ln – 线性量程（mm）
S – 平均灵敏度（V/mm）
灵敏度误差
△S=(S-Ss)/Ss×100% (式-2)
式中：Ss – 标准灵敏度；
●
非线性误差
△=max{Ui-Usi}/Ss (式-3)
● 非线性度
δ=Δ/Ln×100% (式-4)
式中：Ui – 第i点输出电压（V）； Ss – 标准灵敏度（V/mm）； Usi--第i点理论电压值（V）；
Δ–非线性误差（mm）；
Ln – 线性量程（ｍｍ）； δ – 非线性度。
1、实验数据记录
当位移从0变化至0.56mm时：
电压保持在-10.45V不变；
当位移从4.64mm变化至5mm时： 电压保持在10.26V不变；
2、实验数据处理
用两点法计算其灵敏度如下：
S = (10.26+10.45) / (4.64-0.56) V/mm= 5.076 V/mm
1.2.2 总结与收获
位移在实际工业现场中是一个十分重要的物理量。通过对位移的求导我们可以获得实际物体的速度、加速度等信息，从而有利于分析物体的运动状态以及受力情况。 做了这个实验后，我知道了对于位移的测量，我们可以使用电涡流位移传感器。同时我对他的基本原理和工作过程也有了一定的了解。
其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
通过查询资料，我发现电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
1.3 振动料斗实验
振动料斗是一种新型给料设备、安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱、堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。
振动料斗广泛用于化工、建材、冶金、机械制造、粮食及食品加工、饲料加工、环保、陶瓷等行业。
1.3.1 振动料斗实验流程
一 实验目的
1. 了解工业上使用的振动料斗的工作原理；
2. 熟悉实验仪器，搭建振动料斗的使用电路，掌握其使用过程中的注意事项；
二 实验设备
电源（输出电压15V~18V）、振动料斗试验仪、模拟的传送工质等。
图9 圆盘振动料斗示意图
三 实验原理
利用振动的定向机构自动定向送料的料斗。振动料斗常用于机床上下料装置，在仪器仪表和电子元件等行业中较多应用。振动料斗工作比较平稳，适用于已经过部分精加工的各类小型工件。振动料斗具有一定的通用性，当用于尺寸，重量相近的不同工件时只需要更换定向机构。
电磁振动料斗，简称振动料斗，是一种连续送料装置，由料槽，支撑弹簧，电磁振动器等基本构件构成，如图1所示。当电磁铁线圈中通入交变电流后，料斗被带动，做小振幅高频率的上下往返运动，并通过倾斜安装的支
撑弹簧，转换为往返的微扭动。工件在惯性力，重力和摩擦力的综合作用下，沿料斗的料槽运动。通过自耦变压器，改变电磁铁线圈的输入电压，可调控料斗的振幅，以调整料斗的送料率。由此可以看出，振动料斗的控制主要是对电磁铁的控制。 1．料槽 2.工件 3.支撑弹簧 4. 衔 铁 5. 线 圈 6. 底座， 为料槽升角， 为振动升角。
料盘在简谐力作用下作简谐振动，因而可以获得料盘的运动方程为：
pl
⎧s=Asinωt⎪⎪
⎨vpl=Aωcosωt⎪2a=-Aωsinωt⎪⎩pl
1.工件向前滑移
工件向前滑移发生在上升阶段，此时料槽的加速度为负当工件所受的合力不足以提供工
件向所需的向后的加速度时，则工件相对于料槽（或料盘）向前滑移。满足条件如下：
⎧⎪Ff=μN=μ(mgcosα-Fasinβ)⎨
F+mgsinα
μcosα+sinαa>g
cosβ+μsinβ
2.工件作向后滑移运动
工件向后滑移运动状态发生在下降阶段，此时料槽的加速度为正。当工件所受的合力不足以提供工件水平方向所需的向前的加速度时，工件相对于料槽（或料盘）向后滑移，满足的条件如下：
⎧⎪Ff=μN=μ(mgcosα+Fasinβ)⎨
Ff-mgsinα
3.工件跳跃运动
工件的跳跃状态同样发生在上升阶段，当工件所受的合力不足以提供工件向所需的向下的加速度时，则工件离开料槽（或料盘）发生跳跃。满足条件如下：
sinα-μcosαa>g
μsinβ-cosβ
Fasinβ>mgcosα
cosαa>g
sinβ
1.3.2 总结与收获
振动料斗，对于我这样一个从未接触过它的人而言，是一个十分神奇、有趣的装置。在学长为我们进行演示的过程中，我目不转睛、全神贯注地注视着振动料斗。看着那需要传送的工质从圆盘底部缓缓运动到圆盘上部出口，觉得特有意思。
传送不同的工件需要不同的圆盘，换句话说，通过对圆盘的设计可以达到传送不同工件的效果。圆盘的制造是一门手艺活，有机会想亲眼目睹一下圆盘的生产制造过程。 通过这个实验，我对振动料斗的工作原理有了初步认识，对它的使用场合也有了了解。
振动料斗一般安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱、堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。
因此振动料斗广泛用于化工、建材、冶金、机械制造、粮食及食品加工、饲料加工、环保、陶瓷等行业。
第2章 自行车拆装实验
自行车是人类发明的最成功的一种人力机械，是由许多简单机械组成的复杂机械。自行车自1791年由西夫拉克发明以来，便为人们的日常出行提供了巨大的便利。经过这几百年的发展，自行车的结构得到了充分的改进。拆装自行车，可以让我们对其机械结构有更深的认识。
2.1 自行车的结构组成
1、 车架：构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。
车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。 由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。
2、 外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。
外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。
3、 脚蹬：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。
脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
4、 前叉：前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。
转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。
前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。 5、 链条：链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。
链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。
6、 飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。
单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。 其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后
轴和后轮转动，自行车就前进了。
当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。
多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。
2.2 拆装过程
一、实验目的
1、了解自行车的车体结构和自行车主要零部件的基本构造与组成，如车架部件、前叉部件、链条部件、前轴部件、中轴部件、后轴部件、飞轮部件等，增强对机械零件的感性认识；
2、了解前轴部件、中轴部件、后轴部件的安装位置、定位和固定；
3、熟悉自行车的拆装和调整过程，初步掌握自行车的维修技术。
二、实验设备及拆装工具
1、实验设备：普通自行车
2、拆装工具：各种活动扳手、老虎钳、平口螺丝刀、十字螺丝刀、小木槌。
三、实验内容
1、 拆装自行车的前轴、中轴和后轴
2、 在拆装中了解轴承部件的结构，安装位置、定位和固定；
四、实验步骤
（一）自行车的拆卸
1 前后轴的拆卸
拆卸前后轴之前，先将车支架支起。倒放前，先用螺丝刀将车铃的固定螺钉拧松，把车铃转到车把下面，另外在车把和鞍座下面垫块布。
1）拆卸前轴的步骤和方法
（1）拆圆孔式闸卡子，要用螺丝刀松开两个闸卡子螺钉，将闸卡子从闸叉中向下推出，再把闸叉用手稍加掰开。凹槽式闸卡子可以不拧松闸卡子螺钉，只需将闸叉从闸卡子的凹槽中推出，再稍加掰开即可。
（2）拆卸轴母，拆卸时要先卸紧的，后卸松的，防止产生连轴转的现象。
（3）拆卸轴挡，拆卸轴挡与拆卸轴母的顺序相反，应先卸松的，也就是一般先卸左边的。
（4）拆卸轴承，用螺丝刀伸入防尘盖内，沿防尘盖的四周轻轻将防尘盖撬下来，再从轴碗内控出钢球。用同样的方法将另一边的防尘盖和钢球拆下。
2）后轴的拆卸步骤和方法
与拆卸前轴大同小异，拆卸时可以参照前轴的方法。所以，这里仅对不同之处介绍如下：
（1） 拆卸半链罩车后轴时，先松开闸卡子，拧下两个轴母，将外垫圈、衣架、档泥板支棍、车支架依次拆下，在链轮下端将链条向左用手（或用螺丝刀）推出，随即摇脚蹬子将链轮向后倒转。由于链条已被另一只手推出链轮，链条便从链轮上脱出。
（2） 全链罩车后轴的拆卸方法有好几种，其中一种简易的方法是，先将左边闸卡子的螺钉用螺丝刀拧松，并推向后方，将闸叉向左稍加掰开。
（3） 有些轻便车的后平叉头是钩形的，拆卸装有全链罩车的后轴，不需要卸链子接头，钳形闸也不需拆卸车闸，而普通闸则需拆下闸叉。
（4）拆卸后轴时，拧下轴母，将车架等卸下（全链罩车拆下后尾罩），将车轮从钩形后叉头上向前下方推滑下来。最后从飞轮上拆下链条。
2 中轴的拆卸
A型中轴的拆卸方法
(1)拆曲柄销
先拆左曲柄销，将曲柄转到水平位置，并使曲柄销螺母向上，用扳手将曲柄
销螺母退到曲柄销的上端面与销的螺纹相平，再用锤子猛力冲击带螺母的曲柄销，使曲柄销松动后将螺母拧下，然后用钢冲将曲柄销冲下，再将左曲柄从中轴上转动取下。
(2）拆下半链罩
取下左曲柄后，用螺丝刀拧下半链罩卡片的螺钉，拆下半链罩。
(3)拆中轴挡
用扳手将中轴销母向右（顺时针方向）拧下，用螺丝刀（或尖冲子）把固定垫圈撬下，再用钢冲冲（或拨动）下中轴挡。
(4)取右曲柄、链轮和中轴
从中轴右边将连在一起的右曲柄、链轮和中轴一同抽出，最后把钢球取出。
中轴碗未损坏则不必拆下，右轴挡等零件未损坏也无必要将曲柄同中轴拆开。
拆卸全链罩车的中轴时，在中轴挡等零件拆下后，用螺丝刀从链轮底将链条向左（里）撬出链轮，再倒转脚蹬，将链条向里脱下。这样，右曲柄连同中轴就能顺利拆下。
（二）自行车的装配
装配自行车前，对能用的零件需进行清洗，对已损坏的零件需用同规格的新的零件代替。 1 前轴的装配
安装前轴的步骤和方法如下：
（1）沿两边的轴碗（球道）内涂黄油（不要过多，要均匀），把钢球装入轴碗。当装到后一个钢球时，要使一面钢球间留有半个钢球的间隙。如果是球架式钢球，就注意不要装反（图图）。钢球装好后，将防尘盖挡面向外，装在轴身内，用锤子沿防尘盖四周敲紧。
（2）将前轴棍穿入轴身内，把轴挡（球道在前）拧在轴棍上。如用手拧不动，可以采用锁紧法（见前后轴的拆卸）。安装轴挡后要求轴棍两端露出的距离相等，轴稍留有旷量。
（3）在轴的两端套入内垫圈（有的车没有），并使垫圈紧靠轴挡，再将车轮装入前叉嘴上。然后按顺序将泥板支棍，外垫圈套入前轴，再拧上前轴母。随后，扶正前车轮（使车轮与前叉左右的距离相等，前轴棍要上到前叉嘴的里端），用扳手拧紧轴母。
（4）前轴安装好后，松紧要适当，要求不旷不紧，转动灵活，不得出现卡住，震动等现象。具体的检查方法是，把车轮抬起，将气门提到与轴的平行线上，使车轮自由摆动，摆动次数（以单方向摆动为一次计算），否则应进行调整。调整时可用扳手将一个轴母拧松，用花扳手将轴挡向左或右调动（轴紧用扳手向左调动轴挡；轴松用扳手将轴挡），然后将轴母拧紧。
（5）将闸卡子移回原位置，装上闸叉，拧紧卡子螺钉。涨闸车要将涨闸去板固定在夹板内，最后锁紧螺钉。
2后轴的装配
与前轴的装配大同小异，装配时可以参照前轴的方法。
1）把钢球装入轴碗，，将防尘盖挡面向外，装在轴身内，用锤子沿防尘盖四周敲紧；
2）将后轴棍穿入轴身内，把轴挡拧在轴棍上，安装轴挡后要求轴棍两端露出的距离相等；
3）在轴的两端套入内垫圈（有的车没有），并使垫圈紧靠轴挡，再将链条套到飞轮上，将车轮装入钩形后叉头上。然后按顺序将自行车支架、书包架支棍、挡泥板支棍，外垫圈套入后轴，再拧上后轴母，随后，扶正后车轮（使车轮与后叉左右的距离相等，）用扳手拧紧轴母。 3 中轴的装配
1）A型中轴的装配步骤和方法如下：
（1）在中轴碗内抹黄油，将钢球顺序排列在轴碗内（如果是球架式钢球，可参看前后轴安装装配）。
（2）把中轴棍（上面已安装有右轴挡，链轮和右曲柄）从右面穿入中接头，与右边中轴碗，钢球吻合。如果是全链罩车，在穿进中轴棍后，用螺丝刀将链条挂在链轮的底部，转动链轮，将链条完全挂在链轮上。
（3）将左轴挡向左拧在中轴棍上，但与钢球之间要稍留间隙，再将固定垫圈（内舌卡在中轴的凹槽内）装进中轴，最后用力锁紧中轴锁母。
（4）中轴的松紧要适当，应使其间隙最小，而又转动灵活，旷度不超过0.5毫米。轴挡松或紧，可拧松中轴锁母，用尖冲冲动轴挡端面的凹槽，调动轴挡，最后用力锁紧中轴锁母。
(5)将左曲柄套在中轴左端，并转到前方与地面平行，把曲柄销斜面对准中轴平面，从上面装入曲柄销孔，并打紧。左、右曲柄销的安装方向正好相反。换右轴挡以及安装右曲柄销，也可按上述装配方法进行。
（6）将链条从下面挂在链轮上，挂好链条，再安装半链罩。如果是全链罩车，将全链罩盖，前插片按照拆卸相反的顺序装在罩上（参看中轴的拆卸）。最后，拧动调链螺母调整链条的幅度，拧紧右端的后轴母。
2）B型中轴的装配步骤和方法（略）
2.3 总结与收获
自行车虽是我们日常生活中必不可少的交通工具，但如此这般详细研究到是第一次，通过自身的实际拆装体验，不难感觉到设计者在许多细节问题上的良苦用心，许多看似简单的部件却十分复杂，比如前后车轴的安装。
另外，装配顺序也显得十分重要，如果装配顺序出错的话，则会影响整体功能，必须从出错处重新开始装配。装配的先后顺序需依据实际结构实现拟定详细的方案，缺一不可。从机械连接角度，我们也很惊讶的发现自行车的不同部件之间采取的连接方式都大不相同，有轴连接，有卡榫连接等等。
在实验过程中，我们小组分工明确，有拆前轮部分的，有拆后轮部分的。这样我们小组的拆装效率大为提高。而且在拆卸过程中，我们并非盲目拆卸，而是留意零件的安装顺序。这为我们下面的安装过程提供了方便，安装后自行车又恢复了原样。
第3章 生活观察
在这学期，我和两个同学组队参加了我们学校的第九届机械创新设计大赛。在大赛答辩现场，我看到有一组同学做了一款小车。令人感到惊奇的是，它只有两个轮子。现场演示时，这个只有两个轮子的小车能够达到动平衡。这不禁激发了我对它的兴趣。
经过和那组同学的交谈，我大致知道了自平衡双轮车的平衡原理。事后，我查阅了众多相关资料。整理并做出PPT和文档各一份。
3.1 生活观察PPT
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3.2 WORD文档
自平衡双轮车
自平衡双轮车是采用单轴双轮设计，利用动态平衡特性制造出的现代车辆，是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具。
2001年，美国发明家狄恩·卡门（Dean Kamen）与他
的DEKA研发公司（DEKA Research and Development
Corp.）团队发明设计了一款双轮自平衡车，并创立了赛格
威责任有限公司（Segway LLC.）。至此，双轮自平衡车又
被称为Segway（思维车）。
时至今日，Segway公司已推出多款自平衡双轮车。
以Segway X2为例，它采用直立式设计，使用者只需站在
由两个轮子中间的踏板上，通过手柄来控制方向，即可畅
行无阻地移动了。它凭借模仿人体工学，只有两轮却能保
持平衡。驾驶者只要身体稍微前倾，它就会加速；向后倾
它就会减速直至停车；想转弯时只需要简单地向左或向右
移动手柄就可以了。智能性十分突出。
但这种双轮车只适合在平坦的路况上行驶，对于崎岖不平的路况则不建议使用。Segway公司的老板，因驾驶自己公司Segway x2 电动车行驶崎岖的山路中，巡视自己购买的庄园时，不幸摔落悬崖死亡。这为我们安全骑行Segway敲响了警钟。
最近，
Segway联手通
用汽车公司推
出一款双轮双
座电动小车。它
的最大行车里
程为56公里，
最大时速可达
到56Km/h。该
车可作为个人
城市交通车型
使用，十分安
全，并且价格也
不昂贵。这款双
座小车还配置
了一套先进配置，那就是该车可以与其周围的车辆进行沟通，避免交通拥挤和危险事故的发生。
现如今，市场上各种自平衡双轮车层出不穷。我国山东有一家厂商就生产出了一款外形简约而时尚，价廉而物美的双轮车。
说了这么多市场上做的很成熟的双轮车，可能很多人觉得双轮车对于我们大学生距离还很遥远。实则不然。我身边就有同学在做双轮自平衡车。
与传统双轮车相比，其最主要的特点便是能够实现自平衡。那自平衡双轮车是如何实现自平衡的呢？下面，我就为大家介绍一下双轮车的系统、结构和平衡原理。
以Segway X2 为例，它包含三个主要的系统：
①传感器系统
Segway使用了5个陀螺仪、2个倾斜传感器用于检测车体的姿态，配备磁性码盘用于检测电机输出速度，还有其它传感器用于检测是不是有人站在车辆上等。
②控制系统
控制系统通过处理各种传感器的信号，知道车体当前的姿态、速度等信息，控制电机的输出速度和扭矩，让车体保持平衡的前提下，能够按照操纵者的意图前进、后退或者转弯。
③推进系统
推进系统包含离合器、变速箱、车轮、电机等。这个系统将控制系统的电机控制指令转化成实际的轮子转动输出。
它在结构上主要包含：转向摇杆，操纵杆，电池盒，电机，链轮，主轴，车轮等。 它的控制思路是：利用传感器系统检测车体的倾斜角度，车体转动角速度，车辆的行进速度等信息，通过控制系统调节推进系统中轮子的转动，提供回转力矩抵消倾斜的趋势，让车体保持平衡。
为方便研究它的控制原理，我们可以将双轮车简化为下图所示的模型。
红点表示红外测距传感器，它可以测量
到该点到地面的距离。设测得的数据分别为
a和b。则有：
△h=a-b
△h＞0，双轮车右倾，这时我们需要给
一个顺时针的轮子转动ω（设定顺时针ω＞
0）。
△h＜0，双轮车左倾，这时我们需要给一个逆时针的轮子转动ω（设定顺时针ω＞0）。 因此我们可以得到一个控制关系式：ω=k*△h，k是一个比例因子。我们只需要调整控制的周期和k的参数就能够让双轮车平衡下来。
在这里，我们用到了比例控制方式，实际上还有其它更好的控制算法，比如模糊控制、PID控制等等。这些控制方式的效果都会比单纯的比例调节要来的好，不过控制方法比较复杂，这里就不作介绍了。
3.3 生活观察总结
在打算观察双轮自平衡车之前，我考虑过观察各种各样的椅子。显然，椅子十分贴近生活，可以写的内容也比较多。但对我来说，观察椅子似乎缺少了些什么，是挑战，是新意，还是其他什么东西，我也说不上来。
当我为观察什么而一筹莫展的时候，我突然想起韩良老师在课上提到的自平衡双轮车，二话不说，就观察双轮自平衡车吧。
由于我对自平衡双轮车并不是很熟悉，对它的系统机构、平衡原理也知之甚少。于是，我便从网上收集了很多相关资料。有关于Segway的，有关于单片机的，有关于各种传感器的（例如：陀螺仪传感器、红外测距传感器、磁性码盘等），有关于比例、PID、模糊算法的，也有关于双轮自平衡车的实际搭建的„„林林总总，难以计数。
在PPT的制作和文档的编写过程中，我仔细翻阅了这些资料。这使我不仅对自平衡双轮车的系统机构、平衡原理有了充分的认识，也让我了解了众多相关的知识以及机电产品的一个大致的研发过程。这对于现在学习机械原理、将来从事机械设计的我来说，重要性不言而喻。相信在以后的学习、工作过程中，这些知识必定会为我插上翱翔的翅膀。
有时间的话，我想自己动手做一辆双轮自平衡车。毕竟理论和实践还是有距离的，将理论运用到实践也是有很大难度的。但我想，通过实践我会对它的原理、控制过程有更深入的了解，同时也会大大培养我的动手能力。何乐而不为呢？
第4章 创新实践
从唯物论层面上来说，创新是主观能动性的表现，体现了尊重客观规律和发挥主观能动性的统一，坚持实事求是与解放思想的统一；从辩证法的角度来说，创新体现了事物是变化发展的。因此，我们要用发展的观点看问题发展是新事物代替旧事物。所以，我们要反对因循守旧，思想僵化，要用于支持新事物，要在量的基础上实现突破，促进是物质变。
江泽民同志曾经说过：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”任何社会的进步与发展都与创新密切相关。创新推动社会生产力的发展，创新推动生产关系和社会制度的变格，创新推动人类思维和文化的发展。
创新对于人类的重要性，可见一斑。
4.1 创新实践
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4.2 WORD文档
自动升降跳高架
在田径跳高赛场上，几乎所有的跳高架都需要人工设置高度。这不光会引起调节高度时产生误差，从而影响比赛结果，且调节到相应高度也较为耗时、麻烦，为工作人员带来较大的工作量。我们是否可以将跳高架做成自动升降的呢？又如何才能实现这样一个目标呢？
在制造自动升降跳高架之前，我们需要考虑如下这些问题：
1、制造成本：如果成本过高，就很难在市场上占有一席之地。从而我们的设计便变得得不偿失了。
2、机构重量：对于跳高架这样一个常用的体育器材，经常涉及到搬运。如果重量过大，势必会造成搬运不便，这便违背了设计的初衷了。
3、材料选取：尽量选取轻质材料，比如铝合金。这样有多个有点：一来，可以减轻重量，方便搬运；二来，运动员在起跳前有很大的速度，如果不小心撞上跳高架，很可能因此而受伤。材料越硬，受到的伤害可能就越大。
4、传动方式选取：传动方式有很多种，比如丝杆传动、齿轮传动、带传动、还是链传动等，根据具体情况和设计要求选用传动方式。
5、电路部分的设计：如何测量电机转速？使用什么型号的单片机？采用什么样的控制算法？
6、电机的选取：普通直流电机？交流电机?步进电机？
考虑好上述的问题后，便产生了我对于自动升降跳高架的构想：
1、机械部分：使用普通的直流电机，经多级齿轮减速，带动丝杆旋转，使得跳高架升高。
2、电路部分：使用测速电机获得直流电机的转速，运用MCS51单片机对直流电机的转速进行控制，并通过遥控器设置高度。（编程时要清楚地知道直流电机的转速与跳高架升高的高度间的关系。）
下面谈谈我对遥控器的构想。遥控器上包含有显示屏和如下一些按键：复位键（回到基准位置），清除键（消除错误输入），确定键（Enter），数字键（0~9，包含小数点，用于设置高度）。遥控器的具体使用方法如下：设置需要升高到的高度，按Enter键确认。比赛结束后，按复位键使高度回复到基准高度。
有了以上的一些构想以后，自动升降跳高架便呼之欲出了。
4.3 创新实践总结
人类历史上，第一个人捡起身边的石块掷向野兽，这个举动就是创新。后来，又有人第一个把石块打磨得非常锋利，这样更能致野兽于死地，这就开始了制造工具，更是创新。人类就是靠一代又一代的层出不穷地创新，才得以生存、发展，从而成为万物之灵，成为地球的主人。
动物依靠本能活动，永远无法改变自身的命运；而人类依靠创新活动，能够不断发展，不断进步。创新是人区别于动物的根本所在。
没有创新，就没有人类的今天；没有创新，就没有人类的未来。
今天，各大高校都极力提倡创新，什么培养学生的创新意识，什么锻炼学生的创新能力。对此，总觉得有种跟风的意味。
有些学校把创新和实践分了开来，殊不知离开了实践，就如同坐在家里搞发展，就没有真正意义上的创新可言。常言道：巧妇难为无米之炊。创新如妇，则实践便是米。
个人给创新下的定义是：在日常生活和工业生产过程中，为提高生活质量，减少劳动强度，简化工作流程，人们进行的开创性的实践活动。这个定义有疏漏之处，不过表达的意思还是很明确的。
在课程进行过程中，我进行了一次创新实践，研究的是自动升降跳高杆。但由于时间关系，未能有机会亲自将这样一个机构制造出来。各个构想能否简单地实现，也未为可知。不能不说，这是一个巨大的遗憾。
第5章 心得与收获
光阴似箭，日月如梭。还记得第一节课上韩老师的侃侃之谈，现如今在不知不觉中，一个学期的课程就快结束了。
有些课程，老师在讲台上讲的天花乱坠的，学生在下面却什么都不懂。但这门课程给我的感觉是，注重实践。
通过这整整一个学期的学习，在丰富拓宽自己知识面的同时更是对机电系统有了自己的第一次总体认识。通过四章节完全不同的学习实践，收获颇丰。
在第一章中，我们做了三个实验，分别是A/D、D/A板卡实验，电涡流位移传感器实验，以及振动料斗实验。这三个不同的实验在让我熟悉了仪器的使用的同时，也让我感受到了知识的连通性。在实际工业现场，我们可以用电涡流位移等传感器将所关心的非电物理量转换成电信号，经变送器传至信号处理环节，再经多路转换开关、采样保持电路传至A/D转换器，将模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号。计算机处理完这信号后，为保持数字量的稳定，加一级锁存器，然后将信号给D/A转换器，产生相应的模拟量，再经整形滤波、驱动放大传至执行器件，从而实现对工业现场实行控制。
在第二章中，我对自行车有了新的看法。在拆装以前，我觉得我对自行车是再熟悉不过了。但就是这样一个看似简单的机械，实际拆装之后才发现他的各部件之间的连接安装也并不是那么简单。另外，装配顺序也显得十分重要，装配的先后顺序需依据实际结构来拟定。从机械连接角度，我们也很惊讶的发现自行车的不同部件之间采取的连接方式都大不相同，有轴连接，有卡榫连接等等，这一次的实验对我们日后的机械设计有着非常重要的实际意义。
在第三章中，我对自平衡双轮车进行了观察探究。由于我对自平衡双轮车并不是很熟悉，对它的系统机构、平衡原理也知之甚少。于是，我便从网上收集了很多相关资料。有关于Segway的，有关于单片机的，有关于各种传感器的（例如：陀螺仪传感器、红外测距传感器、磁性码盘等），有关于比例、PID、模糊算法的，也有关于双轮自平衡车的实际搭建的„„林林总总，难以计数。在PPT的制作和文档的编写过程中，我仔细翻阅了这些资料。这使我不仅对自平衡双轮车的系统机构、平衡原理有了充分的认识，也让我了解了众多相关的知识以及机电产品的一个大致的研发过程。这对于现在学习机械原理、将来从事机械设计的我来说，重要性不言而喻。相信在以后的学习、工作过程中，这些知识必定会为我插上翱翔的翅膀。
在第四章中，注意到田径跳高赛场上，几乎所有的跳高架都需要人工设置高度。这不光会引起调节高度时产生误差，从而影响比赛结果，且调节到相应高度也较为耗时、麻烦，为工作人员带来较大的工作量。我们是否可以将跳高架做成自动升降的呢？这让我产生了自动升降跳高架这样一个构想。在此创新实践过程中，我充分认识到了创新的重要性。
最后，因为是研讨课程的原因，上课期间有许许多多的小组讨论和实践环节，这些环节让我充分了解到小组讨论的重要性和小组力量的强大。正如在拆装自行车的过程中，我们小组分工明确、各司其职，顺利且较快地完成了自行车的拆装。这锻炼了我的小组讨论、团队合作的能力，我想这在以后工作学习中会格外重要。
参考文献：
【1】现代控制系统：第十版（英文版） [美]R.C.多尔夫，R.H.毕晓普著 北京：科学出版社，2005
【2】微型计算机原理与接口技术：第二版 冯博琴，吴宁主编 北京：清华大学出版社，2007.8
【3】机械制造基础 唐宗军主编 北京：机械工业出版社，2007.7
【4】MCS-51单片机原理及应用：第一版 秦实宏，徐春辉主编 武汉：华中科技大学出版社，2003.1
【5】传感器原理及应用 赵燕主编 北京：北京大学出版社，2010.2.1
【6】 机械设计 吴克坚，于晓红，钱瑞明主编 北京：高等教育出版社，2003.3（2005重印）
【7】http://baike.baidu.com/view/296650.htm
【8】http://baike.baidu.com/view/2377845.htm
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【12】http://wenku.baidu.com/view/3a23c[**************]9ce1.html