機械工程實驗教學的探索范文

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1實驗儀器

為了高質量地完成教學實驗任務，課題組選擇了較為先進的儀器來搭建實驗系統。(1)單點式激光測振儀：Polytec高性能的單點式激光測振儀由控制器、數字式速度解碼器、自動聚焦式光學頭組成。能夠實現最小速度分辨率0.02微米/秒，最大速度+/-10米/秒的速度信號測量；最大輸出信號為+/-10V，輸出帶520100KHz低通濾波和100Hz高通濾波。(2)加速度計：B&K壓電式加速度計是振動的絕對測量的最佳傳感器，可用于較為寬泛的頻率范圍；在很寬的動態范圍內具有良好的線性，該種傳感器不需要額外電源，具有較高的靈敏度質量比。設備參數：靈敏度10pC/g；最大正弦振動6000g-peak；最大沖擊極限+/-20000g-peak；頻率范圍0.1Hz～12.6KHz。(3)雙通道調理放大器：B&K雙通道電荷放大器，能夠實現放大增益0.1mV/pC～3.16V/pC；頻響范圍0.1Hz～100KHz；具有低通、高通濾波器；能實現過載檢測。(4)A/D采集模塊：課題組自主研發了基于USB2.0的數據采集模塊。該模塊具有8個模擬量輸入通道，能夠實現16-bit分辨率A/D轉換器，采樣速率高達200kS/s。該模塊采用總線供電，擁有設備狀態LED指示燈。(5)信號分析軟件：課題組采用自主研發的信號分析軟件，該軟件采用Windows視窗風格，界面友好，使用方便，能夠實現在線檢測分析和離線數據分析。能夠實現頻譜分析、傳遞函數分析、互譜分析、互相關函數分析、包絡/倒頻譜分析等信號分析功能。軟件具有畫面設置、顯示設置、采樣參數設置、單位設置、跟蹤設置、放大器設置、預處理設置、濾波器置、計算設置等模塊，方便使用者根據需要進行快速組合。該軟件已經在工程應用中驗證了其可靠性。此外，課題組還搭建了振動測試平臺和動平衡測試平臺供實驗使用，這些儀器、軟件的應用能夠開拓學生的視野，提高學生的學習興趣，更重要的是實驗系統能夠使學生更好地理解系統的概念，提高對知識的認知程度。

2實驗案例

綜合性實驗是針對學生已經學過的信號處理、測試技術和測試系統等內容，通過實驗室使學生了解典型的機械工程測試系統的構成以及各個環節所完成的工作。基于工程應用的指導思想，該部分實驗設置了撓性接管自由振動測試和微小轉子不平衡量檢測。

2.1撓性接管自由振動測試自由振動測試是機械工程測試的基礎，該部分實驗能讓學生了解激勵信號的產生、信號的采集、自由振動以及動態性能參數的計算。實驗裝置主要由激振器、加速度信號采集裝置、數據采集系統、計算機等組成(如圖1所示)。實驗中，利用波形發生器產生振動譜信號，經功率放大器，由激振器產生振動信號。加速度傳感器采集響應信號，經電荷放大器和數據采集系統進入計算機，系統結構如圖2所示。圖3是通過信號分析軟件采集的自由振動信號。通過撓性接管的自由振動測試實驗可以讓學生了解典型測試系統的結構、組成部分。通過實驗理解測試系統的設備、安裝、調試；了解信號接口的類型與連接方法；了解激勵信號的產生方法。

2.2微小轉子不平衡量檢測轉子的不平衡是旋轉機械故障的主要誘因，為了提高旋轉機械的品質就需要進行轉子的不平衡量檢測。該項實驗通過學生自己動手調試來完成對轉子的不平衡檢測，能夠激發學生的學習熱情，培養動手能力。圖4為微小轉子不平衡檢測實驗臺。微小轉子不平衡檢測系統的實驗裝置由不平衡量檢測實驗臺、激光測振儀、光電式開關傳感器、采集系統和信號分析軟件構成。實驗中，變頻調速電機通過帶動皮帶輪帶動轉子旋轉，利用激光測振儀測量振動的絕對速度信號，利用光電式開關傳感器測量轉子的轉速，傳感器信號通過數據采集裝置獲取。系統原理如圖5所示。圖6為不平衡量的計算界面。通過該項實驗，學生能夠了解轉子不平衡檢測的系統結構，激光測振儀和光電式開關傳感器的應用方法，多路信號采集的觸發方法，不平衡量的計算。

3結束語

機械工程測試的教學實驗選擇了當前較為新式的測試儀器，讓學生了解不同測試儀器的特點和應用方法。同時，以工程導向的實驗內容，激發了學生的學習興趣，提高了動手能力。通過教學實驗，更加有利于學生鞏固所學知識，培養創新能力。

作者：楊芳劉義李濟順單位：河南科技大學