開(kāi)放式網(wǎng)上機(jī)械原理虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件
機(jī)械原理課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干技術(shù)基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械原理課程教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。
該軟件是針對(duì)大學(xué)專(zhuān)科、本科《機(jī)械原理》實(shí)驗(yàn)課程配套開(kāi)發(fā)的可在網(wǎng)上開(kāi)展的虛擬實(shí)驗(yàn)，軟件模擬實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理功能，包括：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)批改、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)答疑等功能模塊?？蓾M(mǎn)足高等學(xué)校和各類(lèi)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠(yuǎn)程教學(xué)。
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軟件的目的意義：
目前，現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)存在以下局限性：
1、 硬件依存性較強(qiáng)，只能在特定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；
2、 儀器設(shè)備數(shù)量有限，無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求；
3、 部分實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，如減速器拆裝等實(shí)驗(yàn)；
4、 部分實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低，如齒輪范成實(shí)驗(yàn)不但需要足夠多套數(shù)的范成儀，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣、枯燥；
隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，教學(xué)改革的不斷深入，機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)越來(lái)越重，儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量相對(duì)不足等問(wèn)題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費(fèi)投入解決以上問(wèn)題，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，我們開(kāi)發(fā)了開(kāi)放式網(wǎng)上機(jī)械原理虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件。
軟件提供了50種機(jī)構(gòu)模型和若干種常用機(jī)械實(shí)驗(yàn)臺(tái)：
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(dòng)凸輪、平底凸輪等
3、連桿
擺動(dòng)導(dǎo)桿、雙搖桿、吊車(chē)、曲柄搖桿等
4、運(yùn)動(dòng)副
齒條、滑動(dòng)副、圓柱副、齒輪副等
5、齒輪范成儀
包括范成儀、圓規(guī)、鉛筆、剪刀等實(shí)驗(yàn)器材
6、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)
包括JPH—A型動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)、轉(zhuǎn)子試件、百分表等實(shí)驗(yàn)器材
使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開(kāi)展如下6個(gè)常用機(jī)械虛擬實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練：
• 機(jī)構(gòu)陳列柜虛擬實(shí)驗(yàn)
• 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)試虛擬實(shí)驗(yàn)
• 齒輪范成原理虛擬實(shí)驗(yàn)
• 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡虛擬實(shí)驗(yàn)
• 剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡虛擬實(shí)驗(yàn)
• 四連桿機(jī)構(gòu)演示實(shí)驗(yàn)
（1）機(jī)構(gòu)陳列柜實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)中陳列了連桿機(jī)構(gòu)20種、齒輪機(jī)構(gòu)11種、凸輪機(jī)構(gòu)10種、運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)10種。
實(shí)驗(yàn)中以三維動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)每種機(jī)構(gòu)的工作原理，期間用戶(hù)可以拉近拉遠(yuǎn)視角，并可以360°自由旋轉(zhuǎn)觀看動(dòng)畫(huà)。
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空間機(jī)構(gòu)效果示意圖
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正弦機(jī)構(gòu)效果示意圖
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后橋機(jī)構(gòu)效果示意圖
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揉面機(jī)構(gòu)效果示意圖
（2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)
該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)認(rèn)知、參數(shù)測(cè)定2大模塊，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜缦拢?/p>
1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解位移、速度、加速度的測(cè)定方法；轉(zhuǎn)速及回轉(zhuǎn)不勻率的測(cè)定方法；
2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，初步了解“QID-III型組合機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺(tái)”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發(fā)生器（或稱(chēng)角度傳感器）的基本原理，并掌握它們的使用方法；
3、通過(guò)比較理論運(yùn)動(dòng)曲線與實(shí)測(cè)運(yùn)動(dòng)曲線的差異，并分析其原因，增加對(duì)運(yùn)動(dòng)速度特別是加速度的感性認(rèn)識(shí)；
4、比較曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的性能差別。
5、檢測(cè)凸輪直動(dòng)從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；
6、比較不同凸輪廓線或接觸副，對(duì)凸輪直動(dòng)從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1所示，它由以下設(shè)備組成：
1、實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊、導(dǎo)桿、凸輪組合機(jī)構(gòu)
2、光電脈沖編碼器
3、同步脈沖發(fā)生器（或稱(chēng)角度傳感器）
4、QTD-III型組合機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)儀（單片機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)）
5、個(gè)人電腦
該組合實(shí)驗(yàn)裝置，只需拆裝少量零部件，即可分別構(gòu)成四種典型的傳動(dòng)系統(tǒng)，他們分別是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)、平底直動(dòng)從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu)和滾子直動(dòng)從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu)。而每一種機(jī)構(gòu)的某一些參數(shù)，如曲柄長(zhǎng)度、連桿長(zhǎng)度、滾子偏心等都可在一定范圍內(nèi)作一些調(diào)整，通過(guò)學(xué)生拆裝及調(diào)整可加深實(shí)驗(yàn)者對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)的了解，對(duì)某些參數(shù)改動(dòng)對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響也會(huì)有更好的認(rèn)識(shí)。
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實(shí)驗(yàn)認(rèn)知
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參數(shù)測(cè)定
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觀察實(shí)驗(yàn)曲線
（3）齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)
本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法，引導(dǎo)用戶(hù)完成整個(gè)齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，直觀展現(xiàn)齒輪的漸開(kāi)線及過(guò)渡曲線的形成過(guò)程，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中穿插現(xiàn)實(shí)中齒輪范成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程錄像，使用戶(hù)更容易理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)具體操作步驟如下：
1、 制作齒輪毛坯；
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2、 對(duì)刀，使刀具中線與分度圓相切；
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3、 繪制齒輪線，逐步移動(dòng)滑板，直到形成2-3個(gè)完整齒形為止；
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4、將刀具向上移動(dòng)5mm，繼續(xù)進(jìn)行第3步操作；
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5、將刀具向下移動(dòng)10mm，繼續(xù)進(jìn)行第3步操作；
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（4）轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)中首先進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝，使用戶(hù)更容易理解實(shí)驗(yàn)原理，然后進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，添加和調(diào)節(jié)平衡塊等，最終使得百分表的指針晃動(dòng)幅度最小。
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轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)
（5）剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
1、了解DPH-I型智能動(dòng)平衡機(jī)的工作原理和轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡過(guò)程。
2、熟習(xí)用DPH-I型智能動(dòng)平衡機(jī)及對(duì)回轉(zhuǎn)構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)平衡的調(diào)節(jié)方法。
3、培養(yǎng)操作、使用先進(jìn)設(shè)備的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DPH-I型智能動(dòng)平衡機(jī)
1、系統(tǒng)組成及其工作原理
系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)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(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)子在部件上被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，由于轉(zhuǎn)子的中心慣性主軸與其旋轉(zhuǎn)軸線存在偏移而產(chǎn)生不平衡離心力，迫使支承做強(qiáng)迫震動(dòng)，安裝在左右兩個(gè)硬支撐機(jī)架上的兩個(gè)有源壓電力傳感器感受此力而發(fā)生機(jī)電換能，產(chǎn)生兩路包含有不平衡信息的電信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)采集裝置的兩個(gè)信號(hào)輸入端；與此同時(shí)，安裝在轉(zhuǎn)子上方的光電相位傳感器產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同頻同相的參考信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器輸入到計(jì)算機(jī)。
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1、光電傳感器 2、被試轉(zhuǎn)子 3、硬支承擺架組件 4、壓力傳感器 5、減振底座 6、傳動(dòng)帶 7、電動(dòng)機(jī) 8、零位標(biāo)志
系統(tǒng)組成情況示意圖
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數(shù)據(jù)測(cè)試
（6）四連桿實(shí)驗(yàn)
本虛擬實(shí)驗(yàn)提供了所搭接機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)者了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成形式，鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的組成特點(diǎn)。
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1、本實(shí)驗(yàn)可通過(guò)鼠標(biāo)完成視角的俯視仰視轉(zhuǎn)換，及左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、上升下降等操作
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2、本實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)對(duì)各桿長(zhǎng)度參數(shù)的調(diào)節(jié)，進(jìn)行四連桿的模擬及觀察
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① 雙曲柄機(jī)構(gòu)
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② 雙搖桿機(jī)構(gòu)
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③ 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
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④ 參數(shù)報(bào)錯(cuò)
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系統(tǒng)服務(wù)器端用戶(hù)分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。
學(xué)生：選課、選擇實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢(xún)實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教師：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語(yǔ)。
教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開(kāi)課計(jì)劃、選課日期設(shè)置、開(kāi)課審核、開(kāi)課查詢(xún)。
系統(tǒng)管理員：用戶(hù)管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。
性能指標(biāo)
支持同時(shí)在線用戶(hù)數(shù)1萬(wàn)人以上，經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不限終端用戶(hù)數(shù)，完全能滿(mǎn)足日常教學(xué)使用。
服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：WindowsServer，Linux/UnixServer
Web服務(wù)器：Tomcat6.0，JDK6.0
數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL
客戶(hù)端運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：AllWindows系列
相關(guān)信息：
研制單位：北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
通訊地址：北京市海淀區(qū)北三環(huán)中路44號(hào)院文教產(chǎn)業(yè)園1號(hào)樓郵政編碼：100876
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