可重构曲柄滑块、导杆、摇杆、凸轮综合运动测试实验系统,可重构曲柄机构综合实训平台

第五代新款第四代旧款

一、概述
本实验台为综合机构实验台，是一款专为机械类专业教学设计的综合性实验装置。设备通过少量零部件的拆装组合，可灵活构成曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构、曲柄导杆摇杆、平底直动从动杆凸轮机构及滚子直动从动杆凸轮机构五种典型传动系统。各机构关键参数可在规定范围内调节，配合光电脉冲编码器等检测元件，能实现位移、速度、加速度、转速等参数的测定，助力实验者深入理解机械结构特点及参数变化对运动状态的影响，是连接理论知识与工程实践的核心实验设备。
二、产品特点
组合性强，灵活度高：仅需拆装少量零部件，即可快速切换多种典型传动机构，满足多类型机构实验需求，减少设备投入成本。
参数可调，探究性佳：曲柄长度、连杆长度、滚子偏心、滑块偏置等关键参数均支持在规定范围调节，便于实验者研究参数改动对机构运动状态的影响，深化对机械结构的认知。
检测精准，数据全面：配备光电脉冲编码器、绝对角度传感器等专业检测元件，可精准测定位移、速度、加速度、转速等参数，为实验分析提供可靠数据支撑。
理实结合，实训高效：支持理论运动曲线与实测运动曲线的对比分析，帮助实验者建立对运动参数的感性认识，同时掌握实验设备的操作方法，提升实操与分析能力。
功能完备，适配教学：具备数据采集、转速调节等功能，可满足课堂实训、分组实验、自主探究等多种教学场景需求，贴合机械类专业教学大纲。
三、技术参数
1、4G/WIFI双网边缘采集工业网关：
1.尺寸：105*80*22mm
2.电源：DC24V
3.接口：WLAN/LAN双网口、TTL（波特率1200-230400bit/s）、SIM卡
4.指示灯：NET、WIFI、4G、SVR、DATA
5.WIFI工作模式：STA模式、AP模式
6.协议支持Modbus TCP/UDP、MQTT、FTP、HTTP、Websocket、HTTPS、MQTTS
7.DTU在线模式：可设置为离线模式、永远在线模式、唤醒模式、按需在线模式、周期在线模式。
8.中心连接模式：单主中心连接、主副切换连接、主副同时连接、主副独立传输、主副互联对传。
9.功能设置：ID、注册包、心跳包头、心跳时间、注册包模式、数据发送模式、数据帧间隔、波特率、数据位、校验位、停止位、APN网关、用户名、密码。可查询基本参数、运行信息、信号质量，一键配置参数、保存参数脚本、加载设备参数、加载参数脚本、网络配参、串口配参。
10.轮询指令：支持10条轮询指令，轮询时间单位可设置为秒、毫秒
11.自定义命令：可通过命令对网关设置
12.数据显示：支持显示调试信息、串口数据发送
13.支持4G远程配参
2、可重构机械套件
（1）机构可调范围：
1.曲柄长度调节范围：20mm、24mm、28mm、32mm四级调节位置
2.滑块偏置量调节范围：±5mm，对称双向调节
3.凸轮廓线升程：20mm
4.凸轮滚子从动件偏置调节范围：±5mm，双向调节
5.连杆长度可选规格：3条距离可调
6.摇杆摆角范围：60°
（2）可重构套件参数
1.可调节曲柄组件：长度20-32mm四级调节，45号钢精制，调节精度±0.02mm，含曲柄盘、锁紧螺母、偏心轴套。
2.连杆组件：标配3种规格长度，45号钢精制，经过表面处理工艺。
3.导杆组件：2根，45号钢精制，经过表面处理工艺。
4.摇杆组件：1根，45号钢精制，经过表面处理工艺。
5.滑块组件：3个，高精度耐磨滑块，铜制。
6.凸轮组件：盘形凸轮，升程20mm，45号钢精制，表面发黑。
7.滚子直动从动杆组件：滚子608
8.传动与支撑组件：同步带轮2个、同步带1条、旋转轴1根、高精度轴承座2个、摇杆支座3个、支杆4个
3、电机
1.输入电源：220V 50HZ
2.转速可调范围：≥2500rpm
3.转矩：≥1.6N.m
4.轴直径≥18.5mm
5.支持Modbus
6.转速值、转矩值直读功能
7.具有报错提示
8.功率≥480w
4、光电编码器
1.ABZ三路输出、1024脉冲
2.12-24V互补输出
3.最大可测转速：6000rpm
4.转动惯量：0.0035kg㎡
5.轴负载：径向60N，轴向30N
6.响应频率：300KHz
7.编码器主体直径80mm，可安装于轴中间。
5、角度传感器：
1.量程：360度
2.连续旋转无机械限位
3.线性精度：0.3%F.S
4.低旋转阻尼
5.分辨率约为：0.088°
6、限位开关：光电式
7、位移传感器：
1.量程：250mm
2.精度：0.05mm
3.电压模拟量输出
8、7寸人机交互HMI触摸屏
采用7英寸彩色液晶触摸显示屏，分辨率800×480，四线电阻式触摸屏，输入电压DC24V，额定功率5W，处理器1GHz，内存128M，系统存储128M，具有232/485/422、USB、以太网接口，支持组态。面板可实时显示摇杆角度、导杆角度、滑块位移、转速，通过触摸屏加速、减速、复位、单圈、匀加速按钮可直接控制电机转速，操作直观便捷。
9、多功能控制器
采用紧凑型多功能控制器，集成至少14路数字量输入,至少10路数字量输出，不低于10路模拟量输入，不低于2路模拟量输出，多个高速计数器，支持RS232、RS485、MODBUS
10、柜体
柜体采用优质钣金数控弯折并进行塑粉静电喷涂，上半部分采用蓝色凹凸面设计，中间凹面设有7寸彩色工业HMI人机交互界面，两边凸面设有安全保护装置及电源开关，下半部分采用柜体带柜门，柜体两侧突出侧设有内槽可嵌入灯条。背面设有带过载保护的安全电源插座。外形尺寸（长×宽×高）：760×640×1050mm±5%，底部带4个万向轮，方便移动。
四、可完成实验
1.基础参数测定实验：学习位移、速度、加速度的测定方法
2.曲线对比与分析实验：采集机构实测运动曲线，与理论运动曲线进行对比，分析差异成因，深化对运动速度尤其是加速度的感性认识。
3.机构性能对比实验：对比曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的运动性能差异，探究不同机构的适用场景。
4.凸轮机构实验：检测凸轮直动从动杆的运动规律，比较不同凸轮廓线或接触副对凸轮直动从动杆运动规律的影响。
5.数据处理与应用实验：进行转速调节、角度曲线、滑块往复运动规律曲线、凸轮机构滑块运动规律曲线等数据采集，完成采集曲线的打印与分析。
6.拆装与调节实验：通过拆装零部件组合不同机构，调节各机构关键参数，观察参数变化对机构运动状态的影响，强化对机械结构特点的理解。
五、数智云舱大界面

数智云舱-曲柄滑块大数据界面
可发送信号进行实验台与数智云舱互控，可控制加速、减速、复位、单步、匀加速、变速、自动采集、停止采集、手动采集、读取历史、清除历史、清除数据、设置参数、停止，既可通过数智云舱控制，也可以通过设备上的触摸屏控制，支持远程控制、异地控制、离线控制、手动控制并实时反馈至数智云舱。
1）设置参数：曲柄长度r、连杆长度l、轴偏距e
2）性能曲线：实时采集实验设备的曲柄实时的位移、速度、滑块加速度、转速等性能曲线。
3）仪表盘模块：展示角度、转速仪表盘，根据实验台实时数据。
4）数据显示区域：显示实时采集的曲柄转速、滑块位移、滑块速度、滑块加速度、曲柄夹角的反馈值。
数智云舱-曲柄滑块导杆大数据界面
1）设置参数：曲柄1长度、连杆4长度、导杆3长度、间距、轴偏距
2）性能曲线：实时采集实验设备的曲柄实时位移、速度、滑块位移、滑块速度、滑块加速度、转速等性能曲线。
3）仪表盘模块：展示角度、转速仪表盘，实时数据，指针转动至相应数值位置。
4）数据显示区域：显示实时采集的滑块位移、滑块速度、滑块加速度、曲柄角位移、曲柄角速度、曲柄角加速度、导杆角位移、导杆角速度的反馈值。
数智云舱-曲柄导杆摇杆大数据界面
1）设置参数：曲柄长度、连杆长度、导杆长度
2）性能曲线：实时采集实验设备的摇杆位移、摇杆速度、摇杆加速度、曲柄角位移、曲柄角速度、曲柄角加速度、导杆角位移、导杆角速度的性能曲线。
3）仪表盘模块：展示角度、转速仪表盘，根据实验台实时数据，指针转动至相应数值位置。
4）数据显示区域：显示实时采集的摇杆位移、摇杆速度、摇杆加速度、曲柄角位移、曲柄角速度、曲柄角加速度、导杆角位移、导杆角速度的反馈值。
数智云舱-凸轮大数据界面
1）参数设置：推杆行程、凸轮转过的角度、凸轮推程的运动角
2）性能曲线：实时采集实验设备的推杆位移、推杆速度、推杆加速度、凸轮转角的性能曲线。
3）仪表盘模块：展示角度、转速仪表盘，根据实验台实时数据，指针转动至相应数值位置。
4）数据显示区域：显示实时采集的推杆位移、推杆速度、推杆加速度、凸轮转角的反馈值。

新工科数智云舱

概述：
新工科数智云舱形成了统一化管理、多学员对单设备数据可视化、跨专业支持、数据上云，方便教师查看分析学生的实验过程、实验结果、原理掌握程度以及批改学生实验报告，学生根据教师下发的任务，也可以快速的知晓自身的实验任务，在做完实验时可以直接在线将实验结果进行上传，通过新工科数智云舱，不论何时何地均可以进行设备的控制及实验，当设备运行时间过长时，系统还会在大数据界面进行报警，避免因设备忘关导致的损坏。
新工科数智云舱基于JAVA、C#、B/S架构，部署在云服务器上，设备与数智云舱之间支持wifi、4G、5G通讯，支持平板、计算机、100寸大屏显示，支持高清摄像头接入至大数据界面中，大数据界面中央具有数字孪生模型。设备可视化控制台具有一键启动、一键暂停、2D/3D模式切换、设备概览（状态、连接数量、总数、运行时间、终止时间等），支持全空间任意旋转、放大、缩小。可实时收发实验台边缘计算设备无线信号主副互传至云端服务器的远程控制单步、加速、减速、加载、减载、匀速、自动/手动采集、控制器数据写入的双控操作，也可以通过边缘计算设备将转速、转矩、压力、载荷、位移、拉力、角度、传动效率、传动比、温度等专业数据算法转换并生成可视化曲线，支持100位学生针对指定的某台设备数据及实时曲线进行查看。云舱分为学生端、教师端、管理端，每个端均具有唯一账号登陆，平台外观高端、科技感极强，可由教师自行编辑实验任务分发给不同的设备和指定的账户，学生端实验结束可上传实验报告及相关实验附件供教师评分，管理端可设置设备类型并对相关设备设置采集端口号。
新工科数智云舱涵盖了带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸轮传动、曲柄摇杆导杆滑块、滑动轴承、动平衡、平面机构、空间机构、轮系、机械创新方案设计、滚动轴承、单螺栓及螺栓组、液压传动、机电一体化、流体力学、制冷制热等综合性能测试。
管理端：
1.教师管理：管理端可添加教师账号，可设置教师姓名、学校名称、用户名、密码、绑定设备、学生账号开通权限，界面显示每个教师账号的登录时间。
2.设备类型管理：生成新增的设备类型，并绑定设备设备号。每个类型下面可绑定不同的设备、FN码、设备控制器型号、网络类型、连接方式、对应教师账号。
教师端：
1.设备可视化控制台：总列表显示不同教师账户下所绑定的不同设备信息（设备名称、在线/离线状态、运行时长、停止时间、启动设备、暂停设备），显示心跳包数设备总数、在线设备数量、运行设备数量、离线设备数量、告警设备数量。支持2D/3D模式切换，2D模式下选择任意设备可以查看更细致的内容：设备编号、站号、状态刷新、开启时间；3D模式下显示设备社区的3D模型，可任意放大缩小、旋转、平移拖拽，离线状态3d模型为黑色熄灭形态，在线状态3D模型为蓝体绿灯形态，告警状态3D模型为红体红灯形态，每个3d模型可视化展示设备名称及设备编号，选中某台设备3d模型时放大提示

3D模式界面

2D模式界面

2.学生账号管理：显示学号、用户名、密码、姓名、最后登录时间，可进行修改密码、删除。
3.新增学生账户：设置学生姓名、学号、密码，用户名根据学号自动生成。
4.密码修改：更改本账号的用户名、所属学校、原密码、新密码、确认密码。
5.设备管理：显示管理端为教师账号绑定的设备列表，显示设备种类。各个设备种类中显示绑定的设备名称、设备号、控制器型号、对应设备所用协议、运行时间。权限设置可设置设备对应的控制账号，教师端可查看学生端实时采集的数据、曲线、监控画面，也可以直接控制学生端设备的控制按钮，可控制学生端控制系统总开关，一旦关闭，学生端将不能再操作。

设备管理

6.实验管理：教师自由编辑实验任务，并可将任意的实验任务分发给任意一组设备，实现学生多分组实验。

实验管理界面

7.学习辅助界面：根据编辑的实验任务，可查看每个学生账号的实验报告、提交的附件作业，如cad、cam、Pro/E、装配图、零件图等。显示学号、姓名、对应设备。并批改实验任务进行打分，显示分数。也可看到学生是否已经完成实验任务。

学习辅助界面界面

学生端：
1.多学员对单设备数据可视化：每台设备可绑定多个学生账号，所有绑定的账号都能实时查看该设备的实时数据，设备控制账号可由教师自行设置为任意学生账号，解决了以往设备数量不足，多个学生挤在一台电脑上看数据的情况。
2.实验列表：登录学生端可见新工科数智云舱在线状态、实验设备列表，列表对应实验设备名称、控制器型号、设备编号、当前实验、可用实验任务、实验项目、每个学生账号经过教师端设置，可绑定不同的实验设备。学生可自行选择启动任意实验项目

实验列表界面

3.数字孪生实验界面：界面显示设备运行时间、实验设备名称、设备号、控制系统程序总开关状态按钮、控制面板、性能曲线界面、数字孪生三维模型、仪表盘界面、视频监控画面。当运行时间过长时，界面中间闪烁提示设备运行时间过长并且界面显示红色雾状报警。

数字孪生实验界面

4.历史数据：显示各项数据的id、数据名称、数据值、采集时间、手动采集标记。可自由删除任意一条数据，筛选手动采集表、导出excel表格

历史数据界面

5.视频监控（选配）：数智云舱大数据界面集成有视频监控模块，可添加高清摄像头查看设备实时运行工况。
6.提交实验报告：可看到教师布置的实验任务及相关的附件，可上传cad、cam、Pro/E、CATIA、sw、ug、三维模型、装配图、零件图、实验报告模板、数据要求、matlab等文件。学生可在框架界面自由编辑实验心得或者实验为解决难题等。