機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-

課程試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程組編制)2023年試驗(yàn)一 傳動(dòng)系統(tǒng)的空載功率測(cè)定〔兩學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康牧私鈧鲃?dòng)系統(tǒng)空載功率損失在機(jī)床主電機(jī)功率中所占的比重。了解機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的安排和構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)空載功率損耗的影響。把握機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)空載功率的測(cè)定方法和儀器的使用。二、試驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量機(jī)床電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的空載功率。功率。功率。下的空載功率。三、試驗(yàn)原理Pc外，還消Pi和機(jī)床有了切削負(fù)載Pa。用公式表示為P=Pc+Pi+Pa式中P——機(jī)床電機(jī)功率(kw)；(kw)；Pi——機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的空載功率(kw)；Pa——載荷附加功率(kw)。Pc的切削條件從工藝手冊(cè)中查到，或用簡(jiǎn)化后的切削力計(jì)算公式依據(jù)切削用量進(jìn)展計(jì)算求得。耗功率。它隨切削功率的增加而增大。用公式表示為PPacP c

——機(jī)床傳動(dòng)鏈的總機(jī)械效率。 …; 1 2 3,,——為主傳動(dòng)鏈內(nèi)的各傳動(dòng)副的機(jī)械效率。1 2 2中全部運(yùn)動(dòng)零件的機(jī)械摩擦損耗功率，包括導(dǎo)軌、油封、摩擦離合器磨擦片等。差等所引起的附加摩擦。件的種類、尺寸大小、浸油深度、油的粘度、溫度和傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速。的功率。假設(shè)機(jī)床的電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)(如臥式車(chē)床)，則機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的總空載功率Pi=Pmi + Pji式中Pi(kw)；Pmi——機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)空載功率(kw)；Pji ——進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)空載功率(kw)。裝配質(zhì)量和潤(rùn)滑油的性質(zhì)等有關(guān)。即傳動(dòng)件越多、轉(zhuǎn)速越高、帶和軸承等的預(yù)緊力越大、裝配質(zhì)量越差，則空載功率越大。床直接確定其空載功率，準(zhǔn)確牢靠。四、試驗(yàn)設(shè)備和儀器(CA6140C620—1型)。WB2P412R有功功率變送器一臺(tái)。WB2P412RRV、I輸入，0~5V確定值輸出的三相三線有功功率變送器。該變送器承受高速數(shù)字采集和同步數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)，保證了電流電壓的有效值變換、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了有功功率的準(zhǔn)確測(cè)量。變送器與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)完全隔離，能適于簡(jiǎn)單環(huán)境的有功功率的測(cè)量應(yīng)用。變送器外形尺寸圖〔單位：mm〕變送器的引腳定義及接線〔俯視〕1~10引腳輸入，關(guān)心電11~17連接，接線原理及信號(hào)定義見(jiàn)圖二。35100351008811810114-3.5圖1-1 R型外型及安裝尺寸1-2三相三線有功功率變送器接線主要技術(shù)指標(biāo)精度等級(jí)：0.5輸入標(biāo)稱A：≤500、≤5A輸出標(biāo)稱D：V=0~5Vz輸入頻響：40HZ~70HZ響應(yīng)時(shí)間：<399ms線性范圍：7. V：20%~125% 標(biāo)稱值8. I：1%~125% 標(biāo)稱值9. C：0.1〔滯后〕~1~0.1〔超前〕負(fù)載力量：5mA輸入阻抗：V

≥10 Ri=Vⅹ1KΩ/V I≈0X X X210倍標(biāo)稱值13. 關(guān)心電源：R1：+12V/R4：+24靜態(tài)功耗：600mw隔離耐壓：2500VDC/1分鐘溫度漂移：≤0.2%〔額定輸出〕留意事項(xiàng)變送器的關(guān)心電源等級(jí)和極性切不行插錯(cuò)，否則將損壞變送器。跌落。變送器必需嚴(yán)格依據(jù)引腳定義使用、其他引腳不能作它用。本產(chǎn)品內(nèi)部未設(shè)置防雷電路，當(dāng)傳感器的輸出、輸入導(dǎo)線暴露于室外環(huán)境時(shí)，請(qǐng)留意實(shí)行防雷措施。五、試驗(yàn)的步驟、方法和留意事項(xiàng)試驗(yàn)前的預(yù)備工作為了保證人身、設(shè)備安全和試驗(yàn)順當(dāng)?shù)剡M(jìn)展，試驗(yàn)前應(yīng)作如下預(yù)備工作：生疏機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)和操縱手柄的位置與作用，把握機(jī)床的操作方法。了解儀器的性能及使用方法，檢查儀器量程是否滿足要求。作好試驗(yàn)人員的分工、各負(fù)其責(zé)。試驗(yàn)步驟、方法接線依據(jù)試驗(yàn)設(shè)備，依據(jù)接線圖進(jìn)展接線。閱讀電機(jī)空載功率〔Pe〕的儀表指示。測(cè)量時(shí)，在切斷電源的狀況下，先將電機(jī)上的v帶全部卸下，再啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。待儀表指針?lè)€(wěn)定后，讀取電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的儀表指示格數(shù)?？者\(yùn)轉(zhuǎn)裝上電機(jī)至主軸箱的全部V帶，讓機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)空運(yùn)轉(zhuǎn)10~20min后，再進(jìn)展測(cè)量。由高至低適級(jí)轉(zhuǎn)變主軸轉(zhuǎn)速，每換一次轉(zhuǎn)速測(cè)量如下三個(gè)數(shù)值，并分別記在試驗(yàn)報(bào)告中。測(cè)量機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)總空載功率〔Pi〕的儀表指示數(shù)。此時(shí)進(jìn)給系統(tǒng)選取一般進(jìn)給中較高一級(jí)進(jìn)給量的傳動(dòng)路線。測(cè)量機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)空載功率(Pm)路線。測(cè)量脫開(kāi)主軸時(shí)主變速系統(tǒng)空載功率(Pd)的儀表指示數(shù)。測(cè)量時(shí)，應(yīng)在主傳動(dòng)系統(tǒng)中距主軸最近處脫開(kāi)傳動(dòng)聯(lián)系，使主軸部件停頓運(yùn)動(dòng)。由于本試驗(yàn)選用CA6l4024級(jí)，因此需共測(cè)24組上述三個(gè)數(shù)值。試驗(yàn)中應(yīng)留意事項(xiàng)接線和拆線時(shí)，必需先將電源刀閘拉開(kāi)，切斷機(jī)床總電源，以保證人身安全。接好線后，必需反復(fù)檢查有無(wú)導(dǎo)線虛接或接錯(cuò)現(xiàn)象，確實(shí)無(wú)誤后，方可接通電源進(jìn)展試驗(yàn)。測(cè)量?jī)x器必需預(yù)先調(diào)整好足夠的量程范圍。在進(jìn)展讀數(shù)時(shí)，力求每次在一樣狀況下讀取(即在指針?lè)€(wěn)定后讀數(shù)肯定的平均值讀數(shù))。

六、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理依據(jù)試驗(yàn)記錄，應(yīng)完成以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的工作：Pe(kw)；Pd(kw)；Pm(kw)；m d 24PPPm d 24組數(shù)據(jù)。對(duì)每組經(jīng)換算的空載功率作以下計(jì)算，并記入表1-2中：f m 計(jì)算主軸部件在各級(jí)主軸轉(zhuǎn)速下的空載功率P＝P—Pf m mPj＝Pi—P。m對(duì)每組經(jīng)換算的空載功率，作以下百分比計(jì)算，并記入表中：用(Pf )100%計(jì)算各級(jí)主軸轉(zhuǎn)速下主軸部件空載功率Pi所占百分?jǐn)?shù)。用(PjPi)100% 主軸轉(zhuǎn)速下進(jìn)給系統(tǒng)空載功率所占百分?jǐn)?shù)。七、思考題(分段)的現(xiàn)象？空載功率隨主軸轉(zhuǎn)速上升呈什么趨勢(shì)？為什么。斷開(kāi)主軸與接通主軸，為什么空載功率的差值較大?如何？說(shuō)明白什么問(wèn)題？八、試驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 姓名 試驗(yàn)日期1-11-2中的各項(xiàng)內(nèi)容。表1-1 空載功率測(cè)定儀表指示讀數(shù)記錄接通進(jìn)給接通主軸脫開(kāi)主軸主軸部件進(jìn)給系統(tǒng)主軸所占百分比進(jìn)給所占百分比Pi(kw)Pm(kw)Pd(kw)Pf=Pm-Pd(kw)Pj=Pi-Pm(kw)(Pf/Pi)×100%(Pj/Pi)100%×主軸轉(zhuǎn)速〔r/min〕備注〕，分別以主傳動(dòng)系在圖1-3主軸轉(zhuǎn)速〔r/min〕備注1-3主軸轉(zhuǎn)速與空載功率關(guān)系曲線對(duì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有哪些指導(dǎo)意義？試驗(yàn)二溫度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的影響〔兩學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康牡臓顩r，以及分析各熱源對(duì)加工精度的影響。了解、分析削減機(jī)床熱變形的措施。生疏把握測(cè)定機(jī)床溫度場(chǎng)分布和熱變形的方法。的處理方法。二、試驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定臥式車(chē)床主軸箱溫升后主軸中心線在空間位置的變化。測(cè)定主軸箱及床身的溫度場(chǎng)。理方法。三、試驗(yàn)原理以分為兩大類：即內(nèi)部熱源和外部熱源。其中內(nèi)部熱源包括機(jī)床的傳動(dòng)件(如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪副、離合器、導(dǎo)軌副和液壓系統(tǒng)等)()的變化和各種熱輻射()的影響。但熱源的熱量本身并不直接產(chǎn)生變形，只有當(dāng)熱源的熱通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等傳熱方式(在機(jī)床上，傳熱的主要方式是熱傳導(dǎo))向外傳熱，使機(jī)床各部件產(chǎn)生溫升，形成溫度差以后，才會(huì)消滅熱變形現(xiàn)象。示為T(mén)=?〔x，y，z，t〕示為T(mén)機(jī)床上一般為不穩(wěn)定溫度場(chǎng)。布及其所產(chǎn)生的熱量都是不均勻的，因此機(jī)床各個(gè)零部件的溫升和熱膨脹也就不均勻，從而轉(zhuǎn)變了各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)位置及其位移的軌跡，因此，影響加工精度；轉(zhuǎn)變滑移面的間隙，降低油膜的承載力量，惡化機(jī)床的工作條件；由于工件升溫，與測(cè)量工具的溫度不同，影響了測(cè)量精度。熱變形對(duì)自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)線以及高精度機(jī)床的影響更為嚴(yán)峻。不均勻的溫度場(chǎng)將引起熱變形，現(xiàn)以床身為例，如圖2—1所L方向的溫度是均勻的，而上、下部的溫度不均勻，呈線性分布。溫升前，該件外形如圖中狀如虛線所示。伸長(zhǎng)雖很小，可以近似地認(rèn)為CE≈CDLBF≈CE+2BC≈EF式中L——縱向熱膨脹量。故BCEFL4DF BC所以，熱變形彎曲量為

CDABL LDF

CDBC

2 4

LL因LLaT

AB H 8H式中T-——溫升〔℃；

8H——--線膨脹系數(shù)〔℃-。變化較大，床身在主軸箱下部和導(dǎo)軌處的溫度分布不同，主軸箱體也有熱變形，因此，主軸中心經(jīng)與床身導(dǎo)軌間熱變形量是很難用計(jì)算法求出的。2-1熱變形彎曲量計(jì)算圖本試驗(yàn)是在車(chē)床主軸箱空運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)展車(chē)床熱變形和溫度其主要緣由是：端的熱膨脹量，使主軸中心線在垂直面內(nèi)，以主軸箱垂直方向的定位面為基準(zhǔn)，傾斜地向上上升。在水平面內(nèi)以主軸箱側(cè)向定位面為基準(zhǔn)，向前偏移。濺攪拌后，形成一個(gè)熱源，通過(guò)箱體底部傳給床身，床身受熱后變形，產(chǎn)生翹曲，使主軸箱在床身上的垂直方向定位基面和側(cè)向2—2所示。綜合變形量。2-2車(chē)床熱變形示意圖四、試驗(yàn)用設(shè)備和儀器臥式車(chē)床一臺(tái)。紅外測(cè)溫儀一臺(tái)及DALLAS18B20數(shù)個(gè)。(也可用非接觸式電容測(cè)微儀或渦流測(cè)微儀)。檢驗(yàn)棒一根。教學(xué)。儀器工作原則簡(jiǎn)介如下：DALLAS18B20特性：只需一個(gè)端口引線每個(gè)傳感器僅有唯一一個(gè)64位序列碼儲(chǔ)存在ROM中不需擴(kuò)展外部設(shè)備可從數(shù)據(jù)線獲得電源，電壓范圍為3.0v---5.5v測(cè)量溫度范圍-55℃—+125℃〔-67℉—+257℉〕-10℃—+85℃時(shí)準(zhǔn)確度為±0.5℃溫度區(qū)分率選擇范圍為9—12位將溫度模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量所需時(shí)間僅為12ms報(bào)警溫度可自行設(shè)定利用其報(bào)警功能，可以辨識(shí)出超過(guò)溫度范圍的設(shè)備DS1822圖2-3外形及引腳說(shuō)明圖2-3外形及引腳說(shuō)明DS18B20912DS18B20通過(guò)一條總線交換信息，即只需要一條數(shù)據(jù)線與微處理器相連。測(cè)溫范圍為-55℃—+125℃，-10℃—+85℃時(shí)準(zhǔn)確度為±0.5℃DS18B20〔寄生電源，不需要外接電源。DS18B2064DS18B20備或機(jī)器的溫度治理系統(tǒng)以及工藝治理和掌握系統(tǒng)。腳。在寄生電源時(shí)，V必需接地。DD腳。在寄生電源時(shí)，V必需接地。DD8-PIN5SOIC*TO-921符號(hào)GND說(shuō)明接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。一條引腳，當(dāng)使用寄生電源時(shí)，也給設(shè)備供電。33VDDV選擇外接電源引DD2-4DS18B202-1，2-5、2-6。64ROM2器用來(lái)儲(chǔ)存溫度傳感器的數(shù)字輸出。另外，中間結(jié)果暫存供給1H

和T〕和1字節(jié)配置存放器。配置L9、10、11和12位，由使用者調(diào)整，相對(duì)應(yīng)的最小溫度轉(zhuǎn)化量為0.5℃、0.125℃0.0625℃12THT〔EEPROM，當(dāng)關(guān)閉電源后，L數(shù)據(jù)照舊保存。DS18B20Dallas行總線聯(lián)絡(luò)。由于全部傳感器通過(guò)一個(gè)三態(tài)或開(kāi)路漏極端口在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微處理器〔主設(shè)備〕使用傳感器唯一的序列碼區(qū)分傳感器，并安排地址。DS18B20通過(guò)DQ〔C，pp當(dāng)總線為低電位時(shí)，它向設(shè)備供電。這種從單總線中獲得電源的DS18B20也可以由外部電源通過(guò)Vss口供電。2-5有外接電源時(shí)連線接法2-6無(wú)外接電源時(shí)連線接法紅外測(cè)溫儀工作原理反射的以及透過(guò)的能量會(huì)聚到探測(cè)器上。測(cè)溫儀的電子元件將此信息轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)并顯示在測(cè)溫儀的顯示面板上。操作方法瞄準(zhǔn)。顯示面板英文字母HOLD消滅，且測(cè)溫儀將保存讀數(shù)7秒種。假設(shè)消滅電池圖標(biāo)，則表示電池電壓低。留意事項(xiàng)測(cè)溫儀均需避開(kāi)以下?tīng)顩r：電焊和感應(yīng)加熱器引起的電磁場(chǎng)〔EMF〕靜電〔由于環(huán)境溫度變化太大或突然變化引起，使用前30分鐘的時(shí)間進(jìn)展恒定〕不要將測(cè)溫儀靠近或放在高溫物體上MT系列紅外測(cè)溫儀主要性能參數(shù)型號(hào)型號(hào)MT4放射率預(yù)置0.95溫度區(qū)分率0.2℃距離系數(shù)8：1溫度范圍-18～275℃-1～275℃，±2%或±2℃精度-18～-1℃，±3℃重復(fù)性讀數(shù)的±2%或±2℃響應(yīng)時(shí)間500毫秒工作環(huán)溫范圍0～50℃尺寸/重量152×101×38毫米／227克五、試驗(yàn)步驟、方法及留意事項(xiàng)車(chē)床溫升后，主軸中心線在空間的位置發(fā)生了變化，為了測(cè)出主軸中心線的偏移量，在檢驗(yàn)棒上選取近軸點(diǎn)和遠(yuǎn)軸點(diǎn)，以測(cè)定主軸中心線在其垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)的偏移量。因此應(yīng)在機(jī)床2-7所示的安裝位置，在檢驗(yàn)棒上進(jìn)展測(cè)量。兩次千分表所測(cè)得的讀數(shù)差就是中心線的偏移量。2-7檢驗(yàn)棒和千分表安裝位置位置。留意在主軸端與檢驗(yàn)棒上應(yīng)作出符號(hào)標(biāo)記。具體試驗(yàn)步驟如下：號(hào)標(biāo)記記出兩者原始的位置。2—5所示。將溜板移至測(cè)量位置(近軸點(diǎn)和遠(yuǎn)軸點(diǎn))，千分表觸頭要靠緊檢、c點(diǎn)，然后將表針對(duì)“0b、d點(diǎn)，并登記讀數(shù)，然后移開(kāi)溜板。記錄室溫，翻開(kāi)主軸箱蓋，用紅外測(cè)溫儀順次測(cè)量各熱源(主)2—2內(nèi)。主軸以最高轉(zhuǎn)速空車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)。每隔半小時(shí)(最初幾次可每隔l0min)，停車(chē)后翻開(kāi)箱蓋，測(cè)量各熱源的溫度(要求每次測(cè)量的挨次和測(cè)量點(diǎn)的位置力求全都)2—2內(nèi)。a、cb，d位置，登記各點(diǎn)千分表表