机械系统设计课程实验指导书-

课程试验指导书(机械系统设计课程组编制)2023年试验一 传动系统的空载功率测定〔两学时〕一、试验目的了解传动系统空载功率损失在机床主电机功率中所占的比重。了解机床传动系统的安排和构造设计对空载功率损耗的影响。把握机床传动系统空载功率的测定方法和仪器的使用。二、试验内容测量机床电机空转时的空载功率。功率。功率。下的空载功率。三、试验原理Pc外，还消Pi和机床有了切削负载Pa。用公式表示为P=Pc+Pi+Pa式中P——机床电机功率(kw)；(kw)；Pi——机床传动系统的空载功率(kw)；Pa——载荷附加功率(kw)。Pc的切削条件从工艺手册中查到，或用简化后的切削力计算公式依据切削用量进展计算求得。耗功率。它随切削功率的增加而增大。用公式表示为PPacP c

——机床传动链的总机械效率。 …; 1 2 3,,——为主传动链内的各传动副的机械效率。1 2 2中全部运动零件的机械摩擦损耗功率，包括导轨、油封、摩擦离合器磨擦片等。差等所引起的附加摩擦。件的种类、尺寸大小、浸油深度、油的粘度、温度和传动件的转速。的功率。假设机床的电机同时带动主传动系统和进给传动系统(如卧式车床)，则机床传动系统的总空载功率Pi=Pmi + Pji式中Pi(kw)；Pmi——机床主传动系统空载功率(kw)；Pji ——进给传动系统空载功率(kw)。装配质量和润滑油的性质等有关。即传动件越多、转速越高、带和轴承等的预紧力越大、装配质量越差，则空载功率越大。床直接确定其空载功率，准确牢靠。四、试验设备和仪器(CA6140C620—1型)。WB2P412R有功功率变送器一台。WB2P412RRV、I输入，0~5V确定值输出的三相三线有功功率变送器。该变送器承受高速数字采集和同步数据快速处理技术，保证了电流电压的有效值变换、进而实现了有功功率的准确测量。变送器与现场信号完全隔离，能适于简单环境的有功功率的测量应用。变送器外形尺寸图〔单位：mm〕变送器的引脚定义及接线〔俯视〕1~10引脚输入，关心电11~17连接，接线原理及信号定义见图二。35100351008811810114-3.5图1-1 R型外型及安装尺寸1-2三相三线有功功率变送器接线主要技术指标精度等级：0.5输入标称A：≤500、≤5A输出标称D：V=0~5Vz输入频响：40HZ~70HZ响应时间：<399ms线性范围：7. V：20%~125% 标称值8. I：1%~125% 标称值9. C：0.1〔滞后〕~1~0.1〔超前〕负载力量：5mA输入阻抗：V

≥10 Ri=Vⅹ1KΩ/V I≈0X X X210倍标称值13. 关心电源：R1：+12V/R4：+24静态功耗：600mw隔离耐压：2500VDC/1分钟温度漂移：≤0.2%〔额定输出〕留意事项变送器的关心电源等级和极性切不行插错，否则将损坏变送器。跌落。变送器必需严格依据引脚定义使用、其他引脚不能作它用。本产品内部未设置防雷电路，当传感器的输出、输入导线暴露于室外环境时，请留意实行防雷措施。五、试验的步骤、方法和留意事项试验前的预备工作为了保证人身、设备安全和试验顺当地进展，试验前应作如下预备工作：生疏机床传动系统和操纵手柄的位置与作用，把握机床的操作方法。了解仪器的性能及使用方法，检查仪器量程是否满足要求。作好试验人员的分工、各负其责。试验步骤、方法接线依据试验设备，依据接线图进展接线。阅读电机空载功率〔Pe〕的仪表指示。测量时，在切断电源的状况下，先将电机上的v带全部卸下，再启动电机运转。待仪表指针稳定后，读取电动机空载运转时的仪表指示格数。空运转装上电机至主轴箱的全部V带，让机床主传动系统空运转10~20min后，再进展测量。由高至低适级转变主轴转速，每换一次转速测量如下三个数值，并分别记在试验报告中。测量机床传动系统总空载功率〔Pi〕的仪表指示数。此时进给系统选取一般进给中较高一级进给量的传动路线。测量机床主传动系统空载功率(Pm)路线。测量脱开主轴时主变速系统空载功率(Pd)的仪表指示数。测量时，应在主传动系统中距主轴最近处脱开传动联系，使主轴部件停顿运动。由于本试验选用CA6l4024级，因此需共测24组上述三个数值。试验中应留意事项接线和拆线时，必需先将电源刀闸拉开，切断机床总电源，以保证人身安全。接好线后，必需反复检查有无导线虚接或接错现象，确实无误后，方可接通电源进展试验。测量仪器必需预先调整好足够的量程范围。在进展读数时，力求每次在一样状况下读取(即在指针稳定后读数肯定的平均值读数)。

六、试验数据的处理依据试验记录，应完成以下试验数据处理的工作：Pe(kw)；Pd(kw)；Pm(kw)；m d 24PPPm d 24组数据。对每组经换算的空载功率作以下计算，并记入表1-2中：f m 计算主轴部件在各级主轴转速下的空载功率P＝P—Pf m mPj＝Pi—P。m对每组经换算的空载功率，作以下百分比计算，并记入表中：用(Pf )100%计算各级主轴转速下主轴部件空载功率Pi所占百分数。用(PjPi)100% 主轴转速下进给系统空载功率所占百分数。七、思考题(分段)的现象？空载功率随主轴转速上升呈什么趋势？为什么。断开主轴与接通主轴，为什么空载功率的差值较大?如何？说明白什么问题？八、试验报告班级 姓名 试验日期1-11-2中的各项内容。表1-1 空载功率测定仪表指示读数记录接通进给接通主轴脱开主轴主轴部件进给系统主轴所占百分比进给所占百分比Pi(kw)Pm(kw)Pd(kw)Pf=Pm-Pd(kw)Pj=Pi-Pm(kw)(Pf/Pi)×100%(Pj/Pi)100%×主轴转速〔r/min〕备注〕，分别以主传动系在图1-3主轴转速〔r/min〕备注1-3主轴转速与空载功率关系曲线对机床传动系统的设计有哪些指导意义？试验二温度对机械系统的影响〔两学时〕一、试验目的的状况，以及分析各热源对加工精度的影响。了解、分析削减机床热变形的措施。生疏把握测定机床温度场分布和热变形的方法。的处理方法。二、试验内容测定卧式车床主轴箱温升后主轴中心线在空间位置的变化。测定主轴箱及床身的温度场。理方法。三、试验原理以分为两大类：即内部热源和外部热源。其中内部热源包括机床的传动件(如电动机、轴承、齿轮副、离合器、导轨副和液压系统等)()的变化和各种热辐射()的影响。但热源的热量本身并不直接产生变形，只有当热源的热通过热传导、对流和辐射等传热方式(在机床上，传热的主要方式是热传导)向外传热，使机床各部件产生温升，形成温度差以后，才会消灭热变形现象。示为T=ƒ〔x，y，z，t〕示为T机床上一般为不稳定温度场。布及其所产生的热量都是不均匀的，因此机床各个零部件的温升和热膨胀也就不均匀，从而转变了各运动部件的相对位置及其位移的轨迹，因此，影响加工精度；转变滑移面的间隙，降低油膜的承载力量，恶化机床的工作条件；由于工件升温，与测量工具的温度不同，影响了测量精度。热变形对自动机床和自动线以及高精度机床的影响更为严峻。不均匀的温度场将引起热变形，现以床身为例，如图2—1所L方向的温度是均匀的，而上、下部的温度不均匀，呈线性分布。温升前，该件外形如图中状如虚线所示。伸长虽很小，可以近似地认为CE≈CDLBF≈CE+2BC≈EF式中L——纵向热膨胀量。故BCEFL4DF BC所以，热变形弯曲量为

CDABL LDF

CDBC

2 4

LL因LLaT

AB H 8H式中T-——温升〔℃；

8H——--线膨胀系数〔℃-。变化较大，床身在主轴箱下部和导轨处的温度分布不同，主轴箱体也有热变形，因此，主轴中心经与床身导轨间热变形量是很难用计算法求出的。2-1热变形弯曲量计算图本试验是在车床主轴箱空运转条件下进展车床热变形和温度其主要缘由是：端的热膨胀量，使主轴中心线在垂直面内，以主轴箱垂直方向的定位面为基准，倾斜地向上上升。在水平面内以主轴箱侧向定位面为基准，向前偏移。溅搅拌后，形成一个热源，通过箱体底部传给床身，床身受热后变形，产生翘曲，使主轴箱在床身上的垂直方向定位基面和侧向2—2所示。综合变形量。2-2车床热变形示意图四、试验用设备和仪器卧式车床一台。红外测温仪一台及DALLAS18B20数个。(也可用非接触式电容测微仪或涡流测微仪)。检验棒一根。教学。仪器工作原则简介如下：DALLAS18B20特性：只需一个端口引线每个传感器仅有唯一一个64位序列码储存在ROM中不需扩展外部设备可从数据线获得电源，电压范围为3.0v---5.5v测量温度范围-55℃—+125℃〔-67℉—+257℉〕-10℃—+85℃时准确度为±0.5℃温度区分率选择范围为9—12位将温度模拟量转变为数字量所需时间仅为12ms报警温度可自行设定利用其报警功能，可以辨识出超过温度范围的设备DS1822图2-3外形及引脚说明图2-3外形及引脚说明DS18B20912DS18B20通过一条总线交换信息，即只需要一条数据线与微处理器相连。测温范围为-55℃—+125℃，-10℃—+85℃时准确度为±0.5℃DS18B20〔寄生电源，不需要外接电源。DS18B2064DS18B20备或机器的温度治理系统以及工艺治理和掌握系统。脚。在寄生电源时，V必需接地。DD脚。在寄生电源时，V必需接地。DD8-PIN5SOIC*TO-921符号GND说明接地42DQ数据输入/输出引脚。一条引脚，当使用寄生电源时，也给设备供电。33VDDV选择外接电源引DD2-4DS18B202-1，2-5、2-6。64ROM2器用来储存温度传感器的数字输出。另外，中间结果暂存供给1H

和T〕和1字节配置存放器。配置L9、10、11和12位，由使用者调整，相对应的最小温度转化量为0.5℃、0.125℃0.0625℃12THT〔EEPROM，当关闭电源后，L数据照旧保存。DS18B20Dallas行总线联络。由于全部传感器通过一个三态或开路漏极端口在这个总线系统中，微处理器〔主设备〕使用传感器唯一的序列码区分传感器，并安排地址。DS18B20通过DQ〔C，pp当总线为低电位时，它向设备供电。这种从单总线中获得电源的DS18B20也可以由外部电源通过Vss口供电。2-5有外接电源时连线接法2-6无外接电源时连线接法红外测温仪工作原理反射的以及透过的能量会聚到探测器上。测温仪的电子元件将此信息转换成温度读数并显示在测温仪的显示面板上。操作方法瞄准。显示面板英文字母HOLD消灭，且测温仪将保存读数7秒种。假设消灭电池图标，则表示电池电压低。留意事项测温仪均需避开以下状况：电焊和感应加热器引起的电磁场〔EMF〕静电〔由于环境温度变化太大或突然变化引起，使用前30分钟的时间进展恒定〕不要将测温仪靠近或放在高温物体上MT系列红外测温仪主要性能参数型号型号MT4放射率预置0.95温度区分率0.2℃距离系数8：1温度范围-18～275℃-1～275℃，±2%或±2℃精度-18～-1℃，±3℃重复性读数的±2%或±2℃响应时间500毫秒工作环温范围0～50℃尺寸/重量152×101×38毫米／227克五、试验步骤、方法及留意事项车床温升后，主轴中心线在空间的位置发生了变化，为了测出主轴中心线的偏移量，在检验棒上选取近轴点和远轴点，以测定主轴中心线在其垂直面内和水平面内的偏移量。因此应在机床2-7所示的安装位置，在检验棒上进展测量。两次千分表所测得的读数差就是中心线的偏移量。2-7检验棒和千分表安装位置位置。留意在主轴端与检验棒上应作出符号标记。具体试验步骤如下：号标记记出两者原始的位置。2—5所示。将溜板移至测量位置(近轴点和远轴点)，千分表触头要靠紧检、c点，然后将表针对“0b、d点，并登记读数，然后移开溜板。记录室温，翻开主轴箱盖，用红外测温仪顺次测量各热源(主)2—2内。主轴以最高转速空车运转。每隔半小时(最初几次可每隔l0min)，停车后翻开箱盖，测量各热源的温度(要求每次测量的挨次和测量点的位置力求全都)2—2内。a、cb，d位置，登记各点千分表表