㈠ 十機架連軋機分部傳動直流調速系統設計
第四章 機械原理實驗
第一節 機構運動簡圖測繪實驗
一,實驗目的
1.學會繪制機構運動簡圖的原理和方法.
2.驗證和鞏固機構自由度計算及機構具有確定運動條件等知識.
二,實驗設備及工具
1.縫紉機頭或各種機構模型.
2.鉛筆,直尺,文具及圖紙等.
三,實驗原理及方法
1.機構運動簡圖
機構運動簡圖是研究機構結構分析,運動分析,動力學不可缺少的一種簡單圖形,它表達機構的整體和局部的結構型式,在機械設計初期用以表達設計方案和進行必要的尺寸計算.
由於機構的運動狀態僅與組成機構的構件數目及連接這些構件間的運動副種類和數目及相對 置有關,故可拋開構件復雜的外形,材質和運動副的具體結構用簡單的線條和規定的符號(見表4-1)代表每一個構件和運動副,並按著一定的比例尺准確地將實際機構的運動特徵表達出來,這種簡單的圖形即為機構運動簡圖.
2.測繪方法及步驟
(1)機構運動分析,判別運動副種類.
使機構緩慢運動,仔細觀察機構運動情況.從原動件(連架桿之一)開始,首先判定它與機架之間運動副種類,依次判斷與其相連構件之間運動副種類,直到最終運動輸出構件(亦為連架構件)為止,從而確定組成機構的構件數目,運動副的種類和數量以及連接順序.
(2)合理選擇視圖平面
視圖平面的選擇以最能清楚表達組成機構的構件數量,運動副種類和數量以及各構件間相對運動關系為原則.對平面機構,一般選擇平行於各點運動平面的平面為視圖平面,也可選擇與該平面垂直的平面作為視圖平面.
(3)選擇適當比例尺
選擇機構運動中適當位置並令其停止不動,認真測量各運動副間的距離(構件尺寸),機械工程中常用長度比例尺定義如下:
表4-1 繪制機構運動簡圖常用符號
式中 LAB為構件實際長度,m.
lab為圖上線段長度,mm.
根據構件實際長度和圖紙的尺寸確定合理的比例尺μL,使簡圖與圖紙比例適中.
(4)繪制運動簡圖
計算出各運動副間圖紙上長度,即:
畫出各運動副相對位置,用線條連接各運動副,即得機構運動簡圖(機構運動瞬時各構件位置圖).
機械工程設計中,沒有按准確比例尺畫出的機構運動簡圖稱為機構示意圖,由於作圖簡單,亦能基本表達機構的結構和運動情況,故常用機構示意圖代替機構運動簡圖.
(5)計算機構自由度
根據下面公式計算機構自由度
式中 n為活動構件數;
PL為低副數(移動或轉動副);
PH為高副數.
四,實驗報告要求
1.縫紉機頭機構運動簡圖測繪.
(1)各專用機構運動簡圖和計算.
(2)縫紉機頭總的機構示意圖
2.其它機構運動簡圖
學生在各種機構模型中任選5個以上機構,並畫出機構運動簡圖,格式參考專用機構運動簡圖和計算.
3.思考題
(1)正確的機構運動簡圖應說明那些內容
(2)原動件在繪制機構運動簡圖時的位置為什麼可以任意選定
(3)機構自由度的意義是什麼,原動件數目與機構自由度數的關系如何
第二節 齒輪范成原理實驗
一,實驗目的
1.掌握用范成法加工漸開線齒輪的切齒原理.
2.了解漸開線標准齒輪產生根切現象的原因和避免根切的方法.
3.分析比較漸開線標准齒輪和變位(正)齒輪齒形的異同點.
二,實驗設備及工具
1.齒輪范成儀.
2.圓規,比例尺,鉛筆,剪刀等文具.
3.圓圖紙,Φmin=260mm.
三,實驗原理及方法
1.范成法切齒原理
范成法是加工漸開線齒廓最常用的方法之一.可以用一把刀具加工出模數,壓力角相同而齒數不同的標准和各種變位齒輪齒廓且加工精度高.
范成法是利用一對齒輪互相嚙合時其共軛齒廓互為包絡線的原理來加工齒廓的.加工時,刀具與齒坯之間的運動和一對齒輪(齒條)嚙合傳動相同即保持著固定傳動比的同時(嚙合傳動),刀具還沿著齒坯軸線作切削運動.這樣得到的齒廓就是刀具在各個位置的包絡線,刀具齒廓為漸開線(直線)則其包絡線必為漸開線,標准刀具的節圓(節線)與齒坯分度圓相切時即切出標准齒輪齒廓.由於實際加工時看不到刀具在各個位置形成包絡線的過程,通過齒輪范成儀,用鉛筆將刀具刀刃各瞬時位置描繪在圖紙上,這樣就可清楚地觀察到范成法形成齒廓的全過程.
2.齒輪范成儀
范成儀的工作原理如圖4-1所示,圓盤1繞軸心O 轉動,刀具2利用圓螺母4和托板3固聯,圓盤1的背面固聯一齒輪與與托板3上的齒條相嚙合.當托板3在機架導軌上水平移動時,圓盤1相對托板3轉動,完成范成運動.刀具2參數為:α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25.
當刀具中線與齒坯分度圓相切時即可切制出標准漸開線齒廓,移動刀具用鉛筆依次描下刀具瞬時位置,即可包絡出齒廓.
四,實驗步驟
要求切制 z=10的兩個齒輪,其中標准齒輪與正變位(不根切)齒輪各一個.
1.繪制標准齒輪(x=0)z=10
(1)齒坯製作
已知α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25;z=10;cos20°=0.94,計算下面數據.
分度圓直徑:d=mz=
齒頂圓直徑:da=d+2ha* m=
齒根圓直徑:df =d-2hf =d-2(ha*+ c*)m=
基圓直徑:db = dcosα=
中心孔直徑:Φ=40mm,Dmax=265mm
(2)將齒坯固定在范成儀上.
(3)對刀,調整刀具位置使其中線恆與齒坯分度圓相切.
(4)范成齒廓.
將刀具推向一邊極限位置依次移動刀具(每次不超過1mm)並用鉛筆描出刀具各瞬時位置,要求范成出2-3個以上完成的齒形即可.
(5)測量分度圓齒厚S和齒間e並與計算值比較.
(6)觀察根切現象.
2.繪制變位齒輪(不根切)z=10
(1)計算變位(移距)系數x和移距X.
標准齒輪:zmin=17
取:x=
則移距X=xm=
(2)分度圓,基圓,齒頂圓,齒根圓尺寸.
分度圓:d=mz=
基 圓:db=dcosα=
齒頂圓:da=d+2ha*m+2z =d+2ha*m+2xm=
齒根圓:df=d-2hf+2xm=
(3)首先對刀,使刀具中線與分度圓相切;松開刀具固定旋扭使刀具中線遠離分度圓X=xm,將刀具推向一邊依次移動刀具,用鉛筆描出刀具瞬時位置,刀具包絡出2-3個完整齒形.
(4)測量分度圓齒厚S和齒間e並與標准齒輪比較.
(5)比較標准齒形與正變位齒形的異同點.
3.繪制負變位齒輪(選作)
五,實驗報告要求
1.齒條刀具的主要參數
模數:m;齒廓角:α;齒頂高系數:ha*;徑向間隙系數c*.
2.分別計算標准齒輪和變位齒輪的尺寸參數並填入表格.
3.思考題
(1)用范成法加工齒輪時齒廓曲線是如何形成的.
(2)試比較標准齒輪與正變位齒輪的齒形有什麼不同,並分析其原因.
(3)影響根切的因素有哪些,在加工齒輪時如何避免根切現象.
(4)簡述正變位齒輪特點.
第三節 齒輪參數測定實驗
一,實驗目的
1.掌握測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法.
2.鞏固並熟悉齒輪的各部尺寸的名稱,參數及漸開線性質.
二,實驗設備及工具
1.各種齒輪(奇數齒,偶數齒,標准齒輪,變位齒輪均有).
2.游標卡尺.
3.文具,紙張等.
三,實驗原理和方法
漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數有:齒數z;模數m;分度圓壓力角;齒頂高系數;徑向間隙系數,和變位系數x.除了齒數z可直接查出外其餘均需測量計算,圓整而知.
1.確定模數m(或徑節Dp)和分度圓壓力角
我們採用測基圓齒距加查表的方法一次確定m和.
測量原理如圖4-2所示,由漸開線性質,漸開線的法線恆切於基圓,其長度等於基圓上兩漸開線起點間的弧長跨n個齒的公法線與跨(n+1)個齒的公法線,僅短一個基圓齒距pb,為了保證卡腳與齒廓的漸開線部分相切,對不同齒數規定跨齒數n(表4-2).
若卡尺跨n個齒,其公法線長度為
同理,若卡尺跨n+1個齒,其公法線長度則應為
所以
表4-2 跨齒數n
z
12~18
19~27
28~36
37~45
46~54
55~63
64~72
73~81
n
2
3
4
5
6
7
8
9
又因
所以
雖然m和都已標准化了,但壓力角除20°外尚有其它值,故應分別代入,算出其相應的模數,其數值最接近於標准值的一組和m,即為所求的值.否則應按徑節制計算.
根據測得的基圓齒距pb,利用表4-3可直接查出與測量結果相等或相近的m(或DP)和值.
2.確定變位系數
由前面公式知
又由漸開線性質知,基圓齒厚
由此得
注:若求得x小於1%則認為該齒輪為標准齒輪.
3.確定齒頂高系數,和徑向間隙系數c*
這兩個系數與齒頂圓直徑da 和齒根圓直徑df 有關,測量齒頂圓,齒根圓直徑,即為關鍵.對於尺寸不太大的偶數齒齒輪可用卡尺直接測量,而對於奇數齒則採用轉化法間接測量.
又因為
則
表4-3 基圓齒距的數值
模數m
徑節Dp
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
9
1.
11
12
13
14
15
16
18
20
22
25
28
30
33
36
40
45
50
25.400
20.320
16.933
14.514
12.700
11.289
10.160
9.236
8.467
7.815
7.257
6.773
6.350
5.644
5.080
4.618
4.233
3.908
3.629
3.175
2.822
2.540
2.309
2.117
1.954
1.814
1.693
1.588
1.411
1.270
1.155
1.016
0.907
0.847
0.770
0.651
0.635
0.564
0.508
2.902
3.682
4.354
5.079
5.805
6.530
7.256
7.982
8.707
9.433
10.159
10.884
11.610
13.016
14.512
15.963
17.415
18.866
20.317
23.220
26.122
29.024
31.927
34.829
37.732
40.634
43.537
46.439
52.244
58.049
63.584
72.561
81.278
87.07
95.787
104.487
116.098
130.61
145.12
2.952
3.690
4.428
5.166
5.904
6.642
7.380
8.118
8.856
9.594
10.332
11.071
11.808
13.258
14.761
16.237
17.713
19.189
20.665
23.617
26.569
29.512
32.473
35.426
38.378
41.330
44.282
47.234
53.138
59.043
64.947
73.803
82.660
88.564
97.419
106.278
118.086
132.85
147.61
3.053
3.793
4.552
5.310
6.069
6.828
7.586
8.345
9.104
9.862
10.621
11.379
12.138
13.655
15.173
16.690
18.207
19.724
21.242
24.276
27.311
30.345
33.380
36.414
39.449
42.484
45.518
48.553
54.622
60.691
66.760
75.864
84.968
91.04
100.14
109.242
121.38
136.55
151.73
3.014
3.817
4.562
5.323
6.080
6.843
7.604
8.363
9.125
9.885
10.645
11.406
12.166
13.687
15.208
16.728
18.249
19.770
21.291
24.332
27.374
30.415
33.457
36.498
39.540
42.581
45.623
48.665
54.748
60.831
66.914
76.038
85.162
91.25
100.371
109.494
121.66
136.87
152.08
按國家標准值圓整,正常齒:,
短齒:,
四,實驗步驟
1.任選兩個齒數(奇數,偶數各一個)查出齒數z1,z2.
2.分別測出ln,ln+1,,要求每一組尺寸均測三次取其平均值作為測量結果.
3.分別計算查表確定,,,,,,,,,並進行必要的圓整處理.
五,實驗報告要求
1.確定模數和分度圓壓力角
2.測定齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df
分別選擇偶數齒和奇數齒實驗.
3.齒輪其它參數確定和尺寸計算
(1)變位系數.
(2)齒頂高系數.
(3)徑向間隙系數.
4.思考題
(1)決定齒廓形狀的參數有哪些
(2)測量時卡尺的卡腳若放在漸開線齒廓的不同位置上對測量的ln,ln+1有無影響,為什麼
(3)齒輪的哪些誤差會影響到本實驗的測量精度
第四節 剛性轉子動平衡實驗
一,實驗目的
1.掌握用動平衡機對剛性轉子進行動平衡的原理和方法.
2.鞏固所學過的轉子動平衡的理論知識.
二,實驗設備和工具
1.閃光式動平衡機.
2.實驗用轉子.
三,實驗原理及方法
1.剛性轉子動平衡
轉子在運轉中產生的不平衡慣性力系將在運動副中產生附加的周期變化的動壓力,對機械的正常工作和使用壽命以至周圍機械工作,廠房建築都會產生到影響甚至破壞,因此,必須設法將構件不平衡慣性力加以消除或減小,即進行機械平衡,由平衡理論可知,對於任何動不平衡的剛性轉子,無論其具有多少個偏心質量,以及分布於多少個回轉平面內,只要在選定的兩個平衡基面內分別各加上或者除去一個適當的平衡質量,即可得到完全平衡,即動平衡(雙面平衡)後靜平衡自然滿足.
2.閃光式動平衡實驗機
實驗機如圖4-3和圖4-4所示,主要由主機和操作箱兩部分組成.主機上有能夠水平擺動的左右兩個支承座2,每個支承座的兩端各有一個鋼支承板與之相固接,而鋼支承板5的另一端固接在底座6上,構成能水平擺動的硬支承.每個支承座都可以利用搬把來"鎖住"或"放開".被測的回轉件水平地放在這兩個支承座的支承處(V型槽中),回轉件通過傳動帶由電機帶動其轉動(傳動帶及電機在圖中未示出)來進行動平衡實驗.感測器1與支承座相連,用來測取振動信號;閃光燈4用來測讀回轉件的不平衡"重點"或"輕點"的方位.感測器和閃光燈的電路均安裝在操作箱內.
圖4-3 主機 圖4-4 操作箱
1―感測器;2―支承座;3―回轉件 8―電源開關;9―"重""輕"點轉換撥鈕;
4―閃光燈;5―支承板;6―底座; 10―微安表; 11―微安表量程調節鈕;
7―不平衡質點; 12―電源指示燈;13―"左","右"轉換撥鈕;
14―衰減調節
3.工作原理
回轉件(實驗件)3,其兩端各具有一個軸頸和一個校正面.兩個軸頸放在兩個支承座2的V型槽中(兩個支承座的V型槽要求平行和同軸).兩個校正面在回轉體兩側的最外端,它們的外圓上刻有等距的順序數(或均勻的刻度),可以用來識別"重點"或"輕點"的方位.當回轉件旋轉時,由於它存在不平衡質點7(進行教學實驗時,可以在實驗用的回轉件的校正平面上人為地加上―定的不平衡重量.顯然,在這種情況下,不平衡重量的方位就是"重點"的方位,而與其相反(相位差180°)的方位就是"輕點"的方位),就產生不平衡離心力,並作用到支承座上.由於回轉件是旋轉的,不平衡離心力將會作用在支承座各圓周方向上,但實驗機的機構限制了支承座在其它各方向的運動,只允許由兩個鋼支承板5支承的支承座2在水平方嚮往復擺動,從而便於對回轉件進行動平衡實驗.
支承座2與感測器1相連,當回轉件轉動時,由於存在不平衡而使支承座擺動,感測器將感受到振動信號,並通過電子線路,一方面在微安表上指示出反映不平衡量大小的微安數,另一方面又分出一路信號,這路信號可用轉換撥鈕9將相應"重點"和"輕點"的相位差為180°信號進行倒相處理,再通過波形轉換和微分處理,使信號成為窄脈沖去觸發閃光發光管4閃光.發光管的閃光照射到校正面外圓上的順序數字或刻度上,由於閃光與支承座振動同步,用人眼觀察時就可以看到似乎停止不動的數字或刻度,這數字和刻度的方位也就是要測定的"重點"或"輕點"的方位.測"重點"時,操作箱上的撥鈕9拔向"重"一側,測"輕點"時則撥向"輕"一側.
測定了"輕","重"的方位後,可以在"輕"點方位的半徑上(最好在最大半徑處的凹槽內)試加一定質量的象皮泥來配重.然後,再開機進行動平衡實驗,可以看到微安表的讀數會比配重前有所減小.再反復配重和動平衡測驗,直到微安表指示達到最小值,就可以認為回轉件已校正到動平衡的要求.
四,實驗步驟
1.實驗前,檢查機械傳動部分是否靈活,在兩軸頸處各滴2-3滴潤滑油.
2.在回轉件的兩個校正平面的任一個半徑上各加一個適當重物(即加入人為的不平衡重量).
3.先讓左端的支承座放開,而將右端的支承座鎖住.
4.接上電源,打開操作箱上的電源開關8,回轉件旋轉.轉換撥鈕13撥向"左".
5.轉動量程調整旋鈕11,使微安表10的電流指示值在60～80μA.如超量程,可適當衰減.
6.將閃光燈4水平地對准在左側支承座一側的回轉體校正面的外徑圓柱面上(刻有順序數或刻度的表面上),將操作箱上的轉換撥鈕9撥向"輕"的一側.這時即可從閃光燈照射處讀到"輕點"的方位指示.同時,記下微安表讀數.
7.關閉電源開關8,用適量橡皮泥在"輕"點方位的半徑上試配重.
8.再次打開電源開關,開動動平衡實驗機,觀察微安表指示.一般情況下,微安表的讀數會有所降低,但還沒有達到動平衡要求.
9.重復上述6～8各步驟,經過多次配重到微安表指示達到最小值.這時,回轉件左端達到了動平衡要求.
10.放開右端支承座,鎖住左端支承座.
11.重復上述4～9各步驟,使回轉件的右端也達到動平衡要求.
12.至此,回轉件的動平衡實驗即告完成.
五,實驗報告要求
1.簡述左(右)平衡基面平衡過程.
2.思考題
(1)何為動平衡,哪些構件需要進行動平衡
(2)平衡基面如何選擇
第五節 凸輪廓線檢測實驗
一,實驗目的
1.掌握凸輪廓線檢測的原理和方法.
2.鞏固和加深凸輪基本理論.
二,實驗設備及工具
1.凸輪廓線檢測儀.
2.被檢測齒輪.
三,實驗原理和方法
1.檢測儀組成
凸輪廓線檢測儀由機械分度頭,大量程百分表,橫移座,縱移座和工作台等主要部分組成.如圖4-5所示.
被測凸輪由FW-100機械分度頭帶動下轉動並讀取角度.分度頭定數為40,分度手柄轉數n=40/z,z為工件所需的等分數.如利用分度盤上54孔的孔盤,分度手柄轉過一個孔(相當於n=1/54)則工件的等分數z=40×54=2160,即轉過10′.
百分表用來指示凸輪極徑或從動桿位移,量程為30mm,刻度值0.01mm.百分表測桿的端部有不同形式的結構:平底,尖頂,小滾子Φ20mm,大滾子Φ30mm等.
橫向絲桿能調整橫向座的位置,改變導路位置以分別為對心和偏心凸輪機構.調整范圍為±20mm.
其餘絲杠分別調整百分表架高度,以適應不同尺寸(徑向,軸向)凸輪的檢測.
2.檢測原理
凸輪廓線檢測原理一般分為兩類,一是檢測凸輪廓線極坐標圖,二是檢測出凸輪廓線所決定的從動桿位移曲線.
檢測凸輪廓線極坐標圖,無論什麼形式從動桿的盤狀齒輪,一律按對心尖頂直動從動桿盤狀齒輪機構原理進行.通常把極軸取在齒輪廓線上開始有位移點的極徑處,用分度頭帶動凸輪轉動並指示極角,用大量程百分表指示極徑的變化,再利用已知直徑的檢測棒或心軸或塊規就可得出凸輪廓線的極徑值.
檢測凸輪機構的位移曲線就比較復雜了,因為從動件的位移不僅取決於凸輪實際廓線,還與偏心距,從動件結構形狀,滾子半徑大小都有關.只有對心尖頂直動從動件盤狀凸輪機構位移變化量與廓線極徑變化量相等,凸輪轉角與廓線轉角相等,檢測位移曲線與檢測極坐標圖一樣進行.其它形式的凸輪機構,從動桿位移與凸輪廓線極徑,凸輪轉角和廓線極角,檢測位移曲線與檢測極坐標圖等完全不同.上述這些就是凸輪廓線檢測基本原理.
3.實驗內容
(1)用小滾子測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動件位移.
(2)用尖頂測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測凸輪極坐標圖.
(3)用小滾子測頭按偏置直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移,偏距e=5mm.
(4)用大滾子測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移.
(5)用平底測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移.
為了計算和繪圖方便,測頭(從動桿)在起始位置時百分表讀數置零.從動桿起始位置是測頭與凸輪實際基圓段端點接觸時位置,此時從動桿處於最低位置.將測頭對心安裝,藉助尺寸已知的標准圓盤,心軸或塊規可以測得極徑及基圓半徑的尺寸.
四,實驗步驟
1.安裝找正凸輪,使凸輪軸線與分度頭主軸軸線重合.
2.把百分表裝上小滾子測頭,並調整偏距為零.轉動凸輪找到測量起始位置,旋轉百分表刻度盤將指針置零,再通過標准心軸或塊規測此位置的極徑絕對尺寸――凸輪實際基圓半徑,此基園半徑也可事先測好給出.
3.轉動凸輪,每隔,測一次從動桿位移.
4.將測頭移向操作者方向,調偏心距e為5mm,按偏置直動從動桿原理測從動桿位移.
5.換尖頂測頭,按對心原理測從動桿位移.
6.將測頭換成大滾子,按對心原理測從動桿位移.
7.將測頭換成平底,按對心原理測從動桿位移.
五,實驗報告要求
1.凸輪試件原始數據
凸輪轉向,理論基圓半徑,大滾子半徑,小滾子半徑,升程推程運動角,遠休止角,回程運動角,近休止角,偏心距.
2.記錄測量數據.
3.思考題
(1)測凸輪極坐標圖和測位移有什麼不同,畫出凸輪實際廓線極坐標圖.
(2)擺動從動桿盤狀凸輪的極坐標圖如何檢測
第六節 機械運動參數測試實驗
一,實驗目的
1.通過實驗,了解位移,速度,加速度的測定方法;角位移,角速度,角加速度的測定方法.
2.通過實驗,初步了解"MEC-B機械動態參數測試儀"及光電脈沖編碼器,同步脈沖發生器(或稱角度感測器)的基本原理,並掌握它們的使用方法.
3.通過比較理論運動線圖與實測運動線圖的差異,並分析其原因,增加對速度,角速度,特別是加速度,角加速度的感性認識.
4.比較曲柄搖桿機構與曲柄滑塊機構的性能差別.
二,實驗設備
1.機械動態參數測試儀.
2.曲柄滑塊擺桿組合機構.
三,實驗原理和方法
實驗系統如圖4-6所示,各組成部分說明如下:
1.實驗機構
測試機構為曲柄滑塊機構及曲柄導桿機構(也可採用其他各類實驗機構),其原動力採用直流調速電機,電機轉速可在0~3600r/min范圍作無級調速,機構的曲柄轉速為0~120r/min.
圖4-7所示為實驗機構的簡圖,利用固接在作往復運動的滑塊上齒條推動與齒輪固接的光電脈沖編碼器,輸出與滑塊位移相當的脈沖信號,經測試儀處理後將可得到滑塊的位移,速度及加速度.圖4-7(a)為曲柄滑決機構的結構形式;圖4-7(b)為曲柄導桿機構的結構形式.
2.MEC-B機械動態參數測試儀
MEC-B機械動態參數測試儀的外形結構如圖4-8所示.
測試儀主體的整個測試系統的原理框圖如圖4-9所示.
在實驗機構的運動過程中,滑塊的往復移動通過光電脈沖編碼器轉換出具有一定頻率(頻
率與滑塊往復速度成正比)的兩路脈沖,接入測試儀數字通道由計數器計數.也可採用接模擬感測器,將滑塊位移轉換為電壓值,按入測試儀模擬通道,通過A/D轉換口轉變為數字量.
圖4-7實驗機構簡圖
(a)曲柄滑決機構 (b)曲柄導桿機構
l―同步脈沖發生器;2―蝸輪減速器;3―曲柄;4―連桿;5―電機;6―滑塊;
7―齒輪;8―光電脈沖編碼器;9―導塊;10―導桿
圖4-8 機械動態參數測試儀的外型結構
(a)測試儀的正面結構 (b)測試儀的背面結構
測試儀具有內觸發和外觸發兩種采樣方式.當採用內觸發方式時,可編程定時器按操作者所置入的采樣周期要求輸出定時觸發脈沖;同時微處理器輸出相應的切換控制信號,通過電子開關對鎖存器或采樣保持器發出定時觸發信號,將當前計數器的計數值或模擬感測器的輸出電壓值保持.經過一定延時,由可編程並行口或A/D轉換讀入微處理器中,並按一定的格式存貯在機內RAM區中.若採用外觸發方式,可通過同步脈沖發生器將機構曲柄的角位移信號轉換為相應的觸發脈沖,並通過電子開關切換發出采樣觸發信號.利用測試儀的外觸發采樣功能,可獲得以機構主軸角度變化為橫坐標的機構運動線圖.
機構的速度,加速度數值由位移經數值微分和濾波得到.
測試系統測試結果不但可以以曲線形式輸出,還可以直接列印出各點數值.
圖4-9 測試系統的原理框圖
3.光電脈沖編碼器
光電脈沖編碼器又稱增量式光電編碼器,它是採用圓光柵通過光電轉換成電脈沖信號的器件.它由燈泡,聚光透鏡,光電盤,光欄板,光敏管和光電整形放大電路組成.光電盤和光欄板是用玻璃材料經研磨,拋光製成.如圖4-10所示.
在光電盤3上用照相腐蝕法製成有一組徑向光柵,而光欄板4上有兩組透光條紋.每組透光條紋後都有一個光敏管,它們與光電盤透光條紋的重合性差1/4周期.光源發出的光線經聚光燈聚光後,發出平行光.當主軸帶動光電盤3一起轉動時,光敏管5就接收到光線亮,暗變化信號,引起光敏管所通過的電流發生變化,輸出兩路相位差90°的近似正弦波信號,它們經放大,整形後得到兩路相位差90°的主波d和d′.d路信號經微分後加到兩個相位相反的方波信號,分別送到與非門剩下的兩個輸入端作為門控信號,與非門的輸出端即為光電脈沖編碼器的信號輸出端,可與雙時鍾可逆計數的加,減觸發端相連.當編碼器轉向為正時(如順時針),微分器取出d的前沿A,與非門1打開,輸出一負脈沖,計數器作累加計數;當轉向為負時,微分器取出d的另一前沿B,與非門2打開,輸出一負脈沖,計數器作減計數.某一時刻計數器的計數值,即表示該時刻光電盤(即主軸)相對與光敏管位置的角位移量,如圖4-11,圖4-12所示.
四,實驗步驟
1.滑塊位移,速度,加速度測量
(l)將四色繪圖儀接入測試儀後面插座,打開CRT電源開關,啟動面板電源開關,數碼管顯示"P",適當調整CRT亮度與對比度.若環境溫度超過30℃,應打開風扇開關.
圖4-11 光電脈沖編碼器電路原理圖
圖4-12 光電脈沖編碼器電路各點信號波形
(2)調整同步脈沖發生器接頭與分度盤位置,使分度碟片插入同步脈沖發生器探頭的槽
內.撥動聯軸器上分度盤轉動,每轉2°探頭上的綠色指示燈閃爍一次,每轉一圈紅燈閃爍一次.
(3)將光電編碼器輸出5芯插頭及同步脈沖發生器輸出插頭分別插入測試儀5通道及9通道插座,在LED數碼顯示器上鍵入0055T1T2(T1T2×0.1ms,即代表采樣周期,T1T2為01~99間任一整數).
若採用外觸發(即定角度)采樣方式,則鍵入0455T1(T1= l~5分別表示觸發角度每次為2°).
(4)啟動機構,在機構電源接通前應將電機調速電位器逆時針旋轉至最低速位置,然後在接通電源,並順時針轉動調速電位器,使轉速逐漸加速至所需值(否則易燒斷保險絲,甚至損壞調速器),待機構運轉正常後,按EXEC鍵,儀器進入采樣狀態.采樣結束後,在CRT顯示屏上顯示位移變化曲線.采樣結束後先將電機調速至"零"速,然後關閉機構電機,按MON鍵退出采樣狀態.
①鍵入005555.
②主機調速到某一轉數.
③按EXEC鍵.
④主機調速到零.
⑤按MON鍵.
⑥鍵入4050.5.
⑦按EXEC鍵.
⑧按MON鍵.
⑨鍵入5052.
⑩按EXEC鍵.
儀器對通道已採集的位移數據進行數值微分,濾波,標定等處理,待處理結束後CRT顯示屏上顯示位移,速度和加速度變化曲線及有關特徵值數據.
(5)列印.
按PRINT鍵,即可將屏幕內容拷貝到列印機紙上.列印結束後,按MON鍵,退出當前狀態.
2.角位移,角速度,角加速度測量
本實驗以曲柄為測試對象,其步驟如下:
(1)同步脈沖發生器調整,方法同實驗步驟l(2).
(2)將轉接線的5芯航空插頭插入測試儀第6通道,另一頭插入J1.鍵入0066T1T2(定義同前),後按EXEC鍵.
①鍵入006666.
②主機調速到某一速度.
③EXEC.
④主機調速到零.
⑤MON.
⑥鍵入4062.0.
⑦EXEC.
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第四章 機械原理實驗
第一節 機構運動簡圖測繪實驗
一,實驗目的
1.學會繪制機構運動簡圖的原理和方法.
2.驗證和鞏固機構自由度計算及機構具有確定運動條件等知識.
二,實驗設備及工具
1.縫紉機頭或各種機構模型.
2.鉛筆,直尺,文具及圖紙等.
三,實驗原理及方法
1.機構運動簡圖
機構運動簡圖是研究機構結構分析,運動分析,動力學不可缺少的一種簡單圖形,它表達機構的整體和局部的結構型式,在機械設計初期用以表達設計方案和進行必要的尺寸計算.
由於機構的運動狀態僅與組成機構的構件數目及連接這些構件間的運動副種類和數目及相對 置有關,故可拋開構件復雜的外形,材質和運動副的具體結構用簡單的線條和規定的符號(見表4-1)代表每一個構件和運動副,並按著一定的比例尺准確地將實際機構的運動特徵表達出來,這種簡單的圖形即為機構運動簡圖.
2.測繪方法及步驟
(1)機構運動分析,判別運動副種類.
使機構緩慢運動,仔細觀察機構運動情況.從原動件(連架桿之一)開始,首先判定它與機架之間運動副種類,依次判斷與其相連構件之間運動副種類,直到最終運動輸出構件(亦為連架構件)為止,從而確定組成機構的構件數目,運動副的種類和數量以及連接順序.
(2)合理選擇視圖平面
視圖平面的選擇以最能清楚表達組成機構的構件數量,運動副種類和數量以及各構件間相對運動關系為原則.對平面機構,一般選擇平行於各點運動平面的平面為視圖平面,也可選擇與該平面垂直的平面作為視圖平面.
(3)選擇適當比例尺
選擇機構運動中適當位置並令其停止不動,認真測量各運動副間的距離(構件尺寸),機械工程中常用長度比例尺定義如下:
表4-1 繪制機構運動簡圖常用符號
式中 LAB為構件實際長度,m.
lab為圖上線段長度,mm.
根據構件實際長度和圖紙的尺寸確定合理的比例尺μL,使簡圖與圖紙比例適中.
(4)繪制運動簡圖
計算出各運動副間圖紙上長度,即:
畫出各運動副相對位置,用線條連接各運動副,即得機構運動簡圖(機構運動瞬時各構件位置圖).
機械工程設計中,沒有按准確比例尺畫出的機構運動簡圖稱為機構示意圖,由於作圖簡單,亦能基本表達機構的結構和運動情況,故常用機構示意圖代替機構運動簡圖.
(5)計算機構自由度
根據下面公式計算機構自由度
式中 n為活動構件數;
PL為低副數(移動或轉動副);
PH為高副數.
四,實驗報告要求
1.縫紉機頭機構運動簡圖測繪.
(1)各專用機構運動簡圖和計算.
(2)縫紉機頭總的機構示意圖
2.其它機構運動簡圖
學生在各種機構模型中任選5個以上機構,並畫出機構運動簡圖,格式參考專用機構運動簡圖和計算.
3.思考題
(1)正確的機構運動簡圖應說明那些內容
(2)原動件在繪制機構運動簡圖時的位置為什麼可以任意選定
(3)機構自由度的意義是什麼,原動件數目與機構自由度數的關系如何
第二節 齒輪范成原理實驗
一,實驗目的
1.掌握用范成法加工漸開線齒輪的切齒原理.
2.了解漸開線標准齒輪產生根切現象的原因和避免根切的方法.
3.分析比較漸開線標准齒輪和變位(正)齒輪齒形的異同點.
二,實驗設備及工具
1.齒輪范成儀.
2.圓規,比例尺,鉛筆,剪刀等文具.
3.圓圖紙,Φmin=260mm.
三,實驗原理及方法
1.范成法切齒原理
范成法是加工漸開線齒廓最常用的方法之一.可以用一把刀具加工出模數,壓力角相同而齒數不同的標准和各種變位齒輪齒廓且加工精度高.
范成法是利用一對齒輪互相嚙合時其共軛齒廓互為包絡線的原理來加工齒廓的.加工時,刀具與齒坯之間的運動和一對齒輪(齒條)嚙合傳動相同即保持著固定傳動比的同時(嚙合傳動),刀具還沿著齒坯軸線作切削運動.這樣得到的齒廓就是刀具在各個位置的包絡線,刀具齒廓為漸開線(直線)則其包絡線必為漸開線,標准刀具的節圓(節線)與齒坯分度圓相切時即切出標准齒輪齒廓.由於實際加工時看不到刀具在各個位置形成包絡線的過程,通過齒輪范成儀,用鉛筆將刀具刀刃各瞬時位置描繪在圖紙上,這樣就可清楚地觀察到范成法形成齒廓的全過程.
2.齒輪范成儀
范成儀的工作原理如圖4-1所示,圓盤1繞軸心O 轉動,刀具2利用圓螺母4和托板3固聯,圓盤1的背面固聯一齒輪與與托板3上的齒條相嚙合.當托板3在機架導軌上水平移動時,圓盤1相對托板3轉動,完成范成運動.刀具2參數為:α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25.
當刀具中線與齒坯分度圓相切時即可切制出標准漸開線齒廓,移動刀具用鉛筆依次描下刀具瞬時位置,即可包絡出齒廓.
四,實驗步驟
要求切制 z=10的兩個齒輪,其中標准齒輪與正變位(不根切)齒輪各一個.
1.繪制標准齒輪(x=0)z=10
(1)齒坯製作
已知α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25;z=10;cos20°=0.94,計算下面數據.
分度圓直徑:d=mz=
齒頂圓直徑:da=d+2ha* m=
齒根圓直徑:df =d-2hf =d-2(ha*+ c*)m=
基圓直徑:db = dcosα=
中心孔直徑:Φ=40mm,Dmax=265mm
(2)將齒坯固定在范成儀上.
(3)對刀,調整刀具位置使其中線恆與齒坯分度圓相切.
(4)范成齒廓.
將刀具推向一邊極限位置依次移動刀具(每次不超過1mm)並用鉛筆描出刀具各瞬時位置,要求范成出2-3個以上完成的齒形即可.
(5)測量分度圓齒厚S和齒間e並與計算值比較.
(6)觀察根切現象.
2.繪制變位齒輪(不根切)z=10
(1)計算變位(移距)系數x和移距X.
標准齒輪:zmin=17
取:x=
則移距X=xm=
(2)分度圓,基圓,齒頂圓,齒根圓尺寸.
分度圓:d=mz=
基 圓:db=dcosα=
齒頂圓:da=d+2ha*m+2z =d+2ha*m+2xm=
齒根圓:df=d-2hf+2xm=
(3)首先對刀,使刀具中線與分度圓相切;松開刀具固定旋扭使刀具中線遠離分度圓X=xm,將刀具推向一邊依次移動刀具,用鉛筆描出刀具瞬時位置,刀具包絡出2-3個完整齒形.
(4)測量分度圓齒厚S和齒間e並與標准齒輪比較.
(5)比較標准齒形與正變位齒形的異同點.
3.繪制負變位齒輪(選作)
五,實驗報告要求
1.齒條刀具的主要參數
模數:m;齒廓角:α;齒頂高系數:ha*;徑向間隙系數c*.
2.分別計算標准齒輪和變位齒輪的尺寸參數並填入表格.
3.思考題
(1)用范成法加工齒輪時齒廓曲線是如何形成的.
(2)試比較標准齒輪與正變位齒輪的齒形有什麼不同,並分析其原因.
(3)影響根切的因素有哪些,在加工齒輪時如何避免根切現象.
(4)簡述正變位齒輪特點.
第三節 齒輪參數測定實驗
一,實驗目的
1.掌握測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法.
2.鞏固並熟悉齒輪的各部尺寸的名稱,參數及漸開線性質.
二,實驗設備及工具
1.各種齒輪(奇數齒,偶數齒,標准齒輪,變位齒輪均有).
2.游標卡尺.
3.文具,紙張等.
三,實驗原理和方法
漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數有:齒數z;模數m;分度圓壓力角;齒頂高系數;徑向間隙系數,和變位系數x.除了齒數z可直接查出外其餘均需測量計算,圓整而知.
1.確定模數m(或徑節Dp)和分度圓壓力角
我們採用測基圓齒距加查表的方法一次確定m和.
測量原理如圖4-2所示,由漸開線性質,漸開線的法線恆切於基圓,其長度等於基圓上兩漸開線起點間的弧長跨n個齒的公法線與跨(n+1)個齒的公法線,僅短一個基圓齒距pb,為了保證卡腳與齒廓的漸開線部分相切,對不同齒數規定跨齒數n(表4-2).
若卡尺跨n個齒,其公法線長度為
同理,若卡尺跨n+1個齒,其公法線長度則應為
所以
表4-2 跨齒數n
z
12~18
19~27
28~36
37~45
46~54
55~63
64~72
73~81
n
2
3
4
5
6
7
8
9
又因
所以
雖然m和都已標准化了,但壓力角除20°外尚有其它值,故應分別代入,算出其相應的模數,其數值最接近於標准值的一組和m,即為所求的值.否則應按徑節制計算.
根據測得的基圓齒距pb,利用表4-3可直接查出與測量結果相等或相近的m(或DP)和值.
2.確定變位系數
由前面公式知
又由漸開線性質知,基圓齒厚
由此得
注:若求得x小於1%則認為該齒輪為標准齒輪.
3.確定齒頂高系數,和徑向間隙系數c*
這兩個系數與齒頂圓直徑da 和齒根圓直徑df 有關,測量齒頂圓,齒根圓直徑,即為關鍵.對於尺寸不太大的偶數齒齒輪可用卡尺直接測量,而對於奇數齒則採用轉化法間接測量.
又因為
則
表4-3 基圓齒距的數值
模數m
徑節Dp
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
9
1.
11
12
13
14
15
16
18
20
22
25
28
30
33
36
40
45
50
25.400
20.320
16.933
14.514
12.700
11.289
10.160
9.236
8.467
7.815
7.257
6.773
6.350
5.644
5.080
4.618
4.233
3.908
3.629
3.175
2.822
2.540
2.309
2.117
1.954
1.814
1.693
1.588
1.411
1.270
1.155
1.016
0.907
0.847
0.770
0.651
0.635
0.564
0.508
2.902
3.682
4.354
5.079
5.805
6.530
7.256
7.982
8.707
9.433
10.159
10.884
11.610
13.016
14.512
15.963
17.415
18.866
20.317
23.220
26.122
29.024
31.927
34.829
37.732
40.634
43.537
46.439
52.244
58.049
63.584
72.561
81.278
87.07
95.787
104.487
116.098
130.61
145.12
2.952
3.690
4.428
5.166
5.904
6.642
7.380
8.118
8.856
9.594
10.332
11.071
11.808
13.258
14.761
16.237
17.713
19.189
20.665
23.617
26.569
29.512
32.473
35.426
38.378
41.330
44.282
47.234
53.138
59.043
64.947
73.803
82.660
88.564
97.419
106.278
118.086
132.85
147.61
3.053
3.793
4.552
5.310
6.069
6.828
7.586
8.345
9.104
9.862
10.621
11.379
12.138
13.655
15.173
16.690
18.207
19.724
21.242
24.276
27.311
30.345
33.380
36.414
39.449
42.484
45.518
48.553
54.622
60.691
66.760
75.864
84.968
91.04
100.14
109.242
121.38
136.55
151.73
3.014
3.817
4.562
5.323
6.080
6.843
7.604
8.363
9.125
9.885
10.645
11.406
12.166
13.687
15.208
16.728
18.249
19.770
21.291
24.332
27.374
30.415
33.457
36.498
39.540
42.581
45.623
48.665
54.748
60.831
66.914
76.038
85.162
91.25
100.371
109.494
121.66
136.87
152.08
按國家標准值圓整,正常齒:,
短齒:,
四,實驗步驟
1.任選兩個齒數(奇數,偶數各一個)查出齒數z1,z2.
2.分別測出ln,ln+1,,要求每一組尺寸均測三次取其平均值作為測量結果.
3.分別計算查表確定,,,,,,,,,並進行必要的圓整處理.
五,實驗報告要求
1.確定模數和分度圓壓力角
2.測定齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df
分別選擇偶數齒和奇數齒實驗.
3.齒輪其它參數確定和尺寸計算
(1)變位系數.
(2)齒頂高系數.
(3)徑向間隙系數.
4.思考題
(1)決定齒廓形狀的參數有哪些
(2)測量時卡尺的卡腳若放在漸開線齒廓的不同位置上對測量的ln,ln+1有無影響,為什麼
(3)齒輪的哪些誤差會影響到本實驗的測量精度
第四節 剛性轉子動平衡實驗
一,實驗目的
1.掌握用動平衡機對剛性轉子進行動平衡的原理和方法.
2.鞏固所學過的轉子動平衡的理論知識.
二,實驗設備和工具
1.閃光式動平衡機.
2.實驗用轉子.
三,實驗原理及方法
1.剛性轉子動平衡
轉子在運轉中產生的不平衡慣性力系將在運動副中產生附加的周期變化的動壓力,對機械的正常工作和使用壽命以至周圍機械工作,廠房建築都會產生到影響甚至破壞,因此,必須設法將構件不平衡慣性力加以消除或減小,即進行機械平衡,由平衡理論可知,對於任何動不平衡的剛性轉子,無論其具有多少個偏心質量,以及分布於多少個回轉平面內,只要在選定的兩個平衡基面內分別各加上或者除去一個適當的平衡質量,即可得到完全平衡,即動平衡(雙面平衡)後靜平衡自然滿足.
2.閃光式動平衡實驗機
實驗機如圖4-3和圖4-4所示,主要由主機和操作箱兩部分組成.主機上有能夠水平擺動的左右兩個支承座2,每個支承座的兩端各有一個鋼支承板與之相固接,而鋼支承板5的另一端固接在底座6上,構成能水平擺動的硬支承.每個支承座都可以利用搬把來"鎖住"或"放開".被測的回轉件水平地放在這兩個支承座的支承處(V型槽中),回轉件通過傳動帶由電機帶動其轉動(傳動帶及電機在圖中未示出)來進行動平衡實驗.感測器1與支承座相連,用來測取振動信號;閃光燈4用來測讀回轉件的不平衡"重點"或"輕點"的方位.感測器和閃光燈的電路均安裝在操作箱內.
圖4-3 主機 圖4-4 操作箱
1―感測器;2―支承座;3―回轉件 8―電源開關;9―"重""輕"點轉換撥鈕;
4―閃光燈;5―支承板;6―底座; 10―微安表; 11―微安表量程調節鈕;
7―不平衡質點; 12―電源指示燈;13―"左","右"轉換撥鈕;
14―衰減調節
3.工作原理
回轉件(實驗件)3,其兩端各具有一個軸頸和一個校正面.兩個軸頸放在兩個支承座2的V型槽中(兩個支承座的V型槽要求平行和同軸).兩個校正面在回轉體兩側的最外端,它們的外圓上刻有等距的順序數(或均勻的刻度),可以用來識別"重點"或"輕點"的方位.當回轉件旋轉時,由於它存在不平衡質點7(進行教學實驗時,可以在實驗用的回轉件的校正平面上人為地加上―定的不平衡重量.顯然,在這種情況下,不平衡重量的方位就是"重點"的方位,而與其相反(相位差180°)的方位就是"輕點"的方位),就產生不平衡離心力,並作用到支承座上.由於回轉件是旋轉的,不平衡離心力將會作用在支承座各圓周方向上,但實驗機的機構限制了支承座在其它各方向的運動,只允許由兩個鋼支承板5支承的支承座2在水平方嚮往復擺動,從而便於對回轉件進行動平衡實驗.
支承座2與感測器1相連,當回轉件轉動時,由於存在不平衡而使支承座擺動,感測器將感受到振動信號,並通過電子線路,一方面在微安表上指示出反映不平衡量大小的微安數,另一方面又分出一路信號,這路信號可用轉換撥鈕9將相應"重點"和"輕點"的相位差為180°信號進行倒相處理,再通過波形轉換和微分處理,使信號成為窄脈沖去觸發閃光發光管4閃光.發光管的閃光照射到校正面外圓上的順序數字或刻度上,由於閃光與支承座振動同步,用人眼觀察時就可以看到似乎停止不動的數字或刻度,這數字和刻度的方位也就是要測定的"重點"或"輕點"的方位.測"重點"時,操作箱上的撥鈕9拔向"重"一側,測"輕點"時則撥向"輕"一側.
測定了"輕","重"的方位後,可以在"輕"點方位的半徑上(最好在最大半徑處的凹槽內)試加一定質量的象皮泥來配重.然後,再開機進行動平衡實驗,可以看到微安表的讀數會比配重前有所減小.再反復配重和動平衡測驗,直到微安表指示達到最小值,就可以認為回轉件已校正到動平衡的要求.
四,實驗步驟
1.實驗前,檢查機械傳動部分是否靈活,在兩軸頸處各滴2-3滴潤滑油.
2.在回轉件的兩個校正平面的任一個半徑上各加一個適當重物(即加入人為的不平衡重量).
3.先讓左端的支承座放開,而將右端的支承座鎖住.
4.接上電源,打開操作箱上的電源開關8,回轉件旋轉.轉換撥鈕13撥向"左".
5.轉動量程調整旋鈕11,使微安表10的電流指示值在60～80μA.如超量程,可適當衰減.
6.將閃光燈4水平地對准在左側支承座一側的回轉體校正面的外徑圓柱面上(刻有順序數或刻度的表面上),將操作箱上的轉換撥鈕9撥向"輕"的一側.這時即可從閃光燈照射處讀到"輕點"的方位指示.同時,記下微安表讀數.
7.關閉電源開關8,用適量橡皮泥在"輕"點方位的半徑上試配重.
8.再次打開電源開關,開動動平衡實驗機,觀察微安表指示.一般情況下,微安表的讀數會有所降低,但還沒有達到動平衡要求.
9.重復上述6～8各步驟,經過多次配重到微安表指示達到最小值.這時,回轉件左端達到了動平衡要求.
10.放開右端支承座,鎖住左端支承座.
11.重復上述4～9各步驟,使回轉件的右端也達到動平衡要求.
12.至此,回轉件的動平衡實驗即告完成.
五,實驗報告要求
1.簡述左(右)平衡基面平衡過程.
2.思考題
(1)何為動平衡,哪些構件需要進行動平衡
(2)平衡基面如何選擇
第五節 凸輪廓線檢測實驗
一,實驗目的
1.掌握凸輪廓線檢測的原理和方法.
2.鞏固和加深凸輪基本理論.
二,實驗設備及工具
1.凸輪廓線檢測儀.
2.被檢測齒輪.
三,實驗原理和方法
1.檢測儀組成
凸輪廓線檢測儀由機械分度頭,大量程百分表,橫移座,縱移座和工作台等主要部分組成.如圖4-5所示.
被測凸輪由FW-100機械分度頭帶動下轉動並讀取角度.分度頭定數為40,分度手柄轉數n=40/z,z為工件所需的等分數.如利用分度盤上54孔的孔盤,分度手柄轉過一個孔(相當於n=1/54)則工件的等分數z=40×54=2160,即轉過10′.
百分表用來指示凸輪極徑或從動桿位移,量程為30mm,刻度值0.01mm.百分表測桿的端部有不同形式的結構:平底,尖頂,小滾子Φ20mm,大滾子Φ30mm等.
橫向絲桿能調整橫向座的位置,改變導路位置以分別為對心和偏心凸輪機構.調整范圍為±20mm.
其餘絲杠分別調整百分表架高度,以適應不同尺寸(徑向,軸向)凸輪的檢測.
2.檢測原理
凸輪廓線檢測原理一般分為兩類,一是檢測凸輪廓線極坐標圖,二是檢測出凸輪廓線所決定的從動桿位移曲線.
檢測凸輪廓線極坐標圖,無論什麼形式從動桿的盤狀齒輪,一律按對心尖頂直動從動桿盤狀齒輪機構原理進行.通常把極軸取在齒輪廓線上開始有位移點的極徑處,用分度頭帶動凸輪轉動並指示極角,用大量程百分表指示極徑的變化,再利用已知直徑的檢測棒或心軸或塊規就可得出凸輪廓線的極徑值.
檢測凸輪機構的位移曲線就比較復雜了,因為從動件的位移不僅取決於凸輪實際廓線,還與偏心距,從動件結構形狀,滾子半徑大小都有關.只有對心尖頂直動從動件盤狀凸輪機構位移變化量與廓線極徑變化量相等,凸輪轉角與廓線轉角相等,檢測位移曲線與檢測極坐標圖一樣進行.其它形式的凸輪機構,從動桿位移與凸輪廓線極徑,凸輪轉角和廓線極角,檢測位移曲線與檢測極坐標圖等完全不同.上述這些就是凸輪廓線檢測基本原理.
3.實驗內容
(1)用小滾子測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動件位移.
(2)用尖頂測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測凸輪極坐標圖.
(3)用小滾子測頭按偏置直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移,偏距e=5mm.
(4)用大滾子測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移.
(5)用平底測頭按對心直動從動桿盤狀凸輪機構原理測從動桿位移.
為了計算和繪圖方便,測頭(從動桿)在起始位置時百分表讀數置零.從動桿起始位置是測頭與凸輪實際基圓段端點接觸時位置,此時從動桿處於最低位置.將測頭對心安裝,藉助尺寸已知的標准圓盤,心軸或塊規可以測得極徑及基圓半徑的尺寸.
四,實驗步驟
1.安裝找正凸輪,使凸輪軸線與分度頭主軸軸線重合.
2.把百分表裝上小滾子測頭,並調整偏距為零.轉動凸輪找到測量起始位置,旋轉百分表刻度盤將指針置零,再通過標准心軸或塊規測此位置的極徑絕對尺寸――凸輪實際基圓半徑,此基園半徑也可事先測好給出.
3.轉動凸輪,每隔,測一次從動桿位移.
4.將測頭移向操作者方向,調偏心距e為5mm,按偏置直動從動桿原理測從動桿位移.
5.換尖頂測頭,按對心原理測從動桿位移.
6.將測頭換成大滾子,按對心原理測從動桿位移.
7.將測頭換成平底,按對心原理測從動桿位移.
五,實驗報告要求
1.凸輪試件原始數據
凸輪轉向,理論基圓半徑,大滾子半徑,小滾子半徑,升程推程運動角,遠休止角,回程運動角,近休止角,偏心距.
2.記錄測量數據.
3.思考題
(1)測凸輪極坐標圖和測位移有什麼不同,畫出凸輪實際廓線極坐標圖.
(2)擺動從動桿盤狀凸輪的極坐標圖如何檢測
第六節 機械運動參數測試實驗
一,實驗目的
1.通過實驗,了解位移,速度,加速度的測定方法;角位移,角速度,角加速度的測定方法.
2.通過實驗,初步了解"MEC-B機械動態參數測試儀"及光電脈沖編碼器,同步脈沖發生器(或稱角度感測器)的基本原理,並掌握它們的使用方法.
3.通過比較理論運動線圖與實測運動線圖的差異,並分析其原因,增加對速度,角速度,特別是加速度,角加速度的感性認識.
4.比較曲柄搖桿機構與曲柄滑塊機構的性能差別.
二,實驗設備
1.機械動態參數測試儀.
2.曲柄滑塊擺桿組合機構.
三,實驗原理和方法
實驗系統如圖4-6所示,各組成部分說明如下:
1.實驗機構
測試機構為曲柄滑塊機構及曲柄導桿機構(也可採用其他各類實驗機構),其原動力採用直流調速電機,電機轉速可在0~3600r/min范圍作無級調速,機構的曲柄轉速為0~120r/min.
圖4-7所示為實驗機構的簡圖,利用固接在作往復運動的滑塊上齒條推動與齒輪固接的光電脈沖編碼器,輸出與滑塊位移相當的脈沖信號,經測試儀處理後將可得到滑塊的位移,速度及加速度.圖4-7(a)為曲柄滑決機構的結構形式;圖4-7(b)為曲柄導桿機構的結構形式.
2.MEC-B機械動態參數測試儀
MEC-B機械動態參數測試儀的外形結構如圖4-8所示.
測試儀主體的整個測試系統的原理框圖如圖4-9所示.
在實驗機構的運動過程中,滑塊的往復移動通過光電脈沖編碼器轉換出具有一定頻率(頻率與滑塊往復速度成正比)的兩路脈沖,接入測試儀數字通道由計數器計數.也可採用接模擬感測器,將滑塊位移轉換為電壓值,按入測試儀模擬通道,通過A/D轉換口轉變為數字量.
圖4-7實驗機構簡圖
(a)曲柄滑決機構 (b)曲柄導桿機構
l―同步脈沖發生器;2―蝸輪減速器;3―曲柄;4―連桿;5―電機;6―滑塊; 7―齒輪;8―光電脈沖編碼器;9―導塊;10―導桿 圖4-8 機械動態參數測試儀的外型結構
(a)測試儀的正面結構 (b)測試儀的背面結構
測試儀具有內觸發和外觸發兩種采樣方式.當採用內觸發方式時,可編程定時器按操作者所置入的采樣周期要求輸出定時觸發脈沖;同時微處理器輸出相應的切換控制信號,通過電子開關對鎖存器或采樣保持器發出定時觸發信號,將當前計數器的計數值或模擬感測器的輸出電壓值保持.經過一定延時,由可編程並行口或A/D轉換讀入微處理器中,並按一定的格式存貯在機內RAM區中.若採用外觸發方式,可通過同步脈沖發生器將機構曲柄的角位移信號轉換為相應的觸發脈沖,並通過電子開關切換發出采樣觸發信號.利用測試儀的外觸發采樣功能,可獲得以機構主軸角度變化為橫坐標的機構運動線圖.
機構的速度,加速度數值由位移經數值微分和濾波得到.
測試系統測試結果不但可以以曲線形式輸出,還可以直接列印出各點數值.
圖4-9 測試系統的原理框圖
3.光電脈沖編碼器
光電脈沖編碼器又稱增量式光電編碼器,它是採用圓光柵通過光電轉換成電脈沖信號的器件.它由燈泡,聚光透鏡,光電盤,光欄板,光敏管和光電整形放大電路組成.光電盤和光欄板是用玻璃材料經研磨,拋光製成.如圖4-10所示.
在光電盤3上用照相腐蝕法製成有一組徑向光柵,而光欄板4上有兩組透光條紋.每組透光條紋後都有一個光敏管,它們與光電盤透光條紋的重合性差1/4周期.光源發出的光線經聚光燈聚光後,發出平行光.當主軸帶動光電盤3一起轉動時,光敏管5就接收到光線亮,暗變化信號,引起光敏管所通過的電流發生變化,輸出兩路相位差90°的近似正弦波信號,它們經放大,整形後得到兩路相位差90°的主波d和d′.d路信號經微分後加到兩個相位相反的方波信號,分別送到與非門剩下的兩個輸入端作為門控信號,與非門的輸出端即為光電脈沖編碼器的信號輸出端,可與雙時鍾可逆計數的加,減觸發端相連.當編碼器轉向為正時(如順時針),微分器取出d的前沿A,與非門1打開,輸出一負脈沖,計數器作累加計數;當轉向為負時,微分器取出d的另一前沿B,與非門2打開,輸出一負脈沖,計數器作減計數.某一時刻計數器的計數值,即表示該時刻光電盤(即主軸)相對與光敏管位置的角位移量,如圖4-11,圖4-12所示.