A. 什么是自动化机床
自动化机床多指数控机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现柔性自动化最重要的环节，是发展柔性生产的基础。
包括数控冲床;数控转塔冲床;数控剪板机;数控机床;自动冲床;自动剪板机;自动送料系统;前定位数控送料机;自动机床;冲床的数控化升级和改造;折弯机的数控化升级和改造;剪板机的数控化升级和改造;全自动数控转塔冲床;数控送料系统;数控冲模回转压力机;数控多工位回转模冲床;多工位回转模数控冲床;剪不到手的数控剪板机;多冲模冲床;网孔冲压机;
《自动化机床故障浅析》论文
自动化机床是现代化企业进行生产的一种重要物质基础，是完成生产过程的重要技术手段，强化管理是关键，“防”与“治”的结合是解决数控机床“使用难、维修难”的唯一途径。
一、故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
1、询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。
2、现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
3、故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
4、确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。
5、排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
(1)直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
①询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
②目视总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
(2)仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
(3)信号与报警指示分析法
①硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
②软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。
(5)参数调整法数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。
(6)备件置换法当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。
(7)交叉换位法当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
(8)特殊处理法当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
二、电气维修与故障的排除
电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
1、电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。
2、数控系统位置环故障
①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
3、机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
4、机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
5、偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
摘 要：数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法十分重要。
关键词：数控机床 故障排除 分析
一、故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
1、询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。
2、现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
3、故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
4、确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。
5、排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
（1）直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
②目视总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
（2）仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
（3）信号与报警指示分析法
①硬件报警指示这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
②软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
（4）接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。
（5）参数调整法数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。
（6）备件置换法当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。
（7）交叉换位法当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
（8）特殊处理法当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
二、电气维修与故障的排除
电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
1、电源电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。 2、数控系统位置环故障
①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
3、机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。
4、机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
5、偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
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第四章 机械原理实验
第一节 机构运动简图测绘实验
一,实验目的
1.学会绘制机构运动简图的原理和方法.
2.验证和巩固机构自由度计算及机构具有确定运动条件等知识.
二,实验设备及工具
1.缝纫机头或各种机构模型.
2.铅笔,直尺,文具及图纸等.
三,实验原理及方法
1.机构运动简图
机构运动简图是研究机构结构分析,运动分析,动力学不可缺少的一种简单图形,它表达机构的整体和局部的结构型式,在机械设计初期用以表达设计方案和进行必要的尺寸计算.
由于机构的运动状态仅与组成机构的构件数目及连接这些构件间的运动副种类和数目及相对 置有关,故可抛开构件复杂的外形,材质和运动副的具体结构用简单的线条和规定的符号(见表4-1)代表每一个构件和运动副,并按着一定的比例尺准确地将实际机构的运动特征表达出来,这种简单的图形即为机构运动简图.
2.测绘方法及步骤
(1)机构运动分析,判别运动副种类.
使机构缓慢运动,仔细观察机构运动情况.从原动件(连架杆之一)开始,首先判定它与机架之间运动副种类,依次判断与其相连构件之间运动副种类,直到最终运动输出构件(亦为连架构件)为止,从而确定组成机构的构件数目,运动副的种类和数量以及连接顺序.
(2)合理选择视图平面
视图平面的选择以最能清楚表达组成机构的构件数量,运动副种类和数量以及各构件间相对运动关系为原则.对平面机构,一般选择平行于各点运动平面的平面为视图平面,也可选择与该平面垂直的平面作为视图平面.
(3)选择适当比例尺
选择机构运动中适当位置并令其停止不动,认真测量各运动副间的距离(构件尺寸),机械工程中常用长度比例尺定义如下:
表4-1 绘制机构运动简图常用符号
式中 LAB为构件实际长度,m.
lab为图上线段长度,mm.
根据构件实际长度和图纸的尺寸确定合理的比例尺μL,使简图与图纸比例适中.
(4)绘制运动简图
计算出各运动副间图纸上长度,即:
画出各运动副相对位置,用线条连接各运动副,即得机构运动简图(机构运动瞬时各构件位置图).
机械工程设计中,没有按准确比例尺画出的机构运动简图称为机构示意图,由于作图简单,亦能基本表达机构的结构和运动情况,故常用机构示意图代替机构运动简图.
(5)计算机构自由度
根据下面公式计算机构自由度
式中 n为活动构件数;
PL为低副数(移动或转动副);
PH为高副数.
四,实验报告要求
1.缝纫机头机构运动简图测绘.
(1)各专用机构运动简图和计算.
(2)缝纫机头总的机构示意图
2.其它机构运动简图
学生在各种机构模型中任选5个以上机构,并画出机构运动简图,格式参考专用机构运动简图和计算.
3.思考题
(1)正确的机构运动简图应说明那些内容
(2)原动件在绘制机构运动简图时的位置为什么可以任意选定
(3)机构自由度的意义是什么,原动件数目与机构自由度数的关系如何
第二节 齿轮范成原理实验
一,实验目的
1.掌握用范成法加工渐开线齿轮的切齿原理.
2.了解渐开线标准齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法.
3.分析比较渐开线标准齿轮和变位(正)齿轮齿形的异同点.
二,实验设备及工具
1.齿轮范成仪.
2.圆规,比例尺,铅笔,剪刀等文具.
3.圆图纸,Φmin=260mm.
三,实验原理及方法
1.范成法切齿原理
范成法是加工渐开线齿廓最常用的方法之一.可以用一把刀具加工出模数,压力角相同而齿数不同的标准和各种变位齿轮齿廓且加工精度高.
范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿廓的.加工时,刀具与齿坯之间的运动和一对齿轮(齿条)啮合传动相同即保持着固定传动比的同时(啮合传动),刀具还沿着齿坯轴线作切削运动.这样得到的齿廓就是刀具在各个位置的包络线,刀具齿廓为渐开线(直线)则其包络线必为渐开线,标准刀具的节圆(节线)与齿坯分度圆相切时即切出标准齿轮齿廓.由于实际加工时看不到刀具在各个位置形成包络线的过程,通过齿轮范成仪,用铅笔将刀具刀刃各瞬时位置描绘在图纸上,这样就可清楚地观察到范成法形成齿廓的全过程.
2.齿轮范成仪
范成仪的工作原理如图4-1所示,圆盘1绕轴心O 转动,刀具2利用圆螺母4和托板3固联,圆盘1的背面固联一齿轮与与托板3上的齿条相啮合.当托板3在机架导轨上水平移动时,圆盘1相对托板3转动,完成范成运动.刀具2参数为:α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25.
当刀具中线与齿坯分度圆相切时即可切制出标准渐开线齿廓,移动刀具用铅笔依次描下刀具瞬时位置,即可包络出齿廓.
四,实验步骤
要求切制 z=10的两个齿轮,其中标准齿轮与正变位(不根切)齿轮各一个.
1.绘制标准齿轮(x=0)z=10
(1)齿坯制作
已知α=20°;m=20mm;ha*=1;c* =0.25;z=10;cos20°=0.94,计算下面数据.
分度圆直径:d=mz=
齿顶圆直径:da=d+2ha* m=
齿根圆直径:df =d-2hf =d-2(ha*+ c*)m=
基圆直径:db = dcosα=
中心孔直径:Φ=40mm,Dmax=265mm
(2)将齿坯固定在范成仪上.
(3)对刀,调整刀具位置使其中线恒与齿坯分度圆相切.
(4)范成齿廓.
将刀具推向一边极限位置依次移动刀具(每次不超过1mm)并用铅笔描出刀具各瞬时位置,要求范成出2-3个以上完成的齿形即可.
(5)测量分度圆齿厚S和齿间e并与计算值比较.
(6)观察根切现象.
2.绘制变位齿轮(不根切)z=10
(1)计算变位(移距)系数x和移距X.
标准齿轮:zmin=17
取:x=
则移距X=xm=
(2)分度圆,基圆,齿顶圆,齿根圆尺寸.
分度圆:d=mz=
基 圆:db=dcosα=
齿顶圆:da=d+2ha*m+2z =d+2ha*m+2xm=
齿根圆:df=d-2hf+2xm=
(3)首先对刀,使刀具中线与分度圆相切;松开刀具固定旋扭使刀具中线远离分度圆X=xm,将刀具推向一边依次移动刀具,用铅笔描出刀具瞬时位置,刀具包络出2-3个完整齿形.
(4)测量分度圆齿厚S和齿间e并与标准齿轮比较.
(5)比较标准齿形与正变位齿形的异同点.
3.绘制负变位齿轮(选作)
五,实验报告要求
1.齿条刀具的主要参数
模数:m;齿廓角:α;齿顶高系数:ha*;径向间隙系数c*.
2.分别计算标准齿轮和变位齿轮的尺寸参数并填入表格.
3.思考题
(1)用范成法加工齿轮时齿廓曲线是如何形成的.
(2)试比较标准齿轮与正变位齿轮的齿形有什么不同,并分析其原因.
(3)影响根切的因素有哪些,在加工齿轮时如何避免根切现象.
(4)简述正变位齿轮特点.
第三节 齿轮参数测定实验
一,实验目的
1.掌握测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法.
2.巩固并熟悉齿轮的各部尺寸的名称,参数及渐开线性质.
二,实验设备及工具
1.各种齿轮(奇数齿,偶数齿,标准齿轮,变位齿轮均有).
2.游标卡尺.
3.文具,纸张等.
三,实验原理和方法
渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有:齿数z;模数m;分度圆压力角;齿顶高系数;径向间隙系数,和变位系数x.除了齿数z可直接查出外其余均需测量计算,圆整而知.
1.确定模数m(或径节Dp)和分度圆压力角
我们采用测基圆齿距加查表的方法一次确定m和.
测量原理如图4-2所示,由渐开线性质,渐开线的法线恒切于基圆,其长度等于基圆上两渐开线起点间的弧长跨n个齿的公法线与跨(n+1)个齿的公法线,仅短一个基圆齿距pb,为了保证卡脚与齿廓的渐开线部分相切,对不同齿数规定跨齿数n(表4-2).
若卡尺跨n个齿,其公法线长度为
同理,若卡尺跨n+1个齿,其公法线长度则应为
所以
表4-2 跨齿数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
虽然m和都已标准化了,但压力角除20°外尚有其它值,故应分别代入,算出其相应的模数,其数值最接近于标准值的一组和m,即为所求的值.否则应按径节制计算.
根据测得的基圆齿距pb,利用表4-3可直接查出与测量结果相等或相近的m(或DP)和值.
2.确定变位系数
由前面公式知
又由渐开线性质知,基圆齿厚
由此得
注:若求得x小于1%则认为该齿轮为标准齿轮.
3.确定齿顶高系数,和径向间隙系数c*
这两个系数与齿顶圆直径da 和齿根圆直径df 有关,测量齿顶圆,齿根圆直径,即为关键.对于尺寸不太大的偶数齿齿轮可用卡尺直接测量,而对于奇数齿则采用转化法间接测量.
又因为
则
表4-3 基圆齿距的数值
模数m
径节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
按国家标准值圆整,正常齿:,
短齿:,
四,实验步骤
1.任选两个齿数(奇数,偶数各一个)查出齿数z1,z2.
2.分别测出ln,ln+1,,要求每一组尺寸均测三次取其平均值作为测量结果.
3.分别计算查表确定,,,,,,,,,并进行必要的圆整处理.
五,实验报告要求
1.确定模数和分度圆压力角
2.测定齿顶圆直径da和齿根圆直径df
分别选择偶数齿和奇数齿实验.
3.齿轮其它参数确定和尺寸计算
(1)变位系数.
(2)齿顶高系数.
(3)径向间隙系数.
4.思考题
(1)决定齿廓形状的参数有哪些
(2)测量时卡尺的卡脚若放在渐开线齿廓的不同位置上对测量的ln,ln+1有无影响,为什么
(3)齿轮的哪些误差会影响到本实验的测量精度
第四节 刚性转子动平衡实验
一,实验目的
1.掌握用动平衡机对刚性转子进行动平衡的原理和方法.
2.巩固所学过的转子动平衡的理论知识.
二,实验设备和工具
1.闪光式动平衡机.
2.实验用转子.
三,实验原理及方法
1.刚性转子动平衡
转子在运转中产生的不平衡惯性力系将在运动副中产生附加的周期变化的动压力,对机械的正常工作和使用寿命以至周围机械工作,厂房建筑都会产生到影响甚至破坏,因此,必须设法将构件不平衡惯性力加以消除或减小,即进行机械平衡,由平衡理论可知,对于任何动不平衡的刚性转子,无论其具有多少个偏心质量,以及分布于多少个回转平面内,只要在选定的两个平衡基面内分别各加上或者除去一个适当的平衡质量,即可得到完全平衡,即动平衡(双面平衡)后静平衡自然满足.
2.闪光式动平衡实验机
实验机如图4-3和图4-4所示,主要由主机和操作箱两部分组成.主机上有能够水平摆动的左右两个支承座2,每个支承座的两端各有一个钢支承板与之相固接,而钢支承板5的另一端固接在底座6上,构成能水平摆动的硬支承.每个支承座都可以利用搬把来"锁住"或"放开".被测的回转件水平地放在这两个支承座的支承处(V型槽中),回转件通过传动带由电机带动其转动(传动带及电机在图中未示出)来进行动平衡实验.传感器1与支承座相连,用来测取振动信号;闪光灯4用来测读回转件的不平衡"重点"或"轻点"的方位.传感器和闪光灯的电路均安装在操作箱内.
图4-3 主机 图4-4 操作箱
1―传感器;2―支承座;3―回转件 8―电源开关;9―"重""轻"点转换拨钮;
4―闪光灯;5―支承板;6―底座; 10―微安表; 11―微安表量程调节钮;
7―不平衡质点; 12―电源指示灯;13―"左","右"转换拨钮;
14―衰减调节
3.工作原理
回转件(实验件)3,其两端各具有一个轴颈和一个校正面.两个轴颈放在两个支承座2的V型槽中(两个支承座的V型槽要求平行和同轴).两个校正面在回转体两侧的最外端,它们的外圆上刻有等距的顺序数(或均匀的刻度),可以用来识别"重点"或"轻点"的方位.当回转件旋转时,由于它存在不平衡质点7(进行教学实验时,可以在实验用的回转件的校正平面上人为地加上―定的不平衡重量.显然,在这种情况下,不平衡重量的方位就是"重点"的方位,而与其相反(相位差180°)的方位就是"轻点"的方位),就产生不平衡离心力,并作用到支承座上.由于回转件是旋转的,不平衡离心力将会作用在支承座各圆周方向上,但实验机的机构限制了支承座在其它各方向的运动,只允许由两个钢支承板5支承的支承座2在水平方向往复摆动,从而便于对回转件进行动平衡实验.
支承座2与传感器1相连,当回转件转动时,由于存在不平衡而使支承座摆动,传感器将感受到振动信号,并通过电子线路,一方面在微安表上指示出反映不平衡量大小的微安数,另一方面又分出一路信号,这路信号可用转换拨钮9将相应"重点"和"轻点"的相位差为180°信号进行倒相处理,再通过波形转换和微分处理,使信号成为窄脉冲去触发闪光发光管4闪光.发光管的闪光照射到校正面外圆上的顺序数字或刻度上,由于闪光与支承座振动同步,用人眼观察时就可以看到似乎停止不动的数字或刻度,这数字和刻度的方位也就是要测定的"重点"或"轻点"的方位.测"重点"时,操作箱上的拨钮9拔向"重"一侧,测"轻点"时则拨向"轻"一侧.
测定了"轻","重"的方位后,可以在"轻"点方位的半径上(最好在最大半径处的凹槽内)试加一定质量的象皮泥来配重.然后,再开机进行动平衡实验,可以看到微安表的读数会比配重前有所减小.再反复配重和动平衡测验,直到微安表指示达到最小值,就可以认为回转件已校正到动平衡的要求.
四,实验步骤
1.实验前,检查机械传动部分是否灵活,在两轴颈处各滴2-3滴润滑油.
2.在回转件的两个校正平面的任一个半径上各加一个适当重物(即加入人为的不平衡重量).
3.先让左端的支承座放开,而将右端的支承座锁住.
4.接上电源,打开操作箱上的电源开关8,回转件旋转.转换拨钮13拨向"左".
5.转动量程调整旋钮11,使微安表10的电流指示值在60～80μA.如超量程,可适当衰减.
6.将闪光灯4水平地对准在左侧支承座一侧的回转体校正面的外径圆柱面上(刻有顺序数或刻度的表面上),将操作箱上的转换拨钮9拨向"轻"的一侧.这时即可从闪光灯照射处读到"轻点"的方位指示.同时,记下微安表读数.
7.关闭电源开关8,用适量橡皮泥在"轻"点方位的半径上试配重.
8.再次打开电源开关,开动动平衡实验机,观察微安表指示.一般情况下,微安表的读数会有所降低,但还没有达到动平衡要求.
9.重复上述6～8各步骤,经过多次配重到微安表指示达到最小值.这时,回转件左端达到了动平衡要求.
10.放开右端支承座,锁住左端支承座.
11.重复上述4～9各步骤,使回转件的右端也达到动平衡要求.
12.至此,回转件的动平衡实验即告完成.
五,实验报告要求
1.简述左(右)平衡基面平衡过程.
2.思考题
(1)何为动平衡,哪些构件需要进行动平衡
(2)平衡基面如何选择
第五节 凸轮廓线检测实验
一,实验目的
1.掌握凸轮廓线检测的原理和方法.
2.巩固和加深凸轮基本理论.
二,实验设备及工具
1.凸轮廓线检测仪.
2.被检测齿轮.
三,实验原理和方法
1.检测仪组成
凸轮廓线检测仪由机械分度头,大量程百分表,横移座,纵移座和工作台等主要部分组成.如图4-5所示.
被测凸轮由FW-100机械分度头带动下转动并读取角度.分度头定数为40,分度手柄转数n=40/z,z为工件所需的等分数.如利用分度盘上54孔的孔盘,分度手柄转过一个孔(相当于n=1/54)则工件的等分数z=40×54=2160,即转过10′.
百分表用来指示凸轮极径或从动杆位移,量程为30mm,刻度值0.01mm.百分表测杆的端部有不同形式的结构:平底,尖顶,小滚子Φ20mm,大滚子Φ30mm等.
横向丝杆能调整横向座的位置,改变导路位置以分别为对心和偏心凸轮机构.调整范围为±20mm.
其余丝杠分别调整百分表架高度,以适应不同尺寸(径向,轴向)凸轮的检测.
2.检测原理
凸轮廓线检测原理一般分为两类,一是检测凸轮廓线极坐标图,二是检测出凸轮廓线所决定的从动杆位移曲线.
检测凸轮廓线极坐标图,无论什么形式从动杆的盘状齿轮,一律按对心尖顶直动从动杆盘状齿轮机构原理进行.通常把极轴取在齿轮廓线上开始有位移点的极径处,用分度头带动凸轮转动并指示极角,用大量程百分表指示极径的变化,再利用已知直径的检测棒或心轴或块规就可得出凸轮廓线的极径值.
检测凸轮机构的位移曲线就比较复杂了,因为从动件的位移不仅取决于凸轮实际廓线,还与偏心距,从动件结构形状,滚子半径大小都有关.只有对心尖顶直动从动件盘状凸轮机构位移变化量与廓线极径变化量相等,凸轮转角与廓线转角相等,检测位移曲线与检测极坐标图一样进行.其它形式的凸轮机构,从动杆位移与凸轮廓线极径,凸轮转角和廓线极角,检测位移曲线与检测极坐标图等完全不同.上述这些就是凸轮廓线检测基本原理.
3.实验内容
(1)用小滚子测头按对心直动从动杆盘状凸轮机构原理测从动件位移.
(2)用尖顶测头按对心直动从动杆盘状凸轮机构原理测凸轮极坐标图.
(3)用小滚子测头按偏置直动从动杆盘状凸轮机构原理测从动杆位移,偏距e=5mm.
(4)用大滚子测头按对心直动从动杆盘状凸轮机构原理测从动杆位移.
(5)用平底测头按对心直动从动杆盘状凸轮机构原理测从动杆位移.
为了计算和绘图方便,测头(从动杆)在起始位置时百分表读数置零.从动杆起始位置是测头与凸轮实际基圆段端点接触时位置,此时从动杆处于最低位置.将测头对心安装,借助尺寸已知的标准圆盘,心轴或块规可以测得极径及基圆半径的尺寸.
四,实验步骤
1.安装找正凸轮,使凸轮轴线与分度头主轴轴线重合.
2.把百分表装上小滚子测头,并调整偏距为零.转动凸轮找到测量起始位置,旋转百分表刻度盘将指针置零,再通过标准心轴或块规测此位置的极径绝对尺寸――凸轮实际基圆半径,此基园半径也可事先测好给出.
3.转动凸轮,每隔,测一次从动杆位移.
4.将测头移向操作者方向,调偏心距e为5mm,按偏置直动从动杆原理测从动杆位移.
5.换尖顶测头,按对心原理测从动杆位移.
6.将测头换成大滚子,按对心原理测从动杆位移.
7.将测头换成平底,按对心原理测从动杆位移.
五,实验报告要求
1.凸轮试件原始数据
凸轮转向,理论基圆半径,大滚子半径,小滚子半径,升程推程运动角,远休止角,回程运动角,近休止角,偏心距.
2.记录测量数据.
3.思考题
(1)测凸轮极坐标图和测位移有什么不同,画出凸轮实际廓线极坐标图.
(2)摆动从动杆盘状凸轮的极坐标图如何检测
第六节 机械运动参数测试实验
一,实验目的
1.通过实验,了解位移,速度,加速度的测定方法;角位移,角速度,角加速度的测定方法.
2.通过实验,初步了解"MEC-B机械动态参数测试仪"及光电脉冲编码器,同步脉冲发生器(或称角度传感器)的基本原理,并掌握它们的使用方法.
3.通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异,并分析其原因,增加对速度,角速度,特别是加速度,角加速度的感性认识.
4.比较曲柄摇杆机构与曲柄滑块机构的性能差别.
二,实验设备
1.机械动态参数测试仪.
2.曲柄滑块摆杆组合机构.
三,实验原理和方法
实验系统如图4-6所示,各组成部分说明如下:
1.实验机构
测试机构为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构(也可采用其他各类实验机构),其原动力采用直流调速电机,电机转速可在0~3600r/min范围作无级调速,机构的曲柄转速为0~120r/min.
图4-7所示为实验机构的简图,利用固接在作往复运动的滑块上齿条推动与齿轮固接的光电脉冲编码器,输出与滑块位移相当的脉冲信号,经测试仪处理后将可得到滑块的位移,速度及加速度.图4-7(a)为曲柄滑决机构的结构形式;图4-7(b)为曲柄导杆机构的结构形式.
2.MEC-B机械动态参数测试仪
MEC-B机械动态参数测试仪的外形结构如图4-8所示.
测试仪主体的整个测试系统的原理框图如图4-9所示.
在实验机构的运动过程中,滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换出具有一定频率(频率与滑块往复速度成正比)的两路脉冲,接入测试仪数字通道由计数器计数.也可采用接模拟传感器,将滑块位移转换为电压值,按入测试仪模拟通道,通过A/D转换口转变为数字量.
图4-7实验机构简图
(a)曲柄滑决机构 (b)曲柄导杆机构
l―同步脉冲发生器;2―蜗轮减速器;3―曲柄;4―连杆;5―电机;6―滑块; 7―齿轮;8―光电脉冲编码器;9―导块;10―导杆 图4-8 机械动态参数测试仪的外型结构
(a)测试仪的正面结构 (b)测试仪的背面结构
测试仪具有内触发和外触发两种采样方式.当采用内触发方式时,可编程定时器按操作者所置入的采样周期要求输出定时触发脉冲;同时微处理器输出相应的切换控制信号,通过电子开关对锁存器或采样保持器发出定时触发信号,将当前计数器的计数值或模拟传感器的输出电压值保持.经过一定延时,由可编程并行口或A/D转换读入微处理器中,并按一定的格式存贮在机内RAM区中.若采用外触发方式,可通过同步脉冲发生器将机构曲柄的角位移信号转换为相应的触发脉冲,并通过电子开关切换发出采样触发信号.利用测试仪的外触发采样功能,可获得以机构主轴角度变化为横坐标的机构运动线图.
机构的速度,加速度数值由位移经数值微分和滤波得到.
测试系统测试结果不但可以以曲线形式输出,还可以直接打印出各点数值.
图4-9 测试系统的原理框图
3.光电脉冲编码器
光电脉冲编码器又称增量式光电编码器,它是采用圆光栅通过光电转换成电脉冲信号的器件.它由灯泡,聚光透镜,光电盘,光栏板,光敏管和光电整形放大电路组成.光电盘和光栏板是用玻璃材料经研磨,抛光制成.如图4-10所示.
在光电盘3上用照相腐蚀法制成有一组径向光栅,而光栏板4上有两组透光条纹.每组透光条纹后都有一个光敏管,它们与光电盘透光条纹的重合性差1/4周期.光源发出的光线经聚光灯聚光后,发出平行光.当主轴带动光电盘3一起转动时,光敏管5就接收到光线亮,暗变化信号,引起光敏管所通过的电流发生变化,输出两路相位差90°的近似正弦波信号,它们经放大,整形后得到两路相位差90°的主波d和d′.d路信号经微分后加到两个相位相反的方波信号,分别送到与非门剩下的两个输入端作为门控信号,与非门的输出端即为光电脉冲编码器的信号输出端,可与双时钟可逆计数的加,减触发端相连.当编码器转向为正时(如顺时针),微分器取出d的前沿A,与非门1打开,输出一负脉冲,计数器作累加计数;当转向为负时,微分器取出d的另一前沿B,与非门2打开,输出一负脉冲,计数器作减计数.某一时刻计数器的计数值,即表示该时刻光电盘(即主轴)相对与光敏管位置的角位移量,如图4-11,图4-12所示.