气动回路设计及搭接实验模拟加热炉炉门的行程控制.docx
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气动回路设计及搭接实验模拟加热炉炉门的行程控制
河南工业大学机械工程实验教学中心典型案例视频简介
目 录
１．气动回路设计及搭接实验…………………………………………………………１ ２．带传动的滑差率与效率测定实验………………………………………………１３ ３．在大型工具显微镜上测量螺纹量规……………………………………………１４
气动回路设计及搭接实验
——模拟加热炉炉门的行程控制
一、实验特色
本实验为设计性实验。
通过学生对系统功能的理解，结合课堂上所学的理论知识，根据现有的实验设备及元器件，自行设计出完成规定功能的气动系统回路，同时设计ＰＬＣ控制程序，并在实验室进行回路的组装搭接及调试，最终达到实验目的。
该实验具有以下一些特色：
１．摆脱了过去实验单一、死板的模式，使实验更具有新意和活力。
２．采用先进的模块化实验教学系统，系统组合更加灵活方便。
３．设计、组装、调试三位一体，既培养了学生的创新意识，也使学生应用知识的能力、设计能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力得到了充分的锻炼。
二、实验目的
１．了解和掌握基本气动控制系统的构成及各组成部分的原理。
２．了解常用气动控制元件的结构及性能，掌握单向节流阀的结构及工作原理，掌握气源装置及气动三联件的工作原理和主要作用。
３．学习和掌握气动回路的设计和搭接方法，学习和掌握电控阀及气控阀的原理及ＰＬＣ控制在系统中的应用方法。
４．培养设计、安装、联接和调试气动回路的实践能力。
三、实验内容及要求
采用ＰＬＣ进行气动回路的控制，模拟加热炉门的开闭动作。
其示意图如下：
实验内容及要求如下：
１．掌握气动控制回路的设计、组装、调试的基本原理及方法。
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２．设计气动回路，选择气动元件并进性回路的搭建、调试，模拟改变限位开关的位置以控制加热炉门的上升或下降，以达到模拟加热炉门的开闭动作。
３．气缸是在高温下工作的，所以密封件要选耐热性好的材料。
如在粉尘多的地力使用还考虑在气缸外部加上保护罩。
４．为了使加热炉内的温度不发生较大的变化，根据被加热物体尺寸的大小，应使炉门可以停止在任意的开度上。
５．为了保证汽缸能在任意位置上停止留，应采用“Ｏ”型中位机能的三位换向阀。
四、实验设备及元器件
该实验采用ＸＩＯＵ．ｃｏｍ气动－ＰＬＣ控制实验台。
ＸＩＯＵ．ｃｏｍ气动－ＰＬＣ控制实验室是根据《液压与气压传动》、《气动控制技术》等通用教材内容要求设计而成。
该系统除了可以进行常规的气动基本控制回路实验外，还可进行模拟气动控制技术应用实验、气动技术课程设计，以及可编程序控制器 （ＰＬＣ）学习及其基本应用实验等，是机电完美结合的典型实验设备。
该系统可作为机、电、气一体化的综合实验台。
学生通过实际操作实验及课程设计，可以准确、形象、深入地了解、掌握气动元件的结构、气动回路的控制原理及设计方法等。
还可以通过实验掌握ＰＬＣ可编程序控制器的功能、控制原理及编程技巧等。
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ＸＩＯＵ．ｃｏｍ气动－ＰＬＣ控制 实验台
ＰＬＣ控制气动回路实例
气动元件
3
电源单元
ＰＬＣ控制单元
4
输入／输出控制单元
5
带传动的滑差率与效率测定实验
一、实验特色
本实验为模块化教学，实验教学与理论教学相结合、传统实验与现代实验方法相结合。
同时运用多媒体技术同步检查实验数据的正确性，以便及时修正并把正确的曲线绘制出来。
二、实验目的
１． 了解带传动试验台的结构和工作原理。
2.掌握转矩、转速、转速差的测量方法，熟悉其操作步骤。
3.观察带传动的弹性滑动及打滑现象。
4.了解改变预紧力对带传动能力的影响
三、实验内容与要求
1、测试带传动转速n1、n2和扭矩T1、T2。
2、计算出输出功率P2、滑动率e、效率h。
3、绘制P2—e滑动率曲线和P2—h效率曲线。
四、带传动实验台的结构及工作原理
带传动实验台是由机械、电器箱和负载箱三部分组成。
其间由航空插座与导线连接。
如图1所示：
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矩 图1带传动实验台１—皮带预紧装置 ２—主动带轮 ３—测速传感器 ４—直流电机 ５、７一测转
６—传动带 ８一从动轮 ９一直流发电机 １０—测速传感器
１１一连接电缆（２根） １２—电气箱 Ｉ３一负载箱 １４连接导线（２根）
1．机械部分：
包括主动部分和从动部分。
（1）主动部分包括：
355W直流电动机“4”和其主轴上的主动带轮“2”，带预紧装置“l”，直流电机测速传感器“3”及电动机测矩传感器“5”。
电动机安装在可左右直线滑动的平台上，平台与带预紧力装置相连，改变预紧装置“l”的砝码重力，就可改变传动带的预紧力。
（2）从动部分包括：
355W直流发电机“9”和其主轴上的从动带轮“8”，直流发电机测速传感器“10”及直流发电机测矩传感器“7”，发电机发出的电量，经连接电缆送进电器控制箱“12”，再经导线“14”与负载箱“13”连接。
2．负载箱：
由8只40W灯泡组成，改变负载箱上的开关，即可改变负载大小。
3电器箱：
实验台所有的控制、测试均由电器控制箱“12”来完成（其原理参
见图２），旋转设在面板上的调速旋纽，可改变主动轮和被动轮的转速，并由面板上的转速计数器直接显示。
直流电动机和直流发电机的转动力矩也分别由设在面板上的计数器显示出来。
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４．实验台的工作原理：
图２ 电器箱
传动带装在主动轮和从动轮上，带传动是依靠
带与带轮接触表面产生的摩擦力来传递运动和动力的。
由于工作时带两边的拉力不相等（F1>F2），这样就使得带在沿带轮接触弧上各个位置所产生的弹性变形也各不相同，从而使带（弹性元件）在运转过程中相对于带轮表面必然产生一定的微量滑动。
其滑动量的大小通常用滑动率e%来表示。
实验台直流电动机和发电机均由一对滚动轴承支撑，而使电机的定子可绕轴线摆动，从而通过测矩系统，直接测出主动轮和从动轮的工作转矩T1和T2。
主动轮和从动轮的转速n1和n2是通过调速旋纽来调控，并通过测速装置直接显示出来。
这样，就可以得到在相应工况下的一组实验结果：
带传动的滑动系数：
e=100%
式中i为传动比，由于实验台的带轮直径D1=D2＝120mm，i=1。
所以
8
e=
×100%
带传动
的传动效率：
式中：
P1、P2—一主动轮的功率=100%随着发电机负载的改变，T1、T2和n1、n2值也将随之改变。
这样，可以获得几个工况下的e和h值，由此可以给出这组带传动的滑动率曲线和效率曲线。
改变带的预紧力F0，又可以得到在不同预紧拉力下的一组测试数据。
显然，实验条件相同且预紧力F0一定时，滑动率的大小取决于负载的大小，F1与F2之间的差值越大，则产生弹性滑动的范围也随之过大。
当带在整个接触弧上都产生滑动时，就会沿带轮表面出现打滑现象，这时，带传动已不能正常工作。
显然，打滑现象是应该避免的。
滑动曲线上临界点（A和B）所对应的有效拉力，在不产生打滑现象时带所能传递的最大有效拉力。
通常，我们以临界点为界图４滑动曲线及效率曲线图３ 带传动滑动曲线
实验证明，不同的预拉力具有不同的滑动曲线。
其临界点对应的有效拉力也有所不同。
从图３可以看出，预紧力增大，其滑动曲线上的临界点所对应的功率Ｐ２也随之增加，因此带传递负载的能力有所提高，但预紧力过分增大势必对带的疲劳寿命产生不利的影响。
五、带传动实验台主要技术参数
直流电机功率为 ３５５Ｗ
调速范围 ５０￣１５００ｒｐｍ
最大负载转速下降率 ≤５％
初拉力最大值为 ３Ｋｇ
皮带轮直径 Ｄ＝Ｄ＝１２０ｍｍ １２
发电机负载 ０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗ、１２０Ｗ、１６０Ｗ、２００Ｗ、２４０Ｗ、２８０Ｗ、
３２０Ｗ
六、安装调试和实验操作
１． 实验台应安装在水平平台上。
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２．为了安全，请务必接好地线。
３．接通电源前，先将实验台的电源开关置于“关”的位置，检查控制面板上
的调速旋钮，应将其逆时针旋转到底，即置于电动机转速为零的位置。
４．将传动带套到主动带轮和从动带轮上，轻轻向左拉移电动机，并在预紧装
置的砝码盘上加２Ｋｇ重量的砝码（要考虑摩擦力的影响）。
５．启动电脑，启动带传动测试软件，进入皮带传动实验台软件封面。
６．接通实验台电源（单相２２０Ｖ），打开电源开关。
７． 点击进入皮带传动实验台软件封面非文字去，进入皮带传动实验说明界
面。
８． 单击“实验”按钮，进入皮带传动实验分析界面。
９． 单击“运动模拟”按钮，可以清楚观察皮带传动的运动和弹性滑动及打滑
现象。
１０．顺时针方向缓慢旋转调速旋钮，使电动机转速由低到高，直到电动机的转速
显示为ｎ１≈１１００转／分为止（同时显示出ｎ），此时，转矩显示器也同时２
显示出两电机的工作扭矩Ｔ、Ｔ。
１２
１１．待稳定后，单击“稳定测试”按钮，实时稳定记录皮带传动的实测结果，同
时将这一结果记录到实验指导书的数据记录表中。
１２．点击“加载”按钮，使发电机增加一定量的负载，并将转速调到ｎ≈１１００１
转／分，待稳定后，单击“稳定测试”按钮，同时将测试结果ｎ、ｎ、１２和Ｔ１Ｔ重复本步骤，直到ε％≥１６％￣２０％为止，２记录到实验指导书的数据记录表中。
结束本实验。
１３．单击“实测曲线”，显示皮带传动滑动曲线和效率曲线。
１４．增加皮带预紧力到３Ｋｇ（增加砝码重量），再重复以上实验。
经比较实验结
果，可发现带传动功率提高，滑动率系数降低。
１５．实验结束后，首先将负载卸去，然后将调速旋钮逆时针方向旋转到底，关掉
电源开关，然后切断电源，取下带的预紧砝码；退出测试系统，并关电脑。
１６．整理实验数据，写出实验报告。
七、绘制滑动率曲线和效率曲线
用获得的一系列Ｔ、Ｔ 、ｎ、ｎ （Ｐ＝ １２１２值，通过计算又可获得一系列e、h和Ｐ２２Ｔ ×ｎ）的值。
然后可在坐标纸上绘制Ｐ—e 和Ｐ—h关系曲线，如图５所示。
２２２２
1—滑动率曲线2—效率曲线图５带传动滑动率曲线和效率曲线 10
从图上可以看出，e 曲线上的Ａ０点是临界点，其左侧为弹性滑动区，是带传动的正常工作区。
随着负载的增加，滑动系数逐渐增加并与负载成线性关系。
当载荷增加到超过临界点Ａ０后，带传动进入打滑区，带传动不能正常工作，所以应当避免。
带传动实验报告
班级学号
实验日期
指导教师
（一）计算式
滑动率e
姓 名 同组人 成 绩 e=
=效率h
式中：
T1、T2为主、从动轮转矩（N×mm）
n1、n2为主、从动轮转速（r/min）
（二）思考题
１．带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？
它们各自产生的原因是什么？
２．带传动的张紧力对传动力有何影响？
最佳张紧力的确定与什么因素有关？
３．带传动的效率如何测定？
试解释传动效率和有效拉力的关系？
４．带传动的滑动率如何测定？
分析滑动率曲线与效率曲线的关系，如何确
定有效拉力的最佳值？
５．测量弹性滑动的精确度如何分析？
试提出另一种测量弹性滑动的方法。
（三）实验记录计算结果
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F0=2kg序号n1（rpm）１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４
n2（rpm）
e%
T1（kgm）
T2（kgm）
h
P2=T2×n2
１５
绘制 Ｐ—e 滑动率曲线，Ｐ—h 效率曲线。
２２
e%
h%
P2
F0=3kg
12
n1（rpm）１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５
n2（rpm）
e%
T1（kgm）
T2（kgm）
h%
P2T2×n2
绘制 Ｐ—e 滑动率曲线，Ｐ—h 效率曲线。
２２
e%h%
P2
13
在大型工具显微镜上测量螺纹量规
一、实验特色
本实验为综合实验，理论与实验相结合，对圆柱螺纹误差进行分析，了解加工工艺过程，是传统实验与现代实验方法相结合的典型案例。
1、本实验测量螺纹几何参数与《机械精度设计》教学紧密结合；2、通过本实验，锻炼了学生的动手能力、分析能力、创新能力；
3、在机械零件加工的全过程中必须进行测量或检验，使之符合机械精度设计要求。
二、实验目的
1、了解大型工具显微镜的工作原理和使用方法；
2、学会检定螺纹量规的方法和判断螺纹量规的合格性。
三、实验流程图
四、测量原理
在大工显上用影像法测量螺纹量规中径、螺距和牙形半角的测量原理如下：
仪器的光学系统如图所示：
由主光源１发出的光经聚光镜２、滤色片３、透镜４、光阑５、反射镜６、透镜７和玻璃工作台８将工件９的轮廓经物镜１０、反射棱镜１１投射到目镜的焦平面１３上，从而在目镜１５中观察到放大的轮廓影像。
另外，也可用反射光源照亮同样在目镜１５中观察到放大的轮廓影像。
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五、实验内容
１．测量中径与中径偏差计算：
测量时，移动横向微分筒，使目镜中的Ａ－Ａ虚线与螺纹投影牙形的一侧重合，记下横向微分筒的第一次读数。
然后，将显微镜立柱反向倾斜角j，转动横向微分筒，使Ａ－Ａ虚线与对面牙形轮廓重合，记下第二次读数，两数之差即为螺纹的实际中径。
同样为了消除被测螺纹的安装误差的影响，需测出
中径。
d2实=
２．d2左和d2右，取两者平均值作为实际d2左+d2右 2a是指在螺2
纹牙形上，牙侧边与螺纹轴线垂线间的夹角。
测量时，转动纵向微分筒并调节角度手轮，使目镜中显示的读数，即为该牙形半角数值。
在角度读数目镜测量牙形半角与牙形半角偏差的计算：
螺纹牙形半角中，当角度读数为000¢时，则表示 Ａ－Ａ线垂直于工作台纵向轴线，当Ａ－Ａ虚线与被测量螺纹牙形边瞄准时，该半角数值为：
a 右=3600-33004¢=29056¢ 2
a
左=3008¢ 2
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同样，为了消除被测螺纹的安装误差的影响，需分别测出aaaI、II、III、222aIV，并按照下述方式处理：
2
aaI+IIIa右 =22
aaII+IVa左= 22
a将它们与牙形半角公称值（300）比较，则得牙形半角偏差为：
2
Da左a左a=- 222
a右a右aD=- 222
六、螺距测量与螺距累积偏差计算
螺距ｐ是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
1np实=（np左+np右） 2
ｎ个螺距的累积公差为：
Dp=np实-np
按图纸给定的技术要求，判断被测螺纹量规的合格性、分析测量结果。
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