滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

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1、目錄摘要： -1-Abstract: -2-1 緒論 -3-1.1 選題的背景和意義 -3-1.2 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的研究現(xiàn)狀 -4-1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求 -6-1.3.1 被測(cè)軸承的尺寸 -6-1.3.2 測(cè)試條件 -6-1.3.3 測(cè)試對(duì)象 -6-2 滑動(dòng)軸承的作用機(jī)理及相關(guān)參數(shù)估算 -7-2.1 滑動(dòng)軸承動(dòng)壓形成的基本原理 -7-2.2 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)相關(guān)參數(shù)的估算 -8-2.2.1 燃油泵滑動(dòng)軸承的相關(guān)參數(shù)估算 -8-2.2.2 試驗(yàn)臺(tái)摩擦轉(zhuǎn)矩的估算 -9-3 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) - 10 -3.1 試驗(yàn)臺(tái)總體布局及設(shè)計(jì) - 10 -3.1.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) -11-3.1.2 潤(rùn)

2、滑系統(tǒng) -11-3.1.3 加載系統(tǒng) -12-3.1.4 測(cè)量系統(tǒng) -12-3.2 試驗(yàn)臺(tái)主體臺(tái)架及相關(guān)零件的設(shè)計(jì) - 12 -3.2.1 支撐軸承座的設(shè)計(jì) -13-3.2.2 主軸的設(shè)計(jì) -14-3.2.3 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) -17-3.2.4 油封設(shè)計(jì)： -17 -3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 18 -3.3.1 變頻電機(jī)的選擇 -18-3.3.2 變頻器的選擇 -20-3.3.3 增速齒輪箱的設(shè)計(jì) -20-3.3.4 聯(lián)軸器的選擇 -22-3.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 23 -3.4.1 燃油泵中滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑機(jī)理 -23-3.4.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)原理 -24-3.4.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)液壓泵的設(shè)計(jì)和選型 -

3、26-3.4.4 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 -27-3.4.5 比例溢流閥的選擇 -27-3.4.6 比例流量閥的選擇 -28-3.5 加載系統(tǒng)設(shè)計(jì) -29-3.5.1 加載方案的選擇 -29-3.5.2 液壓加載系統(tǒng)的原理 -30-3.5.3 液壓系統(tǒng)主要元件的設(shè)計(jì) -32-3.5.4 加載系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) -36-3.6 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) -37-3.6.1 油膜壓力分布的測(cè)量 -37-3.6.2 油膜溫度分布的測(cè)量 -40-3.6.3 軸心軌跡測(cè)量 -41-3.6.4 摩擦力矩測(cè)量 -42-3.6.5 集流器的設(shè)計(jì) -42-總結(jié) -44-致謝 -45-參考文獻(xiàn) -46 -2燃油泵滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

4、摘要：滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)通過模擬滑動(dòng)軸承的工作情況，測(cè)試滑動(dòng)軸承的各項(xiàng)性能 參數(shù)，為分析影響滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑性能的因素，改善滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑條件， 優(yōu)化軸承設(shè)計(jì)和延長(zhǎng)軸承壽命等有重要作用?；瑒?dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)大體上可分為機(jī)械部分、 控制部分和信號(hào)采集及處理部分。其中控制部分和信號(hào)采集及處理部分在很多情況下是可以通用的，機(jī)械部分由于被測(cè)軸承的外形、功能和工作環(huán)境不同，往往對(duì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的要求也不一樣，因此很多滑動(dòng)軸承的測(cè)試，需要設(shè)計(jì)專門的軸承試驗(yàn)臺(tái)。本文以燃油泵中的滑動(dòng)軸承為測(cè)試對(duì)象， 通過對(duì)滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑機(jī)理的認(rèn)識(shí)，根據(jù)對(duì)被測(cè)軸承工作環(huán)境的分析和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，對(duì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行較為完整的設(shè)計(jì)?；?/p>

5、動(dòng)軸承的機(jī)械系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)主體臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，本文將以先總體后部分的結(jié)構(gòu)，對(duì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。根據(jù)設(shè)計(jì)的一般過程，本文先對(duì)滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑機(jī)理做一般性的介紹， 并根據(jù)燃油泵的基本工作原理、 工作環(huán)境和被測(cè)軸承的尺寸，對(duì)滑動(dòng)軸承的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估算，然后再根據(jù)算得的參數(shù)進(jìn)行滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，先對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和布局，再分成各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括提出設(shè)計(jì)方案、闡釋功能實(shí)現(xiàn)的原理、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、對(duì)重要零部件選型、查閱各零部件的尺寸和安裝形式，并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，最后根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和查閱的各零部件的尺寸及安裝形式， 畫出

6、設(shè)計(jì)圖。 完成設(shè)計(jì)工作后， 對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評(píng)估，并作設(shè)計(jì)總結(jié)。關(guān)鍵詞： 設(shè)計(jì)、滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)、燃油泵。- 3 -Abstract:To simulate the working conditions of sliding bearings in the testing beds, parameters can be tested which are important to analyze the factors that influence the sliding properties, improve the sliding conditions, optimizing the des

7、ign of bearings and extend the durations.The testing beds include three parts in general: mechanics, controlling & signal receiving and processing parts. The beds for controlling and signal receiving & processing parts are interchangeable in many cases. But for mechanics parts, they are usually uniq

8、ue due to divergent shapes, functions and working environments. As the consequence, for some sliding bearings, exclusive testing beds are required to be designed. This project aims to test sliding bearings in fuel pumps, to complete the design of mechanics parts in sliding bearing testing beds throu

9、gh the know-how and analyzing or computing the relevant parameters.The mechanics parts including the main bodies, driving systems, loading systems, lubricating systems and measuring systems. The design of them will be introduced explicitly by order. This paper will explain the general theory of lubr

10、icating upon general design progress, then to estimate the parameters in bearing by working principles, working environments and sizes, finally to design with the factors mentioned above. During the stage of designing, firstly, to design the whole parts in general. Then to the separate proportions r

11、espectively which includes proposal of design, explanation of principles, procedure of design, choosing key components, checking parameters of components, installation and intensity examination. At last, finish the drawing upon checking sizes and installing methods. After finishing the whole design,

12、 apprise of this work will be followed.Keywords: design; test-bed; hydrodynamic bearing; fuel pump.1 緒論1.1 選題的背景和意義自從人類進(jìn)入到工業(yè)社會(huì)以后，軸承就一直受到專家和學(xué)者們得高度重視?，F(xiàn)在， 軸承已廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。 伴隨著工業(yè)的飛速發(fā)展， 軸承的形式和種類越來越多， 性能也越來越好， 但是現(xiàn)在工業(yè)對(duì)軸承的要求也越來越高。 滑動(dòng)軸承作為軸承中重要的一種， 由于其本身具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 使它在工作轉(zhuǎn)速特高、特大沖擊與振動(dòng)、徑向空間尺寸受到限制等場(chǎng)合占有十分重要的地位。由于滑動(dòng)

13、軸承往往是在大負(fù)荷、 高轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的， 其性能和工作可靠性將直接影響到機(jī)械設(shè)備的性能和可靠性。 因而， 如何提高滑動(dòng)軸承的性能和使用壽命一直是人們所關(guān)注的問題， 國(guó)內(nèi)外的軸承企業(yè)和學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。 為了對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究， 對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行試驗(yàn)并測(cè)量軸承運(yùn)行時(shí)的參數(shù)是必不可少的。通過滑動(dòng)軸承試驗(yàn)，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，可為滑動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。建國(guó)以來， 經(jīng)過一代人的艱苦奮斗， 我國(guó)的航空工業(yè)飛速發(fā)展， 尤其是近十年來的發(fā)展尤為矚目。 但在取得成績(jī)的同時(shí)， 更要看到差距， 我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)仍然十分薄弱， 絕大部分技術(shù)與國(guó)外有較大差距， 很多關(guān)鍵技術(shù)

14、還沒有實(shí)現(xiàn)零的突破。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)被稱為工業(yè)上的明珠， 代表著一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的最高標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)上的每一個(gè)零件不僅關(guān)系到整個(gè)飛機(jī)的性能， 還影響著飛機(jī)的安全性， 因此每個(gè)零件都必須要求有很高的可靠性。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵上的滑動(dòng)軸承支撐著一對(duì)泵油齒輪，齒輪轉(zhuǎn)速非?？?，受到的載荷非常大，潤(rùn)滑條件比較惡劣，如果一旦在工作過程中滑動(dòng)軸承發(fā)生嚴(yán)重磨損甚至是由于潤(rùn)滑不足而導(dǎo)致軸承卡死，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)供油不足甚至是停止供油， 進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)動(dòng)力不足， 嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生安全事故。 因此必須對(duì)燃油泵滑動(dòng)軸承進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)， 分析其性能和工作可靠性，為滑動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高工作可靠性提供理論依據(jù)。本課題以航空發(fā)動(dòng)

15、機(jī)燃油泵上的滑動(dòng)軸承為測(cè)試對(duì)象， 設(shè)計(jì)一臺(tái)可測(cè)試油膜壓力分布、 溫度分布、 軸心軌跡和摩擦轉(zhuǎn)矩的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)。 隨著航空工業(yè)大發(fā)展， 對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵滑動(dòng)軸承性能的研究受到廣大專家和學(xué)者的重視， 但是由于工作環(huán)境比較特殊， 一般的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)無法滿足其測(cè)試要求。 在此背景下， 本文將根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵工作的實(shí)際情況， 設(shè)計(jì)出能滿足其測(cè)試要求的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分。該滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)最大轉(zhuǎn)速為15000r/min,最大載荷15000 N,能在不同的潤(rùn)滑條件下測(cè)量出滑動(dòng)軸承的油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡等參數(shù)，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵滑動(dòng)軸承性能的研究和改進(jìn)提供依據(jù)， 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

16、1.2 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和微電 子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種試驗(yàn)系統(tǒng)也向著智能化、高精度方向發(fā)展。傳統(tǒng)的滑動(dòng) 軸承試驗(yàn)系統(tǒng)中普遍采用機(jī)械加載， 儀表測(cè)量，需要人工讀取數(shù)據(jù)，具有人為誤 差大，數(shù)據(jù)處理工作量大的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在的新型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)一般用液壓加載， 集成控制系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)輔 助試驗(yàn)(CAT)技術(shù)，具有友好的人機(jī)界面，能從試驗(yàn)中直接提取信息并進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理的。它不僅能完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集工作，還能進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理并在 PC機(jī)上實(shí)時(shí)顯示摩擦系數(shù)與滑動(dòng)軸承特性系數(shù)曲線、油膜壓力分布曲線、油膜 承載能力曲線。此類滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)種

17、類很多，功能也有所不同，如圖1.1所示 的為湖南嘉銳科教儀有限公司生成的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)。圖1.1 新型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)用于機(jī)械計(jì)課程中的液體動(dòng)壓軸承實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要利用它來觀察滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)，測(cè)量其徑向和軸向油膜壓力分布和摩擦特性曲線。哈爾濱第七O三研究所的胡朝陽、常山設(shè)計(jì)了一臺(tái)大型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。試驗(yàn)臺(tái)采用了徑向試驗(yàn)軸承和推力試驗(yàn)軸承組合形式，為臥式結(jié)構(gòu)。在試驗(yàn)時(shí)只需更換試驗(yàn)組件和試驗(yàn)的主軸， 就可以進(jìn)行不同項(xiàng)目的試驗(yàn)。即當(dāng)試驗(yàn)推 力軸承時(shí)，使用推力試驗(yàn)軸承組件與帶推力盤的試驗(yàn)主軸；當(dāng)試驗(yàn)徑向軸承時(shí)， 改用徑向試驗(yàn)軸承組件和徑向試驗(yàn)主軸。兩種試驗(yàn)共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

18、、增速齒輪 箱、聯(lián)軸器和潤(rùn)滑供油系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)主要由本體部分、液壓傳動(dòng)與供油系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、電力拖動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)等4部分組成。圖1.2大型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)有關(guān)圓錐滑動(dòng)軸承的研究，傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)中往往采用一些近似算法， 對(duì)錐 角較小的圓錐軸承近似為具有平均直徑的圓柱軸承，對(duì)錐角較大的軸承按近似的 推力軸承來對(duì)待。而對(duì)其動(dòng)特性的試驗(yàn)，目前均采用二維數(shù)學(xué)模型，由于其油膜 是典型的三維油膜，因此應(yīng)用二維型顯然是有誤差的。劉建中，岑少起，張少林 等人從三維方法入手，對(duì)圓錐軸承動(dòng)特性、試驗(yàn)原理進(jìn)行研究。試驗(yàn)臺(tái)如圖 1.3 所示。1.支撐軸承工支撐軸承套生軸承座4.x,山重方向蛆對(duì)位移傳感器5.右

19、y* 方向相對(duì)位移-傳梅器6.試驗(yàn)軸承體工螺母8.錐套9.價(jià)態(tài)加載裝置1鞏激振器圖1.3三維滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，并使之可對(duì)航空燃油泵滑動(dòng)軸承在不 同的轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑條件下的油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦力矩進(jìn)行測(cè) 試。1.3.1 被測(cè)軸承的尺寸軸承內(nèi)徑d =32mm、軸承外徑D=41mm、軸承寬度B = 42mm ；1.3.2 測(cè)試條件最大載荷F =15000N、最大轉(zhuǎn)速n=15000r/min ；1.3.3 測(cè)試對(duì)象(1)油膜壓力分布；(2)溫度分布；(3)軸心軌跡；(4)摩擦力矩。- 11 -2滑動(dòng)軸承的作用機(jī)理及相關(guān)參數(shù)估算2.

20、1 滑動(dòng)軸承動(dòng)壓形成的基本原理關(guān)于動(dòng)壓潤(rùn)滑的油楔效應(yīng)首先由托爾發(fā)現(xiàn)的， 這種現(xiàn)象是研究動(dòng)壓滑動(dòng)軸承 的關(guān)鍵。英國(guó)的物理學(xué)家雷諾對(duì)托爾所揭示的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在滑動(dòng)軸承中由于軸徑的轉(zhuǎn)動(dòng)在油膜中產(chǎn)生了剪應(yīng)力， 它把潤(rùn)滑油帶入軸頸和軸承之間的收 斂間隙，從而產(chǎn)生了油膜壓力，并導(dǎo)出了油膜壓力分布的微分方程， 奠定了流體 動(dòng)壓潤(rùn)滑理論的原始基礎(chǔ)。動(dòng)壓形成的基本原理如圖 2.1所示：軸和軸承兩固體表面具有楔形間隙，間隙中充滿粘性潤(rùn)滑液體，此粘性液體 能吸附于兩固體表面，兩固體表面的相運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)潤(rùn)滑液體由間隙大端向間隙小端 運(yùn)動(dòng)。如果潤(rùn)滑膜中沒有壓力，則無論在間隙大端1和間隙小端2處，流體的速 度沿膜厚的

21、分布都將成為虛線所示的三角分布，于是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過截面 1（設(shè)固體垂直圖面的寬度為1）,流入截面1、2之間所包圍的質(zhì)量為P%N/2, 由該空間經(jīng)截面2流出的質(zhì)量為Ph2/2O此時(shí)顯然流出量大于流入量，因此截 面1、2之間所包含的空間內(nèi)必然有高于入口和出口處的壓力產(chǎn)生，從而使流經(jīng) 截面1的速度小于內(nèi)凹曲線，流經(jīng)截面2的速度分布增大為外凸的曲線，達(dá)到流 量平衡，這就是動(dòng)壓形成的原理。2.2 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)相關(guān)參數(shù)的估算2.2.1 燃油泵滑動(dòng)軸承的相關(guān)參數(shù)估算為了使設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足被測(cè)試的滑動(dòng)軸承的工況要求，更加真實(shí)的接近被測(cè)滑動(dòng)軸承的實(shí)際工作環(huán)境，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和已知條件估算出滑動(dòng)軸承

22、的基本參數(shù)。已知條件：最大工作載荷 F =15000N ,最大轉(zhuǎn)速n =15000r/min , 滑動(dòng)軸承內(nèi)徑d =32mm,滑動(dòng)軸承寬度 B=42mm。(1)寬徑比：B/d =43mm/32mm =1.3125 二 dn(2)軸頸的圓周速度：= 25.13 r / min60 1000(3)軸承的最大工作壓力：p =工=11160714.29 Pa =11.6MPa dB(4)查得航空煤油40 C時(shí)：動(dòng)力粘度40 =1.08父10Pa s,密度 d = 808kg / m3(5)計(jì)算相對(duì)間隙：中， (0)942 =418 10 0.0041810(6)計(jì)算直徑間隙：A=Wd=0.13mm(7

23、)計(jì)算承載量系數(shù);cpF1- 22 B= 114.96(8)軸承偏心率 工=0.99(9)計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù):f =0.55-= 2.41 10-3 = 0.00241(10)潤(rùn)滑油流量系數(shù) q=0.06 Bd(11)計(jì)算潤(rùn)滑油溫升：查得航空煤油40 c時(shí)：密度P = 808kg/m3,比熱c = 2090J/(kg K )假設(shè)軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：飛=50W/(m2 K)則有：At =(f )P=0.042 C”(q )二:飛Bd(12)計(jì)算潤(rùn)滑油入口溫度：ti =tm -At/2 = 39.979 C2.2.2 試驗(yàn)臺(tái)摩擦轉(zhuǎn)矩的估算在設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)時(shí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)， 所選則的電機(jī)必須

24、滿足能夠拖動(dòng)試 驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，且具有良好的功能性和經(jīng)濟(jì)性。因此必須考慮試驗(yàn)臺(tái)的摩擦阻力, 對(duì)試驗(yàn)臺(tái)相關(guān)部位的摩擦力矩按摩擦力最大的情況進(jìn)行估算。已知條件：滑動(dòng)軸承：摩擦系數(shù)f =0.00241 ,載荷F =7500N ,軸頸直徑d1 =32mm。滾動(dòng)軸承：摩擦系數(shù)f =0.002 ,載荷F =15000N ,軸頸直徑d2 = 55mm。(1)滑動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算：摩擦力F摩擦=F f =18.075N摩擦轉(zhuǎn)矩M1 =F摩擦d1x2 = 1156.8N mm 1/等口爾1(2)滾動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算：摩擦力F摩擦=F f =30N摩擦轉(zhuǎn)矩M2 = F摩擦d2 =1650N mm(3)試驗(yàn)臺(tái)主題

25、的總摩擦力矩為：M =M1+M2 =2806.8N mm3 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)比較復(fù)雜的機(jī)械裝置， 對(duì)于不同的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)要求， 試驗(yàn)臺(tái)也有所不同。 但是一般情況下滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)分為試驗(yàn)臺(tái)主體、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和信號(hào)處理與分析系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)要求根據(jù)已知條件和設(shè)計(jì)要求對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、 潤(rùn)滑系統(tǒng)、 加載系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之能夠完成規(guī)定的測(cè)試工作，并且各部分之間要相互匹配、相互協(xié)調(diào)，成為一個(gè)完整的機(jī)器裝置。為使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單， 先對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)， 然后分別對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后再整體協(xié)調(diào)和完善。3.1 試驗(yàn)臺(tái)總體布局及設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)的總

26、體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)被測(cè)滑動(dòng)軸承的基本尺寸、 基本功能需求、 需要測(cè)量的參數(shù)以及試驗(yàn)臺(tái)本身各部分的結(jié)構(gòu)和功能等因素， 合理設(shè)計(jì)和布局滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，并使各個(gè)部分相互配合、相互協(xié)調(diào)。為了更加接近燃油泵上滑動(dòng)軸承在受載時(shí)的真實(shí)情況， 本試驗(yàn)臺(tái)采用與燃油泵滑動(dòng)軸承相似的布置形式， 即一對(duì)滑動(dòng)軸承對(duì)稱布置， 作為整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的支撐。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與試驗(yàn)主軸連接， 帶動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn)。 加載機(jī)構(gòu)通過裝在主軸上的滾動(dòng)軸承對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸施加載荷， 再通過主軸將載荷傳遞到作為支撐軸承的滑動(dòng)軸承上去。 在作為支撐的一對(duì)滑動(dòng)軸承中， 選取一個(gè)作為被測(cè)試驗(yàn)對(duì)象，加裝相關(guān)傳感器，對(duì)其油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩

27、擦力矩進(jìn)行測(cè)量。 為便于傳感器的安裝和布置， 選擇右邊的滑動(dòng)軸承作為試驗(yàn)軸承。 試驗(yàn)臺(tái)的潤(rùn)滑系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)的進(jìn)油壓力、 進(jìn)油溫度和進(jìn)油流量必須可調(diào)， 作為加載機(jī)構(gòu)一部分的滾動(dòng)軸承也應(yīng)采取合理的潤(rùn)滑方式。 滑動(dòng)軸承的總體設(shè)計(jì)布局如圖 3.1 所示，其中的零件名稱見表1-1 。表3-1滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)零件名稱1變頻電機(jī)2聯(lián)軸器3增速齒輪箱4聯(lián)軸器5應(yīng)發(fā)片6滑動(dòng)軸承座（支撐軸承）7滾動(dòng)軸承座8滑動(dòng)軸承座（測(cè)試軸承）9位移傳感器支座10集標(biāo)11底座12驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支座13液體密封端蓋14試驗(yàn)臺(tái)主體15液壓缸16集流器支座3.1.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力部分，既要為試驗(yàn)臺(tái)提供

28、動(dòng)力，也要根據(jù)需要改變輸出轉(zhuǎn)速。本課題要求轉(zhuǎn)速較高，能夠無級(jí)變速，且動(dòng)力輸出穩(wěn)定，因此本設(shè)計(jì) 采用變頻電機(jī)1提供動(dòng)力，通過變頻器調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，然后通過增速齒輪 箱3增速后傳遞給試驗(yàn)臺(tái)主體。3.1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要為試驗(yàn)臺(tái)上的軸承提供潤(rùn)滑。 試驗(yàn)臺(tái)上有一對(duì)滑動(dòng)軸承和 一個(gè)滾動(dòng)軸承需要潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承可采用脂潤(rùn)滑形式潤(rùn)滑，滑動(dòng)軸承既是試驗(yàn)臺(tái) 主軸的支撐軸承，也是被測(cè)試的對(duì)象，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)既要為其提供潤(rùn)滑， 也要能 根據(jù)要求改變潤(rùn)滑條件。本設(shè)計(jì)采用稀油壓力連續(xù)潤(rùn)滑，用液壓泵將潤(rùn)滑油泵出， 電磁比例溢流閥和比例流量閥控制油壓和流量，用水冷卻器和加熱器控制油溫。潤(rùn)滑系統(tǒng)通過管道與滑動(dòng)軸承座6

29、、 8 的潤(rùn)滑油孔連接，為軸承提供一定壓力、流量和溫度的潤(rùn)滑油。 試驗(yàn)臺(tái)主體為箱體結(jié)構(gòu)， 底部的排油孔與回油過濾器連接，潤(rùn)滑過的潤(rùn)滑油經(jīng)回油過濾器過濾后重新送回到油箱里。3.1.3 加載系統(tǒng)采用液壓加載， 液壓系統(tǒng)由液壓缸、 液壓泵和控制閥組成。 在控制閥的控制下，液壓泵將一定壓力的高壓油輸入到液壓缸15 中，推動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)。活塞受到的液壓力經(jīng)過加載力傳遞裝置， 傳遞給滾動(dòng)軸承座 7 內(nèi)的滾動(dòng)軸承， 在經(jīng)過滾動(dòng)軸承傳遞給主軸， 再通過主軸傳遞給滑動(dòng)軸承。 根據(jù)液壓缸內(nèi)的油壓和活塞的面積，可算出加載力的大小。這樣設(shè)計(jì)的加載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較大的加載力，且在規(guī)定范圍內(nèi)載荷大小可無級(jí)變化，滑動(dòng)軸承受載方

30、式與實(shí)際工作時(shí)比較接近。3.1.4 測(cè)量系統(tǒng)本試驗(yàn)臺(tái)要求測(cè)試滑動(dòng)軸承的油膜壓力、油膜溫度、軸心軌跡和摩擦轉(zhuǎn)矩。通過安裝在主軸上的應(yīng)變片 5 將測(cè)得的信號(hào)通過集流器10 傳遞給儀器，可測(cè)出主軸受到的扭矩， 從而推算出軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩。 壓力傳感器安裝在主軸上， 主軸為空心軸， 壓力傳感器安裝在與滑動(dòng)軸承相接處的主軸上， 壓力探頭與潤(rùn)滑油膜接觸，傳感器的信號(hào)線通過主軸的中心孔與集流器10 上的接線盤相連，在經(jīng)過集流器上的滑環(huán)和電刷， 將信號(hào)傳遞給信號(hào)分析儀器。 集流器 10 自帶測(cè)速機(jī)構(gòu)，可測(cè)量主軸的轉(zhuǎn)速。 油膜溫度由安裝在滑動(dòng)軸承座上的一組溫度傳感器測(cè)量， 軸心軌跡由一組安裝在位移傳感器支座 9

31、上的位移傳感器進(jìn)行測(cè)量。3.2 試驗(yàn)臺(tái)主體臺(tái)架及相關(guān)零件的設(shè)計(jì)本試驗(yàn)臺(tái)主體部分主要包括主體臺(tái)架、 支撐軸承座和主軸三個(gè)部分。 臺(tái)架為箱體結(jié)構(gòu)， 主要起支撐試驗(yàn)臺(tái)各部分和對(duì)各零部件定位的作用， 同時(shí)也可將潤(rùn)滑過的潤(rùn)滑油收集起來重新送回油箱中。 因?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)右邊的滑動(dòng)軸承既是支撐軸承又是試驗(yàn)軸承， 因此滑動(dòng)軸承座必須保證一定的性能。 主軸是試驗(yàn)臺(tái)功能的執(zhí)行部分之一， 既要高速旋轉(zhuǎn)， 又要傳遞加載系統(tǒng)施加的載荷。 聯(lián)軸器連接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增速齒輪箱和主軸。試驗(yàn)臺(tái)主體部分的結(jié)構(gòu)如圖 3.2 ，其中的相關(guān)零件如表3-2所示。表3-2試驗(yàn)臺(tái)主體零件表1主軸2液體密封端蓋3試驗(yàn)曰主體蠱4滑動(dòng)軸承座（支撐軸承）5滾動(dòng)

32、軸承座6進(jìn)油管孔7滑動(dòng)軸承座（測(cè)試軸承）8位移傳感器支座9位移傳感器10傳感器接線孔11液體密封端蓋12加載力傳遞裝置13液壓缸14試驗(yàn)臺(tái)主體臺(tái)架15排油孔16底座12 3 456 7 8 9 10圖3.2試驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)圖3.2.1 支撐軸承座的設(shè)計(jì)根據(jù)被測(cè)滑動(dòng)軸承的形式和相關(guān)尺寸，同時(shí)考慮到方便測(cè)試傳感器的安裝,選擇整體式滑動(dòng)軸承座。軸承座上有潤(rùn)滑油孔，在軸套上開有油孔，并在軸套內(nèi)表面開有油槽潤(rùn)滑油可通過油孔和油槽對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。設(shè)計(jì)的滑動(dòng)軸承座外形及安裝形式如圖3.3所示，軸承座尺寸如表3-3所示。圖3.3滑動(dòng)軸承座外形及安裝形式表3-3滑動(dòng)軸承座尺寸dDRBbLLiHhh1d1d2C

33、324132423615411474372018.5M1023.2.2 主軸的設(shè)計(jì)為了更加方便的布置測(cè)量元件，將主軸設(shè)計(jì)成空心軸。軸是本試驗(yàn)臺(tái)一個(gè)非 常重要的零件，不僅要高速旋轉(zhuǎn)，還要承受較大載荷，所以在對(duì)軸的尺寸設(shè)計(jì)完 了之后，還要對(duì)軸進(jìn)行校核。3.2.2.1 根據(jù)各零部件的安裝形式和尺寸，對(duì)軸的外形設(shè)計(jì)如圖3.4所示:圖3.4主軸的外形及尺寸3.2.2.2 對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核：本設(shè)計(jì)采用專用軟件機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版本軸進(jìn)行校核，其結(jié)果圖3.5所示。設(shè)計(jì)結(jié)果輸出設(shè)計(jì)單位：合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)者；蔣廷松設(shè)計(jì)時(shí)間：23:56:12名稱數(shù)值單位零件名郵畫形放面階梯粘軸的轉(zhuǎn)速15000.02r/iBL

34、n傳遞功率3,5kN傳逋轉(zhuǎn)距2228. 33N * iron軸的轉(zhuǎn)回方式單向呼動(dòng)工作條件淡水,無應(yīng)力集中有無內(nèi)孔有內(nèi)孔材料ZOCrlbiT堆圜滓火，回火許用剪應(yīng)力范圍40-52NPaA值100內(nèi)外法比值0. 2S最小直徑計(jì)算值6.17cnm圓落后的量小直徑標(biāo)段值Tnnn軸的總長(zhǎng)755nun軸的段數(shù)5載荷效量2坐標(biāo) 垂直力$掰H/N J水平力(F/Nf H/N mo)扭矩/N m載荷1T6.5m FR/=。齊氏K=022載荷2275umF=15000;H=CF=O;N=O22支撐熱量2坐標(biāo) 垂直力F/Nr M/M *加水平力（FTN： H/N* im- 15 -文曲支修工3如國(guó) F=-701X8

35、8;l=0F-0.0彎曲應(yīng)力校屬.通過危險(xiǎn)做翻的上坐標(biāo)275g氈酸拈面的盛柱55危!左院面的芭樂X鰭N*m危的筮苴的出姓TM瓠.依面的廿K工作應(yīng)力4E. 7E許用廢將應(yīng)力291*疲勞強(qiáng)度校核通過危險(xiǎn)威面的T坐標(biāo)275nun危睡鼓面的直桂55inin危險(xiǎn)截面的彎爐M即55g氏08N* nm危險(xiǎn)截面的招矩T可必僅 66N * urn應(yīng)力集中系藪（彎曲：立05應(yīng)力集中系數(shù)（扭特）L55鼠面的計(jì)算安全系為2.45許用安全系數(shù)1.9扭轉(zhuǎn)剛度位核通過回粕扭轉(zhuǎn)角0.025）許用扭轉(zhuǎn)姚8 65(0 /m)彎曲剛度校核通過許用饒度系券0, 0035許片杭耀值Z 6425nnii最大撓度-0.021111m臨界轉(zhuǎn)

36、速計(jì)算當(dāng)量直徑如5S. 51rnm柏的截面慣性斑107296, 6mm 4支承間距與軸的總長(zhǎng)的比值. 29軸的重力350N克座型式系射12.15軸的一階臨界轉(zhuǎn)速4492. 91r/min軸設(shè)計(jì)完表3-4剛性套筒聯(lián)軸器相關(guān)尺寸軸直徑d(H7)許用轉(zhuǎn)矩(Nm)D0L1C緊定螺釘平鍵281704580201.0M8M128M 323.2.3聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)增速齒輪箱與主軸采用聯(lián)軸器連接根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇套筒剛性聯(lián)軸器可滿足設(shè)計(jì)要求。其結(jié)構(gòu)形式如圖 3.6 ,相關(guān)尺寸如表3-3所示圖3.6剛性套筒聯(lián)軸器3.2.4 油封設(shè)計(jì):為了防止?jié)櫥蛷妮S孔泄露，實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體上必須設(shè)置油封。本設(shè)計(jì)采用徑向迷宮液體密封，即

37、可滿足設(shè)計(jì)要求。油封的結(jié)構(gòu)如圖3.7 ,尺寸如3-5所示。圖3.7 徑向迷宮密封表3-5徑向迷宮密封尺寸軸頸d (mm)環(huán)形密封槽迷宮密封槽Rtd1aminnef 128/301.54.5d+1nt+R30.213.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)臺(tái)要求最大轉(zhuǎn)速為15000r/min ,且轉(zhuǎn)速能在0 15000r/min范圍內(nèi) 變動(dòng)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)各種驅(qū)動(dòng)方案的比較，最終采取變頻調(diào)速法，用變頻器、變 頻電機(jī)、增速齒輪箱來實(shí)現(xiàn)軸承試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比的關(guān)系n =60f（1-s）,其中n為轉(zhuǎn)速、f為頻率、P為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)、s為電機(jī)轉(zhuǎn) P差率。通過改變電源

38、頻率f來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，具有較好的調(diào)速性能，是現(xiàn)代交流調(diào)速法中一種具有重 要意義的調(diào)速方法。3.3.1 變頻電機(jī)的選擇滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)主題的摩擦轉(zhuǎn)矩估計(jì)為 2.2N m,考慮增速齒輪箱的增速比 和摩擦損失，現(xiàn)預(yù)選取額定轉(zhuǎn)速為2920r/min ,額定轉(zhuǎn)矩為17.5N.m的AB眩頻 電機(jī)。3.3.1.1 ABB變頻電機(jī)的技術(shù)性能：* 工作方式：S1;* 電壓：三相380伏（50赫茲）* 變頻調(diào)速范圍：5-100赫茲無級(jí)調(diào)速；* 50赫茲以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50赫茲以上為恒功率調(diào)速；* 能通過變頻裝置的電壓提升，保證電機(jī)在5赫茲時(shí)輸出額定轉(zhuǎn)矩而不 使

39、電機(jī)因發(fā)熱而燒毀；* 低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩平滑，無爬行現(xiàn)象；* 電機(jī)能承受額定轉(zhuǎn)矩的160%t載，歷時(shí)1分鐘；* 裝有傳動(dòng)比可變的齒輪傳動(dòng)電機(jī)（摩擦輪）；* 絕緣等級(jí)：F級(jí)；* 防護(hù)等級(jí)：電機(jī)IP55、軸流風(fēng)機(jī)IP55;* 電機(jī)冷卻方式：IC4 16。3.3.1.2 所選ABB變頻電機(jī)的參數(shù)如表3-6所示：表3-6 ABB變頻電機(jī)參數(shù)型號(hào)標(biāo)稱功額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量QABP率KWAN m速 r/min額定轉(zhuǎn)矩,2kg mkg132S2A5.511.217.529202.80.01241643.3.1.3 所選電機(jī)的外形及安裝形式如圖 3.8,相關(guān)尺寸如表3-7所示圖3.8 ABB

40、變頻電機(jī)表3-7 ABB電機(jī)尺寸型號(hào)級(jí)數(shù)AAAABACBBBCEHAHDKLLD132S221655270265140205898018335125301693.3.1.4 驗(yàn)證所選電機(jī)是否可行：所選電機(jī)的變頻范圍為0 100Hz ,根據(jù)公式n =601 (1-s)可知 電源每變化1HZ ,相應(yīng)變化轉(zhuǎn)速An=58.4r/min ,最小 P轉(zhuǎn)速 M訪=292r/min ,最大轉(zhuǎn)速nmax =5840r/min。因?yàn)殡姍C(jī)在5 50HZ為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速在2920r/min以下時(shí)，轉(zhuǎn)矩為17.5N m ,電機(jī)在50 100Hz 內(nèi)為恒功率調(diào)速，已知電機(jī)的額定功率為 5.5kW ,根據(jù)公式T =

41、9550上計(jì)算得， n電機(jī)在達(dá)到最大轉(zhuǎn)速5840r/min時(shí)，轉(zhuǎn)矩T之9N -m 0若設(shè)計(jì)變速齒輪箱的增速 比為1:3 ,則電機(jī)的轉(zhuǎn)矩至少應(yīng)大于8.4N m 0綜上所述，所選電機(jī)的最小轉(zhuǎn)速為 292r/min ,最大轉(zhuǎn)速為5840r/min ,最 小轉(zhuǎn)矩為9N m0當(dāng)設(shè)計(jì)增速齒輪箱的增速比為1:3時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的最小轉(zhuǎn) 速為876r/min ,最大轉(zhuǎn)速為17520r/min ,最小轉(zhuǎn)矩為3N m ,所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)876 17520r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無級(jí)變速，滿足試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。- 19 -3.3.2 變頻器的選擇所選變頻器為上海愛建生產(chǎn)的 MF9其最小的調(diào)頻單位為1HZ ,驅(qū)

42、動(dòng)系統(tǒng)的最小變速單位為 175.2r / min 。3.3.3 增速齒輪箱的設(shè)計(jì)因?yàn)楸净瑒?dòng)軸試驗(yàn)臺(tái)要求輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定， 齒輪箱工作可靠， 因此采用設(shè)計(jì)軟件機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新編軟件版對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。 設(shè)計(jì)的齒輪采用閉式漸開線圓柱齒輪， 現(xiàn)摘要設(shè)計(jì)報(bào)告的設(shè)計(jì)參數(shù)、 布置形式、 材料及熱處理和齒輪基本參數(shù)如下：( 1)設(shè)計(jì)參數(shù)傳遞功率 P=5.50(kW)傳遞轉(zhuǎn)矩T=8.99(N - m)齒輪 1 轉(zhuǎn)速n1=5840(r/min)齒輪 2 轉(zhuǎn)速n2=17200(r/min)傳動(dòng)比 i=0.34原動(dòng)機(jī)載荷特性$5=輕微振動(dòng)工作機(jī)載荷特性WF=勻平穩(wěn)預(yù)定壽命H=10000(小時(shí))( 2)布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

43、形式ConS=HS；齒輪1布置形式ConSI卻稱布置齒輪2布置形式ConS2卻稱布置( 3)材料及熱處理齒面嚙合類型GFace領(lǐng)齒面熱處理質(zhì)量級(jí)別 Q=ML齒輪1材料及熱處理乂611=45表面淬火齒輪1硬度取值范圍HBSP1=45- 50齒輪 1 硬度 HBS1=48齒輪 1 材料類別 MetN1=0齒輪 1 極限應(yīng)力類別 MetType1=11齒輪2材料及熱處理乂612=45表面淬火齒輪2硬度取值范圍HBSP2=45- 50齒輪 2 硬度 HBS2=48齒輪 2 材料類別 MetN2=0齒輪 2 極限應(yīng)力類別 MetType2=114)齒輪基本參數(shù)模數(shù) ( 法面模數(shù) ) Mn=3(mm)端面

44、模數(shù) Mt=3.00000(mm)螺旋角B =0.000000(度)基圓柱螺旋角 B b=0.0000000(度)齒輪 1 齒數(shù) Z1=60齒輪 1 變位系數(shù) X1=0.00齒輪 1 齒寬 B1=25.00(mm)齒輪1齒寬系數(shù)d1=0.139齒輪 2 齒數(shù) Z2=20齒輪 2 變位系數(shù) X2=0.00齒輪 2 齒寬 B2=20.00(mm)齒輪2齒寬系數(shù) d2=0.333總變位系數(shù)Xsum=0.000標(biāo)準(zhǔn)中心距A0=120.00000(mm)實(shí)際中心距A=120.00000(mm)中心距變動(dòng)系數(shù)yt=0.00000齒高變動(dòng)系數(shù) yt=0.00000齒數(shù)比 U=0.33333端面重合度 e a

45、 =1.67078縱向重合度 e 0=0.00000總重合度 =1.67078齒輪1分度圓直徑d1=180.00000(mm)齒輪1齒頂圓直徑da1=186.00000(mm)齒輪1齒根圓直徑df1=172.50000(mm)齒輪 1 基圓直徑 db1=169.14467(mm)齒輪 1 齒頂高h(yuǎn)a1=3.00000(mm)齒輪 1 齒根高h(yuǎn)f1=3.75000(mm)齒輪 1 全齒高 h1=6.75000(mm)齒輪1齒頂壓力角 a at1=24.580194(度)齒輪2分度圓直徑d2=60.00000(mm)齒輪2齒頂圓直徑da2=66.00000(mm)齒輪2齒根圓直徑df2=52.50

46、000(mm)齒輪 2 基圓直徑 db2=56.38156(mm)齒輪 2 齒頂高 ha2=3.00000(mm)齒輪 2 齒根高h(yuǎn)f2=3.75000(mm)齒輪 2 全齒高h(yuǎn)2=6.75000(mm)齒輪2齒頂壓力角 a at2=31.321258(度)齒輪1分度圓弦齒厚sh1=4.71185(mm)齒輪1分度圓弦齒高h(yuǎn)h1=3.03084(mm)齒輪 1 固定弦齒厚sch1=4.16114(mm)齒輪 1 固定弦齒高h(yuǎn)ch1=2.24267(mm)齒輪1公法線跨齒數(shù)K1=7齒輪1公法線長(zhǎng)度Wk1=60.08756(mm)齒輪2分度圓弦齒厚sh2=4.70755(mm)齒輪2分度圓弦齒高h(yuǎn)

47、h2=3.09248(mm)齒輪2固定弦齒厚sch2=4.16114(mm)齒輪2固定弦齒高h(yuǎn)ch2=2.24267(mm)齒輪2公法線跨齒數(shù)K2=3齒輪2公法線長(zhǎng)度Wk2=22.98132(mm)齒頂高系數(shù)ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角a *=20(度)端面齒頂高系數(shù)ha*t=1.00000端面頂隙系數(shù)c*t=0.25000端面壓力角 a *t=20.0000000(度)端面嚙合角 at=20.0000001(度)3.3.4 聯(lián)軸器的選擇所以電機(jī)與變速齒輪因?yàn)樗O(shè)計(jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速就是變速齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速，- 22 -箱之間采用聯(lián)軸器連接。根據(jù)所選電機(jī)，額定功率為5.5kW,額定

48、轉(zhuǎn)矩為17.5N m ,軸伸長(zhǎng)度為80mm ,軸伸直徑為40mm ,采用平鍵定位。因此選用套筒式剛性 聯(lián)軸器可滿足設(shè)計(jì)要求。套筒剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑向尺寸小，成 本低，工作效率高，一般用于工作平穩(wěn)的小功率傳動(dòng)軸系。本設(shè)計(jì)選用的聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式如圖3.9,尺寸如表3-8所示：圖3.9剛性聯(lián)軸器表3-8剛性聯(lián)軸器尺寸軸直徑d(H7)許用轉(zhuǎn)矩(Nm)D0L1C緊定螺釘平鍵4045060120251.2M8M1212x503.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一臺(tái)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，必須能對(duì)不同工況和不同潤(rùn)滑條件下滑動(dòng)軸承的 性能進(jìn)行測(cè)試。因此，滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)上潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同于一般機(jī)器上潤(rùn)滑 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

49、。一般潤(rùn)滑系統(tǒng)是針對(duì)比較固定的工況設(shè)計(jì)最優(yōu)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，以滿足機(jī)器的使用性能和良好的經(jīng)濟(jì)型。但是試驗(yàn)臺(tái)上的潤(rùn)滑系統(tǒng)不是性能和經(jīng)濟(jì)型的 最優(yōu)設(shè)計(jì)，而是根據(jù)被測(cè)滑動(dòng)軸承的實(shí)際潤(rùn)滑情況，設(shè)計(jì)進(jìn)油壓力、溫度、流量 可調(diào)節(jié)的潤(rùn)滑系統(tǒng)。3.4.1 燃油泵中滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑機(jī)理燃油泵上滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑不同于一般滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑。一是潤(rùn)滑劑不同：普 通軸承的潤(rùn)滑劑為專用潤(rùn)滑劑，而燃油泵上的滑動(dòng)軸承使用燃油進(jìn)行潤(rùn)滑；二是潤(rùn)滑方式不同：普通滑動(dòng)軸承采用裝用潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑， 而燃油泵上的滑動(dòng)軸 承為避免污染燃油，利用軸承兩端的壓力差和軸承自身的特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行自吸式潤(rùn) 滑。目前高壓燃油泵中的滑動(dòng)軸承一般采用壓油潤(rùn)滑和吸油潤(rùn)滑

50、。壓油潤(rùn)滑是利用齒輪泵閉死容積的困油現(xiàn)象，當(dāng)閉死容積從大到小時(shí)，要擠出油液，把這部分 油液注入軸承，從軸承座圈后面流出，并匯入到壓油腔，見圖 3.10(a)。齒輪泵 每轉(zhuǎn)過一齒，就對(duì)軸承脈沖供油一次，使軸承得到良好的潤(rùn)滑和冷卻件。 同樣道 理，吸油潤(rùn)滑時(shí)利用閉死容積的吸空現(xiàn)象。當(dāng)閉死容積從小變大時(shí)，產(chǎn)生吸空， 吸油腔的油液從軸承座圈后面流到軸承中， 進(jìn)入到閉死容積，當(dāng)齒輪嚙合脫開后， 閉死容積中的油液和吸油腔油液匯合，帶到壓油腔中去，見圖 3.10(b)。燃油泵工況不同，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑條件就有所區(qū)別。一般來說，轉(zhuǎn)速越快， 進(jìn)油壓力越大、流量越大越大、溫度越高，隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，由于散熱條件

51、的限制，進(jìn)油溫度也會(huì)相應(yīng)提高壓油潤(rùn)滑軸承(b)吸油潤(rùn)滑軸承圖3.10齒輪泵滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑原理3.3.2潤(rùn)滑系統(tǒng)原理為求測(cè)試數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際，在軸承試驗(yàn)臺(tái)上滑動(dòng)軸承的布置采用與滑動(dòng)軸 承在實(shí)際工作的燃油泵中相似的布置形式，并且要實(shí)現(xiàn)進(jìn)油壓力、流量、溫度可 調(diào)，因此采用分集中連續(xù)壓力潤(rùn)滑系統(tǒng)，模擬實(shí)際燃油泵中的潤(rùn)滑條件進(jìn)行潤(rùn)滑。 本設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑系統(tǒng)如圖3.11,其中的原件如表3-9所示。表3-9 潤(rùn)滑系統(tǒng)中所用的原件元件表1油箱6液壓泵壓力表14水冷卻器2液位計(jì)7比例溢流閥11壓力傳感器15加熱器3空氣濾消器8比例流量閥溫度傳感器4電機(jī)9管路過濾器12回油過濾器5吸油過濾器10流量計(jì)13電磁水閥1潤(rùn)

52、滑油糟出單元溫度控制單元圖3.11潤(rùn)滑系統(tǒng)原理3.3.2.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成本試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑系統(tǒng)滑系統(tǒng)由供油部分和回油部分組成(1)供油部分：液壓泵6通過吸油過濾器5將潤(rùn)滑油由油箱1泵出，經(jīng)電 液比例溢流閥7、比例流量閥8、管路過濾器9、流量計(jì)10、溫度傳感器和壓力 傳感器11,然后由管路輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)處。(2)回油部分：潤(rùn)滑油潤(rùn)滑過后，被收集起來，經(jīng)過回油過濾器12重新送回到郵箱中。3.3.2.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)(1)壓力控制：電液比例溢流閥預(yù)先設(shè)定壓力值，通過與壓力傳感器準(zhǔn)確 測(cè)量的壓力值進(jìn)行比較，可以穩(wěn)定潤(rùn)滑系統(tǒng)中的壓力。改變電液比例溢流閥中的 預(yù)設(shè)值，可以改變潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力。(2

53、)流量閥：潤(rùn)滑油的流量由比例流量閥控制。根據(jù)流量計(jì)中的數(shù)值，調(diào) 節(jié)比例流量閥，可改變潤(rùn)滑油的流量。調(diào)節(jié)加熱器和水冷卻器,(3)溫度的控制：通過溫度傳感器測(cè)得的溫度值，可改變潤(rùn)滑油的溫度- 25 -3.3.3潤(rùn)滑系統(tǒng)液壓泵的設(shè)計(jì)和選型燃油泵利用困油現(xiàn)象造成的壓力差來進(jìn)行自吸式潤(rùn)滑， 潤(rùn)滑系統(tǒng)要求進(jìn)油壓 力范圍0.45MPa,進(jìn)油流量范圍50 3000L/h,即為0.8 50L/min?？蛇x擇 單作用葉片泵可滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.3.1 葉片泵的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，流量均勻，噪 聲小，壽命長(zhǎng)，但是對(duì)油液污染比較敏感，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。單作用葉片泵有一個(gè) 排油口和一個(gè)吸油口，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一

54、周，每?jī)善g的容積各吸、排油一次。3.3.3.2 葉片泵的選型：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可選擇 YB1-63型葉片泵。YB1-63 型葉片泵額定壓力為6.3MPa,額定流量60.48L/min。其具體參數(shù)如下：(1) YB1-63型葉片泵的參數(shù)如表 3-10所示。表3-10 液壓泵的參數(shù)額定壓力(MPa) 排量(L/min) 轉(zhuǎn)速(r/min) 容積效率 總效率驅(qū)動(dòng)功率(kW)YB1-63型葉片泵6.360.48960 0.90 0.8010(2) YB1-63型葉片泵的外形及安裝形式如圖3.12,其中的尺寸如表3-11所示。表3-11 單作用葉片泵的尺寸-26 -圖3.12 單作用葉片泵YB1-63型

55、單級(jí)葉片泵(mm)L214D小 90f7L1118D2小175L249d小 30h6B50d1小13B130c5H200t33S150b8Z1Z1(1/4)Z2Z13.3.4液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇根據(jù)液壓泵要求，選擇 Y60L-6型電機(jī)，其具體參數(shù)如下:(1) Y60L-6型電機(jī)的參數(shù)如表3-12所示。表3-12 Y60L-6 型電機(jī)的參數(shù)型號(hào)功率電流轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩重量kWAr/min額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩kgY160L-61124.69706.52.02.0140(2) Y60L-6型電機(jī)的外形和安裝形式如圖3.13,其中的尺寸如表3-13所|一，中 AC圖3.13 Y60L-

56、6 型電機(jī)表3-13 Y60L-6 型電機(jī)的尺寸機(jī)座號(hào)安裝尺寸(mm外形尺寸(mm)ABCD EKABAC AD HDL160M254210 10842120153303352653856053.3.5比例溢流閥的選擇選才? YD(E)F3-10B型電磁溢流閥可滿足設(shè)計(jì)要求，具體參數(shù)如下:(2)電磁閥的外形和安裝形式如圖圖 3.14 YD(E)F3-10B(1)電磁比例溢流閥的參數(shù)如表 3-14所示型號(hào)YD(E)F3-10B通徑(mm)10額定流量(L/min)63調(diào)壓范圍(MPa)0.4 6.3額定電壓(V/交流)220重量(kg)3.2表3-14 YD(E)F3-10B 型電磁比例溢流閥的

57、參數(shù)3.14,其尺寸如表3-15所示型電磁比例溢流閥表3-15 YD(E)F3-10B 型電磁比例溢流閥的尺寸通徑10H154L77B77C53.8單位mmD53.8E11.6F80G173.3.6比例流量閥的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇 DYBQX 16型電液比例流量閥，其具體參數(shù)如表3-16所示。表3-16 DYBQ- X 16型電液比例流量閥的參數(shù)型號(hào)公稱通徑額定壓力額定流量線性度重復(fù)精度取低壓差(mm)(MPa)(L/min)(MPa)DYBQ X161610637.5%1%1.03.4加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)加載系統(tǒng)是滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)重要的系統(tǒng)之一。為便于測(cè)試滑動(dòng)軸承在不同載 荷時(shí)的性能，加載系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)成加載載荷可無級(jí)調(diào)節(jié)的形式。在實(shí)際工作時(shí)， 滑動(dòng)軸承的載荷形式是非常復(fù)雜的，不僅受到來著機(jī)器本身工況和振動(dòng)情況及脈 動(dòng)的影響，還往往受到外界環(huán)境的影響，因此很難在試驗(yàn)臺(tái)上完全再現(xiàn)出滑動(dòng)軸 承實(shí)際的載荷形式。但是在大多數(shù)情況下，可以化繁為簡(jiǎn)，找到影響滑動(dòng)軸承性 能的最主要載荷形式，如靜載荷、脈動(dòng)型載荷、連續(xù)變動(dòng)型載荷等。(1)本試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：加載力0 15000N可變，載荷類型為靜載荷；載荷能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在一確定數(shù)值上；加載的直接工作行程很小，可近似忽略不計(jì)。(2)加載動(dòng)作對(duì)液壓系統(tǒng)的要求：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，加載機(jī)構(gòu)的頂桿與液壓缸