滾動(dòng)軸承疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì).

1、第1章緒論1.1 課題研究的目的和意義滾動(dòng)軸承是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中重要的零部件，是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分之一，具有承受 載荷和傳遞動(dòng)運(yùn)動(dòng)的作用。可是，滾動(dòng)軸承是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要故障來(lái)源之一，有數(shù)據(jù)結(jié)果 分析表明：旋轉(zhuǎn)機(jī)器中有 35%勺故障都與軸承的失效相關(guān)，軸承能夠使用多久和可靠性的 大小直接影響到機(jī)器系統(tǒng)的整體性能。為此在對(duì)軸承的加速老化試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)，對(duì) 于研究軸承的故障演變規(guī)律和失效原理有著很重要的意義。在20世紀(jì)前期，Lundberg和Palmgren對(duì)5210的滾動(dòng)軸承做了很多試驗(yàn)，根據(jù) 1400 多套滾子軸承、球軸承的壽命試驗(yàn)結(jié)果，在 Weibull分布理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究得到了 壽

2、命與負(fù)載的方程式，稱為L(zhǎng)-P公式。伴隨我國(guó)軸承制造技術(shù)的不斷發(fā)展，軸承的幾何結(jié) 構(gòu)和制造精度得到了相當(dāng)高的提升和改進(jìn)。目前，在市場(chǎng)上有幾百種不一樣型號(hào)的滾動(dòng)軸 承?，F(xiàn)在的5210軸承鋼的材料和制造精度比以前的要好，而且現(xiàn)在在材料的選擇上已近 不局限于軸承鋼。現(xiàn)在生產(chǎn)軸承的原料包括合金鋼，陶瓷，軸承鋼和塑料等。為此，為了 評(píng)估新材料的處理工藝，新材料和新幾何結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)軸承的磨損壽命，還得對(duì)滾動(dòng)軸承做 疲勞壽命試驗(yàn)。另外由于加工技術(shù)的提高和材料科學(xué)的發(fā)展，使用時(shí)潤(rùn)滑條件的改善，軸 承能夠使用的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。來(lái)自工業(yè)和武器等方面的需求也助推了滾動(dòng)軸承箱相當(dāng)好的 方向發(fā)展。比如發(fā)電設(shè)備，排水設(shè)備等要求

3、軸承工作時(shí)間連續(xù)不間斷的十幾二十幾的小時(shí) 不間斷的無(wú)故障運(yùn)行10000-20000個(gè)小時(shí)，折算一下相當(dāng)于與連續(xù)工作 11-22年并且中間 沒(méi)有出現(xiàn)任何故障，即使是電動(dòng)工具、一般機(jī)械和家用電器等對(duì)壽命的要求相對(duì)較低的使 用場(chǎng)景也要求軸承無(wú)故障的間斷或不間斷的工作 4000-8000小時(shí)。因此，在很多情況下， 研究軸承的壽命必須利用加速疲勞壽命試驗(yàn)方法來(lái)獲得軸承在高應(yīng)力的疲勞壽命，并且通 過(guò)加速實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)估計(jì)不一樣應(yīng)力水平下的疲勞壽命，以減少試驗(yàn)時(shí)的成本和時(shí)間。1.2 國(guó)內(nèi)疲勞試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)最早的疲勞壽命試驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)品都是從前蘇聯(lián)引進(jìn)，采用剖分式試驗(yàn)主體，在國(guó)內(nèi) 稱之為第一種機(jī)型。經(jīng)過(guò)改造，在我

4、國(guó)重要的軸承試驗(yàn)臺(tái)生產(chǎn)廠先后制造出了名為ZS系列的軸承壽命試驗(yàn)臺(tái)，以滿足當(dāng)下我國(guó)軸承生產(chǎn)公司對(duì)軸承使用時(shí)間的要求，以此，同時(shí) 為剛剛開(kāi)始不久的我國(guó)軸承疲勞壽命試驗(yàn)累積了一定的試驗(yàn)參考依據(jù)。第一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)機(jī)型結(jié)構(gòu)包括徑向加載油缸、軸、中承載體、2個(gè)端承載體和試驗(yàn)主軸。試驗(yàn)臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)拼接后安裝在主體被剖分了的底座內(nèi)，試驗(yàn)主軸由聯(lián)軸器和傳動(dòng)主軸連 接，傳動(dòng)主軸的動(dòng)力經(jīng)過(guò)帶輪靠電機(jī)帶動(dòng)變速傳動(dòng)。豎向和橫向的施加載荷的油缸依次同 手動(dòng)加壓缸結(jié)合，利用扭轉(zhuǎn)促使手動(dòng)加壓缸活塞得到不一樣的壓力。這種試驗(yàn)臺(tái)在我國(guó)使 用比較廣泛，為軸承制造業(yè)的進(jìn)步發(fā)揮了很大的作用。這種試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于：容易保障試驗(yàn)精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

5、；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是皮帶傳動(dòng)，由帶 輪來(lái)改變速度，結(jié)構(gòu)單一；加載是手動(dòng)加壓缸增加壓力，能量消耗少；試驗(yàn)主軸和傳動(dòng)主 軸由聯(lián)軸器連接在一起，布局正當(dāng)，容易獲得高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可是不好的地方：載荷和轉(zhuǎn)速的 調(diào)整，溫度數(shù)據(jù)的采錄和檢測(cè)振動(dòng)都是要人工操作，試驗(yàn)員工作量較大；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的皮帶 易打滑易發(fā)熱而造成危險(xiǎn)；加壓油缸在試驗(yàn)時(shí)容易泄露從而引起壓力不足或發(fā)熱引起壓力 變高時(shí)必須人為的更改，小軸承試驗(yàn)支撐之間的距離比較大，不能實(shí)現(xiàn)較大載荷實(shí)驗(yàn)。1.3 我校實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)臺(tái)情況之前設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)如圖1-1 ,這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)包括主實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、固定框架、徑向加壓 結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在固定的機(jī)架下面，主結(jié)構(gòu)安裝于機(jī)架的上

6、面。主實(shí)驗(yàn)結(jié) 構(gòu)由主軸、被測(cè)軸承和支撐軸承構(gòu)成。支撐軸承安置在主軸的中心位置，試驗(yàn)軸承安置在 主軸的一端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由同步帶帶著主軸旋轉(zhuǎn)，徑向加載依靠液壓泵提供載荷，安裝在支 架的底下。通過(guò)控制液壓泵對(duì)被測(cè)軸承施加徑向壓力。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)采用的是液壓加載，有 利于加載載荷大小的控制，主軸和電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載保護(hù)，主軸和被測(cè)軸 承之間用錐形結(jié)構(gòu)連接，一邊實(shí)現(xiàn)軸承的快換。圖1-1滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、同步帶3、主軸4、支撐軸承的安裝位5、支撐軸承6、支撐軸承的安裝位7、螺栓8、軸套9、溫度傳感器10、加速度傳感器11、被測(cè)軸承座12、被測(cè)軸承13、錐型套14、軸承端蓋15、 固定框架

7、16、液壓缸17、上輸油管18、下輸油管19、二通閥20、壓力表21、液壓泵22、支撐軸承圖1-2試驗(yàn)臺(tái)布局圖如上圖在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，由于受力不平衡造成了一個(gè)彎矩使支撐軸承出現(xiàn)偏移，支撐 軸承的外圈出現(xiàn)過(guò)度磨損。這可能是由于布局的不規(guī)范和設(shè)計(jì)的不合理導(dǎo)致試驗(yàn)臺(tái)的壽命過(guò)短，沒(méi)有起到很大的實(shí)際作用，而且又要長(zhǎng)時(shí)間的不間斷工作，導(dǎo)致液壓加載系統(tǒng)漏油, 不能施加穩(wěn)定的載荷，是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得不到很好的保證。1.4 本文研究的內(nèi)容本文主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)研究并確定軸承試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)思路。(2)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括支撐軸承的選用，主軸設(shè)計(jì)、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)、帶及帶輪的設(shè)計(jì)并完成試驗(yàn)臺(tái)的 PRO/E三維造型。(3

8、)加載方式設(shè)計(jì)：確定施加載荷的形式、設(shè)計(jì)施加載荷方案、繪制原理圖。(4)建立主軸的力學(xué)模型，來(lái)校驗(yàn)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是不是合理，滿足設(shè)計(jì)的要求。37第2章 試驗(yàn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該包括機(jī)械系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)及輔助設(shè)備。機(jī)械系統(tǒng)由試 驗(yàn)部分、支撐部分及傳動(dòng)部分組成。2.1軸承概況滾動(dòng)軸承通常包括外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體及保持架。在特殊情況時(shí)，可以沒(méi)有外圈和內(nèi) 圈，由其他相應(yīng)的零部件替代。為了需要，有的軸承裝有防塵套、安設(shè)調(diào)節(jié)用的緊定套和 密封圈。2.1.1 套圈軸承的內(nèi)圈一般裝配在軸上，和軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承外圈一般裝在機(jī)殼或軸承座內(nèi)起支撐作用，有些軸承是內(nèi)圈固定起支撐作用， 外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。比如汽

9、車輪轂軸承。如圖2-1所示。a）深溝球軸承內(nèi)圈圖2-1軸承內(nèi)外圈2.1.2滾動(dòng)體滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體是絕對(duì)少不了的零件，只有通過(guò)滾動(dòng)體才能形成滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)體的類型有圓柱滾子、鋼球、圓錐滾子、滾針和球面滾子。圓柱滾子可以分為空心圓柱滾子、 長(zhǎng)圓柱滾子和端圓柱滾子；球面滾子可以分為非球面滾子和球面滾子。滾頂體是數(shù)量及體 積能夠影響到軸承的承載能力。圖 2-2是滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體。a）鋼球b）圓柱滾子和滾針c）球面滾子d）圓錐滾子圖2-2滾動(dòng)體2.1.3保持架保持架的功用是將軸承里面的滾動(dòng)體依次按比例的分離，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)圈或外圈獨(dú)立 組成組合件，使?jié)L動(dòng)體在軌道上的運(yùn)動(dòng)時(shí)是正確的，能夠提高軸承里面的潤(rùn)滑和

10、載荷分配 能力。附帶保持架的軸承摩擦小，更多用于高速旋轉(zhuǎn)的情況下。保持架有兩種，一種是實(shí)體保持架，另一種是沖壓保持架。實(shí)體保持架通常用壓鑄、 車制、注塑等方法制成。沖壓保持架通過(guò)金屬板材的沖壓形成，結(jié)構(gòu)有冠形、浪形、和窗 形。保持架的原料一般有銅鋁合金、鑄鐵、鋼和工程塑料等。圖2-3為普通滾動(dòng)體保持架2.1.4密封圈和防塵蓋密封圈的作用是將軸承內(nèi)部和外界隔離開(kāi)來(lái)，對(duì)滾動(dòng)體、滾道和保持架形成封閉的環(huán) 形罩。一部分可以裝配在軸承的支撐部位上，另一部分固定在墊圈或套圈上，也可以直接 裝配在軸承上。結(jié)構(gòu)有兩類，一類是接觸式，另一類是非接觸式密封。接觸式密封的軸承和密封圈接 觸，封閉效果良好，但是摩擦力

11、矩比較大，溫度升高較快；非接觸式密封采用的是小縫隙 的封閉方式，摩擦小，因此溫度升高較慢而且沒(méi)有磨損，比較適合于高速轉(zhuǎn)動(dòng)。密封圈的 取材一般為橡膠。2.2 被測(cè)軸承的參數(shù)被測(cè)軸承參數(shù)表如下表2-1所示。被測(cè)軸承模型如圖2-4。表2-1 6205滾動(dòng)軸承參數(shù)表內(nèi)徑mm外徑mm寬度mm基本額定動(dòng)載荷/KN基本額定靜載荷/KN最大工作轉(zhuǎn)速 r /min25521514.07.8812000圖2-4 6205 滾動(dòng)軸承2.3 實(shí)驗(yàn)室電機(jī)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室電機(jī)數(shù)據(jù)表如下表2-2所示。電機(jī)模型如圖2-5表2-2 Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/KW滿載轉(zhuǎn)速(r / min )堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kg額定

12、轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速 3000r/min , 2極Y80M1-20.7528252.22.316圖 2-5 Y80M1-2 電機(jī)2.4 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì)及選用軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分重要組成結(jié)構(gòu)包括：試驗(yàn)臺(tái)支架、加載結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)體系、實(shí)驗(yàn) 主軸等其他輔助設(shè)備等。軸承試驗(yàn)臺(tái)方案一如下圖2-6所示：圖2-6試驗(yàn)臺(tái)方案一由圖2-6所示，試驗(yàn)臺(tái)選用了臥式的布局，主軸由兩個(gè)滾動(dòng)軸承支撐，左端裝上被測(cè) 的實(shí)驗(yàn)軸承，右端與聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器和電機(jī)連接。主軸只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不直接加載任 何壓力，載荷加載在試驗(yàn)軸承的外圈上，試驗(yàn)軸承可以更換。動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器傳遞 給主軸。加載方式通過(guò)杠桿施加徑向載荷。受力分析如下圖2

13、-7所示：試驗(yàn)主軸左端受向下的徑向力，由兩個(gè)支撐軸承提供兩個(gè) 相反的支反力。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，試驗(yàn)主軸同時(shí)也受到由聯(lián)軸器傳過(guò)來(lái)的扭矩。通過(guò)分析可 知，試驗(yàn)主軸受到的彎矩不平衡，試驗(yàn)主軸有向左下方傾斜的趨勢(shì)，這不利于試驗(yàn)正常的 運(yùn)行，會(huì)縮短試驗(yàn)臺(tái)的壽命，使試驗(yàn)結(jié)果得不到很好的保證，所以此方案不過(guò)合理。FF1F2圖2-7 試驗(yàn)主軸受力分析圖軸承試驗(yàn)臺(tái)方案二如下圖2-8所示： 12345 6781, 1入試臉軸承2、試驗(yàn)主軸3, 4, 6, 9、支撐軸承 式聯(lián)軸器7、傳動(dòng)軸S, 1K帶輪10、傳動(dòng)帶12、電機(jī)圖2-8 試驗(yàn)臺(tái)方案如上圖所示，試驗(yàn)臺(tái)采用的也是臥式結(jié)構(gòu)，主要由試驗(yàn)部分和傳動(dòng)部分構(gòu)成。試驗(yàn)主

14、軸被兩個(gè)滾動(dòng)軸承支撐，左右兩端各裝配了一個(gè)試驗(yàn)軸承。試驗(yàn)主軸和傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器 連接來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)軸也由一對(duì)滾動(dòng)軸承支撐著，中間通過(guò)鍵槽裝配一個(gè)帶輪，帶輪經(jīng) 由皮帶與電動(dòng)機(jī)上的帶輪相連，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)主軸和傳動(dòng)軸沒(méi)有直接施加任何壓力, 壓力通過(guò)杠桿加載在試驗(yàn)軸承的外圈上，載荷為徑向載荷，試驗(yàn)軸承能夠替換。試驗(yàn)主軸 受力如下圖2-9所示：FFF1F2圖2-9試驗(yàn)主軸受力圖由上試驗(yàn)主軸受力圖可知，試驗(yàn)主軸兩端受到相同的向下的壓力，中間由一對(duì)滾動(dòng)軸 承提供了兩個(gè)支反力。試驗(yàn)主軸由于通過(guò)傳動(dòng)軸來(lái)獲得動(dòng)力，所以所受扭矩主要由傳動(dòng)軸 來(lái)承受，試驗(yàn)主軸幾乎不受任何扭矩影響。所以方案二的有點(diǎn)在于：試驗(yàn)主

15、軸受力分布較 合理，沒(méi)有向任何方向傾斜的趨勢(shì)，帶輪傳動(dòng)能夠起到良好的過(guò)載保護(hù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和討論，選用第二類方案。PRO/E三維造型如下圖2-10所示圖2-10試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型92.5 試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)收集部分和數(shù)據(jù)分析部分組成。數(shù)據(jù)收集部分由加速傳感器 和溫度傳感器兩部分構(gòu)成；加速度傳感器和溫度傳感器安裝在試驗(yàn)軸承箱上，通過(guò)數(shù)據(jù)線 將加速度傳感器和溫度傳感器分別與加速度和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，通過(guò)數(shù)據(jù)線將加 速度和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦計(jì)算機(jī)輸入接口連接，從而獲得加速度信號(hào)和溫度信號(hào)。2.6 加載結(jié)構(gòu)的確定滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際要求是要完成在被試軸承施加徑向壓力4KN

16、,徑向壓力的方向豎直向下，壓力穩(wěn)定不變。試驗(yàn)臺(tái)的加載種類有三種可以選擇，分別是電加載、機(jī)械加載、和液壓加載，一般都 能滿足試驗(yàn)要求，不一樣的加載方法的好處和壞處不一樣，性能要求也不一樣，需要采取 哪種加載方法必須根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)抉擇。2.6.1 電加載大多數(shù)情況下電加載的原理是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)帶輪傳動(dòng)或者齒輪傳動(dòng)等傳到 被試驗(yàn)軸承的表面，電加載的方式振動(dòng)大，噪聲大，試驗(yàn)的轉(zhuǎn)速受到了約束并且可靠性不 行?，F(xiàn)在的電加載形式主要是采用中頻交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)主軸進(jìn)行加載，這樣電機(jī)軸就變 成了一臺(tái)轉(zhuǎn)速高、功率大、剛度強(qiáng)、可靠度強(qiáng)、精度高中頻電動(dòng)機(jī)。電加載有下面一些優(yōu) 點(diǎn)' 八、(1)較高的轉(zhuǎn)動(dòng)

17、速度這樣的電機(jī)軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到每分鐘十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，這個(gè)特點(diǎn)尤其明顯。(2)較高的傳動(dòng)精度電機(jī)軸的傳動(dòng)精度高、噪聲小，只是向試驗(yàn)主軸傳輸轉(zhuǎn)矩，如果使用的是高彈性式聯(lián) 軸器，那么就能夠消除試驗(yàn)主軸和電機(jī)軸之間同軸度誤差和振動(dòng)的互相傳遞帶來(lái)的不好的 影響。(3)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控利用計(jì)算機(jī)來(lái)控制電機(jī)的輸出頻率，可以使得電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速成為有節(jié)奏的周期性改變。能夠測(cè)試出電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，向電機(jī)進(jìn)行反饋以便保證電機(jī)軸轉(zhuǎn)速和試驗(yàn)要求一樣(4)較高的傳動(dòng)效率電機(jī)軸和試驗(yàn)主軸的軸承連接或者是連接為一體，它們之間沒(méi)有其他任何的裝置能夠 消耗功率。(5)安裝比較方便根據(jù)實(shí)際需求，一般將電機(jī)軸裝成為立式或臥式或者和試驗(yàn)主軸連為

18、一體。電加載一般用在需要持續(xù)回轉(zhuǎn)加載的情況下，它的不好在于加載結(jié)構(gòu)的體積龐大，當(dāng)給軸 承試驗(yàn)臺(tái)加載時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由考慮電機(jī)的散熱情況，這種加載方式不適合長(zhǎng)期工 作。2.6.2 液壓加載液壓加載的動(dòng)力來(lái)源于電機(jī)，經(jīng)過(guò)液壓泵把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力。通過(guò)掌控各個(gè)閥門(mén)來(lái) 掌管液壓油的流動(dòng)方向，從而來(lái)帶動(dòng)液壓缸做出有區(qū)別的行程和不一樣方向的運(yùn)動(dòng)，以便 完成不同工作下的需要，液壓加載有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以隨便設(shè)置試驗(yàn)軸承的速度特性，從而獲得不同工作情況下的不同性能；(2)液壓系統(tǒng)的伺服剛度很大，在有很大的沖擊或者后坐力的情況下，如果不使用液 壓系統(tǒng)，也許會(huì)造成是試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的變形更厲害的會(huì)損壞。為了確保試

19、驗(yàn)的不變性和安全 性，有必要使用液壓伺服系統(tǒng)；(3)在惡劣的工作情況下，液壓系統(tǒng)的真實(shí)性比較強(qiáng)；(4)在一樣的功率情況下，液壓系統(tǒng)的體積小、重量輕。液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)：(1)液壓系統(tǒng)容易漏油，不能提供穩(wěn)定不變的壓力；(2)液壓系統(tǒng)的油液具有易燃性，容易引起安全問(wèn)題；(3)油液的粘度受溫度影響較大，導(dǎo)致供油和運(yùn)動(dòng)速率不平穩(wěn)。依照本試驗(yàn)臺(tái)的工作情況和需求，不適合采用液壓加載方式。2.6.3 杠桿加載杠桿加載的長(zhǎng)處：杠桿操操縱簡(jiǎn)單，能將載荷等比例增加且載荷值穩(wěn)定不變，如果結(jié) 構(gòu)變形，載荷也可以保持恒定，特別是對(duì)于要施加長(zhǎng)期載荷的試驗(yàn)，這種加載方式是很不錯(cuò)的選擇，尤其是集中應(yīng)力。鑒于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作情況和要

20、求選擇的加載方式為杠桿加載加載原理示意圖和模型圖如下圖 2-11和圖2-121、軸承加載套2、被試軸承3、杠桿機(jī)構(gòu)圖2-11加載結(jié)構(gòu)圖2-12加載結(jié)構(gòu)模型圖2.7 總方案的模型圖最終設(shè)計(jì)方案模型如下圖2-13圖2-13總方案設(shè)計(jì)模型圖2.8 本章小結(jié)滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵部分有機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、加載結(jié)構(gòu)及輔助設(shè)備構(gòu)成。本章重 要介紹了軸承的種類、實(shí)驗(yàn)室電機(jī)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)方案的設(shè)定及測(cè)試體系、加載結(jié)構(gòu)的選擇, 并畫(huà)出了試驗(yàn)臺(tái)、加載結(jié)構(gòu)、總方案的 PRO/E三維模型，最后確定了試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。1317第3章試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分由試驗(yàn)臺(tái)支架、 軸向加載裝置、試驗(yàn)主軸、傳動(dòng)軸、電機(jī)、 帶

21、輪等其他輔助設(shè)備。本章重要介紹了實(shí)驗(yàn)軸承相關(guān)參數(shù)的計(jì)算、支撐軸承的選用、試驗(yàn) 主軸的設(shè)計(jì)及校核、聯(lián)軸器的選擇、傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核、帶及帶輪的設(shè)計(jì)、加載裝置的 設(shè)計(jì)及機(jī)架的設(shè)計(jì)。3.1試驗(yàn)軸承相關(guān)參數(shù)的計(jì)算試驗(yàn)軸承型號(hào)為6205的深溝球軸承，額定壽命計(jì)算公式:(3-1)106 CL10h 嬴(P)公式中L0h額定壽命（h）；C額定動(dòng)載荷；n軸承轉(zhuǎn)速；P當(dāng)量動(dòng)載荷；壽命指數(shù)，球軸承 3。軸承采用脂潤(rùn)滑，極限轉(zhuǎn)速為 n=120006000r/min,取極限轉(zhuǎn)速為12000r/min被試軸承選取軸承的極限轉(zhuǎn)速的40%60%,選取極限轉(zhuǎn)速的40%,所以試驗(yàn)軸承的轉(zhuǎn)速為：n=12000 40% r/min

22、 = 4800 r/min由于L0h計(jì)算比較麻煩，通常是在 100300小時(shí)范圍內(nèi)選擇L10h的值。軸承的內(nèi)徑大于60mm時(shí)，選擇較大的數(shù)值，當(dāng)實(shí)驗(yàn)軸承的內(nèi)徑小于60mm時(shí)，可以選擇較小的或者中間的數(shù)值，所以選擇L0h=150 h01.1.1 試驗(yàn)載荷的計(jì)算試驗(yàn)時(shí)，加載在軸承上的力為計(jì)算的當(dāng)量動(dòng)載荷。依據(jù)選擇的I.和試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n,按照下列公式求解。P fn C(3-2)fL公式中 fn 轉(zhuǎn)速系數(shù)；fL 壽命系數(shù)。依據(jù)選擇的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速查滾動(dòng)軸承測(cè)試技術(shù)表 7-6速度系數(shù)fn =0.191,查滾動(dòng) 軸承測(cè)試技術(shù)表7-7壽命系數(shù)fL =0.670。fc0 191P fn C=019- 14 3.991

23、KNfL0.670向心軸承只受徑向壓力 匕，試驗(yàn)加載的徑向壓力與計(jì)算的當(dāng)量載荷相等。即：Fr = P = 4 KN1.1.2 額定靜載荷的驗(yàn)算之前計(jì)算的Fr是按照額定動(dòng)載荷求得的，是否也滿足滾動(dòng)軸承的額定靜載荷要求， 那也應(yīng)該驗(yàn)算。驗(yàn)算的辦法依據(jù)：將Fr代入靜載荷公式(3-3),假如算得的靜載荷P0比 額定的靜載荷C。要小，那么就滿足設(shè)計(jì)要求。在軸承手冊(cè)上能夠查到軸承的額定靜 載荷C0。靜載荷F0計(jì)算公式為：P0 X°Fr Y°Fa(3-3)公式中 R 計(jì)算靜載荷(N);Xo額定徑向靜載荷系數(shù)；Y)額定軸向靜載荷系數(shù)；Fa 軸向載荷。額定軸向靜載荷系數(shù)Yo和額定徑向靜載荷系

24、數(shù)X0由滾動(dòng)軸承測(cè)試技術(shù)表 7-11 可以查到：X0=0.6應(yīng)為試驗(yàn)軸沒(méi)有受到任何方向的軸向力，所以Fa = 00P0 X0Fr Y0Fa = 0.64 = 2.4 KNPoCo試驗(yàn)載荷滿足額定靜載荷的要求。3.2 支撐軸承的選用支撐軸承是本試驗(yàn)臺(tái)的重要部件，合理的選擇能夠保證試驗(yàn)臺(tái)和主軸系統(tǒng)的精度和壽 命。支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般是對(duì)被試驗(yàn)軸承和支撐軸承進(jìn)行規(guī)范的格局分配，支撐軸承一般 有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種?；瑒?dòng)軸承使用在具有大沖擊和震動(dòng)、高轉(zhuǎn)速的情況下，徑向 的大小受到局限并且要分開(kāi)安裝；滾動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)在于摩擦系數(shù)小，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻力也小，而 且已經(jīng)是國(guó)標(biāo)化的，選擇，維護(hù)、潤(rùn)滑都很方便。所以為了使

25、支撐結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單，還是采 用滾動(dòng)軸承來(lái)支撐軸比較適合。試驗(yàn)臺(tái)的支撐軸承所受的力來(lái)自試驗(yàn)軸承所受的徑向載荷，由于軸承是對(duì)稱成分布， 從受力分析圖上可得知最大徑向的支反力 4KN ;試驗(yàn)臺(tái)主軸的最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度為4800r/min, 即要求支撐軸承的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于 4800r/min支撐軸承的壽命應(yīng)大于被試驗(yàn)軸承，軸承 的設(shè)計(jì)應(yīng)以他的疲勞壽命為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，綜合以上內(nèi)容參考下表3-1,選擇的軸承為N210E型 圓柱滾子軸承，建模如下圖3-1。尺寸參數(shù)為：內(nèi)徑 150mm、外徑 90mm、厚度20mm。圖3-1支撐軸承模型表3-1支撐軸承特性的對(duì)比軸承類型一般特性深溝球軸承1、承載能力小2、能承受較小的軸

26、向壓力， 但主要承受徑向 壓力。在軸承的徑向移動(dòng)量變多時(shí)，能夠起到角接觸軸承的效果，能夠承載很大的軸向 壓力3、可以有一些的軸向位移，但軸向位移受到 軸向移動(dòng)量范圍的限制4、摩擦較小，極限轉(zhuǎn)速較高角接觸軸承1、承受載荷的能力大2、極限轉(zhuǎn)速高3、能夠同時(shí)承受軸向和徑向載荷4、只能夠承受片面的軸向壓力， 一般同時(shí)使用兩個(gè)，有承受徑向壓力的情況下會(huì)造成附加的軸向力圓柱滾子軸承1、外圈能夠分開(kāi)，安裝時(shí)能夠調(diào)整軸承的移動(dòng)量2、極限轉(zhuǎn)速高，能夠承受很大的壓力3、可承受軸向壓力和徑向壓力，一般成對(duì)使用3.3 試驗(yàn)主軸的設(shè)計(jì)及校核軸按照軸上的受力種類可以總結(jié)為心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)軸三種。心軸僅傳遞彎矩不可以 傳遞

27、轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)軸既能傳遞動(dòng)力也能支撐傳動(dòng)部件，既能傳遞轉(zhuǎn)矩也能承受彎矩；傳動(dòng)軸僅 可以傳遞轉(zhuǎn)矩不可以受彎矩，通常僅可以承受很小的彎矩。本試驗(yàn)臺(tái)主軸即承受彎矩又承 受部分的轉(zhuǎn)矩，能夠視為轉(zhuǎn)軸。空心軸由于在運(yùn)動(dòng)中受力比較復(fù)雜，所以試驗(yàn)主軸采用實(shí) 心。模型圖如下3-2圖3-2試驗(yàn)主軸模型3.3.1 試驗(yàn)主軸材料的選擇試驗(yàn)主軸是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的重要零件之一，具有較高的組裝和加工精度，和支撐軸承以及被 測(cè)軸承之間的配合精度直接影響軸承的靜特性和動(dòng)特性以及回轉(zhuǎn)精度，考慮加工方式為單 件加工，所以應(yīng)該選擇強(qiáng)度和剛度比較高的材料。主軸材料一般有45號(hào)鋼、40Cr和30CrMo ,這幾種材料的力學(xué)性能如下表 3-2。表3-2

28、力學(xué)性能對(duì)照表材料牌號(hào)熱處理硬度(HB)抗拉強(qiáng)度極限b屈服強(qiáng)度極限s彎曲疲勞極限1扭轉(zhuǎn)疲勞極限1許用彎曲應(yīng)力145正火162-2175702852451355540Cr調(diào)制220-2596804883451907230CrMo調(diào)制187-369985835431210750綜合上述，考慮到試驗(yàn)臺(tái)主軸的作用，最終選取軸材料為40Cr 。3.3.2 試驗(yàn)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)該注意：(1)設(shè)計(jì)的主軸應(yīng)該具有較好的裝配工藝性和加工工藝性；(2)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該確定軸承和鍵槽的種類和大小，軸和軸上的零件要有正確的工作位置；(3)設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保軸端擋圈和彈性墊圈等軸向定位零件的功用，裝配處的軸段長(zhǎng)度應(yīng)該

29、較零件的輪轂端2-3mm(4)設(shè)計(jì)時(shí)，軸上的定位軸肩h通常選用(0.07-0.1 ) d, d是和零件相配處的軸的直 徑；(5)改善應(yīng)力分布，減少應(yīng)力集中。圖3-3試驗(yàn)主軸根據(jù)軸上要裝配的零件及考慮到定位，所設(shè)計(jì)的軸的結(jié)構(gòu)圖如下圖3-1試驗(yàn)主軸從左到右共8段軸，第1,7段裝配著被試驗(yàn)軸承以及用于定位被試驗(yàn)軸承的 零件，被試驗(yàn)軸承內(nèi)徑為25mm所以這段軸徑也為25mm長(zhǎng)度30mm第2段軸不裝配任 何東西僅起一個(gè)過(guò)渡作用和作為被試驗(yàn)軸承的定位軸肩，按照被試驗(yàn)軸承的裝配要求，這 段軸的直徑取32mm長(zhǎng)度為10mm第3,5段用于裝配支撐軸承，支撐軸承內(nèi)徑 50mmf以 這段軸的直徑也為50mm長(zhǎng)度為6

30、0;第4段軸也起著定位軸肩的作用，直徑為 60mm長(zhǎng) 度為100mm第8段是和聯(lián)軸器連接的軸直徑18mm長(zhǎng)度為40mm3-43.3.3 試驗(yàn)主軸的強(qiáng)度校核根據(jù)實(shí)驗(yàn)軸承上裝配的零件和位置以及所施加的載荷，實(shí)驗(yàn)主軸的受力圖如下圖所示。c）扭矩圖21(3-4)圖3-4試驗(yàn)主軸受力分析圖軸的最大彎矩出現(xiàn)在支撐軸承的作用點(diǎn)上，彎矩公式:求得彎矩:M = 40.675 = 2.7 KN m -軸承所經(jīng)受的扭矩來(lái)自軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)，扭矩公式；(3-5)PT 9549 n公式中：P 電機(jī)功率 （KW）n 軸承轉(zhuǎn)速（r/min）0.75, s 2T = 9549 4goo = 1.49 N m計(jì)算出試驗(yàn)軸的扭矩和彎矩

31、后，由于最危險(xiǎn)的截面出現(xiàn)在軸直徑最小的地方，針對(duì)這 個(gè)截面要求做校核，校驗(yàn)該段危險(xiǎn)截面的彎矩和扭矩的合成強(qiáng)度，按照第三強(qiáng)度公式計(jì)算 應(yīng)力，第三強(qiáng)度理論公式：ca(3-6)一般情況下由于彎矩造成的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而通過(guò)扭矩造成的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力T 一般不是對(duì)稱的循環(huán)變應(yīng)力。綜合考慮這兩個(gè)應(yīng)力之間循環(huán)特性影響的不同， 加入折合系數(shù)a，那么計(jì)算應(yīng)力的公式變?yōu)椋篶a2 4()2(3-7)公式中彎曲應(yīng)力是對(duì)稱的循環(huán)應(yīng)力。在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是靜應(yīng)力情形下，a取0.3；在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力的情形下，a取0.6 ；若是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力同樣為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力， 那么 取1。當(dāng)截面為圓形時(shí)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,彎曲應(yīng)力為,

32、將p和a代入公Wt 2WW式（3-7）,于是軸的彎曲扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度公式為:(3-8)M 2 4 T 2 M2 T 2 ca W 2WW公式中：ca 軸的計(jì)算應(yīng)力，M Pa;T軸的扭矩，Nmm；M軸的彎矩，Nmm；W 軸的抗彎截面系數(shù)，mm3。d332圓軸的抗彎截面系數(shù)計(jì)算公式為：(3-9)試驗(yàn)軸所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是靜應(yīng)力，彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，所以取«=0.3,由公式（3-9）求得截面的抗彎及屋面系數(shù)：W=0.1 d3 =1562.5 mm3 （d 為截面直徑）將所求得的結(jié)果全部代入公式（3-8）,求出彎曲扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力。計(jì)算過(guò)程如 下：=66.5MPC(2.7 106)2 (

33、0.3 1.49 103)21562.51為許用彎曲應(yīng)力，使用軸的材料的許用彎曲用力為70MPa,計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力，該軸的危險(xiǎn)截面滿足設(shè)計(jì)要求，所以該軸的設(shè)計(jì)較合理，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的需求。3.4 聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器在機(jī)械結(jié)構(gòu)中很常見(jiàn)，屬于常用部件。它的功能主要是用來(lái)連接軸和回轉(zhuǎn)零件 或軸與軸的連接，用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩或者運(yùn)動(dòng)；在獨(dú)特情況下，也可夠起到安全裝置的功效。依據(jù)聯(lián)軸器的工作特性能夠分為 3大類：1、聯(lián)軸器的功用是把兩個(gè)軸銜接在一起，機(jī)器在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)軸不能夠分開(kāi)，當(dāng)機(jī)器 停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，才能將它們分開(kāi)。2、安全聯(lián)軸器在在機(jī)器征程工作時(shí)，在轉(zhuǎn)矩超過(guò)額定數(shù)值的情況下，這種聯(lián)軸器會(huì) 自動(dòng)斷開(kāi)，以此來(lái)保

34、護(hù)機(jī)器中主要的零部件不會(huì)因?yàn)檫^(guò)載造成損壞。3、具有特殊用途的聯(lián)軸器用在一些具有特殊要求的工作條件下，比如在設(shè)定的某一 回轉(zhuǎn)方向或者到達(dá)了設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速，聯(lián)軸器會(huì)自動(dòng)的分離或連接。由于機(jī)器的工作情況各不相同，以此對(duì)聯(lián)軸器提出個(gè)很多不同的要求，比如轉(zhuǎn)速高低、 扭矩打下、體積大小、具有某些特殊功能等，為了滿足這些不同的需求，不同類型的聯(lián)軸 器應(yīng)運(yùn)而生，很多新產(chǎn)品也在陸續(xù)的出現(xiàn)。3.4.1 選擇聯(lián)軸器應(yīng)該考慮的因素(1)載荷的類型由于聯(lián)軸器的原料和構(gòu)造不一樣，用在各機(jī)器產(chǎn)品的聯(lián)軸器能夠承受的壓力差別很 大，壓力的類別緊要是對(duì)于工作時(shí)載荷的振動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、沖擊、啟動(dòng)頻繁等不同緣故所形 成的不一樣的載荷。為

35、了方便采用和計(jì)算，將傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷分為下列四種，如表 3-3所表3-3載荷種類載荷不性1234載荷情況載荷均勻，工作穩(wěn)定中等載荷沖擊高沖擊，正反轉(zhuǎn)頻繁特大沖擊，正反轉(zhuǎn)頻繁工作情況系數(shù)11.51.52.52.52.75>2.75傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷種類是選取聯(lián)軸器種類的依據(jù)，如果是有振動(dòng)、沖擊以及工作載荷的 變化很大，應(yīng)該選取一些具有彈性元件的聯(lián)軸器，用來(lái)減少振動(dòng)、緩解沖擊、抵償軸的偏 移和提高傳動(dòng)體系的工作機(jī)能。正反轉(zhuǎn)、經(jīng)常啟動(dòng)、開(kāi)機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)矩是一般情況下工作時(shí)的好幾倍，在這種工作條件下，會(huì)使得聯(lián)軸器的彈性元件的使用時(shí)間變短。聯(lián)軸器通常只容 許短時(shí)間的超載，超載時(shí)轉(zhuǎn)矩不可以大于公稱轉(zhuǎn)矩的23倍。

36、在低速工作的情況下應(yīng)該避免只選取小功率的聯(lián)軸器，比如臺(tái)輪式聯(lián)軸器、彈性套柱 銷聯(lián)軸器；如果是需要起過(guò)載保護(hù)的軸或回轉(zhuǎn)件中，較適合選用安全聯(lián)軸器；工作時(shí)載荷 變化比較大而且還有振動(dòng)、沖擊的軸或回轉(zhuǎn)件，應(yīng)該選擇具有緩沖和減振元件的彈性聯(lián)軸 器，彈性元件材料為金屬的比不是金屬的聯(lián)軸器承載本領(lǐng)強(qiáng)，彈性元件受擠壓強(qiáng)度比受剪 切強(qiáng)度高。(2)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速依據(jù)聯(lián)軸器所選用的原料的最大外緣大小和容許的線速度計(jì)算出聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速， 不一樣的規(guī)格、原料和種類的聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速的限度不一樣，通過(guò)變換聯(lián)軸器的原料可 以變換聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速的許用范圍，原料如果選取鋼材比選取鑄件的許用速度的范圍更大，如 果聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速大

37、于 5000r/min,務(wù)必考慮彈性元件變形和聯(lián)軸器外緣的離心力等影響成 分，并且做合理的調(diào)整。在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)當(dāng)采用沒(méi)有彈性元件的聯(lián)軸器，應(yīng)為在高速轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)彈性元件容易發(fā)生形變，應(yīng)該采用高精度的撓性聯(lián)軸器。(3)聯(lián)軸器連接軸的相對(duì)位移因?yàn)閮蛇B接軸的安裝誤差、建造誤差、基座變形、軸受力造成的變形、軸承受損、溫 度轉(zhuǎn)變等很多因素影響而造成相對(duì)位移。通常，兩軸的相對(duì)位移是不可能逃避的，但在不 一樣的工況下軸轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的偏移量的多少是不一樣的，僅有撓性聯(lián)軸器具有抵償相對(duì)位 移的功能，在現(xiàn)實(shí)選用中大多數(shù)采用撓性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器沒(méi)有位移抵償功能，能夠使 用的范圍受到局限，所以選用很少。(4)聯(lián)軸器的傳

38、動(dòng)精度傳遞運(yùn)動(dòng)和小轉(zhuǎn)矩的軸類傳動(dòng)，對(duì)傳動(dòng)精度具有非常高的要求，應(yīng)該使用金屬元件作 為彈性元件的撓性聯(lián)軸器；較大轉(zhuǎn)矩的軸類傳動(dòng)，對(duì)傳動(dòng)精度的要求也非常高，早高速轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，不應(yīng)該選用非金屬?gòu)椥栽涂梢砸苿?dòng)元件之間有間隙的撓性聯(lián)軸器，應(yīng)該選用的 聯(lián)軸器是膜片聯(lián)軸器。(5)聯(lián)軸器的大小，安裝和保養(yǎng)聯(lián)軸器的大小，應(yīng)該在機(jī)器的允許安裝空間范圍內(nèi)，應(yīng)該選擇不用維護(hù)保養(yǎng)，拆裝簡(jiǎn) 單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)的或者保養(yǎng)維護(hù)較為方便，更換損壞元件容易的聯(lián)軸器。在較大的機(jī) 對(duì)中兩軸的對(duì)中比較難。對(duì)于那些工作時(shí)間連續(xù)而且長(zhǎng)期的工作場(chǎng)合，目前一般選用齒式25聯(lián)軸器，雖然齒式聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩大，但應(yīng)為要求的工作環(huán)境較高，維護(hù)保養(yǎng)

39、要求高， 工作量大而不選用。(6)工作環(huán)境一般情況下聯(lián)軸器和其他裝配零件一起使用，周邊的工作環(huán)境比較復(fù)雜，像濕度，酸、堿。水、腐蝕性物質(zhì)等情況，這些都是選用聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)該考慮的因素之一。對(duì)于高溫、強(qiáng) 酸、堿的工作環(huán)境不該選用有橡膠材料的聯(lián)軸器。(7)經(jīng)濟(jì)性因?yàn)椴灰粯拥姆N類、規(guī)格、型式的的聯(lián)軸器的大小、原料、構(gòu)造和精度不一樣，它的 造價(jià)出入都非常大。精度要求高的聯(lián)軸器造價(jià)都高于精度要求低的聯(lián)軸器；特殊材料的聯(lián) 軸器比一般材料的聯(lián)軸器造價(jià)也高；金屬聯(lián)軸器成本高于非金屬聯(lián)軸器，所以在采用聯(lián)軸 器時(shí)造價(jià)是務(wù)必思考的成分之一。如果是在正常的工作環(huán)境下，就沒(méi)有規(guī)定必須選用昂貴 的聯(lián)軸器，按照現(xiàn)實(shí)的工作情況和

40、需求選取。根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的要求和實(shí)際的工作情況以及上面所說(shuō)的本試驗(yàn)臺(tái)所選擇的聯(lián)軸器為：GYH1凸緣聯(lián)軸器Y18 42 。驅(qū)動(dòng)端：Y型軸孔、A型鍵槽、軸直徑18mm、長(zhǎng)度42mm；J118 30從動(dòng)端：Ji型軸孔、A型鍵槽、軸直徑18mm、長(zhǎng)度30mm。聯(lián)軸器實(shí)體圖如下3-5所示。圖3-5 聯(lián)軸器253.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核軸按照軸上的受力類型可以分為心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)軸三種。心軸僅傳遞彎矩不可以傳 遞轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)軸不僅可以傳遞動(dòng)力也可以支撐傳動(dòng)部件，不僅可以傳遞轉(zhuǎn)矩而且可以承受彎 矩；傳動(dòng)軸盡可以傳遞轉(zhuǎn)矩不可以承受彎矩或只可以承受很小彎矩。本試驗(yàn)臺(tái)主軸即承受 彎矩又承受部分的轉(zhuǎn)矩，能夠視為轉(zhuǎn)軸?？招妮S

41、由于在運(yùn)動(dòng)中受力比較復(fù)雜，所以傳動(dòng)軸 采 用 實(shí) 心。 模 型 圖 如 下 圖 3-6圖3-6傳動(dòng)軸模型3.4.1 試驗(yàn)主軸材料的選擇綜合上述考慮傳動(dòng)軸的性能，最終選取主軸原料為40Cr。3.4.2 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)該注意：(1)設(shè)計(jì)的主軸應(yīng)該具有較好的裝配工藝性和加工工藝性；(2)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該確定軸承和鍵槽的類型和大小，軸和軸上的零件要有無(wú)誤的工作位 置；(3)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證軸端擋圈和彈性墊圈等軸向定位零件的作用，裝配處的軸段長(zhǎng)度應(yīng)該較零件的輪轂端2-3mm(4)設(shè)計(jì)時(shí)，軸上的定位軸肩h通常選用(0.07-0.1) d, d是和零件相配處的軸的直徑;(6)改善應(yīng)力分布，減少應(yīng)力集

42、中。根據(jù)軸上要裝配的零件及考慮到定位，所設(shè)計(jì)的軸的結(jié)構(gòu)圖如下圖3-6圖3-7傳動(dòng)軸29a) 受力圖試驗(yàn)主軸從左到右共5段軸，第1,3段用于裝配支撐軸承，支撐軸承內(nèi)徑 50mm所以 這段軸的直徑也為50mm,長(zhǎng)度為70mm；第2段軸也起著定位軸肩的作用，直徑為60mm, 長(zhǎng)度為160mm；第4段軸起過(guò)度作用直徑30mm,長(zhǎng)度10mm；第5段是和聯(lián)軸器連接的 軸直徑18mm,長(zhǎng)度為50mm。3.4.3 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核按照傳動(dòng)軸的工作情況，下面是它的受力分析3-8所示:F1F2b） 彎矩圖c）扭矩圖圖3-8傳動(dòng)軸的受力分析圖軸的最大彎矩出現(xiàn)在支撐軸承的作用點(diǎn)上，利用彎矩公式（3-4）:求得彎矩：M

43、 = 40.180 = 0.72 KN m -軸承所承受的扭矩來(lái)自帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)扭矩公式（3-5）求得:0.75T = 9549= 1.49 N m計(jì)算出傳動(dòng)軸的扭矩和彎矩后，由于危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在軸徑最小的地方，針對(duì)這個(gè)危險(xiǎn) 截面要求做校核，校核該段截面的彎矩和扭矩的合成強(qiáng)度，按照第三強(qiáng)度公式計(jì)算應(yīng)力， 第三強(qiáng)度理論公式：ca一般情況下由于彎矩造成的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而通過(guò)扭矩造成的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力P通常不是對(duì)稱的循環(huán)變應(yīng)力。綜合考慮這兩個(gè)應(yīng)力之間循環(huán)特性影響的不同， 加入折合系數(shù)a，那么計(jì)算應(yīng)力的公式變?yōu)椋篶a2 4()2當(dāng)截面為圓形時(shí)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力工工，彎曲應(yīng)力為W 2WM,將p和a代入公

44、式（3-7）, W于是軸的彎曲扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度公式為:M 2 4 T 2,M2 T 2ca W 2WW公式中：ca 軸的計(jì)算應(yīng)力，M Pa;T軸的扭矩，Nmm；M軸的彎矩，Nmm；3 mm 。W軸的抗彎截面系數(shù)， 圓軸的抗彎截面系數(shù)計(jì)算公式為：d332試驗(yàn)軸所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是靜應(yīng)力，彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，所以取 a =0.3由公式（3-9）求得截面的抗彎及屋面系數(shù)：W=0.1 d3=21600mm3 （d 為截面直徑）將所算到的結(jié)果全部代入公式（3-8）,得到彎曲扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力。計(jì)算過(guò)程如下：=33.3 MP <(0.72 106)2 (0.3 1.49 103)2216001為許

45、用彎曲應(yīng)力，使用軸的材料的許用彎曲用力為 70MP,計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力，該軸的危險(xiǎn)截面滿足設(shè)計(jì)要求，所以該軸的設(shè)計(jì)較合理，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的需求。3.5 V帶和帶輪的設(shè)計(jì)帶的轉(zhuǎn)動(dòng)是一種撓性轉(zhuǎn)動(dòng)，帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)有：主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和V帶。原理是利用帶和帶輪之間的嚙合或者摩擦作用來(lái)傳動(dòng)動(dòng)力。帶傳動(dòng)的特點(diǎn)有：制造價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)在的機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能夠起到緩解沖擊和減少振動(dòng)和以及過(guò)載保護(hù)作用。 中應(yīng)用較為普遍。V帶和帶輪模型如下圖（3-9）。3(3-10)(3-11)3.5.1 V帶的設(shè)計(jì)已知電機(jī)的功率為0.75KW, V帶的計(jì)算功率公式；PCa = KA P查文獻(xiàn)4表8-7工作情況系數(shù)Ka

46、= 1.1,因此計(jì)算功率為：Pca= Ka P = 1.10.75 = 0.825 KW根據(jù)轉(zhuǎn)速n和計(jì)算功率PCa ,查文獻(xiàn)4圖8-11選用Z型帶。查 文獻(xiàn)4表8-6和表8-8,選擇小帶輪直徑dd1 = 100mm。帶速公式：dnv 60 1000V = 25.12m/s5m/s V 30m/s,帶的速度合適。大帶輪的直徑dd2 = i dd1 = 1.7 100 = 170mm。傳動(dòng)比：i = nI / e=4800/2830 = 1.69V帶的中心距初選a0=500mm。 2基準(zhǔn)長(zhǎng)度公式：Ldo 2a0 (ddi dd2)(dd2一5)-(3-12)24a°通過(guò)計(jì)算得：Ld°= 1596 mm查表機(jī)械設(shè)計(jì)表 8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld =1600mm實(shí)際中心距：a a0 -Ld一處 =502mm2驗(yàn)算小帶輪的包角 i :i = 1800dd2 ddi 57.3 = 1720 > 1200a計(jì)算帶的根數(shù)：按照小帶輪的直徑dd1和轉(zhuǎn)速 總查 文獻(xiàn)4表8-4a可查到帶輪的基本額定功率p0 =0.96KW。依據(jù)轉(zhuǎn)速總和傳動(dòng)比i查文獻(xiàn)4表8-4b可知額定功率增量P0=0.04KW。同