LHHD智能滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告

6LHHD智能滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)LHHD智能滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)是用來驗(yàn)證滾動(dòng)軸承工作時(shí)軸承元件上載荷的分布規(guī)律、載荷及應(yīng)力的變化規(guī)律、成對(duì)使用的向心角接觸軸承載荷分析及當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算等問題，這些問題屬滾動(dòng)軸承承載機(jī)理的重點(diǎn)內(nèi)容，是“滾動(dòng)軸承”一章的難點(diǎn)、重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，并通過軟件分析、處理實(shí)測數(shù)據(jù)，模擬載荷及應(yīng)力分布曲線，對(duì)鞏固、加深理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，是非常必要的。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.軸承外圈分布載荷的測試。2.軸承外圈載荷及應(yīng)力變化規(guī)律的測試驗(yàn)證，滾動(dòng)體及內(nèi)圈載荷應(yīng)力變化規(guī)律的模擬。3.對(duì)成對(duì)組合安裝的向心角接觸軸承進(jìn)行載荷分析及當(dāng)量動(dòng)載荷、軸承壽命的計(jì)算，觀察不同載荷下內(nèi)部軸向力引起的“放松”和“壓緊”現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)（圖1示），主要配置有直流減速電機(jī)1臺(tái)（150W，220V，輸出轉(zhuǎn)速0~100r/min）,徑向加載傳感器1個(gè)（量程0~10kN），軸向加載傳感器1個(gè)（量程0~10kN），試驗(yàn)用軸承2個(gè)（30213）等。圖1滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)2.專用軟件光盤1張。三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2示，微型直流減速電機(jī)11驅(qū)動(dòng)軸10回轉(zhuǎn)，軸10由一對(duì)正裝的圓錐滾子軸承41（型號(hào)30213）支承，該對(duì)軸承為測試實(shí)驗(yàn)軸承。軸10中部對(duì)稱安裝有三個(gè)徑向加載軸承9（型號(hào)6014）、間距50mm,軸承9外圈與可移動(dòng)的力傳感器7接觸。傳感器7由托板21、彈簧23安裝在滑塊17上，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄3可通過螺釘4與滑塊17間的螺旋傳動(dòng)來調(diào)整傳感器7對(duì)加載軸承9施加載荷的大小。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪32可通過絲桿18與螺母6組成的螺旋傳動(dòng)來帶動(dòng)滑塊17在兩根滑桿28上移動(dòng)，從而調(diào)整傳感器7的位置。在軸10的右端板30上固定有支座33，支座33內(nèi)裝有力傳感器7，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄可調(diào)整通過心軸37對(duì)軸10施加的軸向載荷的大小。圖2滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)原理1、軸承外圈上的載荷分布以正裝（面對(duì)面）無游隙圓錐滾子軸承（30213）為測試對(duì)象，軸承外圈上貼有均布的8個(gè)電阻應(yīng)變片（圖4示），由電阻應(yīng)變儀測得各應(yīng)變片的變形，從而得出均布各點(diǎn)的載荷分布。圖4外圈上均布貼的應(yīng)變片圖5圓錐滾子軸承受載圖軸承承載時(shí)，載荷通過軸頸作用于內(nèi)圈上，再通過內(nèi)外圈間的滾動(dòng)體來傳遞，如圖5示。徑向載荷FR通過軸頸作用于內(nèi)圈，位于上半圈的滾動(dòng)體不會(huì)受力，內(nèi)、外圈下半圈與滾動(dòng)體接觸處共同產(chǎn)生局部接觸變形，在FR作用線上接觸點(diǎn)處的變形量最大，向兩邊逐漸減小。因而接觸載荷也是處于FR作用線上接觸點(diǎn)處最大，向兩邊逐漸減小。所有滾動(dòng)體作用在內(nèi)圈上的接觸力的向量和必定等于徑向載荷FR。當(dāng)徑向載荷FR大小一定時(shí)，受載滾動(dòng)體數(shù)目（即承載區(qū)大小）與軸承所受的軸向載荷FA大小有關(guān)。當(dāng)軸向載荷FA逐漸增大時(shí)，軸承內(nèi)接觸的滾動(dòng)體數(shù)目逐漸增多。當(dāng)FA≈FRtanα?xí)r，僅有1~2個(gè)滾動(dòng)體受載，F(xiàn)A逐漸加大，承載滾動(dòng)體逐漸增多，如圖6（a）示；當(dāng)FA≈1.25FRtanα?xí)r，可達(dá)下半圈滾動(dòng)體全部受載，如圖6（b）示；當(dāng)FA≈1.7FRtanα?xí)r，開始使全部滾動(dòng)體受載，如圖6（c）示，此時(shí)FR作用線上接觸點(diǎn)處的接觸載荷反而比(b)圖的小了；當(dāng)FA＞1.7FRtanα?xí)r，全部滾動(dòng)體受載，圖6(d)示。圖6軸向載荷變化時(shí)受載滾動(dòng)體數(shù)目的變化2、軸承工作時(shí)，軸承元件上的載荷及應(yīng)力變化規(guī)律。軸承工作時(shí)各個(gè)元件上所受的載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是時(shí)刻變化的，軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)圈和外圈各自的載荷及應(yīng)力變化律是各不相同的。滾動(dòng)軸承工作時(shí)，對(duì)于滾動(dòng)體上的某一點(diǎn)A而言（圖7示），它的載荷以及應(yīng)力是周期性變化的，當(dāng)滾動(dòng)體進(jìn)入承載區(qū)后所受載荷由零逐漸增加到某一最大值，然后再逐漸降低到零，如圖8（a）示。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)套圈（如內(nèi)圈）上的某一點(diǎn)F，它會(huì)隨著滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，與滾動(dòng)體的受載情況類似。當(dāng)和滾動(dòng)體接觸時(shí)就承受載荷，脫離接觸時(shí)所受載荷就降為零，所受載荷也是周期性地不穩(wěn)定變化的，但是和滾動(dòng)體還是有區(qū)別的。如圖8（b）示。對(duì)于固定套圈（如外圈）上的一個(gè)具體的點(diǎn)，每當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體滾過時(shí)，便承受一次載荷，其大小是不變的，也就是承受穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷的作用，載荷變動(dòng)頻率的高低取決于滾動(dòng)體中心的圓周速度。但是對(duì)不同的點(diǎn)其載荷大小又不同，如圖7示，處于FR作用線上的點(diǎn)B將受到最大的載荷，向兩邊（C、D點(diǎn)）逐漸減少，在上半部（如E點(diǎn)），如果只是部分滾動(dòng)全受載，上半部的點(diǎn)E及其左右就不受載荷，所以在不同的點(diǎn)就有一系列這樣的脈動(dòng)循環(huán)載荷的作用，如圖8（c）示。圖7滾動(dòng)軸承承受力點(diǎn)五．測試軟件使用說明及實(shí)驗(yàn)步驟該軟件為與LHGD智能滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)配套測試軟件，具有單臺(tái)聯(lián)機(jī)采集分析數(shù)據(jù)，和多臺(tái)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)采集分析數(shù)據(jù)等功能，獲取實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳感器及應(yīng)變片測的的數(shù)據(jù)能對(duì)滾動(dòng)軸承受力分布，承載情況，環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，通過繪制直觀的數(shù)據(jù)曲線，數(shù)字、文字描述表達(dá)，得出系列實(shí)驗(yàn)報(bào)告，具有操作方便，處理效率高，等特點(diǎn)。使用方法及實(shí)驗(yàn)步驟運(yùn)行軟件，選取正確通訊端口，端口有記憶功能，如上次正確選擇則不需要重復(fù)操作。點(diǎn)擊讀取在線設(shè)備按鈕，可將連接設(shè)備聯(lián)機(jī)，并按編號(hào)順序排列，選擇徑向力Fr作用位置，即加載裝置位置，默認(rèn)為中間位置2/4位置，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸向力為左方向（見圖5.1）。選擇實(shí)驗(yàn)機(jī)器，選中后勾選機(jī)器號(hào)，即可出現(xiàn)如圖5.2軟件界面，此時(shí)選擇實(shí)驗(yàn)方式，徑向載荷與軸向載荷關(guān)系。圖5.2實(shí)驗(yàn)界面截圖1選擇實(shí)驗(yàn)方式后，點(diǎn)擊獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在參數(shù)設(shè)置->設(shè)備參數(shù)調(diào)整->選擇實(shí)驗(yàn)臺(tái)->在“調(diào)零”選擇“全部”點(diǎn)擊確定清零應(yīng)變數(shù)據(jù)（與設(shè)備操作面板“清零”按鈕具有一致功能）后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。圖5.3實(shí)驗(yàn)界面截圖2圖5.4清零界面施加徑向載荷3500N左右，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕，是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制速度在30r/min左右。之后根據(jù)提示緩慢施加軸向載荷，如滿足實(shí)驗(yàn)條件軸向載荷數(shù)據(jù)框會(huì)由紅色變?yōu)檎Ｉ?。圖5.5獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，會(huì)在右邊數(shù)據(jù)列表里列出采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊單軸承載荷及應(yīng)力分布曲線，顯示軸承外圈應(yīng)力及載荷分布曲線。圖5.6單軸承載荷及應(yīng)力分布曲線圖點(diǎn)擊單點(diǎn)載荷及應(yīng)力分布曲線。顯示滾子載荷及應(yīng)力曲線。圖5.7單點(diǎn)載荷及應(yīng)力分布曲線圖點(diǎn)擊成對(duì)安裝軸承計(jì)算結(jié)果，顯示軸承“工作壽命”分析結(jié)果。圖5.8單點(diǎn)載荷及應(yīng)力分布曲線圖重復(fù)選擇實(shí)驗(yàn)方式，依次點(diǎn)擊后面三種實(shí)驗(yàn)方式，重復(fù)4-9步驟，此時(shí)徑向力不需改變。點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”生成Word格式實(shí)驗(yàn)報(bào)告（請(qǐng)確認(rèn)操作系統(tǒng)中安裝有微軟公司的Word軟件否則無法正常生成報(bào)告）。如需再次實(shí)驗(yàn)，完全卸載和停止電機(jī)后，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)清零按鈕，完全清空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。軟件使用注意事項(xiàng)1、通訊設(shè)置、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置設(shè)置好后勿隨意修改！2、系統(tǒng)操作前請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀“軟件使用幫助”。3、注意系統(tǒng)平臺(tái)的病毒防護(hù)，防止軟件被病毒感染！六、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)放置平穩(wěn)，電器接線應(yīng)正確無誤，接地保護(hù)可靠。2、機(jī)械部分轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，電機(jī)無卡死現(xiàn)象。3、對(duì)傳感器加力時(shí)，傳感器不產(chǎn)生較大晃動(dòng)，應(yīng)能從徑向或軸向?qū)⒘鞯捷S承上，并且在退出加載時(shí)，傳感器能脫離軸承，顯示窗口上顯示的力應(yīng)為零或很小。七、說明1、【成對(duì)軸承實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)設(shè)置】中的軸承內(nèi)部軸向力、當(dāng)量動(dòng)載荷及基本額定壽命都是根據(jù)所加的徑向、軸向外載荷計(jì)算出來的，不是測試值。2、建議：轉(zhuǎn)軸的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速選在15～35r/min之間。3、因軸承外圈上各應(yīng)變片粘貼位置不可能完全一致，且各測點(diǎn)因受殘余應(yīng)力的影響，數(shù)據(jù)欄反映的各應(yīng)變片的應(yīng)變值與理論值會(huì)有一定的偏離。4、因受殘余應(yīng)力的影響，非承載區(qū)測點(diǎn)的應(yīng)變值可能不為零。5滾動(dòng)軸承性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期審閱成績：預(yù)習(xí)課堂報(bào)告總成績一、軸承外圈上的載荷分布軸上徑向載荷FR=N，作用點(diǎn)l1=l/2軸承上徑向載荷Fr1=Fr2=N軸承派生軸向力S1=S2=Fr=（2Y）=N軸上軸向載荷FA（N）軸承上軸承向載荷（N）A1A2應(yīng)變片應(yīng)變值號(hào)Ⅰ軸承Ⅱ軸承Ⅰ軸承Ⅱ軸承Ⅰ軸承Ⅱ軸承Ⅰ軸承Ⅱ軸承12345678Ⅰ軸承載區(qū)圖二、軸承元件上的載荷及應(yīng)力變化規(guī)律軸上徑向載荷FR