1、本科毕业论文（20 届）轴承试验机的传动系统设计所在学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要随着人们的节能意识的增加，轴承产品在各行业中应用的领域扩大和档次的提高，对新轴承品种的开发和轴承质量的要求的提高日益增加，使得生产厂家对轴承试验的要求也越来越高。大多数的国外轴承企业通过轴承的模拟试验，测出并计算轴承的更加准确的性能参数，制定了轴承模拟试验的标准，大大缩短了新产品的开发周期，更有利于快速的提高产品质量。而我国的轴承企业在轴承试验方面，仍停留在简单的轴承寿命试验的层次上，试验结果很难得到国外客户的认可，大大限制了轴承产品的销售市场。为
2、了改善这种状态，迫切的需要建立与国际先进水平接轨的轴承模拟试验的规则并研发与之配套的轴承模拟试验系统。本文从轴承试验机传动系统的组成、工作原理出发，通过分析各环节的物理过程，对轴承试验机传动系统的设计计算过程进行总结。首先对轴承试验机传动系统进行初步设计，确定传动方式，进行齿轮的设计计算，使系统的输出运动参数达到各项技术要求。通过初步确定系统的各项参数，参照行业的标准，进行轴的设计计算，使系统满足动态设计要求。最后通过完成轴的校核验证系统的可行性。轴承模拟试验系统开辟了我国轴承行业的新天地，为轴承研究开拓了思路，更为轴承生产提供了更多的研究数据。轴承变载变速试验系统是我国轴承模拟试验研究的一个
3、很好的开始，使企业在轴承试验研究方面有一个更高层面的提高，为轴承企业今后在广阔的模拟试验研究领域上取得更优异的成果打下坚实的基础。关键词：变载荷 变转速 轴承模拟试验 轴承变载变速试验系统ABSTRACTWith the increase of peoples energy saving consciousness, bearing products in the field of application in various industries to expand the improvement of the level and quality of the development of
4、new varieties of bearing and the bearing requirement rise increasingly, makes the manufacturer is becoming more and more high to the requirement of bearing test. Most of the foreign bearing companies through bearing simulation test, measure and calculate the bearing capability of more accurate param
5、eters, made the standard of bearing simulation test, shorten the development cycle of new products, more conducive to rapidly improve the quality of products. And bearing enterprise in China in terms of bearing test, still remain in the simple level of bearing life test, test results is hard to get
6、foreign customer recognition, greatly limit the bearing products sales market. In order to improve this condition, an urgent need to establish a line with the international advanced level of bearing simulation experiment research and development and form a complete set of rules and bearing simulatio
7、n test system.This article from the bearing testing machine drive system composition, working principle, through the analysis of the physical process of each link, the design and calculation process of bearing testing machine drive system was summarized. First of all to the preliminary design of bea
8、ring testing machine drive system, determine the transmission way, the calculation of the design of the gear system output motion parameters meet the technical requirements. Through preliminary determine the parameters of system, with reference to the standard of the industry, for design and calcula
9、tion of shaft, and make the system satisfies the requirement of dynamic design. At last, by checking the feasibility of the authentication system complete shaft.Bearing simulation test system opens a new field to Chinas bearing industry, developed a way of thinking for the study of the bearing, more
10、 bearing production provided more research data. Bearing variable load transmission test system is our country bearing simulation experimental research on a good start, make the enterprise in bearing test research to improve a level, in the vast simulation experiment research field in the future for
11、 the enterprise to lay a solid foundation for more achievements.Key words：Variable Speed Variable Load Simulation Test for Bearing VariableLoad and Variable Speed Simulation Test System for Bearing1. 前 言 .12. 课题的来源及意义 .22.1. 课题的来源 .22.2. 轴承试验的分类 .22.2.1. 轴承零件件接触疲劳试验 .22.2.2. 轴承疲劳寿命试验 .22.2.3. 润滑试验 .
12、32.2.4. 轴承性能试验 .33. 轴承试验机传动系统的结构设计 .33.1. 电机的选择 .33.2. 传动装置的运动和动力参数计算 .43.3. 齿轮传动设计计算 .43.3.1. 6000r/min 传动 .43.3.2. 9000r/min 传动 .153.3.3. 12000r/min 传动 .193.3.4. 18400r/min 传动 .243.4. 轴的设计计算及校核 .243.4.1. 轴的设计及校核 .243.4.2. 轴的设计及校核 .283.4.3. 轴的设计计算及校核 .32结 论 .36谢 辞 .37参考文献 .38大 连 海 洋 大 学 应 用 技 术 学 院
13、 2016 届 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）11. 前 言自 1880 年英国率先生产轴承，世界的轴承工业已经经历了漫长的 130 多年（1880年-2016 年）的历程。随着人类文明的不断进化和科学技术的不断提高，世界的轴承工业从弱小起步，艰难创业，激烈竞争，曲折发展，从昔日少数几家小厂发展至今遍布全球、年销量额达 300 多亿美元的规模，取得了惊人的成就。可以毫无愧色地说，世界轴承工业在不断自我完善和壮大，为世界的农业、工业、国防和科学技术的发展以及为人类生产的改善和提高都做出了巨大的贡献。轴承是广泛应用的重要机械基础零部件，轴承制造企业一般都具备专有的关键技术，且企业之间相互封
14、闭。因此，轴承制造水平直接反映出一个企业装备制造业的水平和一个国家的工业水平。轴承质量的好坏直接影响到设备的使用性能和寿命，而轴承试验是为了提高轴承产品质量和加速研发轴承新产品映的重要辅助手段。目前，轴承变载变速模拟试验技术的应用还比较少,还未完全普及,所以在国内一些轴承企业的研发部门中,部分研究者也在研制推广轴承变载变速模拟试验系统,其中有一部分也投入了使用,但是纵观诸多优化控制系统,在系统控制方面还存在一些明显的不足,而且有一些可靠性和稳定性有欠缺, 难以长期投入使用。同时使用的范围局限性比较大,并没有从根本上解决问题。造成这种现状的原因有很多，其中最主要的原因是没有很好地解决对系统测控部
15、分的优化。国内的轴承行业通过引进国外的先进制造技术的，并结合自身的技术改造，使我国的轴承设计制造水平特别是小型滚动轴承的设计制造技水平有了很大的提升。但同国外相比还存在很大的差距，而这段差距很大程度上受轴承试验台的技术水平的影响。现阶段，我国在轴承变载变速模拟试验系统方面主要研究方向是针对轴承内径小于100mm 的小轴承试验，但这些试验系统受到本身的设备和测控的方法等因素的干扰，致使系统运行常常不能达到最佳的状态，达不到用户所提出的控制要求，从而影响整个试验的准确性，难以得到满意的试验结果。国外的轴承试验技术相对比较先进，大多数的企业、研究机构、高等院校等都具备独立开展轴承实验的能力。Si-P
16、lan 电子研究公司设计出多轴承测试装置。此装置能同时测试多个滑动轴承部件，可以模拟测试温度 180、转速 4500rpm 的加载环境，加载过程中加载力可在 1000 到 6000N 之间任意调节，此试验机属于高速轻载的轴承试验机。本文主要以轴承在变载和偏载的工作状态为指导思想，参考并结合减速器的结构原理进行设计和计算。大 连 海 洋 大 学 应 用 技 术 学 院 2016 届 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）22. 课题的来源及意义2.1. 课题的来源轴承是工业生产、交通等领域应用广泛的重要机械基础件,其质量的好坏直接影响主机性能的优劣,而轴承试验是提高轴承产品质量和加速研发轴承新产
17、品的重要辅助手段。轴承疲劳寿命试验机的进一步研究开发包括快速失效诊断技术、分析技术、处理技术等，这些都将是我国轴承试验机行业的下一个重要研发课题。国外轴承公司一般首先通过轴承零件的接触疲劳试验制订轴承生产的工艺标准，然后根据规定的标准进行生产，对按标准生产的轴承，选择一个代表型号进行疲劳寿命试验，依靠寿命试验的数据来分析结果，推算出该批轴承的综合质量情况及变化趋势。为了得到轴承质量的发展情况，各公司每年都从大批量生产中抽样，进行寿命试验，以得到公司历年的轴承质量变化情况。国际上各轴承公司之间竞争是相当激烈的。为了得到其它轴承公司的产品质量情况，他们专门购买各公司的轴承，进行疲劳寿命的试验，以得
18、到与本公司产品相比较的质量信息。如 SKF, FAG , TRW 和 Federal-Mogul 公司都长期进行这方面的试验。Federal-Mogul 公司还购买了中国的轴承进行寿命试验和结构相分析，发现中国的钢球寿命很短。总之，轴承的疲劳寿命是轴承质量的重要指标，几乎所有的轴承企业都相当重视，并建立专门的实验室进行长期试验研究工作。2.2. 轴承试验的分类在国外，轴承企业都十分重视轴承试验的研究工作，每家公司都有专门的试验室，并长期开展试验研究工作。按照试验的目的和方法，大致可分为下列四种。2.2.1. 轴承零件接触疲劳试验这是一项基础试验，对轴承钢材的质量、热处理方法及加工工艺等因素对接
19、触疲劳性能的影响进行试验研究，从而建立各种工艺标准，指导改进材质、工艺的方向。2.2.2. 轴承疲劳寿命试验轴承寿命是轴承质量的综合反映，但影响轴承寿命的因素很多，情况极为复杂，因此各轴承公司都配备大量的试验机长期进行试验，以得到本公司产品的质量发展情况。轴承疲劳寿命试验是耗时长、取得试验数据慢的试验，为了能较快的取得试验数据，相应发展了多种试验方法。概括来讲，轴承寿命试验方法分为下列几种:1) 完全试验将随机抽样的 N 个轴承全部试验到破坏为止，取得 N 个数据。由这些数据计算出L10t，L 50t， 和 R。这种试验方法费时长，消耗费用大，但试验结果可靠性高。2) 截尾试验大 连 海 洋
20、大 学 应 用 技 术 学 院 2016 届 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）3把随机抽样的 T 个样品，不全试验到破坏，用已得小于 N 个数据来估算有关参数值。这种试验方法又分为:a. 定数截尾试验将随机抽样的 N 个样品，试验到，个样品破坏为止 (TN)停止试验。用试验得到的N 个数据来估算出有关参数值。b. 定时截尾试验将随机抽样的 N 个样品，全部试验到限定的 T 小时。不管样品是否破坏即停止试验，用试验得到的有效数据来计算有关参数值。c. 分组淘汰试验法将随机抽取的 N 个样品分为几组。按分组装机试验。用各组试验得到的数据来估算有关参数。2.2.3. 润滑试验润滑对轴承的使用性
21、能和寿命有很重要的作用，是轴承正常工作不可缺少的部分，因此可以把润滑看作是被动轴承的第五个元件。各轴承公司主要进行润滑油，润滑脂的性能试验，润滑脂的寿命试验。有关润滑机理，润滑油膜计算等理论性研究，多数在大学内进行。2.2.4. 轴承性能试验轴承性能试验主要包括振动噪声试验、密封轴承密封性能试验(如润滑脂泄漏、温升、防尘、防水及摩擦力矩试验)和模拟主机试验(如汽车轴承试验、铁路机车车辆轴承试验、水泵轴、连轴承试验等)。以上四种形式的试验，大多数轴承公司研究所内部兼而有之，但从试验机结构、试验方法、试验条件、尤其是模拟试验的形式来说都不完全相同。主要是根据各公司的产品特性和用户要求而设定的。3.
22、 轴承试验机传动系统的结构设计3.1. 电机的选择根据轴承试验机的速度要求，初选 6000r/min、1000r/min、12000r/min 三种输出速度，根据功率要求及试验机的工作环境要求电机选用三相异步电机，封闭结构电压380V，Y 系列，初选 Y180M-4、Y180L-4 ，各项参数如表 3-1大 连 海 洋 大 学 应 用 技 术 学 院 2016 届 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）4方案号 型号额定功率/kw额定电流/A转速/（r/min）效率/%功率因数cos堵 转 转 矩额 定 转 矩 堵 转 电 流额 定 电 流 最 大 转 矩额 定 转 矩同步转速 1500r/m
23、in（4 级）1 Y180M-4 18.5 35.9 1470 91 0.86 2.0 7.0 2.22 Y180L-4 22 42.5 1470 91.5 0.86 2.0 7.0 2.2表 3-1由输入速度初步估计，传动系统的传动比较大，故额定功率要求较大，因此选择全封闭 Y180L-4 电机。3.2. 传动装置的运动和动力参数计算计算各对齿轮的运动和动力参数第一对齿轮输入名义功率 120.921.56kwP第二对齿轮输入名义功率 2315670第三对齿轮输入名义功率 3.9.8式中联轴器效率 9.01滚动轴承效率 2齿轮啮合效率 .33.3. 齿轮传动设计计算3.3.1. 6000r/m
24、in 传动1) 计算传动系统总传动比和分配传动比 5.206147ni低低传动比按照下式分配 59.0.2143.31 ii低21054.9i总各级转速轴转速 min/170rn轴转速 min/24.5178.01rin大 连 海 洋 大 学 应 用 技 术 学 院 2016 届 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）5轴转速 min/60rn低2) 计算各对齿轮的名义转矩11950/521./470.1NTP2298533/0.8/63.n3) 低速级齿轮设计a. 选择材料大齿轮选用 ZG310570，正火处理，齿面硬度取 162210HBS；小齿轮选用 45 钢调质处理查表，硬度为 217255HB，取硬度为 235255HB。由下式计算应力循环次数：LnjNh60式中：n齿轮的转速；J齿轮每转一周同一齿面啮合的次数；Lh齿轮的工作寿命。计算得： 1024.81N67/2i查图得： .1ZN022许用接触应力由下式计算： HliminMPaSNXWLVR接触强度计算的寿命系数，用以考虑齿轮在有限寿命时，接触疲劳极限的提ZN高。接触强度计算的尺寸系数，考虑接触疲劳中的尺寸效应，与模数有关，按照X下式计算：ZX求得 0.121X调质、正火钢0.1短时间液体或气体氮化，长时间气体氮化钢mn56.7时， ； 时，70.1ZXm30n；.渗碳淬火，感应或火焰淬火表面硬化钢n9
