【正文】 5 91520C MFNd ??? ? ? 取 : 0. 25 0. 25 91 5 22 8. 75PCF F N N? ? ? ? 取 0 . 3 7 5 0 . 3 7 5 9 1 5 3 4 3 . 1 2 5fCF F N N? ? ? ? 為了模擬真實(shí)工況，需要添加的軸向力即 fF ，加載的徑向力為 PF 和CF 的合力 ,即： 2 2 2 29 1 5 2 2 8 . 7 5 9 4 3 . 1 6CPF F F N? ? ? ? ?。 . 1電力測功機(jī) 2 彈性聯(lián)軸器 3 電磁鐵 4 導(dǎo)磁體 5 非接觸式電磁激振器 6 陶瓷測試棒 7電主軸 圖 31 可靠性試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)示意圖 非接觸式激振器 5內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩組勵(lì)磁繞組，一個(gè)直流繞組和一個(gè)交流繞組。此次選用的電主軸轉(zhuǎn)速能達(dá)到 22020r/min,實(shí)驗(yàn)要求最高達(dá) 18000r/min,功率輸出為 22Kw。 磁粉測功機(jī)內(nèi)部線圈通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，該磁場將內(nèi)部磁粉按磁力線方向排成磁鏈，磁鏈產(chǎn)生的拉力將阻礙主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是負(fù)載力矩。磁粉測功機(jī)的功率達(dá)不到 20Kw,使用水冷設(shè)備時(shí)功率可達(dá) 15Kw，但最大轉(zhuǎn)速基本在 1200rpm 左右，因此磁粉測功機(jī)達(dá)不到要求。省略掉風(fēng)摩損耗等測量誤差時(shí)，此電磁轉(zhuǎn)矩就等于被測動(dòng)力機(jī)械的輸出轉(zhuǎn)矩。其優(yōu)點(diǎn)如下： (1)節(jié)能 水力、電渦流測功機(jī)的基本原理是將原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，原動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量不能回收，轉(zhuǎn)換過程中亦需耗費(fèi)能量。 (5)可靠性 DL 系列交流電力測功機(jī)的主機(jī)由國內(nèi)著名品牌配套，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器由四川誠邦測控技術(shù)有限公司或 HBM 公司制造，交流變頻調(diào)速器由 ABB 公司配套。 (8)特性曲線如圖 33 圖 33 測功機(jī)特性曲線 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 第 2 節(jié) 軸向力加載設(shè)計(jì) 軸向力加載選用的是 DJ20 型非接觸式電磁激振器，最大能提供1000N 的力，最大激振力為 200N，工作頻率范圍為 20— 800Hz，激振器與被激構(gòu)件間隙： 177。激勵(lì)線圈包括直流偏 磁繞組和交流勵(lì)磁繞組兩部分，直流偏磁繞組產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置偏磁力，交流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生交變激振力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。 直流電源 扼流線圈 信號發(fā)生器 交流功放 激振器 頻 率 計(jì) 測力線圈 DJ 型激振器測力表 電容傳感器 電容微調(diào)器 電容測微儀 記錄儀 被激物體 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 為了將非接觸式激振器安裝到加載力的位置，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的支撐底座機(jī)構(gòu)，而且支撐機(jī)構(gòu)還要方便調(diào)節(jié)激振器的位置。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 圖 36 激振器底座變形圖 圖 37 激振器底座應(yīng)力分析圖 第 3 節(jié) 徑向力加載設(shè)計(jì) 電磁鐵磁性的有無可以通過通斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱、線圈的匝數(shù)控制，也可以通過電流大小和方向來控制磁性大小和方向。 圖 38 ? 型電磁鐵作用原理圖 根據(jù)全電流定律知，如圖 4 中磁路其磁化電流及勵(lì)磁安匝數(shù)有如下關(guān)系式： 022L L a aL L aW I H H l H lB H l H l?????? ? ?? ? ?………………………………………… ④ 麥克斯韋公式：202BSF ???……… ……………………… .……… .⑤ 式中 H? 、 LH 、 aH —— 分別為氣隙中磁場強(qiáng)度、鐵芯中磁場強(qiáng)度、銜鐵中磁場強(qiáng)度； B? 、 0? —— 分別為氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度，真空導(dǎo)磁系數(shù)，其吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 值為 74 10? ?? 亨 /米。鐵芯材料選用 1J22軟磁合金， 1J22軟磁合金具有高飽和的磁感應(yīng)強(qiáng)度、高居里點(diǎn)和高磁致伸縮系數(shù) 。 S型拉壓力傳感器受拉力，能將電磁鐵產(chǎn)生的電磁吸力信號實(shí)時(shí)檢測出來，通過放大處理，將信號反饋到工控機(jī)，與加力信號相比較，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 檢測項(xiàng) 檢測指標(biāo) 傳感器 轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 30000r/min 霍爾式速傳感器 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 0~ 電阻應(yīng)變式拉壓力傳感器 前端溫度 運(yùn)行 4 小時(shí)后外殼溫升? 25℃ JWB/C 型溫度傳送器（ WZC型） 軸向位移 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 電渦流傳感器 （ RP6600/6600XL 系列） 徑向跳動(dòng) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 電渦流傳感器 （ RP6600/6600XL 系列） 機(jī)殼振動(dòng) ? 2mm/s （ 30000r/min 時(shí)） 一體化速度振動(dòng)變送器 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 噪聲 30000r/min 運(yùn)行時(shí)噪聲? 80db（ A） BRN201 智能噪聲儀 表 41 電主軸可靠性試驗(yàn)臺檢測項(xiàng)及相應(yīng)的傳感器 電主軸可靠性試驗(yàn)臺的檢測控制系統(tǒng)的檢測項(xiàng)如表 41 所示，各個(gè)檢測項(xiàng)的檢測方法一一陳述。另外軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下由于摩擦產(chǎn)生大量的熱，且發(fā)熱集中，散熱困難，所以良好的潤滑系統(tǒng)是保證軸承可靠性的前提。隨著對機(jī)械制造精度和效率的不斷提高，現(xiàn)代機(jī)械制造已向精密和超精密的方向發(fā)展，相應(yīng)的檢測精度也向更高精度挺進(jìn)，檢測方法從靜態(tài)測量轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)在線檢測。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測體有關(guān)。 軸向位移檢測 測量軸的軸向位移時(shí)，測量面應(yīng)該與軸是一個(gè)整體，這個(gè)測量面是以探頭的中心線為中心，寬度為 倍的探頭圓環(huán)。 圖 46 噪聲檢測方案 RP6700 系列振動(dòng)速度傳感器，可用于對軸承座、機(jī)殼或結(jié)構(gòu)相對于自由空間的絕對振動(dòng)測量。在傳感器殼體中剛性地固定有磁鐵，慣性質(zhì)量（線圈組件）用彈簧元件懸掛于殼體上。考慮到電力測功機(jī)的重量大，不容易調(diào)整，所以電主軸的支撐機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)成為可調(diào)整機(jī)構(gòu)，而且要滿足空間三個(gè)方向的調(diào)整，以保證同軸度要求。雖然主軸是受動(dòng)載荷，但是按最大加載力進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，若此時(shí)能滿足要求，則動(dòng)載荷也沒 有問題。由于該試驗(yàn)臺的特點(diǎn)是模擬主軸的實(shí)際工況，而且是高速，大功率，所以設(shè)計(jì)過程中，最大的問題就是解決加載方案，設(shè)計(jì)過電磁加載，電液加載，電力加載等好幾種加載方案，經(jīng)過很長一段時(shí)間的研究，不斷的確定方案，修改方案，最終確定了電磁加載。它讓我學(xué)習(xí)到了更多的新知識。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 參考文獻(xiàn) [1] Kuoshong Wang， Eanghao Wan Reliability Consideration of Flexible Manufacturing Systemfrom Fuzzy Information， Proceedings of IMCC39。面對一個(gè)全新的設(shè)計(jì)題目，在設(shè)計(jì)過程中免不了走彎路，但在老師的指導(dǎo)與同學(xué)們的幫助下，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中，也碰到了許多問題。加載過程及結(jié)果如下圖 52至 54所示： 圖 52 加載棒的固定及受力設(shè)置 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 圖 53 加載棒的應(yīng)力校核結(jié)果 圖 54 加載棒的位移校核結(jié)果 由圖 53可知，測試棒所承受的最大應(yīng)力在軸肩處，為 ，這樣測試棒的設(shè)計(jì)完全符合強(qiáng)度要求。 圖 51 電主軸機(jī)構(gòu) 1 支撐機(jī)構(gòu) 2 豎直調(diào)整片 3 電主軸 4 包夾 電主軸通過法蘭盤上均布的螺栓與包夾聯(lián)接在一起。與二次儀表相配接（如 RP6700 振動(dòng)系列儀表），即可顯示振動(dòng)速度或振動(dòng)位移 量吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 的大小。其輸出電壓與振動(dòng)速度成正比，故又稱速度式振動(dòng)傳感器。 圖 45 軸向位移檢測方案 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 第 4 節(jié) 機(jī)殼振動(dòng)速度與噪聲檢測 機(jī)殼的振動(dòng)和整機(jī)的噪聲是主軸綜合性能的集中體現(xiàn)，如主軸出現(xiàn)了故障或過載，主軸的振動(dòng)和噪聲會(huì)急劇上升。每個(gè)測點(diǎn)應(yīng)同時(shí)安裝兩個(gè)傳感器探頭，兩個(gè)探頭應(yīng)分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔 90186。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率 ? 、磁導(dǎo)率 ? 、尺寸因子 ? 、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距 D、電流強(qiáng) I 和頻率 ? 參數(shù)來描述。如何快速、準(zhǔn)確、簡便的測量高速電主軸的熱變形量和振動(dòng)量對研究電主軸動(dòng)態(tài)特性和發(fā)展智能電主軸極其重要。檢測主軸的溫度，是采用的是 JWB/C 型溫度傳送器（ WZC吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 型）。電主 軸的調(diào)速負(fù)載特性表達(dá)電主軸在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)輸出轉(zhuǎn)矩及輸出功率的特性曲線，是電主軸的重要性能指標(biāo)，它反映了高速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。電主軸是高速軸 承技術(shù)、動(dòng)平衡技術(shù)、潤滑技術(shù)冷卻技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)以及電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，上述任何一項(xiàng)技術(shù)失效，電主軸將無法運(yùn)行。電磁鐵設(shè)計(jì)完成后，對電磁鐵進(jìn)行標(biāo)定，建立電流和力的關(guān)系 [13]，最終通過電流大小控制電磁吸力。則式④可以寫成：02BWI ????………………………………………………………… .⑥ 當(dāng)設(shè)定最大磁力為 1000N（每邊吸力為 F=500N）， W為 1000 匝（每邊 500 匝）， U型鐵芯的面積 S=400 2mm （直徑為 ） 時(shí) ，可由⑤式求得： 7 2042 2 4 1 0 5 0 0= = = 1 . 7 7 /4 0 0 1 0p FB W mS? ? ???? ? ?? 帶入⑥式有 4702 2 1 . 7 7 5 1 0 1 . 4 11 0 0 0 4 1 0PBIAW ?????? ? ?? ? ??? 一般用于繞制電磁鐵線圈的 Q類漆包線 1 2mm 截面積可允許 電流，所以選用直徑為 1mm，截面積為 2mm 的線能夠承受 安的電流。牽引式電磁鐵的吸力較小只能達(dá)8~25Kg，管狀式電磁鐵即直動(dòng)往返式電磁鐵，動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)上不吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 滿足。 圖 35 激振器部件圖 由于要保證激振器與導(dǎo)磁體的距離在 177。經(jīng)過適當(dāng)標(biāo)定，找出力與積分電壓的比例關(guān)系，就能把積分電壓值轉(zhuǎn)換成力的量值。它由激勵(lì)線圈、鐵芯、測力線 圈、拾振器、支座五部分構(gòu)成。 (6)可維護(hù)性 由于采用了完全符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) /國家標(biāo)準(zhǔn)的配套件，用戶在維 護(hù)時(shí)不必依賴制造商，完全可以自行進(jìn)行日常的維護(hù)保養(yǎng)，甚至在需要更換主機(jī)和傳感器時(shí)亦可獨(dú)立完成，降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。 (2)雙向加載及拖動(dòng)特性 水力測功機(jī)只能在一個(gè)方向加載，同時(shí)轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)加載性能變差；不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率試驗(yàn)時(shí)需要另外配置拖動(dòng)設(shè)備。一般用于測量動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速上升而轉(zhuǎn)矩下降，或轉(zhuǎn)矩變化而轉(zhuǎn)速基本不變的動(dòng)力源。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 T=KTФ Ia,即轉(zhuǎn)矩與磁通和電樞電流成正比，對于它激直 流電機(jī)來說，只要?jiǎng)?lì)磁電流不變，轉(zhuǎn)矩只與電樞電流成正比。磁粉測功機(jī)由實(shí)心轉(zhuǎn)子、定子、磁粉介質(zhì)、勵(lì)磁線圈、支架、底板等組成。在汽車行業(yè)已逐漸被電渦流測功機(jī)所代替，但因其單位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的扭矩吸收能力強(qiáng)，在大功率測功及耐久性試驗(yàn)等方面仍多采用。導(dǎo)磁體 4 采用目前磁性最高的永磁材料—— 釹鐵硼（ NdFeB），其磁能積在 27~50MGoe 之間。 圖 1 刀具受力分解圖 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 第 3 章 加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 3 章 加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 測功機(jī)是動(dòng)力試驗(yàn)的重要設(shè)備，它在試驗(yàn)中能吸收被測設(shè)備的功率和轉(zhuǎn)矩，而且可以通過變頻器對測功機(jī)的控制來改變被測設(shè)備的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率，因此扭矩加載 選用測功機(jī)。如需要完整說明書和 設(shè)計(jì) 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯 電主軸在實(shí)際工況中所受力即切削力。內(nèi)置電機(jī)和主軸軸承是電主軸的兩個(gè)主要熱源，電主軸的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻液的循環(huán)流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 （ 5）矢量變頻技術(shù)。由于普通鋼制軸承質(zhì)量大，限制了它的極限轉(zhuǎn)速，電主軸通常采用陶瓷球軸承，陶瓷球軸承分為全陶瓷軸承和混合陶瓷軸承兩種，陶瓷材料具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。主軸的變速是通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的。電主軸是一種 智能型功能部件，由于轉(zhuǎn)速高、功率大，就需要有一系列控制主軸溫升與振動(dòng)等機(jī)床運(yùn)行參數(shù)的功能，以確保其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全。 因可靠性現(xiàn)場試驗(yàn)存在投入大，周期長的不足，國內(nèi)對電主軸可靠性研究還比較少，正因?yàn)槿绱?，更?yīng)發(fā)展可靠性試驗(yàn)臺的研究。并對高速電主軸空載運(yùn)行時(shí)測試曲線的分析，得出了測試電主軸的振動(dòng)性能和穩(wěn)定時(shí)間。在我國機(jī)床可靠性的研究中，吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝備可信性研究所進(jìn)行了大量的研究工作[3]。 80 年代我國的各種可靠性機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)團(tuán)體得到迅速發(fā)展，在可靠性數(shù)學(xué)和可靠性理論、機(jī)構(gòu)可靠性分析方面上已取得了一些成績，發(fā)表了一系列