【文章內容簡介】 試驗臺主體 臺架及 相 關零件的設計 本試驗臺主體部分主要包括 主體臺架 、支撐軸承座和主軸三個部分。 臺架 為箱體結構， 主要起支撐試驗臺各部分 和對 各零部件定位的作用 ，同時也可將潤滑過的潤滑油收集起來重新送回油箱中 。因為試驗臺右邊的滑動軸承既是支撐軸承又是試驗軸承，因此滑動軸承座必須保證一定的性能。主軸是試驗臺功能的執(zhí)行部分之一，既要高速旋轉，又要傳遞 加載系統(tǒng)施加的載荷。聯(lián)軸器連接驅動系統(tǒng)增速齒輪箱和主軸。 試驗臺主體部分的結構如圖 ，其中的相關零件如表 32所示。 13 圖 試驗臺主體結構圖 表 32 試驗臺主體零件表 1 主軸 2 液體密封端蓋 3 試驗臺主體蓋 4 滑動軸承座（支撐軸承） 5 滾動軸承座 6 進油管孔 7 滑動軸承座（測試軸承） 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 試驗臺主體 臺架 15 排油孔 16 底座 支撐軸承座的設計 根據(jù) 被測 滑動軸承的 形式和 相關尺寸，同時考慮到方便測試傳感器的安裝， 14 選擇整體 式 滑動軸承座。 軸承座上 有潤滑 油 孔，在軸套上開有油孔，并在軸套內表面開有油槽 潤滑油可通過油孔和油槽對 滑動軸承進行潤滑 。設計的 滑動 軸承座外形及 安裝形式如 圖 ，軸承座尺寸如表 33所示。 圖 滑動軸承座外形及安裝形式 表 33 滑動軸承座尺寸 d D R B b L L1 H h h1 d1 d2 C 32 41 32 42 36 154 114 74 37 20 M10 2 主軸的設計 為了更加方便的布置測量元件，將主軸設計成空心軸。 軸是本試驗臺一個非常重要的零件，不僅要高速旋轉，還要承受較大載荷，所以在對軸的尺寸設計完了之后，還要對軸進行校核。 根據(jù) 各零部件的安裝形式和尺寸， 對軸的 外形 設計如圖 示： 圖 主軸的外形及尺寸 對軸的疲勞強度進行校核： 本設計采用專用軟件機械設計手 15 冊軟件版本軸進行校核，其結果圖 所示。 16 圖 軸的校核結果 17 聯(lián)軸器的設計 增速齒輪箱與主軸采用聯(lián)軸器連接。根據(jù)設計需要，選擇套筒剛性聯(lián)軸器可滿足設計要求。其 結構形式如圖 ，相關尺寸如表 33 所示。 圖 剛性套筒聯(lián)軸器 表 34 剛性套筒聯(lián)軸器相關尺寸 軸直徑 d(H7) 許用轉矩 (N178。 m) D0 L ｌ C 緊定螺釘 平鍵 28 170 45 80 20 128?M 328? 油封設計： 為了防止?jié)櫥蛷妮S孔泄露，實驗臺主體上必須設置油封。本設計采用徑向迷宮液體密封，即可滿足設計要求。油封的結構如圖 ，尺寸如35 所示。 圖 徑向迷宮密封 表 35 徑向迷宮密封尺寸 軸頸 d (mm) 環(huán)形密封槽 迷宮密封槽 R t d1 amin n e f1 28/30 d+1 nt+R 3 1 18 驅動系統(tǒng)設計 本試驗臺要求最大轉速為 min/15000r ，且轉速能在 min/15000~0 r 范圍內變動。本設計 經(jīng)過對各種驅動方案的比較，最終采取變頻調速法，用 變頻 器 、變頻電機、增速齒輪箱來實現(xiàn)軸承試驗臺的驅動。 變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源的輸入頻率成正比的關系 )1(60 sPfn ? ， 其中 n 為轉速、 f 為頻率、 P 為電機磁極對數(shù)、 s 為電機轉差率。 通過改變電源頻率 f 來調節(jié)電機的轉速。 變頻調速法結構簡單，輸出轉速穩(wěn)定，能實現(xiàn)無級變速，具有較好的調速性能，是現(xiàn)代交流調速法中一種具有重要意義的調速方法。 變頻 電機的選擇 滑動軸承試驗臺主題的摩擦轉矩估計為 mN? ， 考慮 增速齒輪箱的增速比和 摩擦損失，現(xiàn) 預 選取額 定轉速為 min/2920r ，額定轉矩為 mN? 的 ABB 變頻電機。 ABB變頻 電機的 技術性能 ： ﹡ 工作方式： S1； ﹡ 電壓：三相 380 伏（ 50 赫茲 ） ﹡ 變頻調速范圍： 5100 赫茲無級調速； ﹡ 50 赫茲以下為恒轉矩調速 ， 50 赫茲以上為恒功率調速 ； ﹡ 能通過變頻裝置的電壓提升，保證電機在 5赫茲時輸出額定轉矩而不使電機因發(fā)熱而燒毀； ﹡ 低轉速時轉矩平滑，無爬行現(xiàn)象 ； ﹡ 電機能承受額定轉矩的 160%過載，歷時 1分鐘 ； ﹡ 裝有傳動比可變 的齒輪傳動電機（摩擦輪） ； ﹡ 絕緣等級： F級； ﹡ 防護等級：電機 IP5軸流風機 IP55； ﹡ 電機冷卻方式： IC4 16。 所選 ABB 變頻電機的參數(shù) 如表 36所示 ： 表 36 ABB變頻電機參數(shù) 19 所選電機的外形及安裝形式 如圖 ，相關尺寸如表 37 所示。 圖 ABB變頻電機 表 37 ABB電機尺寸 型號 級數(shù) A AA AB AC B BB C E HA HD K L LD 132S 2 216 55 270 265 140 205 89 80 18 335 12 530 169 驗證所選電機是否可行： 所選電機的變頻范圍 為 HZ100~0 ，根據(jù)公式 )1(60 sPfn ? 可知，電源每變化 HZ1 ，相應變化轉速 min/.458 rn ?? ，最小轉速 min/292min rn ? ，最大轉速 min/5840max rn ? 。因為電機在 HZ50~5 為恒轉矩調速，即電機轉速在 min/2920r 以下時，轉矩為 mN? ，電機在 HZ100~50內為恒功率調速，已知電機的額定功率為 ，根據(jù)公式 nPT 9550? 計算得，電機在達到最大轉速 min/5840r 時，轉矩 mNT ??9 。若設計變速齒輪箱的增速比為 3:1 ，則電機的轉矩至少應大于 mN? 。 綜上所述， 所選 電機的最小轉速為 min/292r ，最大轉速為 min/5840r ，最小轉矩為 mN?9 。當設計增速齒輪箱的增速比為 3:1 時，驅動系統(tǒng)輸出的最小轉速為 min/876r ，最大轉速為 min/17520r ，最小轉矩為 mN?3 ，所設計的驅動系統(tǒng)可實現(xiàn) min/17520~876 r 的轉速范圍內無級變速，滿足試 驗臺的設計要求。 型號 QABP 標稱功率 KW 額定電流A 額定轉矩mN? 額定轉速 r/min 最大轉矩 /額定轉矩 轉動慣量2kgm? 重量 kg AS2132 2920 64 20 變頻器 的選擇 所選變頻器為上海愛建生產的 MF9，其最小的調頻單位為 HZ1 ，驅動系統(tǒng)的最小變速單位為 min/.2175 r 。 增速齒輪箱的設計 因為本滑動軸試驗臺要求輸出的轉動穩(wěn)定，齒輪箱工作可靠，因此采用設計軟件機械設計手冊新編軟件版對齒輪進行設計和校核。設計的齒輪采用閉式漸開線圓柱齒輪， 現(xiàn)摘要 設計報告 的設計參數(shù)、布置形式、材料及熱處理和齒輪基本參數(shù)如下： （ 1） 設計參數(shù) 傳遞功率 P=(kW) 傳遞轉矩 T=(N178。 m) 齒輪 1轉速 n1=5840(r/min) 齒輪 2轉速 n2=17200(r/min) 傳動比 i= 原動機載荷特性 SF=輕微振動 工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn) 預定壽命 H=10000(小時 ) （ 2） 布置與結構 結構形式 ConS=閉式 齒輪 1布置形式 ConS1=對稱布置 齒輪 2布置形式 ConS2=對稱布置 （ 3） 材料及熱處理 齒面嚙合類型 GFace=硬齒面 熱處理質量級別 Q=ML 齒輪 1材料及熱處理 Met1=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極限應力類別 MetType1=11 齒輪 2材料及熱處理 Met2=45表面淬火 齒輪 2硬度取值范圍 HBSP2=45～ 50 21 齒輪 2硬度 HBS2=48 齒輪 2材料類別 MetN2=0 齒輪 2極限應力類別 MetType2=11 （ 4） 齒輪基本參數(shù) 模數(shù) (法面模數(shù) ) Mn=3(mm) 端面模數(shù) Mt=(mm) 螺旋角 β =(度 ) 基圓柱螺旋角 β b=(度 ) 齒輪 1齒數(shù) Z1=60 齒輪 1變位系數(shù) X1= 齒輪 1齒寬 B1=(mm) 齒輪 1齒寬系數(shù) Φ d1= 齒輪 2齒數(shù) Z2=20 齒輪 2變位系數(shù) X2= 齒輪 2齒寬 B2=(mm) 齒輪 2齒寬系數(shù) Φ d2= 總變位系數(shù) Xsum= 標準中心距 A0=(mm) 實際中心距 A=(mm) 中心距變動系數(shù) yt= 齒高變動系數(shù) △ yt= 齒數(shù)比 U= 端面重合度 εα = 縱向重合度 εβ = 總重合度 ε = 齒輪 1分度圓直徑 d1=(mm) 齒輪 1齒頂圓直徑 da1=(mm) 齒輪 1齒根圓直徑 df1=(mm) 齒輪 1基圓直徑 db1=(mm) 齒輪 1齒頂高 ha1=(mm) 齒輪 1齒根高 hf1=(mm) 22 齒輪 1全齒高 h1=(mm) 齒輪 1齒頂壓力角 α at1=(度 ) 齒輪 2分度圓直徑 d2=(mm) 齒輪 2齒頂圓直徑 da2=(mm) 齒輪 2齒根圓直徑 df2=(mm) 齒輪 2基圓直徑 db2=(mm) 齒輪 2齒頂高 ha2=(mm) 齒輪 2齒根高 hf2=(mm) 齒輪 2全齒高 h2=(mm) 齒輪 2齒頂壓力角 α at2=(度 ) 齒輪 1分度圓弦齒厚 sh1=(mm) 齒輪 1分度圓弦齒高 hh1=(mm) 齒輪 1固定弦齒厚 sch1=(mm) 齒輪 1固定弦齒高 hch1=(mm) 齒輪 1公法線跨齒數(shù) K1=7 齒輪 1公法線長度 Wk1=(mm) 齒輪 2分度圓弦齒厚 sh2=(mm) 齒輪 2分度圓弦齒 高 hh2=(mm) 齒輪 2固定弦齒厚 sch2=(mm) 齒輪 2固定弦齒高 hch2=(mm) 齒輪 2公法線跨齒數(shù) K2=3 齒輪 2公法線長度 Wk2=(mm) 齒頂高系數(shù) ha*= 頂隙系數(shù) c*= 壓力角 α *=20(度 ) 端面齒頂高系數(shù) ha*t= 端面頂隙系數(shù) c*t= 端面壓力角 α *t=(度 ) 端面嚙合角 α t39。=(度 ) 聯(lián)軸器的選擇 因為所設計的電機轉速就是變速齒輪箱輸入軸的轉速，所以電機與變速齒輪 23 箱之間采用聯(lián)軸器連接。根據(jù)所選電機，額定功率為 ,額定轉矩為 mN?.517 ，軸伸長度為 mm80 ，軸伸直徑為 mm40 ，采用 平鍵定位。因此選用套筒式剛性聯(lián)軸器可滿足設計要求。套筒剛性聯(lián)軸器結構簡單，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 小功率傳動軸系。本設計選用的聯(lián)軸器的結構形式如圖 ，尺寸如表 38所 示： 圖 剛性聯(lián)軸器 表 38 剛性聯(lián)軸器尺寸 軸直徑 d(H7) 許用轉矩 (N178。 m) D0 L ｌ C 緊定螺釘 平鍵 40 450 60 120 25 128?M 5012? 潤滑系統(tǒng)設計 作為一臺滑動軸承試驗臺，必須能對不同工況和不同潤滑條件下滑動軸承的性能進行測試。因此，滑動軸承試驗臺上潤滑系統(tǒng)的設計不同于一般機器上潤滑系統(tǒng) 的設計。一般潤滑系統(tǒng)是針對比較固定的工況設計最優(yōu)的潤滑系統(tǒng)，以滿足機器的使用性能和良好的經(jīng)濟型。但是試驗臺上的潤滑系統(tǒng)不是性能和經(jīng)濟型的最優(yōu)設計，而是 根據(jù)被測滑動軸承的實際潤滑情況，設計進油壓力、溫度、流量可調節(jié)的潤滑系統(tǒng)。 燃油泵中滑動軸承的潤滑機理 燃油泵上滑動軸承的潤滑不同于一般滑動軸承的潤滑 。 一是潤滑劑不同 ： 普通軸承的潤滑劑為專用潤滑劑，而燃油泵上的滑動軸承使用燃油進行潤滑； 二是潤滑方式不同： 普通滑動軸承采用裝用潤滑系統(tǒng)進行潤滑，而燃油泵上的滑動軸承為避免污染 燃油 ，利用軸承兩端的壓力差和 軸承自身的特殊結構進行自吸式潤滑。 目前高壓燃油泵中的滑動軸承一般采用壓油潤滑和吸油潤滑。壓油潤滑是利 24 用齒輪泵閉死容積的困油現(xiàn)象，當閉死容積從大到小時，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 (a)。齒輪泵每轉過一齒，就對軸承脈