【導讀】設計的電磁鐵實現(xiàn)軸向加載。該系統(tǒng)不但能完成對電主軸的動態(tài)加載，還。故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并做出可靠性分析，提高電主軸的可靠性。本文針對轉速18000r/min、功率為22Kw的電主軸進行加載實驗設計，為電主軸的可靠性研究提出了一種新方法。2．電主軸結構原理介紹和針對選用的電主軸進行受力計算。4．電主軸檢測控制系統(tǒng)設計和相應設備的選用。

　　

【正文】 Z 的變化，即頭部體線圈與金屬導體的距離 D 的變化轉化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實 現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量 ,原理圖 43。 圖 43 電渦流傳感器原理圖 其工作過程是：當被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的 Q 值也發(fā)生變化， Q 值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉化成電壓（電流）變化，最終完成機械位移 (間隙 )轉換成電壓（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，即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關。 檢測方案 吉林大學本科畢業(yè)設計說明書 27 徑向跳動檢測 圖 44 徑向跳動檢測 方案 當需要測量軸的徑向跳動時，要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以上。每個測點應同時安裝兩個傳感器探頭，兩個探頭應分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔 90186。177。 5186。由于軸承蓋一般是水平分割的，因此通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每一側 45186。，從原動機端看，分別定義為 X 探頭（水平方向）和 Y 探頭（垂直方向）， X 方向在垂直中心線的右側， Y 方向在垂直中心線的左側。探頭中心線應與軸心線正交，探頭監(jiān)測的表面（正對探頭中心線的兩邊 倍探頭直徑寬度的軸的整個圓周面，如圖）應無裂痕或其它任何不連續(xù)的表面現(xiàn)象（如鍵槽 、凸凹不平、油孔等），且在這個范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，其表面的粗糟度應在 um 至 之間。 軸向位移檢測 測量軸的軸向位移時，測量面應該與軸是一個整體，這個測量面是以探頭的中心線為中心，寬度為 倍的探頭圓環(huán)。探頭安裝距離距止推法蘭盤不應超過 305mm(API670 標準推薦值 )。 圖 45 軸向位移檢測方案 吉林大學本科畢業(yè)設計說明書 28 第 4 節(jié) 機殼振動速度與噪聲檢測 機殼的振動和整機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，主軸的振動和噪聲會急劇上升。噪聲出廠標準為當轉速為 30000r/min 時，噪聲不能超過 80db，檢測噪聲用的是 BRN201 智能噪聲儀 。主軸振動速度出廠標準為當轉速為 30000r/min 時，振動速度不能超過 2mm/s，檢測振動速度用 RP6700 系列 一體化速度振動變送器。 BRN201 型智能噪聲儀是一款符合 GB/T37852 型和 616722 級標準的要求而設計的聲級計，采用定制大屏幕 LCD 顯示，具有交流和直流信號輸出，具備瞬時聲級數(shù)據(jù)輸出，每秒 1 個 Lp 數(shù)據(jù)。適用于環(huán)境噪聲的定點在線監(jiān)測、汽車檢測線噪聲的自動測量及旋轉機械振動噪聲監(jiān)測。 檢測方案如圖 46。 圖 46 噪聲檢測方案 RP6700 系列振動速度傳感器，可用于對軸承座、機殼或結構相對于自由空間的絕對振動測量。電主軸上面有個專門放置振動速度傳感器的 M8螺紋孔，定做的振動速凍傳感器通過 M8D的螺栓聯(lián)接到主軸上面。其輸出電壓與振動速度成正比，故又稱速度式振動傳感器。其輸出可以是速度值的大小，也可以是把速度量經(jīng)過積分 轉換成位移量信號輸出。這種測量可對旋轉或往復式機構的綜合工況進行評價。 RP6700 系列速度振動傳感器屬于慣性式傳感器。是利用磁電感應原理把振動信號變換成電信號。它主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。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。工作時，將傳感器安裝在機器上，在機器振動時，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對運動、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電壓，該電壓值正比于振動速度值。與二次儀表相配接（如 RP6700 振動系列儀表），即可顯示振動速度或振動位移 量吉林大學本科畢業(yè)設計說明書 29 的大小。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進行測量。 第 5 節(jié) 總體檢測控制框圖 檢測控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。試驗臺可檢測電主軸的徑向跳動、軸向竄動、回轉精度、溫升、振動、噪聲等可靠性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過高精度位移傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、噪聲傳感器進行檢測，使用數(shù)據(jù)采集卡采集并傳輸至工控機進行處理，如圖 47 所示。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可對可靠性數(shù)據(jù)進行分析、顯示、存儲、打印，并根據(jù)可靠性數(shù)據(jù)是否超標對主軸和加載系統(tǒng)進行反饋調(diào)節(jié)和操作，例如，當出現(xiàn)故障時，即可靠性數(shù)據(jù)為故障數(shù)據(jù)，工控 機報警，并控制電主軸和相應加載裝置停機。 圖 47 試驗臺總體控制檢測框圖 第 5 章 其他結構設計 第 5 章 其他結構設計 第 1 節(jié) 電主軸支撐機構 電主軸的速度高，功率大，如何保證電主軸與測功機的同軸度是首先要解決的問題?？紤]到電力測功機的重量大，不容易調(diào)整，所以電主軸的支撐機構要設計成為可調(diào)整機構，而且要滿足空間三個方向的調(diào)整，以保證同軸度要求。如圖 51所示。 圖 51 電主軸機構 1 支撐機構 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。利用 不同厚度的豎直調(diào)整片調(diào)整電主軸豎直方向的高低。固定在帶有 T型槽的地坪鐵1 2 3 44 吉林大學本科畢業(yè)設計說明書 31 上面，就可以通過安裝在 T 型槽里面的螺栓左右移動調(diào)整電主軸的左右位置。支撐機構下面有 U型槽，在固定前，可以調(diào)整電主軸的前后位置。通過以上三部分就可以調(diào)整電主軸的空間位置，以保證電主軸與電力測功機的同軸度。 第 2 節(jié) 測試棒強度分析 由于測試棒是承受加載力的主要元件，如果它的強度達不到要求，那整個實驗的設計將沒有任何意義，下面在 CATIA 中對加載棒進行強度校核。雖然主軸是受動載荷，但是按最大加載力進行靜強度校核，若此時能滿足要求，則動載荷也沒 有問題。加載棒的軸肩處承受軸向力為344N，徑向力為 960N，轉矩為 ，將加載棒的材料設置成陶瓷。加載過程及結果如下圖 52至 54所示： 圖 52 加載棒的固定及受力設置 吉林大學本科畢業(yè)設計說明書 32 圖 53 加載棒的應力校核結果 圖 54 加載棒的位移校核結果 由圖 53可知，測試棒所承受的最大應力在軸肩處，為 ，這樣測試棒的設計完全符合強度要求。如圖 所示，測試棒的最大位移為 4μ m，也符合實驗要求。 吉林大學本科畢業(yè)設計 33 設 計總結 從去年 11 月份開始接觸這個課題，剛一接觸這個項目，我都不知道電主軸具體是什么東西，然后下來收集資料，并且到國內(nèi)最大的電主軸生產(chǎn)公差 —— 洛陽軸承科技股份有限公司進行實地考察，參觀了電主軸的生產(chǎn)線，并和搞電主軸研究的高級工程師徐同申學習很多關于電主軸的知識，包括電主軸的結構、驅動方式、冷卻方式、潤滑方式、軸承的選用，動平衡實驗、以及電主軸常見的故障等等。徐工還給我們搭建高速電主軸可靠性實驗平臺提出了寶貴意見。 回到學校，在圖書館，網(wǎng)上查詢了電主軸的相關論文資料，并在全國范圍內(nèi)調(diào)研了電主軸的生產(chǎn)情況，國 內(nèi)電主軸在性能上與國外電主軸相差較遠，國內(nèi)還沒有一家生產(chǎn)商能做到，在轉速達到 18000r/min 的同時，功率同時達到 22Kw，最后洛陽軸研專門為我們課題組研發(fā)這一要求的電主軸。 電主軸的問題解決后，就是設計試驗臺。由于該試驗臺的特點是模擬主軸的實際工況，而且是高速，大功率，所以設計過程中，最大的問題就是解決加載方案，設計過電磁加載，電液加載，電力加載等好幾種加載方案，經(jīng)過很長一段時間的研究，不斷的確定方案，修改方案，最終確定了電磁加載。在設計期間，使我綜合運用機械設計的理論和實際知識，結合實際現(xiàn)有的東西知識 ，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，并使所學的知識得到進一步鞏固、深化和擴展；通過設計，使我掌握機械設計的一般規(guī)律，樹立正確的設計思想，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。 當然在設計過程中，也碰到了許多問題。在陳菲、呼燁、張富等老吉林大學本科畢業(yè)設計 34 師的指導和一些同學的幫助下，我也盡自己的努力去克服困難，最后順利地完成了整個設計。另外，由于本人缺乏經(jīng)驗及水平有限，設計仍存在一些問題，望老師給予指正。 畢業(yè)設計不僅鍛煉了我們獨立完成設計的能力，而且讓我們發(fā)現(xiàn)了自身的不足，雖然設計的過程困難重重，雖然繞了不少彎路，但最后看到自 己的設計成果時，心中有了一絲的成就感。 這次畢業(yè)設計是我們在本科生階段的最后一堂課。它將我們平時所學相互結合起來，為我們將來進入下一段人生準備。它讓我學習到了更多的新知識。 吉林大學本科畢業(yè)設計 35 致 謝 設計結束時，我深切感受到不僅是自己的勞動，還有身邊老師和同學的關心和支持才使我取得了本次課題的成果，在此向他們表示衷心的感謝。面對一個全新的設計題目，在設計過程中免不了走彎路，但在老師的指導與同學們的幫助下，最終完成了設計任務。 在本設計的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個過程中，得到了陳菲老師和呼燁老師的親切關懷 和精心指導，使得本設計得以順利完成，其中飽含了他們的汗水和心血。老師敏銳的學術思想、淵博的學識、嚴謹踏實的治學態(tài)度、誨人不倦的育人精神、精益求精的工作作風，將永遠銘記在學生心中，使學生終生受益。在此我們向他們表示衷心的感謝和崇高的敬意。 在本次設計中，尤其感謝朱巖同學、馬宇鵬、何佳龍同學，我們一起做畢業(yè)設計，互相討論方案，相互學習，不斷提高。另外還要感謝實驗室的所有師兄師姐，他們提出的寶貴意見使我受益匪淺，感謝那些幫助過我的人。 吉林大學本科畢業(yè)設計 36 參考文獻 [1] Kuoshong Wang， Eanghao Wan Reliability Consideration of Flexible Manufacturing Systemfrom Fuzzy Information， Proceedings of IMCC39。93， ， 1993 [2] 顧履平 .FMEA 是提高機械產(chǎn)品可靠性的有效途徑 .《機械設計與制造》 ,1993 第 1期 [3] 朱黎輝 .加工中心可靠性的研究與分析 .吉林大學碩士學位論文， [4] 葉佩青等 .數(shù)控技術的現(xiàn)狀及發(fā)展策略 .機械科學與技術 . 1997 年第3 期 [5]于印民 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