【正文】 93，1993[2] 是提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性的有效途徑.《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》,1993 第1期[3] ，[4] . 1997 年第3 期[5],[6],[7],[8],[9],[10],6:3132[11] 李彥，,6:149152[12] . 1994,3:1517,48.[13] ，1994,4:3234.[14] ：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.[15] 李慶余，張 ：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[16] 王志明， 數(shù)控技術(shù) 上海：上海大學(xué)出版社， 2009.[17] 陳嬋娟，數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)出版社，2005.[18] 夏田，數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2006[19] Jia Yazhou etc. Fatigue load and reliability design of machine [20] ：國(guó)防工業(yè)出版社，1997:4[21] 于駿一，：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[22] 徐 ：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.[23]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 .[24] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：齒輪傳動(dòng) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.[25] 譚慶昌，趙洪志 機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社，2009.附圖1 電磁鐵組件附圖2 電主軸42附圖3 電力測(cè)功機(jī)組件附圖4 總體試驗(yàn)平臺(tái)。另外還要感謝實(shí)驗(yàn)室的所有師兄師姐，他們提出的寶貴意見(jiàn)使我受益匪淺，感謝那些幫助過(guò)我的人。在此我們向他們表示衷心的感謝和崇高的敬意。在本設(shè)計(jì)的開(kāi)題論證、課題研究、論文撰寫(xiě)和論文審校整個(gè)過(guò)程中，得到了陳菲老師和呼燁老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中飽含了他們的汗水和心血。致 謝設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，我深切感受到不僅是自己的勞動(dòng)，還有身邊老師和同學(xué)的關(guān)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。它將我們平時(shí)所學(xué)相互結(jié)合起來(lái)，為我們將來(lái)進(jìn)入下一段人生準(zhǔn)備。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我們獨(dú)立完成設(shè)計(jì)的能力，而且讓我們發(fā)現(xiàn)了自身的不足，雖然設(shè)計(jì)的過(guò)程困難重重，雖然繞了不少?gòu)澛?，但最后看到自己的設(shè)計(jì)成果時(shí)，心中有了一絲的成就感。在陳菲、呼燁、張富等老師的指導(dǎo)和一些同學(xué)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(gè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)期間，使我綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際知識(shí)，結(jié)合實(shí)際現(xiàn)有的東西知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展；通過(guò)設(shè)計(jì)，使我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。電主軸的問(wèn)題解決后，就是設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)。徐工還給我們搭建高速電主軸可靠性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提出了寶貴意見(jiàn)。測(cè)試棒的最大位移為4μm，也符合實(shí)驗(yàn)要求。加載棒的軸肩處承受軸向力為344N，徑向力為960N，將加載棒的材料設(shè)置成陶瓷。第2節(jié) 測(cè)試棒強(qiáng)度分析由于測(cè)試棒是承受加載力的主要元件，如果它的強(qiáng)度達(dá)不到要求，那整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)將沒(méi)有任何意義，下面在CATIA中對(duì)加載棒進(jìn)行強(qiáng)度校核。支撐機(jī)構(gòu)下面有U型槽，在固定前，可以調(diào)整電主軸的前后位置。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。如圖51所示。圖47 試驗(yàn)臺(tái)總體控制檢測(cè)框圖第5章 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1節(jié) 電主軸支撐機(jī)構(gòu)電主軸的速度高，功率大，如何保證電主軸與測(cè)功機(jī)的同軸度是首先要解決的問(wèn)題。試驗(yàn)臺(tái)可檢測(cè)電主軸的徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)、回轉(zhuǎn)精度、溫升、振動(dòng)、噪聲等可靠性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)高精度位移傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、噪聲傳感器進(jìn)行檢測(cè)，使用數(shù)據(jù)采集卡采集并傳輸至工控機(jī)進(jìn)行處理，如圖47所示。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進(jìn)行測(cè)量。工作時(shí)，將傳感器安裝在機(jī)器上，在機(jī)器振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動(dòng)速度值。它主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。RP6700 系列速度振動(dòng)傳感器屬于慣性式傳感器。其輸出可以是速度值的大小，也可以是把速度量經(jīng)過(guò)積分轉(zhuǎn)換成位移量信號(hào)輸出。電主軸上面有個(gè)專(zhuān)門(mén)放置振動(dòng)速度傳感器的M8螺紋孔，定做的振動(dòng)速凍傳感器通過(guò)M8D的螺栓聯(lián)接到主軸上面。檢測(cè)方案如圖46。BRN201 型智能噪聲儀是一款符合GB/T37852型和616722級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求而設(shè)計(jì)的聲級(jí)計(jì)，采用定制大屏幕LCD顯示，具有交流和直流信號(hào)輸出，具備瞬時(shí)聲級(jí)數(shù)據(jù)輸出，每秒1個(gè)Lp數(shù)據(jù)。噪聲出廠標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)轉(zhuǎn)速為30000r/min時(shí)，噪聲不能超過(guò)80db，檢測(cè)噪聲用的是BRN201智能噪聲儀。探頭安裝距離距止推法蘭盤(pán)不應(yīng)超過(guò)305mm(API670 標(biāo)準(zhǔn)推薦值)。探頭中心線應(yīng)與軸心線正交，探頭監(jiān)測(cè)的表面（，如圖）應(yīng)無(wú)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(gè)范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍， um 之間。由于軸承蓋一般是水平分割的，因此通常將兩個(gè)探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)45186。177。圖44 徑向跳動(dòng)檢測(cè)方案當(dāng)需要測(cè)量軸的徑向跳動(dòng)時(shí)，要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以上。圖43 電渦流傳感器原理圖其工作過(guò)程是：當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，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(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。于此，通過(guò)前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z 的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D 的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。則線圈特征阻抗可用Z=F( , , , D, I, )函數(shù)來(lái)表示。與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。在位置精度要求極其高的情況下，為保證高速電主軸工作的穩(wěn)定性，在主軸高速運(yùn)行過(guò)程中，采用非接觸式RP6600/6600XL系列電渦流位移傳感器對(duì)軸向位移和徑向振動(dòng)進(jìn)行非接觸實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電主軸的在線監(jiān)控。高速電主軸的軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)直接影響刀具的位置，從而造成加工誤差。主軸回轉(zhuǎn)精度作為機(jī)床或儀器軸系工作性能的重要指標(biāo)，是影響測(cè)量精度和精密加工的主要因素，主軸回轉(zhuǎn)誤差，是評(píng)定機(jī)床和儀器精度的主要工作。溫度傳感器的安裝方式如圖42。JWB/C型溫度傳送器在溫度傳感器的接線盒內(nèi)安裝了變送模塊，變送模塊選用專(zhuān)用芯片進(jìn)行放大和線性化處理，提高了傳感器測(cè)量精度，冷端無(wú)需補(bǔ)償，負(fù)載能力大，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)的溫升越高，零配件的熱變形就越大，將嚴(yán)重影響主軸的精度。雖然有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，帶走了大量的熱量，若冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，溫度將迅速上升，檢測(cè)到溫度上升就馬上停止電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)。1軸承座 2聯(lián)軸器 3轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 4聯(lián)軸器 5電機(jī) 6平板圖41 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方案第2節(jié) 溫度檢測(cè)電主軸的定子、轉(zhuǎn)子的鐵損和銅損等, 不僅消耗了能量, 且最終還成為熱量散發(fā)出來(lái)。檢驗(yàn)電主軸在額定運(yùn)行情況下的主要技術(shù)性能是否滿足有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值的要求。第1節(jié) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測(cè)電主軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的測(cè)定即電主軸的負(fù)載特性試驗(yàn)，主要使電力測(cè)功機(jī)的負(fù)載在（～）倍的額定功率范圍內(nèi)變化，并測(cè)量相應(yīng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。所以實(shí)時(shí)檢測(cè)這些參數(shù)對(duì)預(yù)防故障，分析故障，提高主軸的可靠性具有重要意義。其支承軸承、精密制造與裝配技術(shù)的水平又決定了電主軸的回轉(zhuǎn)精度，軸向熱伸長(zhǎng)，徑向跳動(dòng)，主軸的動(dòng)靜剛度、主軸的振動(dòng)烈度等性能。主軸溫升、軸承溫升大小反映了其軸承質(zhì)量、冷卻裝置的優(yōu)劣，主軸和軸承的溫升可以體現(xiàn)在前軸承端蓋上，因此可以檢測(cè)前軸承端蓋的溫度來(lái)間接檢測(cè)主軸和軸承的溫升。吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第4章 檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 做電主軸的可靠性試驗(yàn)，需要在加載狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電主軸的運(yùn)行狀態(tài)，收集故障數(shù)據(jù)，就需要設(shè)計(jì)一套性能檢測(cè)系統(tǒng)。最后通過(guò)螺栓將S型拉壓力傳感器2固定到底座1上面當(dāng)電磁鐵的工控機(jī)給以加力信號(hào)，線圈中通過(guò)直流電流，鐵芯將被磁化，對(duì)導(dǎo)磁體產(chǎn)生電磁吸力。通過(guò)鋁座4和鋁座蓋8將線圈6包圍起來(lái)，放置漏磁對(duì)電主軸和檢測(cè)元件的影響。電磁鐵的整體結(jié)構(gòu)如圖310所示。電磁鐵后面連接在型號(hào)為CPR24的S型拉壓力傳感器，傳感器通過(guò)CXSE增強(qiáng)型單輸入通道儀表與PC機(jī)相連，通過(guò)編寫(xiě)的程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制磁力大小。A 視圖放大3倍A 圖39 電磁鐵加載示意圖電磁鐵的外圍用鋁制造，防止磁力線對(duì)檢測(cè)設(shè)備和電主軸的干擾。將鐵芯斷面做成曲面，曲率半徑與導(dǎo)磁體曲率半徑相同。設(shè)定框架長(zhǎng)度為30mm，另外防止擊穿應(yīng)乘以一個(gè)系數(shù)（2~3），這里取3則單邊線框?qū)挾葹?。直流電磁鐵的磁路磁勢(shì)絕大部分降落在氣隙上，由于氣隙為0. 5mm，可以忽略漏磁通，所以可以用氣隙的磁勢(shì)代替整個(gè)磁路的磁勢(shì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行力的標(biāo)定，修正誤差。由于磁路磁勢(shì)大部分消耗在氣隙里，所以氣隙越小，在通相同電流的時(shí)候電磁吸力越大。于是作者自行設(shè)計(jì)了一個(gè)最大吸力為1000N的型直流電磁鐵，其作用原理圖4所示，它由鐵芯、線圈、銜鐵和兩個(gè)氣隙組成。磁保持式要求零氣隙，不滿足非接觸式加載。電磁鐵可以分為牽引電磁鐵、框架電磁鐵、磁保持式電磁鐵、吸盤(pán)式電磁鐵和管裝式電磁鐵。圖37為底座的應(yīng)力分析，而HT250的抗拉強(qiáng)度為240Mpa，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。底座采用HT250鑄造，實(shí)際試驗(yàn)中底座受動(dòng)態(tài)力，故只需對(duì)底座在最大受力狀態(tài)下的最大變形量即可。圖35 激振器部件圖177。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。由于電磁吸力隨氣隙的增大會(huì)急劇減小，177。交流勵(lì)磁繞組可以通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)程序，輸入任意波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸軸向力的動(dòng)態(tài)加載。經(jīng)過(guò)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。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。(4)裝有電容式拾振器，能進(jìn)行非接觸式的振動(dòng)位移量測(cè)量。(2)單位力體積比電動(dòng)式小，激振力比電動(dòng)式大，沒(méi)有附加質(zhì)量的影響。與與電動(dòng)式激振器、電液式激振器比較有以下特征：(mm)。主要技術(shù)參數(shù)：(1)測(cè)控柜選用臥式機(jī)柜，具備良好的通風(fēng)降溫效果，外表面噴塑處理；(2)二次儀表采用插頭插座連接方式，連接可靠牢固；(3)測(cè)量參數(shù)自動(dòng)顯示、打印、存儲(chǔ)，并有異?，F(xiàn)象報(bào)警功能；(4)同時(shí)完成各測(cè)試數(shù)據(jù)和報(bào)表的記錄及各種