【正文】 or puting the relevant parameters. The mechanics parts including the main bodies, driving systems, loading systems, lubricating systems and measuring systems. The design of them will be introduced explicitly by order. This paper will explain the general theory of lubricating upon general design progress, then to estimate the parameters in bearing by working principles, working environments and sizes, finally to design with the factors mentioned above. During the stage of designing, firstly, to design the whole parts in general. Then to the separate proportions respectively which includes proposal of design, explanation of principles, procedure of design, choosing key ponents, checking parameters of ponents, installation and intensity examination. At last, finish the drawing upon checking sizes and installing methods. After finishing the whole design, apprise of this work will be followed. Keywords: design。 hydrodynamic bearing?，F(xiàn)在，軸承已廣泛 應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中?；瑒?dòng)軸承作為軸承中重要的一種，由于其本身具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使它在工作轉(zhuǎn)速特高、特大沖擊與振動(dòng)、徑向空間尺寸受到限制等場(chǎng)合占有十分重要的地位。因而，如何提高滑動(dòng)軸承的性能和使用壽命一直是人們所關(guān)注的問題，國(guó)內(nèi)外的軸承企業(yè)和學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。通過滑動(dòng)軸承試驗(yàn)，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，可為滑動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。但在取得成績(jī)的同時(shí)，更要看到差距，我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)仍然十分薄弱，絕大部分技術(shù)與國(guó)外有較大差距，很多關(guān)鍵技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)零的突破。航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵上的滑動(dòng)軸承支撐著一對(duì)泵油齒輪，齒輪轉(zhuǎn)速非?？?，受到的載荷非常大，潤(rùn)滑條件比較惡劣，如果一旦在工作過程中滑動(dòng)軸承發(fā)生嚴(yán)重磨損甚至是由于潤(rùn)滑不足而導(dǎo)致軸承卡死，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)供油不足甚至是停止供油，進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)動(dòng)力不足，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生安全事故。 本課題以航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵上的滑動(dòng)軸承為測(cè)試對(duì)象，設(shè)計(jì)一臺(tái)可測(cè)試油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦轉(zhuǎn)矩的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái) 。在此背景下，本文將根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵工作的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出能滿足其測(cè)試要求 4 的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分。 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的研究現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 ，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種試驗(yàn)系統(tǒng)也向著智能化、高精度方向發(fā)展。 現(xiàn)在的新型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)一般用液壓加載，集成控制系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn) (CAT)技術(shù)，具有友好的人機(jī)界面，能從試驗(yàn)中直接提取信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的。此類滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)種類很多 ，功能也有所不同， 如 圖 所示的為 湖南嘉銳科教儀有限公司生成的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái) 。 圖 新型滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái) 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)用于機(jī)械計(jì)課程中的液體動(dòng)壓軸承實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要利用它來觀察滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)，測(cè)量其徑向和軸向油膜壓力分布和摩擦特性曲線。試驗(yàn)臺(tái)采用了徑向試驗(yàn)軸承和推力試驗(yàn)軸承組合形式，為臥式結(jié)構(gòu)。即當(dāng)試驗(yàn)推力軸承時(shí)，使用推力試驗(yàn)軸承組件與帶推力盤的試驗(yàn)主軸；當(dāng)試驗(yàn)徑向軸承時(shí)，改用徑向試驗(yàn)軸承組件和徑向試驗(yàn)主軸。試驗(yàn)臺(tái)主要由本體部分、液壓傳動(dòng)與供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、電力拖動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)等 4部分組成。而對(duì)其動(dòng)特性的試驗(yàn)，目前均采用二維數(shù)學(xué)模型，由于其油膜是典型的三維油膜，因此應(yīng)用二維型顯然是有誤差的。試驗(yàn)臺(tái)如圖 所示。 被測(cè)軸承的尺寸 軸承內(nèi)徑 mmd 32? 、 軸承外徑 mmD 41? 、軸承寬度 mmB 42? ； 測(cè)試條件 最大載荷 NF 15000? 、最大轉(zhuǎn)速 min/15000rn ? ； 測(cè)試對(duì)象 （ 1） 油膜壓力分布 ； （ 2） 溫度分布； （ 3） 軸心軌跡； （ 4） 摩擦力矩。英國(guó)的物理學(xué)家雷諾對(duì)托爾所 揭示的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在滑動(dòng)軸承中由于軸徑的轉(zhuǎn)動(dòng)在油膜中產(chǎn)生了剪應(yīng)力， 它 把潤(rùn)滑油帶入軸 頸 和軸承之間的收斂間隙，從而產(chǎn)生了油膜壓力，并導(dǎo)出了油膜壓力分布的微分方程，奠定了流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論的原始基礎(chǔ)。如果潤(rùn)滑膜中沒有壓力，則無論在間隙大端 1 和間隙小端 2 處，流體的速度沿膜厚的分布都將成為虛線所示的三角分布，于是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過截面1(設(shè)固體垂直圖面的寬度為 1)，流入截面 2 之間所包圍的質(zhì)量為 2/1??h ，由該空間經(jīng)截面 2 流出的質(zhì)量為 2/2??h 。 圖 動(dòng)壓形成原理 8 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)相關(guān) 參數(shù)的估算 燃油泵滑動(dòng)軸承的相關(guān)參數(shù)估算 為了使設(shè)計(jì) 的試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足被測(cè)試的滑動(dòng)軸承的工況要求，更加真實(shí)的接近被測(cè)滑動(dòng)軸承的實(shí)際工作環(huán)境，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和已知條件估算出滑動(dòng)軸承的基本參數(shù)。 （ 1） 寬徑比： 3 1 2 ?? mmmmdB （ 2） 軸頸的圓周速度： ??? dn?? min/r （ 3） 軸承的 最大 工作壓力： ?? dBFp Pa ? （ 4） 查得 航空煤油 40 ℃時(shí) ： 動(dòng)力粘度 340 ???? sPa? , 密 度 3/808 mkg?? （ 5） 計(jì)算相對(duì)間隙 : 0 0 4 1 )60/( 39/319/4 ???? ?n? （ 6） 計(jì)算直徑間隙： mmd ??? ? （ 7） 計(jì)算承載量系數(shù)； 1 42 2 ?? BFC P ??? （ 8） 軸承偏心率 ?? （ 9） 計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)： ?????? ?? pf 02 3 ??? （ 10） 潤(rùn)滑油流量系數(shù) ?Bdq?? （ 11） 計(jì)算潤(rùn)滑油溫升： 查得航空煤油 40 ℃時(shí)： 密度 3/808 mkg?? ， 比熱 )/(2090 KkgJc ?? 假設(shè) 軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) )/(50 2 KmWS ??? 9 則有： 0 )()/( ????????????sBdqcPft ℃ （ 12） 計(jì)算潤(rùn)滑油入口溫度： 9 7 ???? ttt mi ℃ 試驗(yàn)臺(tái) 摩擦轉(zhuǎn)矩的估算 在 設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)時(shí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 時(shí)，所選則 的 電機(jī)必須滿足 能夠拖動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，且具有良好的功能性和經(jīng)濟(jì)性。 已知條件： ① 滑動(dòng)軸承 ： 摩擦系數(shù) ?f ，載荷 NF 7500? , 軸頸直徑 mmd 321 ? 。 （ 1） 滑動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力 NfFF 0 7 ???摩擦 摩擦轉(zhuǎn)矩 mmNdFM ????? 1 5 6211 摩擦 （ 2） 滾動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力 NfFF 30???摩擦 摩擦轉(zhuǎn)矩 mmNdFM ???? 165022 摩擦 （ 3） 試驗(yàn)臺(tái)主題的總摩擦力矩為： mmNMMM ???? 10 3 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)是一 個(gè)比較復(fù)雜的機(jī)械裝置，對(duì)于不同的 試 驗(yàn)條件和 試 驗(yàn)要求， 試驗(yàn)臺(tái)也有所不同。本設(shè)計(jì)要求根據(jù)已知條件和設(shè)計(jì)要求對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之能夠完成規(guī)定的測(cè)試工作，并且各部分之間要相互匹配、相互協(xié)調(diào)，成為一個(gè)完整的機(jī)器裝置。 試驗(yàn)臺(tái)總體 布局 及 設(shè)計(jì) 試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)被測(cè)滑動(dòng) 軸承的基本尺寸、基本功能需求、 需要測(cè)量的參數(shù)以及試驗(yàn)臺(tái)本身各部分的結(jié)構(gòu)和功能等因素，合理設(shè)計(jì)和 布局 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，并使各個(gè)部分 相互配合、相互協(xié)調(diào)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與試驗(yàn)主軸連接，帶動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn)。在作為支撐的一對(duì)滑動(dòng)軸承中，選取一個(gè)作為被測(cè)試驗(yàn)對(duì)象，加裝相關(guān)傳 感器，對(duì)其油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦力矩進(jìn)行測(cè)量 。試驗(yàn)臺(tái)的潤(rùn)滑系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)的進(jìn)油壓力、進(jìn)油溫度和進(jìn)油流量必須可調(diào)，作為加載機(jī)構(gòu)一部分的滾動(dòng)軸承也應(yīng)采取合理的潤(rùn)滑方式。 11 圖 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)總體布局 表 31 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)零件名稱 1 變頻 電機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 增速齒輪箱 4 聯(lián)軸器 5 應(yīng)變片 6 滑動(dòng)軸承座（支撐軸承） 7 滾動(dòng) 軸承座 8 滑 動(dòng)軸承座（ 測(cè)試軸承 ） 9 位移傳感器支座 10 集流器 11 底座 12 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)支座 13 液體密封端蓋 14 試驗(yàn)臺(tái)主體 15 液壓缸 16 集流器支座 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力部分，既要為試驗(yàn)臺(tái)提供動(dòng)力，也要根據(jù)需要改變輸出轉(zhuǎn)速。 潤(rùn)滑系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng)主要為試驗(yàn)臺(tái)上的軸承提供潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承可采用脂潤(rùn)滑形式潤(rùn)滑，滑動(dòng)軸承既是試驗(yàn)臺(tái)主軸的支撐軸承，也是被測(cè)試的對(duì)象，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)既要為其提供潤(rùn)滑，也要能根據(jù)要求改變潤(rùn)滑條件。 12 潤(rùn)滑系統(tǒng)通過管道與滑動(dòng)軸承座 8 的潤(rùn)滑油孔連接，為軸承提供一定壓力、流量和溫度的潤(rùn)滑油。 加載 系統(tǒng) 采用液壓加載，液壓系統(tǒng)由液壓缸、液壓泵和控制閥組成?；钊艿降囊簤毫?jīng)過加載力傳遞裝置，傳遞給滾動(dòng)軸承座 7 內(nèi)的滾動(dòng)軸承，在經(jīng)過滾動(dòng)軸承傳遞給主軸， 再 通過主軸傳遞給滑動(dòng)軸承。這樣設(shè)計(jì)的加載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較大的加載力，且在規(guī)定范圍內(nèi)載荷大小可無級(jí)變化，滑動(dòng)軸承受載方式與實(shí)際工作時(shí)比較接近。通過安裝在主軸上的應(yīng)變片 5 將測(cè)得的信號(hào)通過集流器 10 傳遞給儀器， 可測(cè)出主軸受到的扭矩，從而推算出軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩 。集流器 10自帶測(cè)速機(jī)構(gòu)，可測(cè)量主軸的轉(zhuǎn)速。 試驗(yàn)臺(tái)主體 臺(tái)架及 相 關(guān)零件的設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)臺(tái)主體部分主要包括 主體臺(tái)架 、支撐軸承座和主軸三個(gè)部分。因?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)右邊的滑動(dòng)軸承既是支撐軸承又是試驗(yàn)軸承，因此滑動(dòng)軸承座必須保證一定的性能。聯(lián)軸器連接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增速齒輪箱和主軸。 13 圖 試驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)圖 表 32 試驗(yàn)臺(tái)主體零件表 1 主軸 2 液體密封端蓋 3 試驗(yàn)臺(tái)主體蓋 4 滑動(dòng)軸承座（支撐軸承） 5 滾動(dòng)軸承座 6 進(jìn)油管孔 7 滑動(dòng)軸承座（測(cè)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(yàn)臺(tái)主體 臺(tái)架 15 排油孔 16 底座 支撐軸承座的設(shè)計(jì) 根據(jù) 被測(cè) 滑動(dòng)軸承的 形式和 相關(guān)尺寸，同時(shí)考慮到方便測(cè)試傳感器的安裝， 14 選擇整體 式 滑動(dòng)軸承座。設(shè)計(jì)的 滑動(dòng) 軸承座外形及 安裝形式如 圖 ，軸承座尺寸如表 33所示。 軸是本試驗(yàn)臺(tái)一個(gè)非常重要的零件，不僅要高速旋轉(zhuǎn)，還要承受較大載荷，所以在對(duì)軸的尺寸設(shè)計(jì)完了之后，還要對(duì)軸進(jìn)行校核。 16 圖 軸的校核結(jié)果 17 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 增速齒輪箱與主軸采用聯(lián)軸器連接。其 結(jié)構(gòu)形式如圖 ，相關(guān)尺寸如表 33 所示。 m) D0 L ｌ C 緊定螺釘 平鍵 28 170 45 80 20 128?M 328? 油封設(shè)計(jì)： 為了防止?jié)櫥蛷妮S孔泄露，實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體上必須設(shè)置油封。油封的結(jié)構(gòu)如圖 ，尺寸如35 所示。本設(shè)計(jì) 經(jīng)過對(duì)各種驅(qū)動(dòng)方案的比較，最終采取變頻調(diào)速法，用 變頻 器 、變頻電機(jī)、增速齒輪箱來實(shí)現(xiàn)軸承試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)。 通過改變電源頻率 f 來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 變頻 電機(jī)的選擇 滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)主題的摩擦轉(zhuǎn)矩估計(jì)為 mN? ， 考慮 增速齒輪箱的增速比和 摩擦損失，現(xiàn) 預(yù) 選取額 定轉(zhuǎn)速為 min/2920r ，額定轉(zhuǎn)矩為 mN? 的 ABB 變頻電機(jī)。 所選 ABB 變頻電機(jī)的參數(shù) 如表 36所示 ： 表 36 ABB變頻電機(jī)參數(shù) 19 所選電機(jī)的外形及安裝形式 如圖 ，相關(guān)尺寸如表 37 所示。因?yàn)殡姍C(jī)在 HZ50~5 為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速在 min/2920r 以下時(shí)，轉(zhuǎn)矩為 mN? ，電機(jī)在 HZ100~50內(nèi)為恒功率調(diào)速，已知電機(jī)的額定功率為 ，根據(jù)公式 nPT 9550? 計(jì)算得，電機(jī)在達(dá)到最大轉(zhuǎn)速 min/5840r 時(shí)，轉(zhuǎn)矩 mNT ??9 。 綜上所述， 所選 電機(jī)的最小轉(zhuǎn)速為 min/292r ，最大轉(zhuǎn)速為 min/5840r