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嵌入式高速電主軸軸承試驗(yàn)機(jī)

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嵌入式高速電主軸軸承試驗(yàn)機(jī)

,嵌入式高速電主軸軸承試驗(yàn)機(jī)簡介,一、研究意義,1、電主軸的意義 2、納米潤滑技術(shù) 3、課題背景,軸承試驗(yàn)是評估軸承性能和壽命較為有效可靠的方法,是軸承從設(shè)計(jì)到裝機(jī)使用之間的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。普通的滾動軸承試驗(yàn)臺不能很好滿足電主軸陶瓷球軸承的要求及模擬其實(shí)際工況或極限工況。目前,電主軸軸承的試驗(yàn)大多是隨電主軸在空載條件下一同進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn),這種方法卻不足以反映電主軸實(shí)際工作時(shí)的載荷、轉(zhuǎn)速變化情況對軸承產(chǎn)生的影響。因此,迫切需要研制專門的電主軸軸承試驗(yàn)裝置來對電主軸軸承的性能潤滑性能進(jìn)行研究。,本課題的研究內(nèi)容,根據(jù)電主軸軸承實(shí)際工況和運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn),研制一臺功能多樣、集機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)于一體的高速電主軸軸承試驗(yàn)臺,以實(shí)現(xiàn)電主軸軸承的潤滑情況、散熱條件以及高速加工時(shí)的徑向切削分力和軸向切削分力,并在該試驗(yàn)臺上進(jìn)行電主軸軸承的性能試驗(yàn)研究。本文的主要研究內(nèi)容如下: 1. 分析電主軸陶瓷球軸承的實(shí)際工況和運(yùn)行狀態(tài),制定試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)要求及功能要求,進(jìn)行試驗(yàn)臺的總體方案設(shè)計(jì); 2. 進(jìn)行試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸系設(shè)計(jì)、驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)及加載系統(tǒng)設(shè)計(jì); 3. 進(jìn)行試驗(yàn)臺的測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和功能要求進(jìn)行測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),然后利用Borland C+ Builder5.0進(jìn)行軟件設(shè)計(jì); 4. 在該試驗(yàn)臺上進(jìn)行軸承的性能試驗(yàn)研究。選擇B7005C/P4電主軸軸承作為研究對象,對比研究脂潤滑陶瓷球軸承與鋼制球軸承、油霧潤滑陶瓷球軸承的高速性能。 5.試驗(yàn)臺安全防護(hù)設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)。,試驗(yàn)機(jī)簡介,目前,軸承試驗(yàn)的種類大致有壽命試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、軸承零部件試驗(yàn)、材料試驗(yàn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)、強(qiáng)化試驗(yàn)等。壽命試驗(yàn)即確定軸承疲勞壽命的試驗(yàn)。模擬試驗(yàn):在軸承試驗(yàn)機(jī)上按照軸承的實(shí)際安裝工況、實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),即軸承的轉(zhuǎn)速、軸向載荷、徑向載荷以及環(huán)境溫度、潤滑狀態(tài)等按實(shí)際工況給定進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到預(yù)定壽命或到軸承失效。常見的有輪轂軸承模擬試驗(yàn)、汽車離合器分離軸承模擬試驗(yàn)、汽車水泵軸聯(lián)軸承模擬試驗(yàn)。性能試驗(yàn):即考核軸承的某種特殊性能,如極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、大載荷試驗(yàn)、潤滑性能試驗(yàn)、防塵試驗(yàn)、脂漏試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、噴水試驗(yàn)、軸承打滑試驗(yàn)等。零部件試驗(yàn)主要對鋼球、滾子、密封圈試驗(yàn)。強(qiáng)化試驗(yàn)是壽命試驗(yàn)的一種,即給定試驗(yàn)軸承載荷較大,達(dá)額定載荷的 0.5 倍,用來縮短試驗(yàn)時(shí)間。設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)是根據(jù)軸承實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),如溫升、振動、噪音、提出設(shè)計(jì)改進(jìn)意見。 與上述試驗(yàn)所對應(yīng)的軸承試驗(yàn)機(jī)有壽命試驗(yàn)機(jī)、模擬試驗(yàn)機(jī)、性能試驗(yàn)機(jī)、零部件試驗(yàn)機(jī)等。雖然這些試驗(yàn)機(jī)的功能不同,但他們的主體結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)、加載技術(shù)、控制技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)卻基本相同。,試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求,根據(jù)電主軸軸承的實(shí)際工況和運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn),本文制定高速電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)要求如下: 1. 試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速范圍為300060000r/min,測量精度0.5F.S,且無級可調(diào); 2. 試驗(yàn)軸承的內(nèi)徑為25mm、外徑為47mm、寬度為12mm,潤滑方式為油霧潤滑或脂潤滑,且被循環(huán)水冷卻; 3. 根據(jù)試驗(yàn)軸承內(nèi)徑范圍1030mm,可更換不同類型的試驗(yàn)軸系組件; 4. 徑向載荷和軸向載荷范圍為02000N,測量精度0.5F.S,且連續(xù)可調(diào); 5. 溫度測量范圍為0300,測量精度2; 6. 振動測量范圍為050g,測量精度2; 7. 試驗(yàn)測控方式為手動控制和計(jì)算機(jī)自動控制; 8. 試件應(yīng)拆裝簡單,操作方便。,試驗(yàn)機(jī)的功能要求,設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺是為了模擬陶瓷球軸承在電主軸中的潤滑情況、散熱條件以及高速加工時(shí)的徑向切削分力和軸向切削分力,以便對陶瓷球軸承進(jìn)行試驗(yàn)研究,為其設(shè)計(jì)改進(jìn)及應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。在調(diào)研現(xiàn)有滾動軸承試驗(yàn)臺的性能和功能基礎(chǔ)上,結(jié)合滾動軸承技術(shù)、測試與控制技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等,本文制定試驗(yàn)臺的功能要求如下: 1. 能夠模擬軸承在電主軸中散熱條件及高速加工時(shí)所受的切削力; 2. 能夠?qū)υ囼?yàn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,如試驗(yàn)轉(zhuǎn)速、載荷譜、報(bào)警參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間及存儲時(shí)間等; 3. 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)參數(shù),如軸承轉(zhuǎn)速、載荷、溫度、振動等,并對試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、處理和存儲。同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、載荷、溫度及振動以曲線或圖表的形式輸出; 4. 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各部件的運(yùn)行,以確保安全和設(shè)備運(yùn)行正常。若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)異??勺詣訄?bào)警停機(jī); 5. 能夠?qū)υ囼?yàn)軸承進(jìn)行高速性能、耐久性和壽命等試驗(yàn)。,試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)方案,分析電主軸陶瓷球軸承的運(yùn)行狀態(tài)以及極限工況的基礎(chǔ)上,根據(jù)試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)要求及功能要求,確定了電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺總體方案。高速電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺由試驗(yàn)臺主體、驅(qū)動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及測控系統(tǒng)等組成。試驗(yàn)臺工作原理見圖。,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,1.底座 2.軸向加載組件 3.軸系 4.軸系壓蓋 5.徑向加載組件 6.試驗(yàn)軸承 7.聯(lián)軸器 8.電主軸 9.潤滑油管 10.軸向加載液壓油管 11.振動傳感器 12.徑向加載液壓油管 13.溫度傳感器,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)中電主軸技術(shù),1、電主軸潤滑方式有 油脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等。 2、電主軸潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì),電主軸潤滑系統(tǒng),油氣潤滑的機(jī)理, 以步進(jìn)式給油器,定時(shí)定量間斷地供給潤滑油, 壓縮空氣,沿油管內(nèi)壁將油吹響潤滑點(diǎn),將油品準(zhǔn)確地供應(yīng)到最需要潤滑的潤滑部位。油氣潤滑與油霧潤滑雖然都是兩相流,但在流體性質(zhì)上截然不同。油霧潤滑時(shí),油被物化成0.52m的霧粒,物化后的油,隨空氣一同前進(jìn),二者的流速相同;油氣潤滑時(shí),油不被霧化,油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤滑點(diǎn),并在潤滑點(diǎn)處,以精細(xì)油滴方式,噴射到潤滑部位。,嵌入式核心板,試驗(yàn)機(jī)測控框架,課題組研究難點(diǎn)與方向,1、電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):高速化設(shè)計(jì),便于軸承的拆卸、數(shù)據(jù)采集,保持脂潤滑條件下DmN值在200萬以上可穩(wěn)定工作。 2、電主軸加載裝置:仿真電主軸實(shí)際工況,可考慮電磁加載,杠桿加載,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加載的特種材料設(shè)計(jì)與分析等。 3、高速主軸熱處理:針對高速主軸,實(shí)驗(yàn)出一種適合高速,耐磨性好,穩(wěn)定性好的材料熱處理方法。特種軸承鋼,耐磨鋼的設(shè)計(jì)與開發(fā)等。 4、嵌入式系統(tǒng)開發(fā):采集電路板設(shè)計(jì),程序調(diào)試,軟件界面設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對信號調(diào)理的控制,液壓缸比例閥控制。 5、振動分析與故障診斷: 數(shù)據(jù)采集與信號分析。數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析(付里葉分析、功率譜分析、功率譜密度分析、頻響函數(shù)分析、互譜分析、相干分析、沖擊響應(yīng)譜、倒頻譜分析、包絡(luò)分析等) 6、可靠性分析:高速電主軸可靠性分析,可著重考慮軸承可靠性,潤滑油脂的可靠性,潤滑油脂的開發(fā)與研制,實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)等。,興趣小組學(xué)習(xí)方向,1.Proe、Caxa為主的三維軟件學(xué)習(xí)小組 進(jìn)行以試驗(yàn)機(jī)三維造型設(shè)計(jì)為主,包括電主軸三維設(shè)計(jì),外觀設(shè)計(jì),安全性防護(hù)設(shè)計(jì)等。 2.Ansys 、adams有限元軟件學(xué)習(xí)小組 進(jìn)行高速電主軸進(jìn)行仿真分析,包括熱力學(xué)仿真,動力學(xué)仿真,一些初級的數(shù)值計(jì)算。如,熱源計(jì)算,散熱系數(shù)計(jì)算,臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算等。 3.Matlab數(shù)值計(jì)算,仿真軟件學(xué)習(xí)小組 采集高速電主軸的振動,以數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行波形分析,編輯軟件界面,進(jìn)行仿真分析,數(shù)值計(jì)算等。 4.VB,VC,C+builder,Dephi,labview,matlab等軟件學(xué)習(xí)小組 嵌入式內(nèi)部程序調(diào)試,利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的軟件編程方式,對信號進(jìn)行分析、處理、顯示與記錄 。,匯報(bào)完畢歡迎指導(dǎo) 謝謝!,

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