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1、,嵌入式高速電主軸軸承試驗機簡介,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)計到裝機使用之間的一個重要環(huán)節(jié)。普通的滾動軸承試驗臺不能很好滿足電主軸陶瓷球軸承的要求及模擬其實際工況或極限工況。目前，電主軸軸承的試驗大多是隨電主軸在空載條件下一同進(jìn)行整機試驗，這種方法卻不足以反映電主軸實際工作時的載荷、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)電主軸軸承實際工況和運轉(zhuǎn)特點，研制一臺功能多樣、集機械、電子和計算機于一體的高速電主軸
2、軸承試驗臺，以實現(xiàn)電主軸軸承的潤滑情況、散熱條件以及高速加工時的徑向切削分力和軸向切削分力，并在該試驗臺上進(jìn)行電主軸軸承的性能試驗研究。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際工況和運行狀態(tài)，制定試驗臺的設(shè)計要求及功能要求，進(jìn)行試驗臺的總體方案設(shè)計； 2. 進(jìn)行試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括試驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸系設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計及加載系統(tǒng)設(shè)計； 3. 進(jìn)行試驗臺的測控系統(tǒng)設(shè)計。首先根據(jù)設(shè)計要求和功能要求進(jìn)行測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，然后利用Borland C+ Builder5.0進(jìn)行軟件設(shè)計； 4. 在該試驗臺上進(jìn)行軸承的性能試驗研究。選擇B7005C/P4電主軸軸承作為研究對象
3、，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.試驗臺安全防護(hù)設(shè)計與造型設(shè)計。,試驗機簡介,目前，軸承試驗的種類大致有壽命試驗、模擬試驗、性能試驗、軸承零部件試驗、材料試驗、設(shè)計驗證試驗、強化試驗等。壽命試驗即確定軸承疲勞壽命的試驗。模擬試驗：在軸承試驗機上按照軸承的實際安裝工況、實際運行狀態(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)等按實際工況給定進(jìn)行運轉(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、汽車離合器分離軸承模擬試驗、汽車水泵軸聯(lián)軸承模擬試驗。性能試驗：即考核軸承的某種特殊性能，如極限轉(zhuǎn)速試驗、大載荷試驗、潤滑性能試驗、防塵試驗、脂
4、漏試驗、溫升試驗、高溫試驗、低溫試驗、噴水試驗、軸承打滑試驗等。零部件試驗主要對鋼球、滾子、密封圈試驗。強化試驗是壽命試驗的一種，即給定試驗軸承載荷較大，達(dá)額定載荷的 0.5 倍，用來縮短試驗時間。設(shè)計驗證試驗是根據(jù)軸承實驗的數(shù)據(jù)，如溫升、振動、噪音、提出設(shè)計改進(jìn)意見。 與上述試驗所對應(yīng)的軸承試驗機有壽命試驗機、模擬試驗機、性能試驗機、零部件試驗機等。雖然這些試驗機的功能不同，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。,試驗機的設(shè)計要求,根據(jù)電主軸軸承的實際工況和運轉(zhuǎn)特點，本文制定高速電主軸陶瓷球軸承試驗臺的設(shè)計要求如下： 1. 試驗臺轉(zhuǎn)速范圍為300060000r/
5、min，測量精度0.5F.S，且無級可調(diào)； 2. 試驗軸承的內(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)試驗軸承內(nèi)徑范圍1030mm，可更換不同類型的試驗軸系組件； 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. 試驗測控方式為手動控制和計算機自動控制； 8. 試件應(yīng)拆裝簡單，操作方便。,試驗機的功能要求,設(shè)計的試驗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的徑向切削分力和軸向切削分力，
6、以便對陶瓷球軸承進(jìn)行試驗研究，為其設(shè)計改進(jìn)及應(yīng)用提供試驗依據(jù)。在調(diào)研現(xiàn)有滾動軸承試驗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)、計算機技術(shù)等，本文制定試驗臺的功能要求如下： 1. 能夠模擬軸承在電主軸中散熱條件及高速加工時所受的切削力； 2. 能夠?qū)υ囼炏嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如試驗轉(zhuǎn)速、載荷譜、報警參數(shù)、運行時間及存儲時間等； 3. 實現(xiàn)實時監(jiān)測試驗參數(shù)，如軸承轉(zhuǎn)速、載荷、溫度、振動等，并對試驗參數(shù)進(jìn)行實時顯示、處理和存儲。同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、載荷、溫度及振動以曲線或圖表的形式輸出； 4. 實現(xiàn)實時監(jiān)控各部件的運行，以確保安全和設(shè)備運行正常。若試驗過程中出現(xiàn)異常可自動報警停機；
7、 5. 能夠?qū)υ囼炤S承進(jìn)行高速性能、耐久性和壽命等試驗。,試驗機總體設(shè)計方案,分析電主軸陶瓷球軸承的運行狀態(tài)以及極限工況的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗臺的設(shè)計要求及功能要求，確定了電主軸陶瓷球軸承試驗臺總體方案。高速電主軸陶瓷球軸承試驗臺由試驗臺主體、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。試驗臺工作原理見圖。,試驗機實物,試驗機實物,試驗機實物,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,試驗機實物,試驗機中電主軸技術(shù),1、電主
8、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,電主軸潤滑系統(tǒng),油氣潤滑的機理， 以步進(jìn)式給油器，定時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，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，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，油不被霧化，油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤滑點，并在潤滑點處，以精細(xì)油滴方式，噴射到潤滑部位。,嵌入式核心板,試驗機測控框架,課題組研究難點與方向,1、電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：高速化設(shè)計，便于軸承的拆卸、數(shù)據(jù)采集，保持脂潤滑條件
9、下DmN值在200萬以上可穩(wěn)定工作。 2、電主軸加載裝置：仿真電主軸實際工況，可考慮電磁加載，杠桿加載，結(jié)構(gòu)設(shè)計、加載的特種材料設(shè)計與分析等。 3、高速主軸熱處理：針對高速主軸，實驗出一種適合高速，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)計與開發(fā)等。 4、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：采集電路板設(shè)計，程序調(diào)試，軟件界面設(shè)計，實現(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，
10、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，實驗設(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)行以試驗機三維造型設(shè)計為主，包括電主軸三維設(shè)計，外觀設(shè)計，安全性防護(hù)設(shè)計等。 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)值計算。如，熱源計算，散熱系數(shù)計算，臨界轉(zhuǎn)速計算等。 3.Matlab數(shù)值計算，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，利用計算機強大的數(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 。,匯報完畢歡迎指導(dǎo) 謝謝！,
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