軸承檢測裝置的設計【三維UG】【含CAD高清圖紙和文檔資料】

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Bearing is a high precision product in the mechanical products, not only its needs a comprehensive support for math, physics and other disciplines theory, but also needs the material science, heat treatment technology, precision machining and measuring technology, numerical control technology and numerical method is effective and powerful computer technology and other disciplines to serve its, so the bearing is the products that represents of the national scientific and technological strength. Along with the automation level of continuous improvement, the level of industrial production increasing, application field of bearing has been widely in many industries, it directly affects the quality of the work performance of machine tools, and its precision directly affects the performance of the whole device is good or bad. there are 30 percent of faculties in the rotating mechanism to be relative to bearings. so we must strictly check the qualities of bearings before they are sold .At the present in the bearing detection project, Bearing clearance detection, inner diameter measurement and vibration detection project, is an important indicator of the quality of the bearing.Weather the bearing is qualified or not,it will directly affect the bearing performance. Detection of the existing bearing tester is generally only for a single project, low detection efficiency is not convenient. In order to meet the requirements of bearing safety detection, developing a detection for higb detecting efficiency ,and the basic realization of automatic bearing detection project becomes more and more important. Key words: bearing; automation; measurement; system equipment V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內容和意義 .1 1.2 國內外的發(fā)展概況 .1 1.3 本課題應達到的要求 .2 2 軸承檢測裝置的分類及發(fā)展 .3 2.1 概述 .3 2.2 軸承儀器的分類和發(fā)展方向 .3 2.2.1 軸承儀器的分類及特點 3 2.2.2 軸承儀器的發(fā)展方向 4 2.3 檢測方法的研究 .4 3 軸承的檢測 .5 3.1 軸承的基本結構 .5 3.2 軸承的類型及特點 .6 3.3 軸承檢測的內容和檢測條件 .6 3.3.1 軸承檢測的標準 6 3.3.2 軸承檢測的內容和檢測條件 6 4 軸承的振動檢測 .8 4.1 研究背景 .8 4.2 軸承振動自動檢測的工作原理 .8 4.3 系統組成及功能 .10 4.4 振動信號的采集方案設計 .12 4.5 數據預處理 .13 4.6 幅值域參數計算 .13 5 軸承游隙的檢測 .14 5.1 軸承徑向游隙檢測裝置的設計 .14 5.1.1 游隙 14 5.1.2 徑向游隙的設計原理 14 5.2 軸承徑向游隙的動態(tài)游隙的測量計算 .15 5.3 校核軸承游隙計算關系 .16 6 軸承內徑檢測裝置的設計 .18 6.1 軸承內徑在線檢測裝置的設計 .18 6.2 軸承內徑檢測裝置的測量原理 .18 6.2.1 內徑測量方法的研究 18 6.2.2 內徑測量的設計機理 19 VI 6.3 軸承內徑檢測系統精度的確定 .20 7 傳動裝置的結構設計 .21 7.1 電動機的選擇 .21 7.2 傳動比的分配 .21 7.3 傳動帶的選擇 .22 7.3.1 帶傳動的類型 22 7.3.2 帶傳動的特點及應用 22 7.3.3 V 帶的材料和結構 .22 7.3.4 V 帶的設計計算 .23 8 齒輪傳動 .24 8.1 齒輪概述 .24 8.2 齒輪類型的選擇及齒數的計算 .25 8.2.1 按齒面接觸強度設計 25 8.2.2 計算各參數 26 8.2.3 按齒根彎曲強度設計 27 8.2.4 齒輪的幾何尺寸計算 28 8.2.5 齒輪的結構設計 29 9 軸 .30 9.1 最小軸徑的估算 .30 9.2 軸的強度和剛度校核計算 .30 10 軸承、聯軸器的選擇 .33 10.1 軸承的選擇 .33 10.2 聯軸器的選擇 .33 11 結論與展望 .35 11.1 結論 .35 11.2 不足之處及未來展望 .35 致 謝 .36 參考文獻 .37 軸承檢測裝置的設計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 軸承是旋轉機械中廣泛應用的基礎零件之一，其質量好壞在一定程度上影響整個機 械系統的性能，可以說在制造業(yè)大發(fā)展的環(huán)境下軸承的使用無處不在。但是軸承也是最 容易損壞的零件之一，據統計，旋轉機械中大約有 30%的故障與軸承有關，軸承的質量 與設備的正常運行有著緊密的聯系。我國軸承行業(yè)對軸承成品也采用了極為嚴格的檢測 工藝，主要依據有國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準。檢測項目從重要性上分為：關鍵項 目、主要項目及次要項目。隨著軸承工業(yè)生產的日益發(fā)展和當前市場前景的預測，軸承 儀器制造業(yè)已顯跟不上形式的發(fā)展，因此開發(fā)高新檢測裝置儀器勢在必行并且大有市場。 產品的質量是一個企業(yè)生存的根本，在全球經濟一體化，行業(yè)競爭白熾化的環(huán)境下， 產品的質量尤為重要。目前，我國軸承企業(yè)廣泛應用了自動化程度比較高的加工機床， 生產效率和產品質量得到了很大的提高，然而軸承的檢測卻處于半自動化與手工檢測相 結合的靜態(tài)測量階段。在國外軸承產品的沖擊下，國內軸承企業(yè)求生存求發(fā)展的根本也 就要求地保證軸承的質量。因此，對軸承檢測項目的要求及其檢測項目的精確度要求也 越來越多、越來越高，此外還要在一定程度上滿足人機協作的要求。 1.2 國內外的發(fā)展概況 精密機械制造技術的飛速發(fā)展和產品精度的日益提高，有力地促進了測試技術和試 驗技術的發(fā)展，使其呈現出多態(tài)性和超精密的特性。為了滿足人們的需求，許多廠家和 軸承試驗研究所都在研究改進新產品來適應市場的需求。在國內，常用的檢測軸承質量 的軸承振動檢測儀有兩種，一種是測量軸承振動的加速型軸承振動檢測儀，另一種是通 過測量軸承振動速度的速度型軸承振動檢測儀。杭州軸承試驗研究中心的 BVT-5 軸承振 動速度檢測儀（如圖 1.1）是其性能最完善的一個型號。杭州軸承試驗中心的 BVT 系列 軸承振動檢測儀以及洛陽軸承研究所研制的 S09（如圖 1.2）系列軸承振動檢測儀是軸承 行業(yè)應用最多的產品，同時其他廠家也研制出了自主特色的圓錐滾子軸承振動檢測儀。 例如：大連軸承儀器廠、大連科匯軸承儀器有限公司研制的 S3907-2A 型軸承振動監(jiān)測儀、 寧波科技園區(qū)中策儀器廠研制的 S7910 圓錐滾子軸承振動測量儀 1。 無錫太湖學院學士學位論文 2 圖 1.1 BVT-5 軸承振動檢測儀外形 圖 1.2 S09 系列軸承振動檢測儀外形 在國外，丹麥研制出了 B是 對工件上的各個被測幾何量分別進行測量。綜合測量：是對工件上的幾個相關幾何量的 綜合效應同時測量得到綜合指標，以判斷綜合結果是否合格。 軸承檢測裝置的設計 5 3 軸承的檢測 3.1 軸承的基本結構 軸承的基本結構如圖3.1、圖3.2、圖3.3所示，它有內圈1、外圈2、滾動體3、和保持 架4組成。內圈安裝在軸勁上，外圈安裝在軸承座孔中。內外圈上制有弧形環(huán)狀滾道，用 以限制滾動體的側向移動，并可降低滾動體在內、外圈的接觸應力。軸承通常是內圈旋 轉、外圈固定，也有外圈旋轉、內圈固定。保持架的功用是使?jié)L動體均勻隔開，防止相 鄰滾動體轉動時由于接觸處產生較大的相對滑動速度而引起磨損。滾動體是滾動軸承的 核心元件，當內、外圈相對運動時，滾動體就在軸承的內、外圈滾道間滾動，使相對運 動表面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。 圖3.1 軸承結構圖 1-外圈；2- 內圈；3- 滾動體；4- 保持架 圖3.2 圓錐滾子軸承 內、外圈及滾動體一般是用強度高、耐磨性好的軸承鋼制造，例如 GCr15、GCr15SiMn等，熱處理后工作表面硬度應達到HRC60-65。由于這些元件都經過 150 的回火處理，所以通常當軸承的工作溫度120 時，元件的硬度都不會下降。保C C 持架多用低碳鋼板沖壓成形，也有用銅合金、鋁合金或塑料等制成實體的。 圖 3.3 軸承 無錫太湖學院學士學位論文 6 3.2 軸承的類型及特點 軸承的功用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉精度，減少轉軸與支撐之間的摩擦 和磨損。根據軸承中摩擦性質的不同，軸承可以分為滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）和 摩擦軸承（簡稱滑動軸承）兩大類。滾動軸承按其結構按其結構特點、承載情況有多種 分類方法，分別適用于不同的載荷、轉速及特殊的工作要求。 按其所承受載荷方向可以分為向心軸承和推力軸承兩大類。 按滾動體的種類可分為球軸承和滾子軸承。球軸承的滾動體為球，球與滾道表面的 接觸點為點接觸；滾子軸承的滾動體為滾子，滾子與滾道表面的接觸為線接觸。滾子軸 承比球軸承的承載能力和耐沖擊能力都好，而球軸承摩擦小、高速性能好。 按工作時能否調心可分為調心軸承和非調心軸承。調心軸承允許的偏位角大。 按安裝軸承時其內、外圈可否分別安裝，分為可分離軸承和不可分離軸承。軸承在 裝置中的應用（如圖 3.4）所示： 圖 3.4 軸承在裝置中的應用 3.3 軸承檢測的內容和檢測條件 3.3.1 軸承檢測的標準 軸承的檢測是個全面的系統化的過程，它包括很多方面的內容和要求。它的檢測必 須符合相關的軸承檢測標準規(guī)定 針對軸承質量進行檢測的標準主要有以下兩個方面： （1）滾動軸承檢測的國家標準是軸承檢測的主要依據。例如 GB307.2-84滾動軸承 公差的測量方法及 GB307.3-84滾動軸承的一般技術要求 等。 （2）頒標了專用標準和統一的企業(yè)標準。例如 JB/CQ13-87球軸承及其零件補充技 術要求以及 JB/CQ14-88滾子軸承及其零件補充技術要求等。 3.3.2 軸承檢測的內容和檢測條件 軸承的基本的基本結構是由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分構成，相應軸承的 檢測也包括對軸承內圈的檢測，外圈的檢測，滾動體的檢測以及對保持架的檢測。以上 檢測都合格并不代表該軸承是合格的，軸承裝配好了以后，我們還要進行對該軸承的成 品檢測。國家標準所規(guī)定的軸承的檢測項目主要有：尺寸精度、旋轉精度、游隙、旋轉 靈活性、振動噪聲、殘磁強度、表面質量、硬度等。如圖 3.5 所示： 軸承檢測裝置的設計 7 圖 3.5 軸承的主要檢測項目 國家標準不僅對軸承檢測的內容作了規(guī)定，而且對軸承檢測時應滿足的條件足額作 了規(guī)定。在設計軸承檢測儀器以及進行軸承檢測時，應當盡量符合國家標準的規(guī)定。 溫度的影響：因軸承摩擦發(fā)熱和其他熱源的影響而使軸承套圈的溫度高于相配件的 溫度時，內圈軸頸的配合將會變松，外圈外殼孔的配合將會變緊，當軸承工作溫度高于 100 度時，應該對所選用的配合適當修正（減少外圈與外殼孔的過盈，增加內圈與軸頸的 過盈） 。軸承在測量時的標準溫度為 20 度，測量時要保證被測軸承、標準件或量塊以及 測量時用的儀器處于同一溫度條件下。 轉速的影響：對于轉速高又承受沖擊動負荷作用的滾動軸承，軸承與軸頸的外殼孔 的配合應選用過盈配合。在一般轉速下，轉速的高低對類型的選擇沒有什么影響，只有 在轉速較高時，才會有比較顯著的影響，通常軸承的工作轉速應低于其極限轉速（手冊 中查閱） ，否則會降低其使用的壽命。 公差等級的協調：選擇軸承和外殼孔精度等級時應與軸承精度等級相協調。如 0 級 軸承配合軸頸一般為 IT6，外殼孔則為 IT7;對旋轉精度和運動平穩(wěn)性有較高要求地場合， 軸頸為 IT5 時，外殼孔選為 IT6; 無錫太湖學院學士學位論文 8 4 軸承的振動檢測 4.1 研究背景 隨著我國軸承檢測技術標準的不斷提高，2010 年 4 月我國實施的新標準基本和國際 標準一致。 滾動軸承 振動測量方法第 3 部分規(guī)定：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心 調心滾子軸承和圓錐滾子軸承 （GB/T 24610.3-2009)中加載力要求如下表 4-1： 表 4-1 圓錐滾子軸承軸向載荷的新設定值 由于振動檢測法具有：（1）適用于不同類型和不同工作環(huán)境下的軸承；（2）可以 有效地診斷出軸承生產制造時的各種缺陷與不足，同時可以判斷出軸承的壽命;（3）對軸 承振動信號的各種測試及相關處理比較簡單、直觀；（4）診斷結果準確度高，可靠性較 好等一系列優(yōu)點，因此振動檢測法在實際中得到了廣泛的應用。 圖 4.1 裝置圖 4.2 軸承振動自動檢測的工作原理 軸承測振原理：主軸系統作為被測軸承的支撐(如圖 4.1)，當測振傳感器（如圖 4.2） 的測頭壓在被測軸承外圈表面時，其獲得的振動信號中包含了主軸系統自身的振動信號 和被測軸承的振動信號，因此主軸的旋轉精度、軸向跳動、端面跳動、自振等參數要較 小，否則會造成軸承優(yōu)良判斷的誤差。即當測振傳感器的拾振桿輕壓在振動的物體上時， 隨著振動物體一起振動，拾振質量相對于傳感器殼體作相對運動。系統的輸入是殼體運 動所引起的慣性力，系統的輸出則是質量的相對位移。為了真實的測得軸承的振動情況， 軸承檢測裝置的設計 9 可以模擬軸承正常工作時的實際運轉情況， 首先定位好該被測軸承的位置，考慮到軸承 型號的不同（即檢測的軸承的內徑不同） ， 在此我們選用了錐形主軸（如圖 4.3）所示， 利用軸承的推力裝置將被測軸承推送到圓錐 主軸系統的芯軸上，并利用螺塞、錐軸套加 以固定被測軸承的內圈，以一定的軸向壓緊 力壓緊被測軸承的外圈。隨后，加速度傳感 器輕壓在被測軸承的外圈表面上，主軸傳動 系統帶動被測軸承轉動。傳感器將采集到的 振動信號轉化為電信號，再經過信號處理電 路處理后，由數據采集卡的 A/D 模塊轉化為數字信號， 最后將數字信號傳送給計算機進行數據處理 圖 4.2 速度型傳感器結構原理圖 得出測量結果 5，流程如（圖 4.4 所示）： 圖 4.3 錐形軸 圖 4.4 軸承振動測量 無錫太湖學院學士學位論文 10 4.3 系統組成及功能 系統主要由軟件系統和硬件系統兩部分組成，具有信號采集、數據預處理、故障診 斷等主要功能。由于傳感器所得到的電信號很弱，必須經電荷放大器進行處理，在處理 中控制示波器器輔助監(jiān)視信號的大小，以不超過 A/D 轉換額定電壓5V 為準。應用磁帶 機主要是便于離線分析，低通濾波主要是為了適應 A/D 轉換的要求，如果信號中包含的 頻率很高，為滿足采樣定理，采樣速率就必須很大，因為 A/D 轉換有一定的時間限制， 這樣就要求濾掉高頻成分，系統功能及工作流程見（圖 4.5） ，振動檢測的局部設計如 （圖 4.6）所示： 圖 4.5 系統的功能及工作流程圖 由于被測量軸承的厚度或大小的改變，導致軸承相對于錐軸位置的改變，我們就需 要調整傳感器測頭的位置，讓傳感器的測頭（如圖 4.7）幾乎始終位于被測量軸承外圈的 中心位置。這就需要傳感器能夠左右移動。同時由于被測軸承直徑大小的改變，這就需 要調整該傳感器的前后位置，讓傳感器的測頭能夠保持壓在被測量軸承的外圈上。因此 該傳感器需要固定在一個能同時實現上下和前后移動的平臺上（如圖 4.8） 。 軸承檢測裝置的設計 11 圖 4.6 振動檢測局部圖設計 圖 4.7 傳感器的接觸觸頭及其連桿 圖 圖 4.8 傳感器位置調整機構 軸承定位裝置主要用于軸承的定位，在其上方安裝一個 V 型板，使其靠在軸承的外 無錫太湖學院學士學位論文 12 圈上，其軸承中心自動與芯軸中心保持較好的同心度，便于與傳感器接觸觸頭進行良好 的定位，如（圖 4.9）所示。 圖 4.9 V 型板定位局部放大圖 滾動軸承振動（速度）測量法（JB/T 5313-2001)中規(guī)定：啟動驅動主軸，將傳感器測 頭壓下，使其處于與測量狀態(tài)相同的條件下，此時個頻帶示值應符合表 4-2 的規(guī)定。 表 4-2 軸承測振儀基礎振動 軸承公稱內徑 各頻帶振動值 max mm um/s 超過 到 50-300HZ 300-1800HZ 1800-10000HZ 3 12 10 7 4 12 60 12 10 5 60 120 15 15 7 4.4 振動信號的采集方案設計 換在軸承振動的信號測量中，軸承振動檢測儀通過速度傳感器將軸承的振動信號轉 為微弱的電信號，將信號的電壓大小一般在毫伏級，將微弱電信號經放大后（前置放大 器)輸入到數據采集卡中進行 A/D 轉換，然后計算機調用得到的數字進行相關處理。信號 處理得相關過程如下（圖 4.10）： A/D 圖 4.10 信號處理過程 計算機對通過對所采集得到的軸承信號進行我們所需要的各種分析，主要的有兩個 方面：時域分析、頻域分析，當振動信號采集后需要進行相關參數的計算與分析。 采用 MS-1239A/D 轉換卡，直接插入微機擴展槽中，用單通道采集數據。采樣子程 序用那個是匯編語言編制，因為匯編語言直接進行位操作，運行速度比較快，能滿足高 速采樣的要求，采樣方式為中斷方式，直接用微機的 8253 定時器計時，這樣采樣頻率控 制精確。中斷控制器 8259 根據定時信號向 CPU 申請中斷。采樣值保存在緩沖區(qū)內，供主 速度傳感器 前置放大器 數據采集卡 計算機 軸承檢測裝置的設計 13 程序調用。通過對定時器賦不用的計數值，實現不同頻率的采樣 14。 4.5 數據預處理 根據 A/D 轉化器的 12 位偏移編碼將二進制數轉化為十進制電壓值，這時可以進行單 位標定，對所有采樣點做零均值化處理。即： 均 E= 為 信 號 幅 值 。為 采 樣 點 數 ， ii XnX,/niEii .3,21, 經 的 變 換 是 在直 流 分 量 ， 而 直 流 信 號信 號 的 均 值 相 當 于 一 個變 換 后 的 信 號 序 列 ,i X=0 處的沖擊函數，因此如不去掉均值，在估計信號的功率時，在 X=0 處會出現一個很 大的峰值，并會影響 X=0 左右處的譜線，使之產生較大的偏差。 而根據 Chauvenl 判據 K(見表 4-3） ，軸承振動標準（表 4-4） ，實例檢測（表 4-5）： 表 4-3 Chauvenl 判據 4.6 幅值域參數計算 均方根值 212)(dxQXuRMS （4-1 ） 平均幅值 )( 2 （4-2 ） 方根幅值 22)(dxQXur （4-3 ） 峰值 )(max0tE （4-4 ） 表 4-4 軸承振動標準 （雙振幅 mm) 優(yōu) 良好 合格 1500r/min 0.03 0.05 0.07 3000r/min 0.02 0.025 0.05 5000r/m 0.01 0.025 0.05 表 4-5 檢測實例 編號 診斷對象 內圈 外圈 滾動體 dB 值 結果 1 2 3 4 5 E EE E EE 5.3 52.5 51.5 49 47.5 滾動體故 內故 外故 正常 正常 注：代表實測參數低于標準值，E 代表高于標準值 n 5 10 15 20 25 30 40 50 K 1.65 1.96 2.13 2.24 2.33 2.39 2.49 2.58 n 75 100 200 300 500 1000 2000 5000 K 2.71 2.81 3.02 3.20 3.29 3.48 3.60 3.80 無錫太湖學院學士學位論文 14 5 軸承游隙的檢測 5.1 軸承徑向游隙檢測裝置的設計 5.1.1 游隙 所謂軸承游隙，即指軸承在未安裝與軸或軸承箱時，將其內圈或外圈的一方固定， 然后便將未被固定的一方做徑向或軸向移動。根據移動方向所產生的移動量，可分為徑 向游隙和軸向游隙。游隙的合適與否，對軸承的使用壽命有著重要影響。過大或過小都 會引發(fā)軸承故障，過大的游隙會造成系統運轉精度降低，噪聲和振動增大，同時軸承的 承載能力降低，縮短軸承的使用壽命；過小的游隙會使軸承生熱增多，導致系統溫度過 高，甚至燒損軸承，引發(fā)故障。由此可見，游隙檢查是軸承成品檢查的一個重要項目。 本章我們主要研究軸承徑向游隙的檢測及其設計裝置。 5.1.2 徑向游隙的設計原理 運轉時的游隙（稱做工作游隙） ，測量軸承的游隙時，為得到穩(wěn)定的測量值，一般對 軸承施加規(guī)定的測量負荷。因此得到的測量值比真正的游隙（稱做理論游隙）大。即增 加了測量負荷產生的彈性變形量。但對于滾子軸承來說，由于該彈性變形量較小，可以 忽略 不計。 測量過程：利用三抓卡盤夾緊錐軸 5，被測軸承安裝后，軸承在檢查徑向游隙時， (如圖 5.1 )所示，利用錐軸套與錐軸 5 配合，將被測軸承內圈固定。杠桿 3 貼合軸承外圈， 考慮到重力狀態(tài)下軸承自身所產生的重力游隙影響，從軸承底部提供一固定測量負荷 F. 在固定力的作用下被測軸承的外圈從一個極限位置移到另一個極限位置。杠桿 3 向上移 動，同時帶動了指示表 2 的轉動，即所測量的數據就是該軸承的徑向游隙。由于套圈滾 道圓度及滾動體尺寸的影響，在軸承圓周的不同角度方向的徑向游隙是不同的，為了保 證測值的準確，通常每隔 120測量一次，三次測量結果的算術平均值，作為該軸承的徑 向游隙值。 圖 5.1 測量原理圖 軸承檢測裝置的設計 15 5.2 軸承徑向游隙的動態(tài)游隙的測量計算 游隙原理(如圖5.2)： 圖5.2 工作原理圖 將被測軸承定位安裝在心軸（及錐形軸） ，由錐軸套，旋緊螺塞固定好該軸承的內圈。 由氣動裝置（如圖5.3）上因為考慮到重力作用下的重力游隙的影響，即我們可以從下往 上給定一個工作負荷，軸承外圈向上移動一段距離，隨后從上往下給該軸承施加一下往 下的力，該軸承的外圈往下移動一段距離，通過測量儀器測量出最高點與最低點之間的 距離h，則該軸承的游隙 f=(h-d)/2 （5-1） f: 軸承的游隙 h: 最高點與最低點之間的距離 d: 軸承的內徑 無錫太湖學院學士學位論文 16 圖5.3 氣動裝置 該氣動裝置中，根據該裝置簡圖（如圖5.4） ，1-推板，2-上彈簧，3-上推桿，4-下推 板，5- 下彈簧， 6-活塞，7- 缸體。首先氣體進入缸體7的內腔中，推動活塞6往上移動，下 彈簧5受力壓縮，下推板往上移動推動推板1往上移動，接觸被測軸承的下表面，受力往 上，當推到一定的位置時，由于心軸固定，該軸承會給推板1一個反向的作用力，上彈簧 收縮，此時該軸承受力在一個合適的范圍內，測量出最高點與心軸之間的距離h1,觸點斷 開，推板返回到原初始位置;同理可測量出心軸距最低點的距離 h2. 圖5.4 裝置簡圖 這種測量游隙的方法有如下幾個優(yōu)點: 1.由于采用了動態(tài)測量, 以及能夠靠調整的辦法使溝中心和球中心在二個平面內,所以,可 以消除摩擦誤差, 測量精度相應提高; 2.由于采用了V型板、錐軸套， 被測軸承外圈的工作面對被測軸承旋轉中心線的垂直 度相當高, 因此, 安裝精度也相應提高, 同樣也提高了測量精度; 3.由于被測軸承內圈是連續(xù)旋轉的, 所以, 可以實現連續(xù)測量; 又因為電氣部分采用 了積分器和運算放大器, 所以, 可以直接測量出游隙的平均值, 效率比靜態(tài)測量法也有相 應提高; 4.采用了額定的測量負荷，接觸變形小，提高了測量精度，因此測量值更接近理論游 隙值。 5.3 校核軸承游隙計算關系 軸承檢測裝置的設計 17 滾動軸承的游隙的校核： 假設被測軸承的初始游隙為0 安裝時的游隙為 f=0-1-2 （5- 2） 1：內圈與軸徑配合時的游隙減少量 2：外圈與軸承座孔配時的游隙減少量 由 （ 內u為圈理論最大過盈量） （5-內8.01 3） 2=0.7 外 （ 外 為外圈理論最大過盈量） （5- 4） 工作游隙 =f3 （5- 5） 3 為工作中內外圈溫差所引起的游隙減小量， eDt3 ：軸承鋼的線膨脹系數 )/1(05.2C t：軸承內外圈溫差 De：外圈的滾道直徑 球軸承 )4(5dDe （5- 6） 滾子軸承 )3(41de （5- 7） 無錫太湖學院學士學位論文 18 6 軸承內徑檢測裝置的設計 6.1 軸承內徑在線檢測裝置的設計 目前, 我國某些軸承制造企業(yè)在軸承尺寸精度的檢測方面仍采用百分表和相應的測量 臺架組成的檢測系統。這種測量方法主要是是靠人力進行的, 很大程度上影響了該產品的 生產效率, 加大了檢測人員的勞動強度, 容易隨機產生人為誤差, 影響到企業(yè)的經濟效益。 根據以上原因, 由此我們需要綜合考慮，研究介紹了一套軸承內徑在線檢測儀。方便操作、 經濟、實惠。 圖 6.1 總體效果圖 6.2 軸承內徑檢測裝置的測量原理 6.2.1 內徑測量方法的研究 根據測量中使用的傳感器不同，內徑測量可分為：氣動測量法、超聲破測量法、光 學測量法、電子式等。 氣動測量法 它的原理是把被測尺寸的變化轉化為氣室中壓力的變化，或管路中流 速或流量的變化，多用于內徑的檢測，前提條件是加工質量較高，不會出現異常形狀。 超聲波測量法 利用超聲波的穿透性，在直徑方向設置兩個換能器，超聲波會在工 件的兩個表面發(fā)生反射，測出時間差，再考慮波在不同材質中的傳播速度，利用關系式 就可以計算出直徑值。這種方法易受環(huán)境的影響，不適合在工廠燈現場使用。 光學測量法 包括激光光束掃描法、雙頻激光干涉測量法、CCD 成像法、光柵測量 法等。屬于非接觸測量的范疇，測量精度較高，測量速度快，是目前比較流行的測量方 法。 電子式 用電感、電容、電渦流等傳感器進行工件內徑的測量，多用于間接測量 21。 軸承檢測裝置的設計 19 圖 6.2 局部示意圖 6.2.2 內徑測量的設計機理 參見圖7.2，首先通過螺母旋緊及錐套，安裝固定好該軸承，在安裝固定的過程中， 推桿指針與該軸承的內徑接觸，在標有刻度的導軌上滑動，最終通過傳感機構將讀數傳 感在電腦顯示頻上，電動機通過V型帶傳動裝置，通過錐形軸帶動該軸承旋轉起來。當測 量完成后，應為該導軌有一定的傾斜角度及該導軌本身所具備的良好的滑動性能，指針 桿通過滑動，移動到在該導軌的初始位置。該導軌主要要設計成雙端導軌，起到了良好 的定向作用。 優(yōu)點：（1）該裝置中采用錐軸，實現了不同規(guī)格不用內徑范圍內軸承的測量。 （2）采用了兩根固定導軌，避免了在測量過程中指針由于單邊受力，造成一邊的 傾斜，從而導致測量誤差。 （3）從整體上實現了自動化測量，大大降低了由于人為因素所造成的測量誤差， 降低了成本。 圖6.3 軸承內徑檢測側視圖 無錫太湖學院學士學位論文 20 6.3 軸承內徑檢測系統精度的確定 對于內徑測量儀器，首要的是測量的精度問題（即不確定度的問題） 。當已知該零件的 公差時，可以根據公差 和精度因數k算出該測量儀器額極限誤差 。c1 （ 6-kc1 1） 式中工件公差（um） K精度因數 測量儀器的極限誤差（um ）c1 精度因數 k 是選用的計量器具的測量極限誤差與被測工件的公差之比，是個經驗值， 一般取 1/3-1/10,對于高精度工件，k 取 1/3,對于低精度的工件，k 一般取 1/10,一般工件 k 取 1/5-1/4，特高精度的工件 k 取 1/2.我們常用的測量精度因數 k 的值與工件精度等級之間 的主要關系 25如表 6-1 所示： 表 6-1 測量精度因數 k 值 軸 IT5 IT6 IT7-8 IT9 IT10 IT11 IT12-13 IT14新 孔 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12-13 IT14 工件 精度 等級 舊 1 2 3 4 5 6 7 8 K 0.325 0.3 0.275 0.25 0.20 0.15 0.1 軸承檢測裝置的設計 21 7 傳動裝置的結構設計 7.1 電動機的選擇 假設：F=2000N ,v=1.3m/s,D=180mm, 電機同步轉速 n=1500r/min 工作機的功率 pw Pw=Fv/1000=20001.3/1000=2.6kw 總功率 （圓柱齒輪選 7 級精25431 度，油潤滑 =0.98） =0.960.980.990.960.990.99 =0.876 所需要的電動機功率 P P=Pw/ =2.6/0.876=2.97kw 圖 7.1 Y112M-4 kwped4 選 Y112M-4，n=1440r/min(如圖 7.1) 7.2 傳動比的分配 工作機的轉速 =601000v/( )1nD =6010001.3/(3.14180) =138r/min =1440/138=10.4351/i V 帶傳動比 i=3 則 =10.345/3=3.4782i 動力運動參數的計算 (1) 轉速 n min/138in/13847.0/i2301rnrIir (2) 功率 P kwpkwPd 71.29.0765.26589.53120 (3) 轉矩 T 無錫太湖學院學士學位論文 22 mNPiTnP54.187n/95036.6/i 9.72950II11齒 帶軸 承聯 軸 器 齒 輪軸 承齒 輪帶帶 7.3 傳動帶的選擇 7.3.1 帶傳動的類型 1. 按工作原理分 (1) 摩擦帶傳動。依靠傳動帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和動力。如 V 帶傳動、平帶 傳動等。 (2) 嚙合帶傳動。依靠帶內側凸齒與帶輪外圓上的齒槽相互嚙合來傳遞運動和動力。如 同步帶傳動。 2. 按帶的截面形狀分 (1) 平帶。平帶的截面形狀為矩形，內表面為工作面。常用的平帶有帆布芯平帶、編織 平帶、皮革帶及強力錦綸帶等數種，其中以帆布芯平帶應用最廣。 (2) V 帶。V 帶的截面形狀為梯形，兩側面為工作表面。傳動時 V 帶兩側面與輪槽接觸， 在同樣壓緊力 F 的作用下，V 帶則在近幾年應用的越來越來越廣泛（如圖 7.2） 。 V 帶又有普通 V 帶、窄 V 帶、寬 V 帶、接頭 V 帶、聯組 V 帶、齒形 V 帶及大楔角 V 帶等，其中普通 V 帶應用最廣，窄 V 帶則在近幾年來應用的越來越多。 (3) 圓帶。圓形帶橫截面為圓形，只適用于小功率傳動。 (4) 多楔帶。它是在平帶的基體上由多根 V 帶組成的傳動帶，多楔帶結構緊湊，可傳遞 很大功率。 (5) 同步帶。同步帶縱截面為齒形，同步帶傳動則屬于嚙合帶傳動，工作時，靠帶的凸 齒和帶輪外 3.2 緣上的齒槽嚙合傳動。 7.3.2 帶傳動的特點及應用 (1) 帶傳動是撓性傳動，傳動平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振。 (2) 過載時帶會在小帶輪上打滑，防止其他零件因過載而損壞，起安全保護作用。 (3) 結構簡單，制造、安裝、維護方便，成本低廉，適于兩軸中心距較大的場合。 (4) 由于帶與帶輪之間存在滑動，傳動比不能嚴格保持不變，帶傳動的傳動效率較低， 帶的壽命一般較短，外廓尺寸較大，不適于高溫和有化學腐蝕物質的場合。 一般情況下，帶傳動功率 P100KW,帶速 V=5-25m/s，傳動比 i5,傳動效率為 94%-97%。 特種高速帶的帶速 V 可達 60-100m/s,傳動比 i7. 7.3.3 V 帶的材料和結構 (1) 帶輪的材料。帶輪常用材料為灰鑄鐵，當帶速 v25m/s 時，采用 HT150;帶速 v=25- 30m/s 時，采用 HT200。當帶速更高時，可用鑄鋼或鋼板焊接結構，小功率時可用鋁合金 或塑料等，V 帶在裝置中的應用（如圖 7.3）： (2) 帶輪的結構。帶輪一般由輪轂、輪緣、輪廓 3 部分組成，根據輪輻的結構不同，V 帶輪可分為 4 種：實心輪、腹板輪、孔板輪、輪輻輪。 軸承檢測裝置的設計 23 圖 7.2 V 帶 圖 7.3 V 型帶在裝置中的應用 7.3.4 V 帶的設計計算 ,minr140,4 nkwped 每天工作二班制， 3帶i Aca8.22.Ak 根據 ，小帶輪 ,選擇普通 V 帶 A 型kwpca8.4mi10rn 初選小帶輪的基準直徑 ，根據 V 帶的帶型，確定小帶輪的基準直徑 應使d 1dd75)(in1 取小帶輪的基準直徑 d91 ,smvd 8.6064906 滿足 525m/s 條件，故帶速合適 由 ，得 ，根據 n=1440r/min, 和 A 型帶，min4n901rd和 kwp.13帶i ， ，k7.09521.Lkr 00).6.1(41/84kpzrca 即選取 4 根 V 帶合適 無錫太湖學院學士學位論文 24 8 齒輪傳動 8.1 齒輪概述 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛。是用來傳遞兩軸 之間的運動和動力的，圓周速度可達 300m/s.與其他傳動相比，齒輪傳動的主要優(yōu)點：能 保證瞬時傳動比恒定，傳動效率高，結構緊湊，工作可靠、使用壽命長。它的主要缺點 是：制造和安裝精度高、成本高，不宜于用于兩軸間距離較大的場合。如圖 9.1： 圖 8.1 直齒輪的嚙合傳動 選用直齒圓柱齒輪外嚙合傳動，也可選用錐齒輪外嚙合傳動。在本次設計中選用了 直齒圓柱齒輪傳動，選用 7 級精度，調制處理。小齒輪選用 40 ，調制處理，rC HB=280HBS，大齒輪選用 45#，調制處理，HB=240HBS（如圖 8.2）： 軸承檢測裝置的設計 25 圖 8.2 齒輪結構圖 8.2 齒輪類型的選擇及齒數的計算 小齒輪的齒數 取為 24，則大齒輪的齒數 ，所以1Z 47.83247.312Z =84，實際齒數 ,齒數比相對誤差 允許2Z5.324/8/12, %60/)(u6.09./7hb V=1.33m/s 定為 IT7。 8.2.1 按齒面接觸強度設計 (1)確定公式內的各計算數值 試選載荷系數 K=1.3 (2)小齒輪轉距 1T = mNnP7.56480/.295/01 (3)齒寬系數 d 因單級齒輪傳動為對稱布置 17，選取 d=1 (4)彈性影響系數 2 18.9MpaZE H601lim ； H50lim (5) 應力循環(huán)次數 81 1092.6314hjLnN88127.0926N 無錫太湖學院學士學位論文 26 (6)取接觸疲勞壽命系數 98.0,4.21HNHNK (8)計算接觸疲勞許用應力（允許誤差 ，安全系數 S=1）%5MpaSM5641.1lim1HNH 39098.2li2 8.2.2 計算各參數 (1) 計算最小軸徑 mmzEkdHdt7.52 )5398.1(47.310.63)(2. 21 (2) 圓周速度 v ssndt /3.1/1068.52106 (3) 計算齒寬 b mtd 71 (4) 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數 ztmt 19.247.51 齒高 ht 5.4.2. （選小齒輪齒數 ，大齒輪齒數 ）241z 7832731z6.095.72/hb (5) 計算載荷系數， v=1.33m/s,7 級精度 動載荷系數 06.1vk 直齒輪 FH 使用系數 A 用插值法，查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時， 42.1Hk 由 b/h=10.66, ,得42.1Hk35.1Fk 故載荷系數 5.42106.HVA (5)按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，得 軸承檢測裝置的設計 27 mkdt 47.53.17.5231 (6)計算模數 m z./4./1321)(FSadYkTm 8.2.3 按齒根彎曲強度設計 （1） 確定公式內的各計算數值 （2） 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MpaFE5801 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 32 1） 取彎曲疲勞壽命系數 9.,.21FNFNk 2） 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數 S=1.4 MpaSkFENF 3254.150911 86.7.22 3） 計算載荷系數 k 43.150.1FVAk 4） 查取齒形系數和應力校正系數 ,65.21FaY2.Fa ,9S71S 5） 計算大小齒輪的 并加以比較FSa01296.35.621SaY.8.72FSa 大齒輪的數值大 （3）設計計算 無錫太湖學院學士學位論文 28 mm62.105.2417.563.33 由表 9-1，查得 m=2mm。 表 9-1 圓柱齒輪標準模數系列表（ GB/T 1357-1987） 第一系列 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.52 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第二系列 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.5 5.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 （30） 36 45 注：選用模數時，應優(yōu)先選用第一系列，其次是第二系列，括號內的模數盡可能不用。 按接觸強度算得的分度圓直徑 md47.51 算出小齒輪齒數 28z 大齒輪齒數 10z,3.928.32 取 8.2.4 齒輪的幾何尺寸計算 (1) 計算齒輪的主要尺寸 561mzd 20 中心距 8)(/a 齒輪寬度 b 取 B2=56mm,B1=B2+(5-10)=61-66(mm) 取 B1=62mm (2) 齒輪幾何尺寸 齒頂圓直徑 ,得出ad)(602)18(211 mmhZaa 4022hda 齒距 P = 23.14=6.28(mm) 齒根高 )(5.mchaf 齒頂高 21a 齒根圓直徑 fd )(5.5621hdff 19.202 mff 基圓直徑 bd 軸承檢測裝置的設計 29 mdb 62.520cos56cs1 92 基圓齒距 pP.8.b 齒距 m.43 齒厚 s12/ 齒槽寬 e=m/2=3.14mm 頂隙 mc5.0.0 8.2.5 齒輪的結構設計 小齒輪采用齒輪軸結構，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結構大齒輪的關尺寸計算如下： 軸孔直徑 d= 50)( 輪轂直徑 =1.6d=1.650=801Dm 輪轂長度 )(562BL 輪緣厚度 0 = (34)m = 68(mm)，取 =80 輪緣內徑 = -2h-2 =179mm，取其為 175mm2Dad0 腹板厚度 c=0.3 =0.348=16.8，取 c=17(mm)B 腹板中心孔直徑 =0.5( + )=0.5(175+80)=127.5(mm)012 腹板孔直徑 =0.25（ - ）=0.25（170-80）=28.5(mm) d 齒輪倒角 n=0.5m=0.52=1mm 腹板式齒輪（見圖 8.3） 無錫太湖學院學士學位論文 30 圖 8.3 齒輪 軸承檢測裝置的設計 31 9 軸 9.1 最小軸徑的估算 該軸選用 45 號號剛，調質處理，HBS:217255, MpapaSB35,64060,1,27511 主動軸 mnAd82.4.2310 ,d 100mm,有一個鍵槽時，軸徑增大 10%15%150A ，97.3.2 選擇直徑 md32 9.2 軸的強度和剛度校核計算 根據軸上零件的定位、裝拆方便的需要、同時考慮到強度的原則、主動軸和從動軸均 設計為階梯軸。 主動軸， （如圖 9.1） 圖 9.1 齒輪軸 齒輪軸 ，