30噸沖擊試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)綜述

1、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵滑動(dòng)軸發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)班級(jí)：熱能與動(dòng)力工程班級(jí)：熱能與動(dòng)力工程07-1學(xué)生：蔣廷松學(xué)生：蔣廷松學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：20061186指導(dǎo)教師：孫軍指導(dǎo)教師：孫軍簡(jiǎn)介 隨著各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速不斷提高、載荷不斷加大、工作環(huán)境日益復(fù)雜 ，對(duì)滑動(dòng)軸承性能要求越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者和專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)均致力于發(fā)展動(dòng)載軸承的專(zhuān)用試驗(yàn)臺(tái)和試驗(yàn)技術(shù)，并已先后開(kāi)發(fā)了多種型號(hào)的軸承試驗(yàn)機(jī) 。但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中滑動(dòng)軸承的運(yùn)行工況差別很大，現(xiàn)有的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)不能滿足所有機(jī)械在其工況下滑動(dòng)軸承的測(cè)試工作。因此，滑動(dòng)軸承的測(cè)試往往需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)。 課題要求n設(shè)計(jì)課題：發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵滑動(dòng)

2、軸承試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)n設(shè)計(jì)要求： 1、針對(duì)燃油泵滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)軸承試驗(yàn)臺(tái) 2、試驗(yàn)臺(tái)最高轉(zhuǎn)速：15000 r/min 3、最大加載力：15000 Nn試驗(yàn)臺(tái)功能： 1、油膜壓力分布 2、油膜溫度分布 3、軸心軌跡 4、摩擦轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)總覽試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)主臺(tái)架設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總圖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 支撐滑動(dòng)軸承 7 滾動(dòng)軸承座 8 測(cè)試滑動(dòng)軸承座 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油封端蓋 15 液壓缸 17 集流器支座重要參數(shù)的估算 在設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)時(shí)，為了使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在滑

3、動(dòng)軸承承受最大載荷時(shí)仍能正常工作，必須保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)矩大于工作機(jī)的最大摩擦轉(zhuǎn)矩。因此必須先對(duì)試驗(yàn)臺(tái)工作部分的最大摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。n已知條件：滑動(dòng)軸承：摩擦系數(shù) ，載荷 ，軸頸直徑 滾動(dòng)軸承：摩擦系數(shù) ，載荷 ，軸頸直徑 n（1）滑動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力： 摩擦轉(zhuǎn)矩：n（2）滾動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力： 摩擦轉(zhuǎn)矩：n（3）試驗(yàn)臺(tái)主題的總摩擦力矩為： 00241. 0fNF7500mmd321002. 0fNF15000mmd552NfFF075.18摩擦mmNdFM8 .1156211摩擦NfFF30摩擦mmNdFM165022摩擦mmNMMM8 .280621試驗(yàn)臺(tái)主臺(tái)架

4、設(shè)計(jì)1主軸； 2油封端蓋； 3 試驗(yàn)臺(tái)主體機(jī)蓋 ； 4滑動(dòng)軸承座（支撐軸承） 5滾動(dòng)軸承支座； 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油封端蓋； 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； 試驗(yàn)臺(tái)主臺(tái)架為箱體結(jié)構(gòu)，主要起支撐試驗(yàn)臺(tái)各部分和對(duì)各零部件定位的作用 。本設(shè)計(jì)將對(duì)主臺(tái)架上的關(guān)鍵零件主軸、滑動(dòng)軸承座、油封進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸的設(shè)計(jì)根據(jù)各零部件的安裝形式和尺寸，對(duì)軸的外形設(shè)計(jì)如下圖所示： 由于本試驗(yàn)臺(tái)速度加快，載荷較大，且軸的尺寸受到較多限制而顯得比較細(xì)長(zhǎng)，因此在軸的外形設(shè)計(jì)完后需要對(duì)軸進(jìn)行

5、校核。 本文設(shè)計(jì)的軸以經(jīng)滲碳、淬火、回火后的20CrMnTi材料，采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新編軟件版對(duì)軸的彎曲應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度、彎曲剛度等進(jìn)行校核。結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)軸能滿足使用要求。詳細(xì)校核過(guò)程見(jiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第15頁(yè)。滑動(dòng)軸承座設(shè)計(jì) 滑動(dòng)軸承座的設(shè)計(jì)主要考慮被測(cè)試滑動(dòng)軸承的形式和相關(guān)尺寸，同時(shí)還要考慮到方便測(cè)試傳感器的安裝。 本文選擇整體式滑動(dòng)軸承座。軸承座上有潤(rùn)滑油孔，在軸套上開(kāi)有油孔，并在軸套內(nèi)表面開(kāi)有油槽潤(rùn)滑油可通過(guò)油孔和油槽對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。設(shè)計(jì)的滑動(dòng)軸承座外形及安裝形式如右圖所示，軸承座尺寸如下表所示。dDRBbLL1Hhh1d1d2C324132423615411474372018.5M10

6、2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。本設(shè)計(jì)采用徑向迷宮液體密封，即可滿足設(shè)計(jì)要求。油封的結(jié)構(gòu)如左圖所示，尺寸如下表所示。軸頸d(mm)環(huán)形密封槽迷宮密封槽Rtd1aminnef128/301.54.5d+1nt+R30.21驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 本試驗(yàn)臺(tái)的最大轉(zhuǎn)速為15000r/min，且轉(zhuǎn)速能在015000r/min內(nèi)變動(dòng)。 本采取變頻調(diào)速法，用變頻器、變頻電機(jī)、增速齒輪箱來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)。1變頻電機(jī)；2聯(lián)軸器；3增速齒輪箱；4聯(lián)軸器；5支座選擇電機(jī) 變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù) 改變變頻器的頻率，可使變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。變頻調(diào)速法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可無(wú)級(jí)變速，具有較

7、好的調(diào)速性能。 選取額定轉(zhuǎn)速為 ，額定轉(zhuǎn)矩為 的ABB變頻電機(jī)。根據(jù)變頻電機(jī)的變頻原理計(jì)算可得，變頻電機(jī)能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速為 ，此時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩最小，為 。 選擇增速齒輪箱的增速比為1:3 ，則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的最大轉(zhuǎn)速為最小轉(zhuǎn)矩為 ，可滿足設(shè)計(jì)要求。增速齒輪的設(shè)計(jì)與校核另見(jiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第20頁(yè)。min/2920rmN 5 .17min/5840rmin/17520rmN 3mN 9驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求n潤(rùn)滑系統(tǒng)要求進(jìn)油壓力范圍0.45 MPa，進(jìn)油流量范圍50300 L/h,即0.850 L/min。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)1油箱；2液位計(jì)；3空氣濾清器；4電機(jī)；5吸油過(guò)濾器；6液壓泵；

8、7比例溢流閥；8比例流量閥；9管路過(guò)濾器；10流量計(jì)；11壓力表、壓力傳感 器、 溫度傳感器；12回油過(guò)濾器；13電磁水閥；14水冷卻器；15加熱器潤(rùn)滑系統(tǒng)工作過(guò)程n潤(rùn)滑系統(tǒng)滑系統(tǒng)工作過(guò)程：1、供油部分：液壓泵6通過(guò)吸油過(guò)濾器5將潤(rùn)滑油由油箱1泵出，經(jīng)電液比例溢流閥7、比例流量閥8、管路過(guò)濾器9、流量計(jì)10、溫度傳感器和壓力傳感器11，然后由管路輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)處。2、回油部分：潤(rùn)滑油潤(rùn)滑過(guò)后，被收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)回油過(guò)濾器12重新送回到郵箱中。n控制部分設(shè)計(jì)：1、壓力控制：將電液比例溢流閥預(yù)先設(shè)定的一個(gè)壓力值，溢流閥通過(guò)其閥口的溢流，可以使?jié)櫥到y(tǒng)中的壓力穩(wěn)定在這個(gè)預(yù)設(shè)值上。改變電液比例溢流閥中的預(yù)

9、設(shè)值，可以改變潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力。2、流量控制：潤(rùn)滑油的流量由比例流量閥控制。根據(jù)流量計(jì)中的數(shù)值，調(diào)節(jié)比例流量閥，可改變潤(rùn)滑油的流量。3、溫度的控制：通過(guò)溫度傳感器測(cè)得的溫度值，調(diào)節(jié)加熱器和水冷卻器，可改變潤(rùn)滑油的溫度。潤(rùn)滑系統(tǒng)重要元件的選型YB1-63型葉片泵額定壓力(MPa)6.3排量(L/min)60.48轉(zhuǎn)速(r/min)960容積效率0.90總效率0.80驅(qū)動(dòng)功率(kW)10型號(hào)YD(E)F3-10B通徑(mm)10額定流量(L/min)63調(diào)壓范圍(MPa)0.46.3額定電壓（V/交流）220重量(kg)3.2型號(hào)公稱(chēng)通徑(mm)額定壓力(MPa)額定流量(L/min)線性度重復(fù)精度

10、最低壓差(MPa)DYBQ-161610637.5%1%1.0YB1-63型葉片泵YD(E)F3-10B型電磁比例溢流閥DYBQ-16型電液比例流量閥 加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)1滾動(dòng)軸承座；2滾動(dòng)軸承；3主軸；4加載力傳遞裝置；5液壓缸 本設(shè)計(jì)采用液壓加載，液壓加載的特點(diǎn)如下所示：（1）加載力大，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍 比較大；（2）相同功率時(shí)，液壓裝置的體積小、重量 輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊；（3）工作平穩(wěn)，反應(yīng)快、沖擊小，能頻繁啟動(dòng) 和換向；（4）控制、調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操縱比較方便、省 力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與電氣控制配合使 用能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。 加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求n本試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：

11、加載力可變，載荷類(lèi)型為靜載荷；載荷能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在一確定數(shù)值上；加載的直接工作行程很小，可近似忽略不計(jì)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓缸與液壓泵額定壓力/MPa3.5缸徑D/mm80活塞桿直徑d/mm28 工作壓力/MPa3.5最低工作壓力/MPa0.1最高工作壓力/MPa5推力/kN17.94拉力/kN15.75 最大行程/mm1600 允許最高工作速度(mm/s)300最低工作速度/(mm/s)8最高使用溫度/-1080型號(hào)YB1-50排量(mL/r)50額定壓力(MPa)6.3轉(zhuǎn)速(r/min)960容積效率0.90總效率0.80驅(qū)動(dòng)功率(kW)7.5重量(kg)16液壓泵電機(jī)的選擇額定電流堵轉(zhuǎn)電流額定

12、轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號(hào)功率kW電流A轉(zhuǎn)速r/min重量kgY160M-67.5179706.52.02.0116控制回路 系統(tǒng)根據(jù)不同壓力要求，通過(guò)輸入裝置將相應(yīng)的控制信號(hào)輸入到比例溢流閥1的控制器中，即可達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力的目的。 調(diào)壓回路設(shè)計(jì)控制元件的設(shè)計(jì)4010M.4222型號(hào)流量（L/min）最高壓力(MPa)開(kāi)啟壓力(MPa）安裝螺釘密封圈規(guī)格數(shù)量規(guī)格數(shù)量A-D10B63100.1242型號(hào)通徑(mm)額定壓力(MPa)最高使用壓力(MPa)流量(L/min)油溫()P、A、BT34D-F31016206.3606010型號(hào)公稱(chēng)通徑(mm)額定壓力(MPa)額定流量(L/

13、min)線性度重復(fù)精度卸荷壓力(MPa)BYY16A166.3707.5%1%0.61、單向閥的型號(hào)及參數(shù)：2、電磁換向閥的型號(hào)及參數(shù)：3、電液比例溢流閥的型號(hào)及參數(shù)：加載力傳遞機(jī)構(gòu)代號(hào)基本尺寸(mm)安裝尺寸(mm)額定載荷（kN）極限轉(zhuǎn)速(r/min)dDBdaDarasCrCor油潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑619115580136175115.913.275009000 本設(shè)計(jì)通過(guò)滾動(dòng)軸承將加載力傳遞給主軸。滾動(dòng)軸承采用61911型深溝球軸承，其結(jié)構(gòu)如左圖，尺寸如下表所示。軸承采用軸肩加套筒的方式緊固，緊固套筒的結(jié)構(gòu)見(jiàn)左下圖。滾動(dòng)軸承座的設(shè)計(jì)軸承座代號(hào)dd2DgAmaxA1HH1maxLJSN1NSN

14、211556510033105707028255210M161823SN208型等孔徑二螺柱軸承座 測(cè)試系統(tǒng)n測(cè)量系統(tǒng)是滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)最為關(guān)鍵的一個(gè)系統(tǒng)，直接決定著所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)的性能和測(cè)試的精度。測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括測(cè)量方式設(shè)計(jì)、測(cè)量位置分布、測(cè)量器材選擇、信號(hào)采集以及數(shù)據(jù)處理和分析。一般情況下信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理分析是可以通用的，而測(cè)量方式設(shè)計(jì)、測(cè)量的位置分布和測(cè)量?jī)x器選擇需要根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的不同形式和功能專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。n本文將對(duì)油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡、摩擦轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)的測(cè)量方式、測(cè)量的位置分布和測(cè)量?jī)x器選型進(jìn)行設(shè)計(jì)。油膜壓力的測(cè)量方式 本設(shè)計(jì)采用的是在軸上裝傳感器的方法來(lái)測(cè)試油膜壓力

15、，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就能獲得連續(xù)的油膜壓力分布 。測(cè)得的信號(hào)通過(guò)集流器傳遞給分析儀器。壓力傳感器選型3.54型號(hào)MYD-5125量程(MPa)050靈敏度(pC/MPa)4060固有頻率(kHZ)150溫度范圍()-25150安裝形式螺紋M61前段尺寸 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是在軸上安裝傳感器，因此受振動(dòng)和加速度影響較大，因此選用可消除振動(dòng)加速度影響的壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如右圖所示 。它采用兩個(gè)相同的膜片對(duì)晶片施加預(yù)載力，從而可以消除由于振動(dòng)加速度引起的附加輸出 。 選擇MYD-5215型壓力傳感器，其工作溫度范圍寬，壓力測(cè)試量程大，前端采用特殊設(shè)計(jì)，頻響寬、剛度大、便于安裝。其結(jié)構(gòu)如左圖所示，技術(shù)指標(biāo)如表左所示

16、溫度分布的測(cè)量1滑動(dòng)軸承座；2溫度傳感器安裝孔；滑動(dòng)軸承溫度傳感器選型 本設(shè)計(jì)采用北京昆侖海岸生產(chǎn)制造型號(hào)為JWB-KP-A型溫度傳感器 ，其工作壽命長(zhǎng)、工作可靠、測(cè)量精確，非常適合各種環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量。 軸心軌跡的測(cè)量1位移傳感器支座；2位移傳感器安裝孔 在滑動(dòng)軸承座的附近安裝一個(gè)位移傳感器支座，支座上下左右各有一個(gè)安裝位移傳感器的螺紋孔。位移傳感器的結(jié)構(gòu)如作圖所示。 位移傳感器的選型型號(hào)探頭直徑(mm)線性范圍(mm)線性度靈敏度靈敏度精度S220050.251.251.0%8.0V/mm4.0% 位移傳感器不能與轉(zhuǎn)軸接觸，因此選用非接觸式的S2200型電渦流位移傳感器進(jìn)行測(cè)量 摩擦力矩

17、的測(cè)量n摩擦力矩用貼在軸上的一組電阻應(yīng)變片來(lái)測(cè)量。通過(guò)集流器將測(cè)得的電信號(hào)傳遞給分析 儀器。n電阻應(yīng)變片選擇箔式應(yīng)變片，其表面柔軟，可方便的貼在軸上，且成本低，性能好，可以滿足測(cè)試需要。 本設(shè)計(jì)共采用4個(gè)應(yīng)變片，沿軸的周向分布，應(yīng)變片安裝的角度依次為45、135、45、135。集流器的設(shè)計(jì)集流器的選型及原理n本文選用J30-5 型周通型集流器。n軸通型集流器的原理：軸套隨被測(cè)軸一起旋轉(zhuǎn)，軸上所裝傳感器的信號(hào)線焊接在集流器接線盤(pán)的焊點(diǎn)上，然后通過(guò)滑環(huán)和電刷將信號(hào)引出，送至信號(hào)放大器內(nèi)放大后，最后信號(hào)送至信號(hào)處理儀器中進(jìn)行處理。 集流器的測(cè)速原理集流器的測(cè)速盤(pán)上裝有三個(gè)檢測(cè)體，如右圖所示。軸每轉(zhuǎn)一周，軸套也隨之旋轉(zhuǎn)一周，三個(gè)檢測(cè)體分別經(jīng)過(guò)測(cè)頭一次，即可根據(jù)檢測(cè)體在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)過(guò)測(cè)頭的次數(shù)來(lái)推測(cè)出主軸的轉(zhuǎn)速?？偨Y(jié)n本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文以流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)今滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的研究狀況和設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)了滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械部分。對(duì)總體結(jié)構(gòu)、尺寸和安裝形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，初步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，并對(duì)關(guān)鍵的零件進(jìn)行選