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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923802 學(xué)生姓名： 樊阿紅 指導(dǎo)教師： 何雪明（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 軸承檢測(cè)裝 置的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致 謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體 已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 97 學(xué) 號(hào)： 0923802 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 軸承是機(jī)械行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種重要部件，其質(zhì)量好壞在一 定程度上影響整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的性能。軸承產(chǎn)品精度的高低與性能的 好壞是靠?jī)x器、設(shè)備來檢驗(yàn)和判斷的。因此軸承檢測(cè)儀器自身是否先 進(jìn)，將直接影響到軸承產(chǎn)品的檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。 隨著軸承檢測(cè)儀器的發(fā)展，對(duì)軸承檢測(cè)項(xiàng)目的要求及其檢測(cè)項(xiàng) 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(jī)協(xié)作的要求。因此，我在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下選擇了這個(gè)課題。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 熟悉 軸承檢測(cè)裝置的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 狀況，及應(yīng)用的主要原理依據(jù)等； 較 好的結(jié)合機(jī)械理論知識(shí)、自動(dòng)控制的硬、軟件知識(shí)； 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所要求，滿足實(shí)際工作需要，安全、可靠、工作穩(wěn)定、 測(cè)量精度準(zhǔn)確的要求； II 熟 練掌握并靈活運(yùn)用 UG 軟件完成繪圖設(shè)計(jì)工作； 完成 軸承檢測(cè)裝置的裝配圖設(shè)計(jì)（三維及工程圖紙） 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 97 班 姓名 樊阿紅 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 軸承是各類機(jī)械裝備中最為重要的基礎(chǔ)部件，它的精度、性能、壽命以及可靠性對(duì) 主機(jī)的精度、性能、壽命以及可靠性起著非常重要的作用。在機(jī)械產(chǎn)品中，軸承屬于高 精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學(xué)、物理等諸多學(xué)科理論的綜合支持，而且需要材料科學(xué)、熱處 理技術(shù)、精密加工和測(cè)量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和有效的數(shù)值方法及功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)等 諸多學(xué)科為之服務(wù)，因此軸承又是一個(gè)代表國(guó)家科技實(shí)力的產(chǎn)品。隨著工業(yè)水平的不斷 進(jìn)步、生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，軸承已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在好多行業(yè)領(lǐng)域，它的質(zhì)量直 接影響到工作母機(jī)的工作性能，其精度的高低直接影響到整個(gè)設(shè)備性能的好壞。據(jù)統(tǒng)計(jì) 在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中 30%的故障與軸承有關(guān)。因此，工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控的要求也越來越高，為了保 證軸承質(zhì)量必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的出廠檢測(cè)。目前在軸承檢測(cè)項(xiàng)目中：軸承游隙檢測(cè)、內(nèi) 徑檢測(cè)以及振動(dòng)情況檢測(cè)等項(xiàng)目，都是反應(yīng)軸承質(zhì)量的重要指標(biāo)，軸承的合格與否將會(huì) 直接影響到軸承的使用性能?，F(xiàn)有的軸承檢測(cè)儀一般只能進(jìn)行單一項(xiàng)目的檢測(cè)，檢測(cè)效 率低不方便。為了滿足軸承安全檢測(cè)的要求，研制出一種檢測(cè)效率高、基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 的軸承多方面檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)裝置顯得越來越重要。 關(guān)鍵詞：軸承；自動(dòng)化；檢測(cè)；裝置 IV Abstract Bearing is the most basic components in all kinds of the mechanical equipment, for its accuracy, performance, life and reliability plays a very important role of the hosts accuracy, performance, life and reliability. 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?jī)?nèi)容和意義 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .2 2 軸承檢測(cè)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(diǎn) .3 2.2.2 軸承儀器的發(fā)展方向 .4 2.3 檢測(cè)方法的研究 .4 3 軸承的檢測(cè) .5 3.1 軸承的基本結(jié)構(gòu) .5 3.2 軸承的類型及特點(diǎn) .6 3.3 軸承檢測(cè)的內(nèi)容和檢測(cè)條件 .6 3.3.1 軸承檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn) .6 3.3.2 軸承檢測(cè)的內(nèi)容和檢測(cè)條件 .6 4 軸承的振動(dòng)檢測(cè) .8 4.1 研究背景 .8 4.2 軸承振動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)的工作原理 .8 4.3 系統(tǒng)組成及功能 .10 4.4 振動(dòng)信號(hào)的采集方案設(shè)計(jì) .12 4.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理 .13 4.6 幅值域參數(shù)計(jì)算 .13 5 軸承游隙的檢測(cè) .14 5.1 軸承徑向游隙檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) .14 5.1.1 游隙 .14 5.1.2 徑向游隙的設(shè)計(jì)原理 .14 5.2 軸承徑向游隙的動(dòng)態(tài)游隙的測(cè)量計(jì)算 .15 5.3 校核軸承游隙計(jì)算關(guān)系 .16 6 軸承內(nèi)徑檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) .18 6.1 軸承內(nèi)徑在線檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) .18 6.2 軸承內(nèi)徑檢測(cè)裝置的測(cè)量原理 .18 6.2.1 內(nèi)徑測(cè)量方法的研究 .18 6.2.2 內(nèi)徑測(cè)量的設(shè)計(jì)機(jī)理 .19 VI 6.3 軸承內(nèi)徑檢測(cè)系統(tǒng)精度的確定 .20 7 傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .21 7.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .21 7.2 傳動(dòng)比的分配 .21 7.3 傳動(dòng)帶的選擇 .22 7.3.1 帶傳動(dòng)的類型 .22 7.3.2 帶傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 .22 7.3.3 V 帶的材料和結(jié)構(gòu) .22 7.3.4 V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 .23 8 齒輪傳動(dòng) .24 8.1 齒輪概述 .24 8.2 齒輪類型的選擇及齒數(shù)的計(jì)算 .25 8.2.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) .25 8.2.2 計(jì)算各參數(shù) .26 8.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) .27 8.2.4 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 .28 8.2.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .29 9 軸 .30 9.1 最小軸徑的估算 .30 9.2 軸的強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算 .30 10 軸承、聯(lián)軸器的選擇 .33 10.1 軸承的選擇 .33 10.2 聯(lián)軸器的選擇 .33 11 結(jié)論與展望 .35 11.1 結(jié)論 .35 11.2 不足之處及未來展望 .35 致 謝 .36 參考文獻(xiàn) .37 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)零件之一，其質(zhì)量好壞在一定程度上影響整個(gè)機(jī) 械系統(tǒng)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(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械中大約有 30%的故障與軸承有關(guān)，軸承的質(zhì)量 與設(shè)備的正常運(yùn)行有著緊密的聯(lián)系。我國(guó)軸承行業(yè)對(duì)軸承成品也采用了極為嚴(yán)格的檢測(cè) 工藝，主要依據(jù)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)項(xiàng)目從重要性上分為：關(guān)鍵項(xiàng) 目、主要項(xiàng)目及次要項(xiàng)目。隨著軸承工業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展和當(dāng)前市場(chǎng)前景的預(yù)測(cè)，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(cè)裝置儀器勢(shì)在必行并且大有市場(chǎng)。 產(chǎn)品的質(zhì)量是一個(gè)企業(yè)生存的根本，在全球經(jīng)濟(jì)一體化，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)白熾化的環(huán)境下， 產(chǎn)品的質(zhì)量尤為重要。目前，我國(guó)軸承企業(yè)廣泛應(yīng)用了自動(dòng)化程度比較高的加工機(jī)床， 生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提高，然而軸承的檢測(cè)卻處于半自動(dòng)化與手工檢測(cè)相 結(jié)合的靜態(tài)測(cè)量階段。在國(guó)外軸承產(chǎn)品的沖擊下，國(guó)內(nèi)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(zhì)量。因此，對(duì)軸承檢測(cè)項(xiàng)目的要求及其檢測(cè)項(xiàng)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(jī)協(xié)作的要求。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 精密機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品精度的日益提高，有力地促進(jìn)了測(cè)試技術(shù)和試 驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，使其呈現(xiàn)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(yàn)研究所都在研究改進(jìn)新產(chǎn)品來適應(yīng)市場(chǎng)的需求。在國(guó)內(nèi)，常用的檢測(cè)軸承質(zhì)量 的軸承振動(dòng)檢測(cè)儀有兩種，一種是測(cè)量軸承振動(dòng)的加速型軸承振動(dòng)檢測(cè)儀，另一種是通 過測(cè)量軸承振動(dòng)速度的速度型軸承振動(dòng)檢測(cè)儀。杭州軸承試驗(yàn)研究中心的 BVT-5 軸承振 動(dòng)速度檢測(cè)儀（如圖 1.1）是其性能最完善的一個(gè)型號(hào)。杭州軸承試驗(yàn)中心的 BVT 系列 軸承振動(dòng)檢測(cè)儀以及洛陽軸承研究所研制的 S09（如圖 1.2）系列軸承振動(dòng)檢測(cè)儀是軸承 行業(yè)應(yīng)用最多的產(chǎn)品，同時(shí)其他廠家也研制出了自主特色的圓錐滾子軸承振動(dòng)檢測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)測(cè)量?jī)x 1。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 BVT-5 軸承振動(dòng)檢測(cè)儀外形 圖 1.2 S09 系列軸承振動(dòng)檢測(cè)儀外形 在國(guó)外，丹麥研制出了 B是 對(duì)工件上的各個(gè)被測(cè)幾何量分別進(jìn)行測(cè)量。綜合測(cè)量：是對(duì)工件上的幾個(gè)相關(guān)幾何量的 綜合效應(yīng)同時(shí)測(cè)量得到綜合指標(biāo)，以判斷綜合結(jié)果是否合格。 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 5 3 軸承的檢測(cè) 3.1 軸承的基本結(jié)構(gòu) 軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1、圖3.2、圖3.3所示，它有內(nèi)圈1、外圈2、滾動(dòng)體3、和保持 架4組成。內(nèi)圈安裝在軸勁上，外圈安裝在軸承座孔中。內(nèi)外圈上制有弧形環(huán)狀滾道，用 以限制滾動(dòng)體的側(cè)向移動(dòng)，并可降低滾動(dòng)體在內(nèi)、外圈的接觸應(yīng)力。軸承通常是內(nèi)圈旋 轉(zhuǎn)、外圈固定，也有外圈旋轉(zhuǎn)、內(nèi)圈固定。保持架的功用是使?jié)L動(dòng)體均勻隔開，防止相 鄰滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于接觸處產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)速度而引起磨損。滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承的 核心元件，當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體就在軸承的內(nèi)、外圈滾道間滾動(dòng)，使相對(duì)運(yùn) 動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。 圖3.1 軸承結(jié)構(gòu)圖 1-外圈；2- 內(nèi)圈；3- 滾動(dòng)體；4- 保持架 圖3.2 圓錐滾子軸承 內(nèi)、外圈及滾動(dòng)體一般是用強(qiáng)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(yīng)達(dá)到HRC60-65。由于這些元件都經(jīng)過 150 的回火處理，所以通常當(dāng)軸承的工作溫度120 時(shí)，元件的硬度都不會(huì)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(shí)體的。 圖 3.3 軸承 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3.2 軸承的類型及特點(diǎn) 軸承的功用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支撐之間的摩擦 和磨損。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，軸承可以分為滾動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承）和 摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承）兩大類。滾動(dòng)軸承按其結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載情況有多種 分類方法，分別適用于不同的載荷、轉(zhuǎn)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(dòng)體的種類可分為球軸承和滾子軸承。球軸承的滾動(dòng)體為球，球與滾道表面的 接觸點(diǎn)為點(diǎn)接觸；滾子軸承的滾動(dòng)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(shí)能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承允許的偏位角大。 按安裝軸承時(shí)其內(nèi)、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(yīng)用（如圖 3.4）所示： 圖 3.4 軸承在裝置中的應(yīng)用 3.3 軸承檢測(cè)的內(nèi)容和檢測(cè)條件 3.3.1 軸承檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn) 軸承的檢測(cè)是個(gè)全面的系統(tǒng)化的過程，它包括很多方面的內(nèi)容和要求。它的檢測(cè)必 須符合相關(guān)的軸承檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 針對(duì)軸承質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩個(gè)方面： （1）滾動(dòng)軸承檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是軸承檢測(cè)的主要依據(jù)。例如 GB307.2-84滾動(dòng)軸承 公差的測(cè)量方法及 GB307.3-84滾動(dòng)軸承的一般技術(shù)要求 等。 （2）頒標(biāo)了專用標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如 JB/CQ13-87球軸承及其零件補(bǔ)充技 術(shù)要求以及 JB/CQ14-88滾子軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求等。 3.3.2 軸承檢測(cè)的內(nèi)容和檢測(cè)條件 軸承的基本的基本結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分構(gòu)成，相應(yīng)軸承的 檢測(cè)也包括對(duì)軸承內(nèi)圈的檢測(cè)，外圈的檢測(cè)，滾動(dòng)體的檢測(cè)以及對(duì)保持架的檢測(cè)。以上 檢測(cè)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(jìn)行對(duì)該軸承的成 品檢測(cè)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的軸承的檢測(cè)項(xiàng)目主要有：尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度、游隙、旋轉(zhuǎn) 靈活性、振動(dòng)噪聲、殘磁強(qiáng)度、表面質(zhì)量、硬度等。如圖 3.5 所示： 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 7 圖 3.5 軸承的主要檢測(cè)項(xiàng)目 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)軸承檢測(cè)的內(nèi)容作了規(guī)定，而且對(duì)軸承檢測(cè)時(shí)應(yīng)滿足的條件足額作 了規(guī)定。在設(shè)計(jì)軸承檢測(cè)儀器以及進(jìn)行軸承檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，內(nèi)圈軸頸的配合將會(huì)變松，外圈外殼孔的配合將會(huì)變緊，當(dāng)軸承工作溫度高于 100 度時(shí)，應(yīng)該對(duì)所選用的配合適當(dāng)修正（減少外圈與外殼孔的過盈，增加內(nèi)圈與軸頸的 過盈） 。軸承在測(cè)量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為 20 度，測(cè)量時(shí)要保證被測(cè)軸承、標(biāo)準(zhǔn)件或量塊以及 測(cè)量時(shí)用的儀器處于同一溫度條件下。 轉(zhuǎn)速的影響：對(duì)于轉(zhuǎn)速高又承受沖擊動(dòng)負(fù)荷作用的滾動(dòng)軸承，軸承與軸頸的外殼孔 的配合應(yīng)選用過盈配合。在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類型的選擇沒有什么影響，只有 在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響，通常軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速（手冊(cè) 中查閱） ，否則會(huì)降低其使用的壽命。 公差等級(jí)的協(xié)調(diào)：選擇軸承和外殼孔精度等級(jí)時(shí)應(yīng)與軸承精度等級(jí)相協(xié)調(diào)。如 0 級(jí) 軸承配合軸頸一般為 IT6，外殼孔則為 IT7;對(duì)旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性有較高要求地場(chǎng)合， 軸頸為 IT5 時(shí)，外殼孔選為 IT6; 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4 軸承的振動(dòng)檢測(cè) 4.1 研究背景 隨著我國(guó)軸承檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，2010 年 4 月我國(guó)實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)基本和國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)一致。 滾動(dòng)軸承 振動(dòng)測(cè)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(diào)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(shè)定值 由于振動(dòng)檢測(cè)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(chǎn)制造時(shí)的各種缺陷與不足，同時(shí)可以判斷出軸承的壽命;（3）對(duì)軸 承振動(dòng)信號(hào)的各種測(cè)試及相關(guān)處理比較簡(jiǎn)單、直觀；（4）診斷結(jié)果準(zhǔn)確度高，可靠性較 好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此振動(dòng)檢測(cè)法在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 4.1 裝置圖 4.2 軸承振動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)的工作原理 軸承測(cè)振原理：主軸系統(tǒng)作為被測(cè)軸承的支撐(如圖 4.1)，當(dāng)測(cè)振傳感器（如圖 4.2） 的測(cè)頭壓在被測(cè)軸承外圈表面時(shí)，其獲得的振動(dòng)信號(hào)中包含了主軸系統(tǒng)自身的振動(dòng)信號(hào) 和被測(cè)軸承的振動(dòng)信號(hào)，因此主軸的旋轉(zhuǎn)精度、軸向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)、自振等參數(shù)要較 小，否則會(huì)造成軸承優(yōu)良判斷的誤差。即當(dāng)測(cè)振傳感器的拾振桿輕壓在振動(dòng)的物體上時(shí)， 隨著振動(dòng)物體一起振動(dòng)，拾振質(zhì)量相對(duì)于傳感器殼體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)的輸入是殼體運(yùn) 動(dòng)所引起的慣性力，系統(tǒng)的輸出則是質(zhì)量的相對(duì)位移。為了真實(shí)的測(cè)得軸承的振動(dòng)情況， 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 9 可以模擬軸承正常工作時(shí)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況， 首先定位好該被測(cè)軸承的位置，考慮到軸承 型號(hào)的不同（即檢測(cè)的軸承的內(nèi)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(cè)軸承推送到圓錐 主軸系統(tǒng)的芯軸上，并利用螺塞、錐軸套加 以固定被測(cè)軸承的內(nèi)圈，以一定的軸向壓緊 力壓緊被測(cè)軸承的外圈。隨后，加速度傳感 器輕壓在被測(cè)軸承的外圈表面上，主軸傳動(dòng) 系統(tǒng)帶動(dòng)被測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器將采集到的 振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)處理電 路處理后，由數(shù)據(jù)采集卡的 A/D 模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)， 最后將數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 圖 4.2 速度型傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 得出測(cè)量結(jié)果 5，流程如（圖 4.4 所示）： 圖 4.3 錐形軸 圖 4.4 軸承振動(dòng)測(cè)量 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 4.3 系統(tǒng)組成及功能 系統(tǒng)主要由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成，具有信號(hào)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、故障診 斷等主要功能。由于傳感器所得到的電信號(hào)很弱，必須經(jīng)電荷放大器進(jìn)行處理，在處理 中控制示波器器輔助監(jiān)視信號(hào)的大小，以不超過 A/D 轉(zhuǎn)換額定電壓5V 為準(zhǔn)。應(yīng)用磁帶 機(jī)主要是便于離線分析，低通濾波主要是為了適應(yīng) A/D 轉(zhuǎn)換的要求，如果信號(hào)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?yàn)?A/D 轉(zhuǎn)換有一定的時(shí)間限制， 這樣就要求濾掉高頻成分，系統(tǒng)功能及工作流程見（圖 4.5） ，振動(dòng)檢測(cè)的局部設(shè)計(jì)如 （圖 4.6）所示： 圖 4.5 系統(tǒng)的功能及工作流程圖 由于被測(cè)量軸承的厚度或大小的改變，導(dǎo)致軸承相對(duì)于錐軸位置的改變，我們就需 要調(diào)整傳感器測(cè)頭的位置，讓傳感器的測(cè)頭（如圖 4.7）幾乎始終位于被測(cè)量軸承外圈的 中心位置。這就需要傳感器能夠左右移動(dòng)。同時(shí)由于被測(cè)軸承直徑大小的改變，這就需 要調(diào)整該傳感器的前后位置，讓傳感器的測(cè)頭能夠保持壓在被測(cè)量軸承的外圈上。因此 該傳感器需要固定在一個(gè)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下和前后移動(dòng)的平臺(tái)上（如圖 4.8） 。 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 11 圖 4.6 振動(dòng)檢測(cè)局部圖設(shè)計(jì) 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(diào)整機(jī)構(gòu) 軸承定位裝置主要用于軸承的定位，在其上方安裝一個(gè) V 型板，使其靠在軸承的外 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圈上，其軸承中心自動(dòng)與芯軸中心保持較好的同心度，便于與傳感器接觸觸頭進(jìn)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(dòng)軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量法（JB/T 5313-2001)中規(guī)定：?jiǎn)?dòng)驅(qū)動(dòng)主軸，將傳感器測(cè) 頭壓下，使其處于與測(cè)量狀態(tài)相同的條件下，此時(shí)個(gè)頻帶示值應(yīng)符合表 4-2 的規(guī)定。 表 4-2 軸承測(cè)振儀基礎(chǔ)振動(dòng) 軸承公稱內(nèi)徑 各頻帶振動(dòng)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(dòng)信號(hào)的采集方案設(shè)計(jì) 換在軸承振動(dòng)的信號(hào)測(cè)量中，軸承振動(dòng)檢測(cè)儀通過速度傳感器將軸承的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn) 為微弱的電信號(hào)，將信號(hào)的電壓大小一般在毫伏級(jí)，將微弱電信號(hào)經(jīng)放大后（前置放大 器)輸入到數(shù)據(jù)采集卡中進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后計(jì)算機(jī)調(diào)用得到的數(shù)字進(jìn)行相關(guān)處理。信號(hào) 處理得相關(guān)過程如下（圖 4.10）： A/D 圖 4.10 信號(hào)處理過程 計(jì)算機(jī)對(duì)通過對(duì)所采集得到的軸承信號(hào)進(jìn)行我們所需要的各種分析，主要的有兩個(gè) 方面：時(shí)域分析、頻域分析，當(dāng)振動(dòng)信號(hào)采集后需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析。 采用 MS-1239A/D 轉(zhuǎn)換卡，直接插入微機(jī)擴(kuò)展槽中，用單通道采集數(shù)據(jù)。采樣子程 序用那個(gè)是匯編語言編制，因?yàn)閰R編語言直接進(jìn)行位操作，運(yùn)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(jī)的 8253 定時(shí)器計(jì)時(shí)，這樣采樣頻率控 制精確。中斷控制器 8259 根據(jù)定時(shí)信號(hào)向 CPU 申請(qǐng)中斷。采樣值保存在緩沖區(qū)內(nèi)，供主 速度傳感器 前置放大器 數(shù)據(jù)采集卡 計(jì)算機(jī) 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 13 程序調(diào)用。通過對(duì)定時(shí)器賦不用的計(jì)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)不同頻率的采樣 14。 4.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理 根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)化器的 12 位偏移編碼將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制電壓值，這時(shí)可以進(jìn)行單 位標(biāo)定，對(duì)所有采樣點(diǎn)做零均值化處理。即： 均 E= 為 信 號(hào) 幅 值 。為 采 樣 點(diǎn) 數(shù) ， ii XnX,/niEii .3,21, 經(jīng) 的 變 換 是 在直 流 分 量 ， 而 直 流 信 號(hào)信 號(hào) 的 均 值 相 當(dāng) 于 一 個(gè)變 換 后 的 信 號(hào) 序 列 ,i X=0 處的沖擊函數(shù)，因此如不去掉均值，在估計(jì)信號(hào)的功率時(shí)，在 X=0 處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很 大的峰值，并會(huì)影響 X=0 左右處的譜線，使之產(chǎn)生較大的偏差。 而根據(jù) Chauvenl 判據(jù) K(見表 4-3） ，軸承振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（表 4-4） ，實(shí)例檢測(cè)（表 4-5）： 表 4-3 Chauvenl 判據(jù) 4.6 幅值域參數(shù)計(jì)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(dòng)標(biāo)準(zhǔn) （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(cè)實(shí)例 編號(hào) 診斷對(duì)象 內(nèi)圈 外圈 滾動(dòng)體 dB 值 結(jié)果 1 2 3 4 5 E EE E EE 5.3 52.5 51.5 49 47.5 滾動(dòng)體故 內(nèi)故 外故 正常 正常 注：代表實(shí)測(cè)參數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)值，E 代表高于標(biāo)準(zhǔn)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 5 軸承游隙的檢測(cè) 5.1 軸承徑向游隙檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 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(shí)，將其內(nèi)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(dòng)。根據(jù)移動(dòng)方向所產(chǎn)生的移動(dòng)量，可分為徑 向游隙和軸向游隙。游隙的合適與否，對(duì)軸承的使用壽命有著重要影響。過大或過小都 會(huì)引發(fā)軸承故障，過大的游隙會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，噪聲和振動(dòng)增大，同時(shí)軸承的 承載能力降低，縮短軸承的使用壽命；過小的游隙會(huì)使軸承生熱增多，導(dǎo)致系統(tǒng)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(gè)重要項(xiàng)目。 本章我們主要研究軸承徑向游隙的檢測(cè)及其設(shè)計(jì)裝置。 5.1.2 徑向游隙的設(shè)計(jì)原理 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的游隙（稱做工作游隙） ，測(cè)量軸承的游隙時(shí)，為得到穩(wěn)定的測(cè)量值，一般對(duì) 軸承施加規(guī)定的測(cè)量負(fù)荷。因此得到的測(cè)量值比真正的游隙（稱做理論游隙）大。即增 加了測(cè)量負(fù)荷產(chǎn)生的彈性變形量。但對(duì)于滾子軸承來說，由于該彈性變形量較小，可以 忽略 不計(jì)。 測(cè)量過程：利用三抓卡盤夾緊錐軸 5，被測(cè)軸承安裝后，軸承在檢查徑向游隙時(shí)， (如圖 5.1 )所示，利用錐軸套與錐軸 5 配合，將被測(cè)軸承內(nèi)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(chǎn)生的重力游隙影響，從軸承底部提供一固定測(cè)量負(fù)荷 F. 在固定力的作用下被測(cè)軸承的外圈從一個(gè)極限位置移到另一個(gè)極限位置。杠桿 3 向上移 動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)了指示表 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)，即所測(cè)量的數(shù)據(jù)就是該軸承的徑向游隙。由于套圈滾 道圓度及滾動(dòng)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(cè)值的準(zhǔn)確，通常每隔 120測(cè)量一次，三次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值，作為該軸承的徑 向游隙值。 圖 5.1 測(cè)量原理圖 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 15 5.2 軸承徑向游隙的動(dòng)態(tài)游隙的測(cè)量計(jì)算 游隙原理(如圖5.2)： 圖5.2 工作原理圖 將被測(cè)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(nèi)圈。 由氣動(dòng)裝置（如圖5.3）上因?yàn)榭紤]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(gè)工作負(fù)荷，軸承外圈向上移動(dòng)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(dòng)一段距離，通過測(cè)量?jī)x器測(cè)量出最高點(diǎn)與最低點(diǎn)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(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離 d: 軸承的內(nèi)徑 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖5.3 氣動(dòng)裝置 該氣動(dòng)裝置中，根據(jù)該裝置簡(jiǎn)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(jìn)入缸體7的內(nèi)腔中，推動(dòng)活塞6往上移動(dòng)，下 彈簧5受力壓縮，下推板往上移動(dòng)推動(dòng)推板1往上移動(dòng)，接觸被測(cè)軸承的下表面，受力往 上，當(dāng)推到一定的位置時(shí)，由于心軸固定，該軸承會(huì)給推板1一個(gè)反向的作用力，上彈簧 收縮，此時(shí)該軸承受力在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，測(cè)量出最高點(diǎn)與心軸之間的距離h1,觸點(diǎn)斷 開，推板返回到原初始位置;同理可測(cè)量出心軸距最低點(diǎn)的距離 h2. 圖5.4 裝置簡(jiǎn)圖 這種測(cè)量游隙的方法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): 1.由于采用了動(dòng)態(tài)測(cè)量, 以及能夠靠調(diào)整的辦法使溝中心和球中心在二個(gè)平面內(nèi),所以,可 以消除摩擦誤差, 測(cè)量精度相應(yīng)提高; 2.由于采用了V型板、錐軸套， 被測(cè)軸承外圈的工作面對(duì)被測(cè)軸承旋轉(zhuǎn)中心線的垂直 度相當(dāng)高, 因此, 安裝精度也相應(yīng)提高, 同樣也提高了測(cè)量精度; 3.由于被測(cè)軸承內(nèi)圈是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的, 所以, 可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量; 又因?yàn)殡姎獠糠植捎?了積分器和運(yùn)算放大器, 所以, 可以直接測(cè)量出游隙的平均值, 效率比靜態(tài)測(cè)量法也有相 應(yīng)提高; 4.采用了額定的測(cè)量負(fù)荷，接觸變形小，提高了測(cè)量精度，因此測(cè)量值更接近理論游 隙值。 5.3 校核軸承游隙計(jì)算關(guān)系 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 17 滾動(dòng)軸承的游隙的校核： 假設(shè)被測(cè)軸承的初始游隙為0 安裝時(shí)的游隙為 f=0-1-2 （5- 2） 1：內(nèi)圈與軸徑配合時(shí)的游隙減少量 2：外圈與軸承座孔配時(shí)的游隙減少量 由 （ 內(nèi)u為圈理論最大過盈量） （5-內(nèi)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(nèi)外圈溫差所引起的游隙減小量， eDt3 ：軸承鋼的線膨脹系數(shù) )/1(05.2C t：軸承內(nèi)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 6 軸承內(nèi)徑檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 6.1 軸承內(nèi)徑在線檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 目前, 我國(guó)某些軸承制造企業(yè)在軸承尺寸精度的檢測(cè)方面仍采用百分表和相應(yīng)的測(cè)量 臺(tái)架組成的檢測(cè)系統(tǒng)。這種測(cè)量方法主要是是靠人力進(jìn)行的, 很大程度上影響了該產(chǎn)品的 生產(chǎn)效率, 加大了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 容易隨機(jī)產(chǎn)生人為誤差, 影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)以上原因, 由此我們需要綜合考慮，研究介紹了一套軸承內(nèi)徑在線檢測(cè)儀。方便操作、 經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠。 圖 6.1 總體效果圖 6.2 軸承內(nèi)徑檢測(cè)裝置的測(cè)量原理 6.2.1 內(nèi)徑測(cè)量方法的研究 根據(jù)測(cè)量中使用的傳感器不同，內(nèi)徑測(cè)量可分為：氣動(dòng)測(cè)量法、超聲破測(cè)量法、光 學(xué)測(cè)量法、電子式等。 氣動(dòng)測(cè)量法 它的原理是把被測(cè)尺寸的變化轉(zhuǎn)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(nèi)徑的檢測(cè)，前提條件是加工質(zhì)量較高，不會(huì)出現(xiàn)異常形狀。 超聲波測(cè)量法 利用超聲波的穿透性，在直徑方向設(shè)置兩個(gè)換能器，超聲波會(huì)在工 件的兩個(gè)表面發(fā)生反射，測(cè)出時(shí)間差，再考慮波在不同材質(zhì)中的傳播速度，利用關(guān)系式 就可以計(jì)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(xiàn)場(chǎng)使用。 光學(xué)測(cè)量法 包括激光光束掃描法、雙頻激光干涉測(cè)量法、CCD 成像法、光柵測(cè)量 法等。屬于非接觸測(cè)量的范疇，測(cè)量精度較高，測(cè)量速度快，是目前比較流行的測(cè)量方 法。 電子式 用電感、電容、電渦流等傳感器進(jìn)行工件內(nèi)徑的測(cè)量，多用于間接測(cè)量 21。 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 19 圖 6.2 局部示意圖 6.2.2 內(nèi)徑測(cè)量的設(shè)計(jì)機(jī)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(nèi)徑接觸，在標(biāo)有刻度的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，最終通過傳感機(jī)構(gòu)將讀數(shù)傳 感在電腦顯示頻上，電動(dòng)機(jī)通過V型帶傳動(dòng)裝置，通過錐形軸帶動(dòng)該軸承旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)測(cè) 量完成后，應(yīng)為該導(dǎo)軌有一定的傾斜角度及該導(dǎo)軌本身所具備的良好的滑動(dòng)性能，指針 桿通過滑動(dòng)，移動(dòng)到在該導(dǎo)軌的初始位置。該導(dǎo)軌主要要設(shè)計(jì)成雙端導(dǎo)軌，起到了良好 的定向作用。 優(yōu)點(diǎn)：（1）該裝置中采用錐軸，實(shí)現(xiàn)了不同規(guī)格不用內(nèi)徑范圍內(nèi)軸承的測(cè)量。 （2）采用了兩根固定導(dǎo)軌，避免了在測(cè)量過程中指針由于單邊受力，造成一邊的 傾斜，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。 （3）從整體上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量，大大降低了由于人為因素所造成的測(cè)量誤差， 降低了成本。 圖6.3 軸承內(nèi)徑檢測(cè)側(cè)視圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 6.3 軸承內(nèi)徑檢測(cè)系統(tǒng)精度的確定 對(duì)于內(nèi)徑測(cè)量?jī)x器，首要的是測(cè)量的精度問題（即不確定度的問題） 。當(dāng)已知該零件的 公差時(shí)，可以根據(jù)公差 和精度因數(shù)k算出該測(cè)量?jī)x器額極限誤差 。c1 （ 6-kc1 1） 式中工件公差（um） K精度因數(shù) 測(cè)量?jī)x器的極限誤差（um ）c1 精度因數(shù) k 是選用的計(jì)量器具的測(cè)量極限誤差與被測(cè)工件的公差之比，是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值， 一般取 1/3-1/10,對(duì)于高精度工件，k 取 1/3,對(duì)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(cè)量精度因數(shù) k 的值與工件精度等級(jí)之間 的主要關(guān)系 25如表 6-1 所示： 表 6-1 測(cè)量精度因數(shù) 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(jí) 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(cè)裝置的設(shè)計(jì) 21 7 傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 假設(shè)：F=2000N ,v=1.3m/s,D=180mm, 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 工作機(jī)的功率 pw Pw=Fv/1000=20001.3/1000=2.6kw 總功率 （圓柱齒輪選 7 級(jí)精25431 度，油潤(rùn)滑 =0.98） =0.960.980.990.960.990.99 =0.876 所需要的電動(dòng)機(jī)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(dòng)比的分配 工作機(jī)的轉(zhuǎn)速 =601000v/( )1nD =6010001.3/(3.14180) =138r/min =1440/138=10.4351/i V 帶傳動(dòng)比 i=3 則 =10.345/3=3.4782i 動(dòng)力運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 (1) 轉(zhuǎn)速 n min/138in/13847.0/i2301rnrIir (2) 功率 P kwpkwPd 71.29.0765.2658.9.53120 (3) 轉(zhuǎn)矩 T 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 mNPiTnP54.187n/95036.6/i 9.72950II11齒 帶軸 承聯(lián) 軸 器 齒 輪軸 承齒 輪帶帶 7.3 傳動(dòng)帶的選擇 7.3.1 帶傳動(dòng)的類型 1. 按工作原理分 (1) 摩擦帶傳動(dòng)。依靠傳動(dòng)帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。如 V 帶傳動(dòng)、平帶 傳動(dòng)等。 (2) 嚙合帶傳動(dòng)。依靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外圓上的齒槽相互嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。如 同步帶傳動(dòng)。 2. 按帶的截面形狀分 (1) 平帶。平帶的截面形狀為矩形，內(nèi)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(qiáng)力錦綸帶等數(shù)種，其中以帆布芯平帶應(yīng)用最廣。 (2) V 帶。V 帶的截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作表面。傳動(dòng)時(shí) V 帶兩側(cè)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(yīng)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(lián)組 V 帶、齒形 V 帶及大楔角 V 帶等，其中普通 V 帶應(yīng)用最廣，窄 V 帶則在近幾年來應(yīng)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(dòng)。 (4) 多楔帶。它是在平帶的基體上由多根 V 帶組成的傳動(dòng)帶，多楔帶結(jié)構(gòu)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(dòng)則屬于嚙合帶傳動(dòng)，工作時(shí)，靠帶的凸 齒和帶輪外 3.2 緣上的齒槽嚙合傳動(dòng)。 7.3.2 帶傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 (1) 帶傳動(dòng)是撓性傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振。 (2) 過載時(shí)帶會(huì)在小帶輪上打滑，防止其他零件因過載而損壞，起安全保護(hù)作用。 (3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維護(hù)方便，成本低廉，適于兩軸中心距較大的場(chǎng)合。 (4) 由于帶與帶輪之間存在滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保持不變，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)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(xué)腐蝕物質(zhì)的場(chǎng)合。 一般情況下，帶傳動(dòng)功率 P100KW,帶速 V=5-25m/s，傳動(dòng)比 i5,傳動(dòng)效率為 94%-97%。 特種高速帶的帶速 V 可達(dá) 60-100m/s,傳動(dòng)比 i7. 7.3.3 V 帶的材料和結(jié)構(gòu) (1) 帶輪的材料。帶輪常用材料為灰鑄鐵，當(dāng)帶速 v25m/s 時(shí)，采用 HT150;帶速 v=25- 30m/s 時(shí)，采用 HT200。當(dāng)帶速更高時(shí)，可用鑄鋼或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，小功率時(shí)可用鋁合金 或塑料等，V 帶在裝置中的應(yīng)用（如圖 7.3）： (2) 帶輪的結(jié)構(gòu)。帶輪一般由輪轂、輪緣、輪廓 3 部分組成，根據(jù)輪輻的結(jié)構(gòu)不同，V 帶輪可分為 4 種：實(shí)心輪、腹板輪、孔板輪、輪輻輪。 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 23 圖 7.2 V 帶 圖 7.3 V 型帶在裝置中的應(yīng)用 7.3.4 V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ,minr140,4 nkwped 每天工作二班制， 3帶i Aca8.22.Ak 根據(jù) ，小帶輪 ,選擇普通 V 帶 A 型kwpca8.4mi10rn 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，根據(jù) V 帶的帶型，確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 應(yīng)使d 1dd75)(in1 取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d91 ,smvd 8.6064906 滿足 525m/s 條件，故帶速合適 由 ，得 ，根據(jù) n=1440r/min, 和 A 型帶，min4n901rd和 kwp.13帶i ， ，k7.09521.Lkr 0.0).6.1(41/84kpzrca 即選取 4 根 V 帶合適 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 8 齒輪傳動(dòng) 8.1 齒輪概述 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛。是用來傳遞兩軸 之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，圓周速度可達(dá) 300m/s.與其他傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：能 保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。它的主要缺點(diǎn) 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(chǎng)合。如圖 9.1： 圖 8.1 直齒輪的嚙合傳動(dòng) 選用直齒圓柱齒輪外嚙合傳動(dòng)，也可選用錐齒輪外嚙合傳動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中選用了 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，選用 7 級(jí)精度，調(diào)制處理。小齒輪選用 40 ，調(diào)制處理，rC HB=280HBS，大齒輪選用 45#，調(diào)制處理，HB=240HBS（如圖 8.2）： 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 25 圖 8.2 齒輪結(jié)構(gòu)圖 8.2 齒輪類型的選擇及齒數(shù)的計(jì)算 小齒輪的齒數(shù) 取為 24，則大齒輪的齒數(shù) ，所以1Z 47.83247.312Z =84，實(shí)際齒數(shù) ,齒數(shù)比相對(duì)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(qiáng)度設(shè)計(jì) (1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) K=1.3 (2)小齒輪轉(zhuǎn)距 1T = mNnP7.56480/.295/01 (3)齒寬系數(shù) d 因單級(jí)齒輪傳動(dòng)為對(duì)稱布置 17，選取 d=1 (4)彈性影響系數(shù) 2 18.9MpaZE H601lim ； H50lim (5) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 81 1092.6314hjLnN88127.0926N 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 (6)取接觸疲勞壽命系數(shù) 98.0,4.21HNHNK (8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（允許誤差 ，安全系數(shù) S=1）%5MpaSM5641.1lim1HNH 39098.2li2 8.2.2 計(jì)算各參數(shù) (1) 計(jì)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(jì)算齒寬 b mtd 7.1 (4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) ztmt 19.247.51 齒高 ht 5.4.2. （選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) ）241z 7832731z6.095.72/hb (5) 計(jì)算載荷系數(shù)， v=1.33m/s,7 級(jí)精度 動(dòng)載荷系數(shù) 06.1vk 直齒輪 FH 使用系數(shù) A 用插值法，查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， 42.1Hk 由 b/h=10.66, ,得42.1Hk35.1Fk 故載荷系數(shù) 5.42106.HVA (5)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 27 mkdt 47.53.17.5231 (6)計(jì)算模數(shù) m z./4./1321)(FSadYkTm 8.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （2） 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MpaFE5801 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 32 1） 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 9.,.21FNFNk 2） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 MpaSkFENF 3254.150911 86.7.22 3） 計(jì)算載荷系數(shù) k 43.150.1FVAk 4） 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) ,65.21FaY2.Fa ,9S71S 5） 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較FSa01296.35.621SaY.8.72FSa 大齒輪的數(shù)值大 （3）設(shè)計(jì)計(jì)算 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù)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(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用第一系列，其次是第二系列，括號(hào)內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。 按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 md47.51 算出小齒輪齒數(shù) 28z 大齒輪齒數(shù) 10z,3.928.32 取 8.2.4 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 (1) 計(jì)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(cè)裝置的設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結(jié)構(gòu)大齒輪的關(guān)尺寸計(jì)算如下： 軸孔直徑 d= 50)( 輪轂直徑 =1.6d=1.650=801Dm 輪轂長(zhǎng)度 )(562BL 輪緣厚度 0 = (34)m = 68(mm)，取 =80 輪緣內(nèi)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 8.3 齒輪 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 31 9 軸 9.1 最小軸徑的估算 該軸選用 45 號(hào)號(hào)剛，調(diào)質(zhì)處理，HBS:217255, MpapaSB35,64060,1,27511 主動(dòng)軸 mnAd82.4.2310 ,d 100mm,有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 10%15%150A ，97.3.2 選擇直徑 md32 9.2 軸的強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算 根據(jù)軸上零件的定位、裝拆方便的需要、同時(shí)考慮到強(qiáng)度的原則、主動(dòng)軸和從動(dòng)軸均 設(shè)計(jì)為階梯軸。 主動(dòng)軸， （如圖 9.1） 圖 9.1 齒輪軸 齒輪軸 ， ，md564d251 6230dmd ， ，3L734 ， ，L196總 軸承 30208 BD10 P=2.97kw in/1rn 從動(dòng)軸， （如圖 9.2） 圖 9.2 從動(dòng)軸 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 mLmLbhdd d10,48,25,80 ,52,.447.,3, 536136214 水平面彎矩 垂直面彎矩 合成彎矩 彎矩 危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩 圖 9.3 軸受力圖 mNTMCeVHc 41.7).560(18.6)( 8327222Mpab9dbe .8.0331 考慮鍵槽 則強(qiáng)度足夠。md45812.8 （2）主動(dòng)軸的強(qiáng)度校核（如圖 9.4） L=130mm NFRVBVA 2.348.692mLMC 610.348tHBA 7.95.NRC 827.9562m7.56NT扭 矩 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 33 水平面 彎矩 垂直面 彎矩 合成彎 矩 圖 9.4 軸受力圖 mNMVCHc 18.63.2187.62TCe 47)50()(2dpabeb 28.31.941.059331 考慮鍵槽 ，則強(qiáng)度滿足。m68.2468.2 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 10 軸承、聯(lián)軸器的選擇 10.1 軸承的選擇 考慮軸受力較小且主要是徑向力，故選用單列向心球軸承主動(dòng)軸承根據(jù)軸頸值查 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)選擇 30208 2 個(gè)（GB/T 276 1993） （如圖 11.1 軸承的裝配應(yīng)用） ， 從動(dòng)軸承 30211 2 個(gè)（GB/T 2971994） 圖 11.1 滾動(dòng)軸承 30208 兩軸承承受純徑向載荷 )0,1(4.69YXNFPr 主動(dòng)軸軸承壽命：深溝球軸承 30208， 基本額定動(dòng)負(fù)荷 3,27KCr hnLh 5628417)4.698(10)(601 預(yù)期壽命為：5 年，兩班制，一年工作 300 天 軸承壽命合格 L= hLh10235 從動(dòng)軸軸承壽命：深溝球軸承 30211，基本額定定動(dòng)負(fù)荷 8.KNCr hPnLrh 53628417).6920(13)(601hLh145 從動(dòng)軸承合格。 10.2 聯(lián)軸器的選擇 由于減速器載荷平穩(wěn)，速度不高，無特殊要求，考慮裝拆方便及經(jīng)濟(jì)問題，選用彈 性柱銷聯(lián)軸器 k=1.3。 )(75.2481386.950950 mNnKPTC 選用 型（GB/T 5014-2003）彈性柱聯(lián)軸器，公稱尺寸轉(zhuǎn)矩 2LX ncnTT),(60 。采用 Y 型聯(lián)軸孔，A 型鍵，軸孔直徑 d= 2035，選 d=35 mm ,軸孔長(zhǎng)度 L= 82 mm。 型彈性柱銷聯(lián)軸器有關(guān)參數(shù) ,如表 9-1： 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 35 表 11-1 彈性柱銷聯(lián)軸器的相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 公稱轉(zhuǎn) 矩 T/（ N.m ） 許用轉(zhuǎn)數(shù) 1min.r軸孔 直徑 d/mm 軸孔 長(zhǎng)度 L/mm 外徑 D/m m 材料 軸孔 類型 鍵槽 類型2LX 560 6300 35 82 120 HT200 Y 型 A 型 與齒輪聯(lián)接處 d= 50 mm ，L=52mm,考慮鍵槽在軸中部安裝，故同一方位母線上，選 鍵 GB1096-2