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1、第1章 绪论1.1课题研究的目的和意义滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转构造中的重要构成部分之一,具有承受载荷和传递动运动的作用。可是,滚动轴承是机器运转时重要故障来源之一,有数据成果分析表白:旋转机器中有35%的故障都与轴承的失效有关,轴承可以使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。为此在对轴承的加速老化实验和加速寿命实验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。在2世纪前期，Lunbrg和Palmgrn对210的滚动轴承做了诸多实验，根据40多套滚子轴承、球轴承的寿命实验成果,在eibl分布理论的基本上，通过研究得到了寿命与负载的方程式，称为公式。随着国内轴
2、承制造技术的不断发展,轴承的几何构造和制造精度得到了相称高的提高和改善。目前,在市场上有几百种不同样型号的滚动轴承。目前的5210轴承钢的材料和制造精度比此前的要好,并且目前在材料的选择上已近不局限于轴承钢。目前生产轴承的原料涉及合金钢,陶瓷,轴承钢和塑料等。为此，为了评估新材料的解决工艺，新材料和新几何构造的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命实验。此外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善,轴承可以使用的时间越来越长。来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相称好的方向发展。例如发电设备，排水设备等规定轴承工作时间持续不间断的十几二十几的小时不间断的无端障运营
3、100-个小时,折算一下相称于与持续工作11-2年并且中间没有浮现任何故障,虽然是电动工具、一般机械和家用电器等对寿命的规定相对较低的使用场景也规定轴承无端障的间断或不间断的工作4000-800小时。因此，在诸多状况下，研究轴承的寿命必须运用加速疲劳寿命实验措施来获得轴承在高应力的疲劳寿命,并且通过加速实验的成果来估计不同样应力水平下的疲劳寿命，以减少实验时的成本和时间。 1.2 国内疲劳实验台的现状 国内最早的疲劳寿命实验平台产品都是从前苏联引进，采用剖分式实验主体,在国内称之为第一种机型。通过改造,在国内重要的轴承实验台生产厂先后制造出了名为系列的轴承寿命实验台,以满足当下国内轴承生产公司
4、对轴承使用时间的规定,以此,同步为刚刚开始不久的国内轴承疲劳寿命实验累积了一定的实验参照根据。 第一种实验台机型构造涉及径向加载油缸、轴、中承载体、2个端承载体和实验主轴。实验台的重要构造拼接后安装在主体被剖分了的底座内,实验主轴由联轴器和传动主轴连接,传动主轴的动力通过带轮靠电机带动变速传动。竖向和横向的施加载荷的油缸依次同手动加压缸结合,运用扭转促使手动加压缸活塞得到不同样的压力。这种实验台在国内使用比较广泛,为轴承制造业的进步发挥了很大的作用。这种实验台的长处在于:容易保障实验精度,构造简朴;传动构造是皮带传动，由带轮来变化速度，构造单一；加载是手动加压缸增长压力,能量消耗少；实验主轴和
5、传动主轴由联轴器连接在一起,布局合法,容易获得高速转动，可是不好的地方:载荷和转速的调节,温度数据的采录和检测振动都是要人工操作，实验员工作量较大；传动构造的皮带易打滑易发热而导致危险；加压油缸在实验时容易泄露从而引起压力局限性或发热引起压力变高时必须人为的更改，小轴承实验支撑之间的距离比较大,不能实现较大载荷实验。.3 我校实验室的实验台状况之前设计的实验台如图1-1,这个实验台构造涉及主实验构造、固定框架、径向加压构造和驱动电机，驱动电机安装在固定的机架下面,主构造安装于机架的上面。主实验构造由主轴、被测轴承和支撑轴承构成。支撑轴承安顿在主轴的中心位置，实验轴承安顿在主轴的一端,驱动电机由
6、同步带带着主轴旋转,径向加载依托液压泵提供载荷,安装在支架的底下。通过控制液压泵对被测轴承施加径向压力。这个实验台采用的是液压加载,有助于加载载荷大小的控制，主轴和电动机通过带传动，可以实现过载保护，主轴和被测轴承之间用锥形构造连接，一边实现轴承的快换。图1-滚动轴承实验台、驱动电机2、同步带3、主轴4、支撑轴承的安装位5、支撑轴承6、支撑轴承的安装位7、螺栓8、轴套9、温度传感器1、加速度传感器11、被测轴承座1、被测轴承13、锥型套14、轴承端盖15、固定框架6、液压缸1、上输油管8、下输油管19、二通阀、压力表1、液压泵2、支撑轴承图-2实验台布局图图 1- 实验台受力图如上图在实验的过
7、程中，由于受力不平衡导致了一种弯矩使支撑轴承浮现偏移，支撑轴承的外圈浮现过度磨损。这也许是由于布局的不规范和设计的不合理导致实验台的寿命过短,没有起到很大的实际作用，并且又要长时间的不间断工作，导致液压加载系统漏油,不能施加稳定的载荷，是实验的成果得不到较好的保证。1 本文研究的内容本文重要研究内容如下：（1)研究并拟定轴承实验台的总体设计思路。（2）实验台构造设计:涉及支撑轴承的选用，主轴设计、传动轴设计、带及带轮的设计并完毕实验台的O三维造型。(3)加载方式设计：拟定施加载荷的形式、设计施加载荷方案、绘制原理图。()建立主轴的力学模型，来校验实验台的设计是不是合理,满足设计的规定。第章 实
8、验台总体方案设计滚动轴承实验台应当涉及机械系统、传动系统、加载系统及辅助设备。机械系统由实验部分、支撑部分及传动部分构成。2.1 轴承概况滚动轴承一般涉及外圈、内圈、滚动体及保持架。在特殊状况时，可以没有外圈和内圈,由其她相应的零部件替代。为了需要，有的轴承装有防尘套、安设调节用的紧定套和密封圈。2.1 套圈 轴承的内圈一般装配在轴上，和轴一起转动。轴承外圈一般装在机壳或轴承座内起支撑作用,有些轴承是内圈固定起支撑作用，外圈转动。例如汽车轮毂轴承。如图21所示。 a)深沟球轴承内圈 b)深沟球轴承外圈 图21轴承内外圈2.12 滚动体滚动轴承中滚动体是绝对少不了的零件，只有通过滚动体才干形成滚
9、动摩擦。滚动体的类型有圆柱滚子、钢球、圆锥滚子、滚针和球面滚子。圆柱滚子可以分为空心圆柱滚子、长圆柱滚子和端圆柱滚子;球面滚子可以分为非球面滚子和球面滚子。滚顶体是数量及体积可以影响到轴承的承载能力。图2-2是滚动轴承的滚动体。 a)钢球 b)圆柱滚子和滚针 c)球面滚子 )圆锥滚子图- 滚动体2.13保持架保持架的功用是将轴承里面的滚动体依次按比例的分离,使滚动体与内圈或外圈独立构成组合件，使滚动体在轨道上的运动时是对的的，可以提高轴承里面的润滑和载荷分派能力。附带保持架的轴承摩擦小，更多用于高速旋转的状况下。保持架有两种,一种是实体保持架，另一种是冲压保持架。实体保持架一般用压铸、车制、注
10、塑等措施制成。冲压保持架通过金属板材的冲压形成,构造有冠形、浪形、和窗形。保持架的原料一般有铜铝合金、铸铁、钢和工程塑料等。图2-3为一般滚动体保持架。 图2-3 保持架2.4密封圈和防尘盖 密封圈的作用是将轴承内部和外界隔离开来,对滚动体、滚道和保持架形成封闭的环形罩。一部分可以装配在轴承的支撑部位上，另一部分固定在垫圈或套圈上,也可以直接装配在轴承上。构造有两类，一类是接触式，另一类是非接触式密封。接触式密封的轴承和密封圈接触,封闭效果良好,但是摩擦力矩比较大，温度升高较快;非接触式密封采用的是小缝隙的封闭方式，摩擦小，因此温度升高较慢并且没有磨损,比较适合于高速转动。密封圈的取材一般为橡
11、胶。.2被测轴承的参数被测轴承参数表如下表21所示。被测轴承模型如图。表2-1 6205滚动轴承参数表内径外径宽度基本额定动载荷基本额定静载荷最大工作转速5521514.0781图2-4 6205滚动轴承2.3实验室电机参数实验室电机数据表如下表22所示。电机模型如图2-。表 2-2 Y系列电动机技术数据（)堵转转矩质量额定转矩额定转矩同步转速00r/n，2极801-20.7528252.2.16图 2-5 Y8M1-2电机2. 实验台方案设计及选用轴承实验台的机械部分重要构成构造涉及：实验台支架、加载构造、传动体系、实验主轴等其她辅助设备等。轴承实验台方案一如下图2-6所示：1、 实验轴承
12、、实验轴 2、支撑轴承4、支撑轴承 5、联轴器 6、电机图2-6实验台方案一由图-6所示，实验台选用了卧式的布局,主轴由两个滚动轴承支撑,左端装上被测的实验轴承,右端与联轴器连接,联轴器和电机连接。主轴只做旋转运动,不直接加载任何压力，载荷加载在实验轴承的外圈上,实验轴承可以更换。动力由电机通过联轴器传递给主轴。加载方式通过杠杆施加径向载荷。受力分析如下图2-所示:实验主轴左端受向下的径向力，由两个支撑轴承提供两个相反的支反力。由于电机转动,实验主轴同步也受到由联轴器传过来的扭矩。通过度析可知，实验主轴受到的弯矩不平衡,实验主轴有向左下方倾斜的趋势，这不利于实验正常的运营，会缩短实验台的寿命,
13、使实验成果得不到较好的保证,因此此方案但是合理。图2- 实验主轴受力分析图轴承实验台方案二如下图2-所示：图2-8 实验台方案二如上图所示，实验台采用的也是卧式构造，重要由实验部分和传动部分构成。实验主轴被两个滚动轴承支撑，左右两端各装配了一种实验轴承。实验主轴和传动轴通过联轴器连接来传递运动,传动轴也由一对滚动轴承支撑着，中间通过键槽装配一种带轮,带轮经由皮带与电动机上的带轮相连,从而传递运动。实验主轴和传动轴没有直接施加任何压力，压力通过杠杆加载在实验轴承的外圈上，载荷为径向载荷,实验轴承可以替代。实验主轴受力如下图2-9所示：图 9 实验主轴受力图由上实验主轴受力图可知,实验主轴两端受到相似的向下的压力，中间由一对滚动轴承提供了两个支反力。实验主轴由于通过传动轴来获得动力,因此所受扭矩重要由传动轴来承受,实验主轴几乎不受任何扭矩影响。因此方案二的有点在于：实验主轴受力分布较合理，没有向任何方向倾斜的趋势，带轮传动可以起到良好的过载保护。通过反复研究和讨论,选用第二类方案。PR/E三维造型如下图2-10所示。图 2-10 实验台传动构造模型25实验台的测试系统实验台的测试构造由数据收集部分和数据分析部分构成。数据收集部分由加速传感器和温度传感器两部分构成;加速度传感器和温度
