PAGE48-目錄摘要： -1-Abstract: -2-1緒論 -3-1.1選題的背景和意義 -3-1.2滑動軸承試驗臺的研究現(xiàn)狀 -4-1.3設(shè)計的主要內(nèi)容及要求 -6-1.3.1被測軸承的尺寸 -6-1.3.2測試條件 -6-1.3.3測試對象 -6-2滑動軸承的作用機理及相關(guān)參數(shù)估算 -7-2.1滑動軸承動壓形成的基本原理 -7-2.2滑動軸承試驗臺相關(guān)參數(shù)的估算 -8-2.2.1燃油泵滑動軸承的相關(guān)參數(shù)估算 -8-2.2.2試驗臺摩擦轉(zhuǎn)矩的估算 -9-3滑動軸承試驗臺的設(shè)計 -10-3.1試驗臺總體布局及設(shè)計 -10-3.1.1驅(qū)動系統(tǒng) -11-3.1.2潤滑系統(tǒng) -11-3.1.3加載系統(tǒng) -12-3.1.4測量系統(tǒng) -12-3.2試驗臺主體臺架及相關(guān)零件的設(shè)計 -12-3.2.1支撐軸承座的設(shè)計 -13-3.2.2主軸的設(shè)計 -14-3.2.3聯(lián)軸器的設(shè)計 -17-3.2.4油封設(shè)計： -17-3.3驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 -18-3.3.1變頻電機的選擇 -18-3.3.2變頻器的選擇 -20-3.3.3增速齒輪箱的設(shè)計 -20-3.3.4聯(lián)軸器的選擇 -22-3.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計 -23-3.3.1燃油泵中滑動軸承的潤滑機理 -23-3.3.2潤滑系統(tǒng)原理 -24-3.3.3潤滑系統(tǒng)液壓泵的設(shè)計和選型 -26-3.3.4液壓泵驅(qū)動電機的選擇 -27-3.3.5比例溢流閥的選擇 -27-3.3.6比例流量閥的選擇 -28-3.4加載系統(tǒng)設(shè)計 -29-3.4.1加載方案的選擇 -29-3.4.2液壓加載系統(tǒng)的原理 -30-3.4.3液壓系統(tǒng)主要元件的設(shè)計 -32-3.4.4加載系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計 -36-3.5測量系統(tǒng)設(shè)計 -37-3.5.1油膜壓力分布的測量 -37-3.5.2油膜溫度分布的測量 -40-3.5.3軸心軌跡測量 -41-3.5.4摩擦力矩測量 -42-3.5.5集流器的設(shè)計 -42-總結(jié) -44-致謝 -45-[參考文獻(xiàn)] -46-燃油泵滑動軸承試驗臺設(shè)計摘要：滑動軸承試驗臺通過模擬滑動軸承的工作情況，測試滑動軸承的各項性能參數(shù)，為分析影響滑動軸承潤滑性能的因素，改善滑動軸承的潤滑條件，優(yōu)化軸承設(shè)計和延長軸承壽命等有重要作用?；瑒虞S承試驗臺大體上可分為機械部分、控制部分和信號采集及處理部分。其中控制部分和信號采集及處理部分在很多情況下是可以通用的，機械部分由于被測軸承的外形、功能和工作環(huán)境不同，往往對滑動軸承試驗臺的要求也不一樣，因此很多滑動軸承的測試，需要設(shè)計專門的軸承試驗臺。本文以燃油泵中的滑動軸承為測試對象，通過對滑動軸承潤滑機理的認(rèn)識，根據(jù)對被測軸承工作環(huán)境的分析和相關(guān)參數(shù)的計算，對滑動軸承試驗臺的機械系統(tǒng)進(jìn)行較為完整的設(shè)計?；瑒虞S承的機械系統(tǒng)包括試驗臺主體臺架、驅(qū)動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，本文將以先總體后部分的結(jié)構(gòu)，對滑動軸承試驗臺的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹。根據(jù)設(shè)計的一般過程，本文先對滑動軸承的潤滑機理做一般性的介紹，并根據(jù)燃油泵的基本工作原理、工作環(huán)境和被測軸承的尺寸，對滑動軸承的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估算，然后再根據(jù)算得的參數(shù)進(jìn)行滑動軸承試驗臺設(shè)計。在設(shè)計時，先對試驗臺進(jìn)行總體設(shè)計和布局，再分成各個獨立的系統(tǒng)分別設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括提出設(shè)計方案、闡釋功能實現(xiàn)的原理、進(jìn)行設(shè)計計算、對重要零部件選型、查閱各零部件的尺寸和安裝形式，并對關(guān)鍵零部件進(jìn)行疲勞強度校核，最后根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和查閱的各零部件的尺寸及安裝形式，畫出設(shè)計圖。完成設(shè)計工作后，對本設(shè)計進(jìn)行分析和評估，并作設(shè)計總結(jié)。關(guān)鍵詞：設(shè)計、滑動軸承試驗臺、燃油泵。Abstract:Tosimulatetheworkingconditionsofslidingbearingsinthetestingbeds,parameterscanbetestedwhichareimportanttoanalyzethefactorsthatinfluencetheslidingproperties,improvetheslidingconditions,optimizingthedesignofbearingsandextendthedurations.Thetestingbedsincludethreepartsingeneral:mechanics,controlling&signalreceivingandprocessingparts.Thebedsforcontrollingandsignalreceiving&processingpartsareinterchangeableinmanycases.Butformechanicsparts,theyareusuallyuniqueduetodivergentshapes,functionsandworkingenvironments.Astheconsequence,forsomeslidingbearings,exclusivetestingbedsarerequiredtobedesigned.Thisprojectaimstotestslidingbearingsinfuelpumps,tocompletethedesignofmechanicspartsinslidingbearingtestingbedsthroughtheknow-howandanalyzingorcomputingtherelevantparameters.Themechanicspartsincludingthemainbodies,drivingsystems,loadingsystems,lubricatingsystemsandmeasuringsystems.Thedesignofthemwillbeintroducedexplicitlybyorder.Thispaperwillexplainthegeneraltheoryoflubricatingupongeneraldesignprogress,thentoestimatetheparametersinbearingbyworkingprinciples,workingenvironmentsandsizes,finallytodesignwiththefactorsmentionedabove.Duringthestageofdesigning,firstly,todesignthewholepartsingeneral.Thentotheseparateproportionsrespectivelywhichincludesproposalofdesign,explanationofprinciples,procedureofdesign,choosingkeycomponents,checkingparametersofcomponents,installationandintensityexamination.Atlast,finishthedrawinguponcheckingsizesandinstallingmethods.Afterfinishingthewholedesign,appriseofthisworkwillbefollowed.Keywords:design;test-bed;hydrodynamicbearing;fuelpump.1緒論1.1選題的背景和意義自從人類進(jìn)入到工業(yè)社會以后，軸承就一直受到專家和學(xué)者們得高度重視。現(xiàn)在，軸承已廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中。伴隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，軸承的形式和種類越來越多，性能也越來越好，但是現(xiàn)在工業(yè)對軸承的要求也越來越高。滑動軸承作為軸承中重要的一種，由于其本身具有一些獨特的優(yōu)點，使它在工作轉(zhuǎn)速特高、特大沖擊與振動、徑向空間尺寸受到限制等場合占有十分重要的地位。由于滑動軸承往往是在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的工況下運轉(zhuǎn)的，其性能和工作可靠性將直接影響到機械設(shè)備的性能和可靠性。因而，如何提高滑動軸承的性能和使用壽命一直是人們所關(guān)注的問題，國內(nèi)外的軸承企業(yè)和學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究。為了對滑動軸承進(jìn)行系統(tǒng)的理論與實驗研究，對滑動軸承進(jìn)行試驗并測量軸承運行時的參數(shù)是必不可少的。通過滑動軸承試驗，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，可為滑動軸承的優(yōu)化設(shè)計提供重要的理論依據(jù)。建國以來，經(jīng)過一代人的艱苦奮斗，我國的航空工業(yè)飛速發(fā)展，尤其是近十年來的發(fā)展尤為矚目。但在取得成績的同時，更要看到差距，我國的工業(yè)基礎(chǔ)仍然十分薄弱，絕大部分技術(shù)與國外有較大差距，很多關(guān)鍵技術(shù)還沒有實現(xiàn)零的突破。航空發(fā)動機技術(shù)被稱為工業(yè)上的明珠，代表著一個國家工業(yè)水平的最高標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動機上的每一個零件不僅關(guān)系到整個飛機的性能，還影響著飛機的安全性，因此每個零件都必須要求有很高的可靠性。航空發(fā)動機燃油泵上的滑動軸承支撐著一對泵油齒輪，齒輪轉(zhuǎn)速非常快，受到的載荷非常大，潤滑條件比較惡劣，如果一旦在工作過程中滑動軸承發(fā)生嚴(yán)重磨損甚至是由于潤滑不足而導(dǎo)致軸承卡死，將會造成發(fā)動機供油不足甚至是停止供油，進(jìn)而導(dǎo)致飛機動力不足，嚴(yán)重時可能會發(fā)生安全事故。因此必須對燃油泵滑動軸承進(jìn)行反復(fù)試驗，分析其性能和工作可靠性，為滑動軸承的優(yōu)化設(shè)計和提高工作可靠性提供理論依據(jù)。本課題以航空發(fā)動機燃油泵上的滑動軸承為測試對象，設(shè)計一臺可測試油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦轉(zhuǎn)矩的滑動軸承試驗臺。隨著航空工業(yè)大發(fā)展，對航空發(fā)動機燃油泵滑動軸承性能的研究受到廣大專家和學(xué)者的重視，但是由于工作環(huán)境比較特殊，一般的滑動軸承試驗臺無法滿足其測試要求。在此背景下，本文將根據(jù)航空發(fā)動機燃油泵工作的實際情況，設(shè)計出能滿足其測試要求的滑動軸承試驗臺的機械部分。該滑動軸承試驗臺最大轉(zhuǎn)速為，最大載荷,能在不同的潤滑條件下測量出滑動軸承的油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡等參數(shù)，為航空發(fā)動機燃油泵滑動軸承性能的研究和改進(jìn)提供依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實意義。1.2滑動軸承試驗臺的研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)、控制技術(shù)、測量技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種試驗系統(tǒng)也向著智能化、高精度方向發(fā)展。傳統(tǒng)的滑動軸承試驗系統(tǒng)中普遍采用機械加載，儀表測量，需要人工讀取數(shù)據(jù)，具有人為誤差大，數(shù)據(jù)處理工作量大的缺點。現(xiàn)在的新型滑動軸承試驗臺一般用液壓加載，集成控制系統(tǒng)，采用計算機輔助試驗(CAT)技術(shù)，具有友好的人機界面，能從試驗中直接提取信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的。它不僅能完成試驗數(shù)據(jù)的采集工作，還能進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的分析處理并在PC機上實時顯示摩擦系數(shù)與滑動軸承特性系數(shù)曲線、油膜壓力分布曲線、油膜承載能力曲線。此類滑動軸承試驗臺種類很多，功能也有所不同，如圖1.1所示的為湖南嘉銳科教儀有限公司生成的滑動軸承試驗臺。。圖1.1新型滑動軸承試驗臺滑動軸承試驗臺用于機械計課程中的液體動壓軸承實驗時，主要利用它來觀察滑動軸承的結(jié)構(gòu)，測量其徑向和軸向油膜壓力分布和摩擦特性曲線。哈爾濱第七O三研究所的胡朝陽、常山設(shè)計了一臺大型滑動軸承試驗臺，其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。試驗臺采用了徑向試驗軸承和推力試驗軸承組合形式，為臥式結(jié)構(gòu)。在試驗時只需更換試驗組件和試驗的主軸，就可以進(jìn)行不同項目的試驗。即當(dāng)試驗推力軸承時，使用推力試驗軸承組件與帶推力盤的試驗主軸；當(dāng)試驗徑向軸承時，改用徑向試驗軸承組件和徑向試驗主軸。兩種試驗共用一個驅(qū)動電機、增速齒輪箱、聯(lián)軸器和潤滑供油系統(tǒng)。試驗臺主要由本體部分、液壓傳動與供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測與處理系統(tǒng)、電力拖動與電氣控制系統(tǒng)等4部分組成。圖1.2大型滑動軸承試驗臺有關(guān)圓錐滑動軸承的研究，傳統(tǒng)的分析設(shè)計中往往采用一些近似算法，對錐角較小的圓錐軸承近似為具有平均直徑的圓柱軸承，對錐角較大的軸承按近似的推力軸承來對待。而對其動特性的試驗，目前均采用二維數(shù)學(xué)模型，由于其油膜是典型的三維油膜，因此應(yīng)用二維型顯然是有誤差的。劉建中，岑少起，張少林等人從三維方法入手，對圓錐軸承動特性、試驗原理進(jìn)行研究。試驗臺如圖1.3所示。圖1.3三維滑動軸承試驗臺1.3設(shè)計的主要內(nèi)容及要求本設(shè)計要求設(shè)計一臺滑動軸承試驗臺，并使之可對航空燃油泵滑動軸承在不同的轉(zhuǎn)速和潤滑條件下的油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦力矩進(jìn)行測試。1.3.1被測軸承的尺寸軸承內(nèi)徑、軸承外徑、軸承寬度；1.3.2測試條件最大載荷、最大轉(zhuǎn)速；1.3.3測試對象（1）油膜壓力分布；（2）溫度分布；（3）軸心軌跡；（4）摩擦力矩。

2滑動軸承的作用機理及相關(guān)參數(shù)估算2.1滑動軸承動壓形成的基本原理關(guān)于動壓潤滑的油楔效應(yīng)首先由托爾發(fā)現(xiàn)的，這種現(xiàn)象是研究動壓滑動軸承的關(guān)鍵。英國的物理學(xué)家雷諾對托爾所揭示的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在滑動軸承中由于軸徑的轉(zhuǎn)動在油膜中產(chǎn)生了剪應(yīng)力，它把潤滑油帶入軸頸和軸承之間的收斂間隙，從而產(chǎn)生了油膜壓力，并導(dǎo)出了油膜壓力分布的微分方程，奠定了流體動壓潤滑理論的原始基礎(chǔ)。動壓形成的基本原理如圖2.1所示：軸和軸承兩固體表面具有楔形間隙，間隙中充滿粘性潤滑液體，此粘性液體能吸附于兩固體表面，兩固體表面的相運動帶動潤滑液體由間隙大端向間隙小端運動。如果潤滑膜中沒有壓力，則無論在間隙大端1和間隙小端2處，流體的速度沿膜厚的分布都將成為虛線所示的三角分布，于是單位時間內(nèi)流體經(jīng)過截面1(設(shè)固體垂直圖面的寬度為1)，流入截面1、2之間所包圍的質(zhì)量為，由該空間經(jīng)截面2流出的質(zhì)量為。此時顯然流出量大于流入量，因此截面1、2之間所包含的空間內(nèi)必然有高于入口和出口處的壓力產(chǎn)生，從而使流經(jīng)截面1的速度小于內(nèi)凹曲線，流經(jīng)截面2的速度分布增大為外凸的曲線，達(dá)到流量平衡，這就是動壓形成的原理。圖2.1動壓形成原理2.2滑動軸承試驗臺相關(guān)參數(shù)的估算2.2.1燃油泵滑動軸承的相關(guān)參數(shù)估算為了使設(shè)計的試驗臺能夠滿足被測試的滑動軸承的工況要求，更加真實的接近被測滑動軸承的實際工作環(huán)境，需要根據(jù)經(jīng)驗公式和已知條件估算出滑動軸承的基本參數(shù)。已知條件：最大工作載荷,最大轉(zhuǎn)速，滑動軸承內(nèi)徑，滑動軸承寬度。（1）寬徑比：（2）軸頸的圓周速度：（3）軸承的最大工作壓力：（4）查得航空煤油℃時：動力粘度,密度（5）計算相對間隙:（6）計算直徑間隙：（7）計算承載量系數(shù)；（8）軸承偏心率（9）計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)：（10）潤滑油流量系數(shù) （11）計算潤滑油溫升：查得航空煤油℃時：密度，比熱假設(shè)軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)則有：℃（12）計算潤滑油入口溫度：℃2.2.2試驗臺摩擦轉(zhuǎn)矩的估算在設(shè)計滑動軸承試驗臺時的驅(qū)動系統(tǒng)時，所選則的電機必須滿足能夠拖動試驗臺進(jìn)行試驗，且具有良好的功能性和經(jīng)濟性。因此必須考慮試驗臺的摩擦阻力，對試驗臺相關(guān)部位的摩擦力矩按摩擦力最大的情況進(jìn)行估算。已知條件：①滑動軸承：摩擦系數(shù)，載荷,軸頸直徑。②滾動軸承：摩擦系數(shù)，載荷,軸頸直徑。（1）滑動軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算：摩擦力摩擦轉(zhuǎn)矩（2）滾動軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算：摩擦力摩擦轉(zhuǎn)矩（3）試驗臺主題的總摩擦力矩為：

3滑動軸承試驗臺的設(shè)計滑動軸承試驗臺是一個比較復(fù)雜的機械裝置，對于不同的試驗條件和試驗要求，試驗臺也有所不同。但是一般情況下滑動軸承試驗臺分為試驗臺主體、驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和信號處理與分析系統(tǒng)。本設(shè)計要求根據(jù)已知條件和設(shè)計要求對試驗臺的驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使之能夠完成規(guī)定的測試工作，并且各部分之間要相互匹配、相互協(xié)調(diào)，成為一個完整的機器裝置。為使設(shè)計更加簡單，先對試驗臺進(jìn)行總體布局設(shè)計，然后分別對各個系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，最后再整體協(xié)調(diào)和完善。3.1試驗臺總體布局及設(shè)計試驗臺的總體設(shè)計應(yīng)根據(jù)被測滑動軸承的基本尺寸、基本功能需求、需要測量的參數(shù)以及試驗臺本身各部分的結(jié)構(gòu)和功能等因素，合理設(shè)計和布局滑動軸承試驗臺，并使各個部分相互配合、相互協(xié)調(diào)。為了更加接近燃油泵上滑動軸承在受載時的真實情況，本試驗臺采用與燃油泵滑動軸承相似的布置形式，即一對滑動軸承對稱布置，作為整個試驗臺轉(zhuǎn)動部分的支撐。驅(qū)動系統(tǒng)通過聯(lián)軸器與試驗主軸連接，帶動主軸高速旋轉(zhuǎn)。加載機構(gòu)通過裝在主軸上的滾動軸承對轉(zhuǎn)動主軸施加載荷，再通過主軸將載荷傳遞到作為支撐軸承的滑動軸承上去。在作為支撐的一對滑動軸承中，選取一個作為被測試驗對象，加裝相關(guān)傳感器，對其油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦力矩進(jìn)行測量。為便于傳感器的安裝和布置，選擇右邊的滑動軸承作為試驗軸承。試驗臺的潤滑系統(tǒng)單獨進(jìn)行設(shè)計，滑動軸承的潤滑系統(tǒng)的進(jìn)油壓力、進(jìn)油溫度和進(jìn)油流量必須可調(diào)，作為加載機構(gòu)一部分的滾動軸承也應(yīng)采取合理的潤滑方式?；瑒虞S承的總體設(shè)計布局如圖3.1所示，其中的零件名稱見表1-1。圖3.1滑動軸承試驗臺總體布局表3-1滑動軸承試驗臺零件名稱1變頻電機2聯(lián)軸器3增速齒輪箱4聯(lián)軸器5應(yīng)變片6滑動軸承座（支撐軸承）7滾動軸承座8滑動軸承座（測試軸承）9位移傳感器支座10集流器11底座12驅(qū)動系統(tǒng)支座13液體密封端蓋14試驗臺主體15液壓缸16集流器支座3.1.1驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是試驗臺的動力部分，既要為試驗臺提供動力，也要根據(jù)需要改變輸出轉(zhuǎn)速。本課題要求轉(zhuǎn)速較高，能夠無級變速，且動力輸出穩(wěn)定，因此本設(shè)計采用變頻電機1提供動力，通過變頻器調(diào)節(jié)可實現(xiàn)無級變速，然后通過增速齒輪箱3增速后傳遞給試驗臺主體。3.1.2潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)主要為試驗臺上的軸承提供潤滑。試驗臺上有一對滑動軸承和一個滾動軸承需要潤滑。滾動軸承可采用脂潤滑形式潤滑，滑動軸承既是試驗臺主軸的支撐軸承，也是被測試的對象，因此潤滑系統(tǒng)既要為其提供潤滑，也要能根據(jù)要求改變潤滑條件。本設(shè)計采用稀油壓力連續(xù)潤滑，用液壓泵將潤滑油泵出，電磁比例溢流閥和比例流量閥控制油壓和流量，用水冷卻器和加熱器控制油溫。潤滑系統(tǒng)通過管道與滑動軸承座6、8的潤滑油孔連接，為軸承提供一定壓力、流量和溫度的潤滑油。試驗臺主體為箱體結(jié)構(gòu)，底部的排油孔與回油過濾器連接，潤滑過的潤滑油經(jīng)回油過濾器過濾后重新送回到油箱里。3.1.3加載系統(tǒng)采用液壓加載，液壓系統(tǒng)由液壓缸、液壓泵和控制閥組成。在控制閥的控制下，液壓泵將一定壓力的高壓油輸入到液壓缸15中，推動活塞上下運動?；钊艿降囊簤毫?jīng)過加載力傳遞裝置，傳遞給滾動軸承座7內(nèi)的滾動軸承，在經(jīng)過滾動軸承傳遞給主軸，再通過主軸傳遞給滑動軸承。根據(jù)液壓缸內(nèi)的油壓和活塞的面積，可算出加載力的大小。這樣設(shè)計的加載系統(tǒng)可實現(xiàn)較大的加載力，且在規(guī)定范圍內(nèi)載荷大小可無級變化，滑動軸承受載方式與實際工作時比較接近。3.1.4測量系統(tǒng)本試驗臺要求測試滑動軸承的油膜壓力、油膜溫度、軸心軌跡和摩擦轉(zhuǎn)矩。通過安裝在主軸上的應(yīng)變片5將測得的信號通過集流器10傳遞給儀器，可測出主軸受到的扭矩，從而推算出軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩。壓力傳感器安裝在主軸上，主軸為空心軸，壓力傳感器安裝在與滑動軸承相接處的主軸上，壓力探頭與潤滑油膜接觸，傳感器的信號線通過主軸的中心孔與集流器10上的接線盤相連，在經(jīng)過集流器上的滑環(huán)和電刷，將信號傳遞給信號分析儀器。集流器10自帶測速機構(gòu)，可測量主軸的轉(zhuǎn)速。油膜溫度由安裝在滑動軸承座上的一組溫度傳感器測量，軸心軌跡由一組安裝在位移傳感器支座9上的位移傳感器進(jìn)行測量。3.2試驗臺主體臺架及相關(guān)零件的設(shè)計本試驗臺主體部分主要包括主體臺架、支撐軸承座和主軸三個部分。臺架為箱體結(jié)構(gòu)，主要起支撐試驗臺各部分和對各零部件定位的作用，同時也可將潤滑過的潤滑油收集起來重新送回油箱中。因為試驗臺右邊的滑動軸承既是支撐軸承又是試驗軸承，因此滑動軸承座必須保證一定的性能。主軸是試驗臺功能的執(zhí)行部分之一，既要高速旋轉(zhuǎn)，又要傳遞加載系統(tǒng)施加的載荷。聯(lián)軸器連接驅(qū)動系統(tǒng)增速齒輪箱和主軸。試驗臺主體部分的結(jié)構(gòu)如圖3.2，其中的相關(guān)零件如表3-2所示。圖3.2試驗臺主體結(jié)構(gòu)圖表3-2試驗臺主體零件表1主軸2液體密封端蓋3試驗臺主體蓋4滑動軸承座（支撐軸承）5滾動軸承座6進(jìn)油管孔7滑動軸承座（測試軸承）8位移傳感器支座9位移傳感器10傳感器接線孔11液體密封端蓋12加載力傳遞裝置13液壓缸14試驗臺主體臺架15排油孔16底座3.2.1支撐軸承座的設(shè)計根據(jù)被測滑動軸承的形式和相關(guān)尺寸，同時考慮到方便測試傳感器的安裝，選擇整體式滑動軸承座。軸承座上有潤滑油孔，在軸套上開有油孔，并在軸套內(nèi)表面開有油槽潤滑油可通過油孔和油槽對滑動軸承進(jìn)行潤滑。設(shè)計的滑動軸承座外形及安裝形式如圖3.3所示，軸承座尺寸如表3-3所示。圖3.3滑動軸承座外形及安裝形式表3-3滑動軸承座尺寸dDRBbLL1Hhh1d1d2C324132423615411474372018.5M1023.2.2主軸的設(shè)計為了更加方便的布置測量元件，將主軸設(shè)計成空心軸。軸是本試驗臺一個非常重要的零件，不僅要高速旋轉(zhuǎn)，還要承受較大載荷，所以在對軸的尺寸設(shè)計完了之后，還要對軸進(jìn)行校核。3.2.2.1根據(jù)各零部件的安裝形式和尺寸，對軸的外形設(shè)計如圖3.4所示：圖3.4主軸的外形及尺寸3.2.2.2對軸的疲勞強度進(jìn)行校核：本設(shè)計采用專用軟件機械設(shè)計手冊軟件版本軸進(jìn)行校核，其結(jié)果圖3.5所示。圖3.5軸的校核結(jié)果3.2.3聯(lián)軸器的設(shè)計增速齒輪箱與主軸采用聯(lián)軸器連接。根據(jù)設(shè)計需要，選擇套筒剛性聯(lián)軸器可滿足設(shè)計要求。其結(jié)構(gòu)形式如圖3.6，相關(guān)尺寸如表3-3所示。圖3.6剛性套筒聯(lián)軸器表3-4剛性套筒聯(lián)軸器相關(guān)尺寸軸直徑d(H7)許用轉(zhuǎn)矩(N·m)D0LｌC緊定螺釘平鍵281704580201.03.2.4油封設(shè)計：為了防止?jié)櫥蛷妮S孔泄露，實驗臺主體上必須設(shè)置油封。本設(shè)計采用徑向迷宮液體密封，即可滿足設(shè)計要求。油封的結(jié)構(gòu)如圖3.7，尺寸如3-5所示。圖3.7徑向迷宮密封表3-5徑向迷宮密封尺寸軸頸d(mm)環(huán)形密封槽迷宮密封槽Rtd1aminnef128/301.54.5d+1nt+R30.213.3驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計本試驗臺要求最大轉(zhuǎn)速為，且轉(zhuǎn)速能在范圍內(nèi)變動。本設(shè)計經(jīng)過對各種驅(qū)動方案的比較，最終采取變頻調(diào)速法，用變頻器、變頻電機、增速齒輪箱來實現(xiàn)軸承試驗臺的驅(qū)動。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比的關(guān)系，其中為轉(zhuǎn)速、為頻率、為電機磁極對數(shù)、為電機轉(zhuǎn)差率。通過改變電源頻率來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速法結(jié)構(gòu)簡單，輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能實現(xiàn)無級變速，具有較好的調(diào)速性能，是現(xiàn)代交流調(diào)速法中一種具有重要意義的調(diào)速方法。3.3.1變頻電機的選擇滑動軸承試驗臺主題的摩擦轉(zhuǎn)矩估計為，考慮增速齒輪箱的增速比和摩擦損失，現(xiàn)預(yù)選取額定轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)矩為的ABB變頻電機。3.3.1.1ABB變頻電機的技術(shù)性能：﹡工作方式：S1；﹡電壓：三相380伏（50赫茲）﹡變頻調(diào)速范圍：5-100赫茲無級調(diào)速；﹡50赫茲以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50赫茲以上為恒功率調(diào)速；﹡能通過變頻裝置的電壓提升，保證電機在5赫茲時輸出額定轉(zhuǎn)矩而不使電機因發(fā)熱而燒毀；﹡低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩平滑，無爬行現(xiàn)象；﹡電機能承受額定轉(zhuǎn)矩的160%過載，歷時1分鐘；﹡裝有傳動比可變的齒輪傳動電機（摩擦輪）；﹡絕緣等級：F級；﹡防護等級：電機IP55、軸流風(fēng)機IP55；﹡電機冷卻方式：IC416。3.3.1.2所選ABB變頻電機的參數(shù)如表3-6所示：表3-6ABB變頻電機參數(shù)型號QABP標(biāo)稱功率KW額定電流A額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速r/min最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量重量kg5.511.217.529202.80.01241643.3.1.3所選電機的外形及安裝形式如圖3.8，相關(guān)尺寸如表3-7所示。圖3.8ABB變頻電機表3-7ABB電機尺寸型號級數(shù)AAAABACBBBCEHAHDKLLD132S221655270265140205898018335125301693.3.1.4驗證所選電機是否可行：所選電機的變頻范圍為，根據(jù)公式可知，電源每變化，相應(yīng)變化轉(zhuǎn)速，最小轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)速。因為電機在為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即電機轉(zhuǎn)速在以下時，轉(zhuǎn)矩為，電機在內(nèi)為恒功率調(diào)速，已知電機的額定功率為，根據(jù)公式計算得，電機在達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩。若設(shè)計變速齒輪箱的增速比為，則電機的轉(zhuǎn)矩至少應(yīng)大于。綜上所述，所選電機的最小轉(zhuǎn)速為，最大轉(zhuǎn)速為，最小轉(zhuǎn)矩為。當(dāng)設(shè)計增速齒輪箱的增速比為時，驅(qū)動系統(tǒng)輸出的最小轉(zhuǎn)速為，最大轉(zhuǎn)速為，最小轉(zhuǎn)矩為，所設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無級變速，滿足試驗臺的設(shè)計要求。3.3.2變頻器的選擇所選變頻器為上海愛建生產(chǎn)的MF9，其最小的調(diào)頻單位為，驅(qū)動系統(tǒng)的最小變速單位為。3.3.3增速齒輪箱的設(shè)計因為本滑動軸試驗臺要求輸出的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定，齒輪箱工作可靠，因此采用設(shè)計軟件機械設(shè)計手冊新編軟件版對齒輪進(jìn)行設(shè)計和校核。設(shè)計的齒輪采用閉式漸開線圓柱齒輪，現(xiàn)摘要設(shè)計報告的設(shè)計參數(shù)、布置形式、材料及熱處理和齒輪基本參數(shù)如下：（1）設(shè)計參數(shù)傳遞功率P=5.50(kW)傳遞轉(zhuǎn)矩T=8.99(N·m)齒輪1轉(zhuǎn)速n1=5840(r/min)齒輪2轉(zhuǎn)速n2=17200(r/min)傳動比i=0.34原動機載荷特性SF=輕微振動工作機載荷特性WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命H=10000(小時)（2）布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式ConS=閉式齒輪1布置形式ConS1=對稱布置齒輪2布置形式ConS2=對稱布置（3）材料及熱處理齒面嚙合類型GFace=硬齒面熱處理質(zhì)量級別Q=ML齒輪1材料及熱處理Met1=45<表面淬火>齒輪1硬度取值范圍HBSP1=45～50齒輪1硬度HBS1=48齒輪1材料類別MetN1=0齒輪1極限應(yīng)力類別MetType1=11齒輪2材料及熱處理Met2=45<表面淬火>齒輪2硬度取值范圍HBSP2=45～50齒輪2硬度HBS2=48齒輪2材料類別MetN2=0齒輪2極限應(yīng)力類別MetType2=11（4）齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù))Mn=3(mm)端面模數(shù)Mt=3.00000(mm)螺旋角β=0.000000(度)基圓柱螺旋角βb=0.0000000(度)齒輪1齒數(shù)Z1=60齒輪1變位系數(shù)X1=0.00齒輪1齒寬B1=25.00(mm)齒輪1齒寬系數(shù)Φd1=0.139齒輪2齒數(shù)Z2=20齒輪2變位系數(shù)X2=0.00齒輪2齒寬B2=20.00(mm)齒輪2齒寬系數(shù)Φd2=0.333總變位系數(shù)Xsum=0.000標(biāo)準(zhǔn)中心距A0=120.00000(mm)實際中心距A=120.00000(mm)中心距變動系數(shù)yt=0.00000齒高變動系數(shù)△yt=0.00000齒數(shù)比U=0.33333端面重合度εα=1.67078縱向重合度εβ=0.00000總重合度ε=1.67078齒輪1分度圓直徑d1=180.00000(mm)齒輪1齒頂圓直徑da1=186.00000(mm)齒輪1齒根圓直徑df1=172.50000(mm)齒輪1基圓直徑db1=169.14467(mm)齒輪1齒頂高h(yuǎn)a1=3.00000(mm)齒輪1齒根高h(yuǎn)f1=3.75000(mm)齒輪1全齒高h(yuǎn)1=6.75000(mm)齒輪1齒頂壓力角αat1=24.580194(度)齒輪2分度圓直徑d2=60.00000(mm)齒輪2齒頂圓直徑da2=66.00000(mm)齒輪2齒根圓直徑df2=52.50000(mm)齒輪2基圓直徑db2=56.38156(mm)齒輪2齒頂高h(yuǎn)a2=3.00000(mm)齒輪2齒根高h(yuǎn)f2=3.75000(mm)齒輪2全齒高h(yuǎn)2=6.75000(mm)齒輪2齒頂壓力角αat2=31.321258(度)齒輪1分度圓弦齒厚sh1=4.71185(mm)齒輪1分度圓弦齒高h(yuǎn)h1=3.03084(mm)齒輪1固定弦齒厚sch1=4.16114(mm)齒輪1固定弦齒高h(yuǎn)ch1=2.24267(mm)齒輪1公法線跨齒數(shù)K1=7齒輪1公法線長度Wk1=60.08756(mm)齒輪2分度圓弦齒厚sh2=4.70755(mm)齒輪2分度圓弦齒高h(yuǎn)h2=3.09248(mm)齒輪2固定弦齒厚sch2=4.16114(mm)齒輪2固定弦齒高h(yuǎn)ch2=2.24267(mm)齒輪2公法線跨齒數(shù)K2=3齒輪2公法線長度Wk2=22.98132(mm)齒頂高系數(shù)ha*=1.00頂隙系數(shù)c*=0.25壓力角α*=20(度)端面齒頂高系數(shù)ha*t=1.00000端面頂隙系數(shù)c*t=0.25000端面壓力角α*t=20.0000000(度)端面嚙合角αt'=20.0000001(度)3.3.4聯(lián)軸器的選擇因為所設(shè)計的電機轉(zhuǎn)速就是變速齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速，所以電機與變速齒輪箱之間采用聯(lián)軸器連接。根據(jù)所選電機，額定功率為,額定轉(zhuǎn)矩為，軸伸長度為，軸伸直徑為，采用平鍵定位。因此選用套筒式剛性聯(lián)軸器可滿足設(shè)計要求。套筒剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低，工作效率高，一般用于工作平穩(wěn)的小功率傳動軸系。本設(shè)計選用的聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式如圖3.9，尺寸如表3-8所示：圖3.9剛性聯(lián)軸器表3-8剛性聯(lián)軸器尺寸軸直徑d(H7)許用轉(zhuǎn)矩(N·m)D0LｌC緊定螺釘平鍵4045060120251.23.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計作為一臺滑動軸承試驗臺，必須能對不同工況和不同潤滑條件下滑動軸承的性能進(jìn)行測試。因此，滑動軸承試驗臺上潤滑系統(tǒng)的設(shè)計不同于一般機器上潤滑系統(tǒng)的設(shè)計。一般潤滑系統(tǒng)是針對比較固定的工況設(shè)計最優(yōu)的潤滑系統(tǒng)，以滿足機器的使用性能和良好的經(jīng)濟型。但是試驗臺上的潤滑系統(tǒng)不是性能和經(jīng)濟型的最優(yōu)設(shè)計，而是根據(jù)被測滑動軸承的實際潤滑情況，設(shè)計進(jìn)油壓力、溫度、流量可調(diào)節(jié)的潤滑系統(tǒng)。3.3.1燃油泵中滑動軸承的潤滑機理燃油泵上滑動軸承的潤滑不同于一般滑動軸承的潤滑。一是潤滑劑不同：普通軸承的潤滑劑為專用潤滑劑，而燃油泵上的滑動軸承使用燃油進(jìn)行潤滑；二是潤滑方式不同：普通滑動軸承采用裝用潤滑系統(tǒng)進(jìn)行潤滑，而燃油泵上的滑動軸承為避免污染燃油，利用軸承兩端的壓力差和軸承自身的特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行自吸式潤滑。目前高壓燃油泵中的滑動軸承一般采用壓油潤滑和吸油潤滑。壓油潤滑是利用齒輪泵閉死容積的困油現(xiàn)象，當(dāng)閉死容積從大到小時，要擠出油液，把這部分油液注入軸承，從軸承座圈后面流出，并匯入到壓油腔，見圖3.10(a)。齒輪泵每轉(zhuǎn)過一齒，就對軸承脈沖供油一次，使軸承得到良好的潤滑和冷卻件。同樣道理，吸油潤滑時利用閉死容積的吸空現(xiàn)象。當(dāng)閉死容積從小變大時，產(chǎn)生吸空，吸油腔的油液從軸承座圈后面流到軸承中，進(jìn)入到閉死容積，當(dāng)齒輪嚙合脫開后，閉死容積中的油液和吸油腔油液匯合，帶到壓油腔中去，見圖3.10(b)。燃油泵工況不同，滑動軸承的潤滑條件就有所區(qū)別。一般來說，轉(zhuǎn)速越快，進(jìn)油壓力越大、流量越大越大、溫度越高，隨著工作時間的延長，由于散熱條件的限制，進(jìn)油溫度也會相應(yīng)提高圖3.10齒輪泵滑動軸承的潤滑原理3.3.2潤滑系統(tǒng)原理為求測試數(shù)據(jù)更加接近實際，在軸承試驗臺上滑動軸承的布置采用與滑動軸承在實際工作的燃油泵中相似的布置形式，并且要實現(xiàn)進(jìn)油壓力、流量、溫度可調(diào)，因此采用分集中連續(xù)壓力潤滑系統(tǒng)，模擬實際燃油泵中的潤滑條件進(jìn)行潤滑。本設(shè)計的潤滑系統(tǒng)如圖3.11，其中的原件如表3-9所示。圖3.11潤滑系統(tǒng)原理表3-9潤滑系統(tǒng)中所用的原件元件表1油箱6液壓泵11壓力表14水冷卻器2液位計7比例溢流閥壓力傳感器15加熱器3空氣濾清器8比例流量閥溫度傳感器4電機9管路過濾器12回油過濾器5吸油過濾器10流量計13電磁水閥3.3.2.1潤滑系統(tǒng)的組成本試驗臺設(shè)計的潤滑系統(tǒng)滑系統(tǒng)由供油部分和回油部分組成。（1）供油部分：液壓泵6通過吸油過濾器5將潤滑油由油箱1泵出，經(jīng)電液比例溢流閥7、比例流量閥8、管路過濾器9、流量計10、溫度傳感器和壓力傳感器11，然后由管路輸送到潤滑點處。（2）回油部分：潤滑油潤滑過后，被收集起來，經(jīng)過回油過濾器12重新送回到郵箱中。3.3.2.2潤滑系統(tǒng)控制部分設(shè)計（1）壓力控制：電液比例溢流閥預(yù)先設(shè)定壓力值，通過與壓力傳感器準(zhǔn)確測量的壓力值進(jìn)行比較，可以穩(wěn)定潤滑系統(tǒng)中的壓力。改變電液比例溢流閥中的預(yù)設(shè)值，可以改變潤滑系統(tǒng)的壓力。（2）流量閥：潤滑油的流量由比例流量閥控制。根據(jù)流量計中的數(shù)值，調(diào)節(jié)比例流量閥，可改變潤滑油的流量。（3）溫度的控制：通過溫度傳感器測得的溫度值，調(diào)節(jié)加熱器和水冷卻器，可改變潤滑油的溫度。3.3.3潤滑系統(tǒng)液壓泵的設(shè)計和選型燃油泵利用困油現(xiàn)象造成的壓力差來進(jìn)行自吸式潤滑，潤滑系統(tǒng)要求進(jìn)油壓力范圍，進(jìn)油流量范圍，即為?？蛇x擇單作用葉片泵可滿足設(shè)計要求。3.3.3.1葉片泵的特點：結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運動平穩(wěn)，流量均勻，噪聲小，壽命長，但是對油液污染比較敏感，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。單作用葉片泵有一個排油口和一個吸油口，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每兩片間的容積各吸、排油一次。3.3.3.2葉片泵的選型：根據(jù)設(shè)計要求，可選擇YB1-63型葉片泵。YB1-63型葉片泵額定壓力為6.3MPa，額定流量。其具體參數(shù)如下：（1）YB1-63型葉片泵的參數(shù)如表3-10所示。表3-10液壓泵的參數(shù)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)動功率(kW)10（2）YB1-63型葉片泵的外形及安裝形式如圖3.12，其中的尺寸如表3-11所示。圖3.12單作用葉片泵表3-11單作用葉片泵的尺寸YB1-63型單級葉片泵(mm)L214D1φ90f7L1118D2φ175L249dφ30h6B50d1φ13B130c5H200t33S150b8Z1Z1(1/4)Z2Z13.3.4液壓泵驅(qū)動電機的選擇根據(jù)液壓泵要求，選擇Y60L-6型電機，其具體參數(shù)如下：（1）Y60L-6型電機的參數(shù)如表3-12所示。表3-12Y60L-6型電機的參數(shù)型號功率kW電流A轉(zhuǎn)速r/min重量kgY160L-61124.69706.52.02.0140（2）Y60L-6型電機的外形和安裝形式如圖3.13，其中的尺寸如表3-13所示。圖3.13Y60L-6型電機表3-13Y60L-6型電機的尺寸機座號安裝尺寸（mm）外形尺寸(mm)ABCDEKABACADHDL160M25421010842120153303352653856053.3.5比例溢流閥的選擇選擇YD(E)F3-10B型電磁溢流閥可滿足設(shè)計要求，具體參數(shù)如下：（1）電磁比例溢流閥的參數(shù)如表3-14所示。表3-14型號YD(E)F3-10B通徑(mm)10額定流量(L/min)63調(diào)壓范圍(MPa)0.4～6.3額定電壓（V/交流）220重量(kg)3.2（2）電磁閥的外形和安裝形式如圖3.14，其尺寸如表3-15所示。圖3.14表3-15通徑10H154L77B77C53.8單位mmD53.8E11.6F80G173.3.6比例流量閥的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選擇DYBQ-※16型電液比例流量閥，其具體參數(shù)如表3-16所示。表3-16DYBQ-※16型電液比例流量閥的參數(shù)型號公稱通徑(mm)額定壓力(MPa)額定流量(L/min)線性度重復(fù)精度最低壓差(MPa)DYBQ-※161610637.5%1%1.03.4加載系統(tǒng)設(shè)計加載系統(tǒng)是滑動軸承試驗臺重要的系統(tǒng)之一。為便于測試滑動軸承在不同載荷時的性能，加載系統(tǒng)一般設(shè)計成加載載荷可無級調(diào)節(jié)的形式。在實際工作時，滑動軸承的載荷形式是非常復(fù)雜的，不僅受到來著機器本身工況和振動情況及脈動的影響，還往往受到外界環(huán)境的影響，因此很難在試驗臺上完全再現(xiàn)出滑動軸承實際的載荷形式。但是在大多數(shù)情況下，可以化繁為簡，找到影響滑動軸承性能的最主要載荷形式，如靜載荷、脈動型載荷、連續(xù)變動型載荷等。（1）本試驗臺加載系統(tǒng)設(shè)計要求：①加載力可變，載荷類型為靜載荷；②載荷能長時間穩(wěn)定在一確定數(shù)值上；③加載的直接工作行程很小，可近似忽略不計。（2）加載動作對液壓系統(tǒng)的要求：根據(jù)設(shè)計要求，加載機構(gòu)的頂桿與液壓缸的活塞相連，從下往上施加加載力，最大載荷為，加載過程為“加載-穩(wěn)定-卸載”，相應(yīng)的液壓缸的動作為如圖3.15所示，包括緩慢加壓、保壓延時、快速卸壓。加載行程很小，加載過程要求低速穩(wěn)定性好。圖3.15加載過程3.4.1加載方案的選擇加載方式一般可分為彈簧加載、波紋管加載、油墊加載和液壓缸加載。彈簧加載屬于機械加載，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，但是結(jié)構(gòu)尺寸較大，不易實現(xiàn)精確控制，且不能實現(xiàn)復(fù)雜的載荷形式。波紋管和液壓缸加載需要一套高壓油或氣路系統(tǒng)，加載壓力大，油墊加載力的大小取決于油墊厚度，不適宜動態(tài)試驗加載。為了達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)綜合考慮，選擇液壓缸加載方式。液壓缸加載的特點如下所示：（1）加載力大，便于實現(xiàn)無級調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍比較大；（2）相同功率時，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，能頻繁啟動和換向；（4）控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動化，與電氣控制配合使用能實現(xiàn)復(fù)雜的順序動作和遠(yuǎn)程控制。3.4.2液壓加載系統(tǒng)的原理3.4.2.1液壓系統(tǒng)的組成：液壓系統(tǒng)一般由動力部分、控制部分、執(zhí)行部分和輔助裝置組成。（1）動力部分：即液壓泵，將機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置；（2）控制部分：包括各類流量、壓力、方向控制閥，用以實現(xiàn)對執(zhí)行元件運動速度、方向、作用力的控制，也用以實現(xiàn)過載保護和程序控制等功能；（3）執(zhí)行部分：包括液壓缸、液壓馬達(dá)等，將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能；（4）輔助裝置：包括管道、儲能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計等輔助裝置。3.4.2.2選擇液壓加載系統(tǒng)的形式：根據(jù)設(shè)計要求，選擇開式液壓系統(tǒng)。液壓泵從油箱吸油輸入管路，完成工作后再排回油箱。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，散熱、澄清條件好，應(yīng)用比較普遍。缺點是油箱體積較大，空氣與油的接觸機會較大。3.4.2.3液壓系統(tǒng)原理：液壓系統(tǒng)的原理如圖3.16所示。圖3.16液壓系統(tǒng)原理圖液壓源1中電機驅(qū)動液壓泵泵出高壓油，其中的溢流閥為電液比例溢流閥，既可穩(wěn)定液壓源的出油壓力，也可作為調(diào)壓元件，當(dāng)控制信號改變時，即可改變液壓源的出油壓力。從液壓源泵出的高壓油經(jīng)過單向閥2和電磁換向閥3，通過油管進(jìn)入到液壓缸6中，驅(qū)動活塞上下運動，對主軸施加加載力。電磁換向閥3可改變高壓油的流向，當(dāng)P-A、T-B接通時，高壓油進(jìn)入液壓缸下面的油腔內(nèi)，上面油腔內(nèi)的油排回油箱，推動活塞向上運動，當(dāng)P-B、T-A接通時，高壓油進(jìn)入液壓缸上面的液壓缸，下面油腔的油排回油箱，活塞向下運動。壓力表5和7可準(zhǔn)確測量液壓缸內(nèi)的壓力大小，從而根據(jù)活塞面積計算出加載力的實際大小。液壓源內(nèi)的壓力表可測試液壓源出口的壓力，作為調(diào)節(jié)電液比例溢流閥控制信號的參考值。當(dāng)液壓系統(tǒng)停止工作后，液壓缸受外力自動回復(fù)到“0”位置狀態(tài)。3.4.2.4調(diào)壓回路的設(shè)計：調(diào)壓回路用來調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，或者使執(zhí)行元件在工作過程的不同階段能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的壓力變換。當(dāng)需要對一個動作復(fù)雜的液壓系統(tǒng)進(jìn)行更多級壓力控制甚至是無級調(diào)壓時，可采用電液比例溢流閥來實現(xiàn)。電液比例溢流閥不僅可實現(xiàn)無級調(diào)壓，而且結(jié)構(gòu)較多級調(diào)壓回路簡單，壓力變化平穩(wěn)，對系統(tǒng)沖擊小。調(diào)壓回路原理如圖3.17所示。系統(tǒng)根據(jù)執(zhí)液壓行元件工作過程各個階段的不同壓力要求，通過輸入裝置將所需要的多級壓力所對應(yīng)的電流信號輸入到比例溢流閥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。圖3.17調(diào)壓回路原理圖3.4.3液壓系統(tǒng)主要元件的設(shè)計根據(jù)加載系統(tǒng)的設(shè)計要求，為了對元件進(jìn)行正確選型，必須進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計計算，然后根據(jù)計算結(jié)果選擇出合適的液壓元件，以確保液壓系統(tǒng)運行穩(wěn)定且有良好的經(jīng)濟性。3.4.3.1液壓缸的設(shè)計液壓系統(tǒng)要求：加載系統(tǒng)最大加載力，工作行程很小，工作速度低，運行平穩(wěn)。（1）液壓缸的選擇：根據(jù)設(shè)計要求，可選擇液壓缸標(biāo)準(zhǔn)系列中的輕型拉桿式液壓缸。具體參數(shù)如表3-17所示：表3-17拉桿式液壓缸的性能參數(shù)拉桿式液壓缸（性能參數(shù)1）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/MPa≤0.1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/℃-10～80（2）液壓缸的安裝形式及其尺寸：根據(jù)液壓缸的形式和試驗臺整體結(jié)構(gòu)布置的需要，選擇FB底側(cè)長方法蘭型液壓缸，其結(jié)構(gòu)和安裝形式如圖3.18，相關(guān)尺寸如表3-18所示。圖3.18FB底側(cè)長方法蘭液壓缸表3-18FB底側(cè)法蘭拉桿液壓缸的尺寸FB底側(cè)長方法蘭型尺寸（mm）缸徑80B型桿A60KKM39×1.5ΦMM45E110EEZG3/4FP56FE118TF155ΦFB18UF190R87W35HL184ZF237F183.4.3.2液壓泵的設(shè)計：液壓泵將機械能裝換成液體壓力能，是液壓系統(tǒng)的動力裝置。在選擇液壓泵時，要考慮液壓系統(tǒng)的額定壓力和流量的參數(shù)，也要考慮整個系統(tǒng)對液壓泵性能的要求。本系統(tǒng)要求液壓泵流量均勻，運行穩(wěn)定，經(jīng)過比較，選擇單作用形式的葉片泵較為合適。（1）根據(jù)設(shè)計要求，選擇YB1-50型葉片泵，具體參數(shù)如表3-19所示。表3-19YB1-50型葉片泵的參數(shù)型號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)動功率(kW)7.5重量(kg)16（2）液壓泵的外形和安裝形式如圖3.19，其尺寸如表3-20所示。圖3.19YB1-50型葉片泵表3-20YB1-50型葉片泵的尺寸YB1-50型單級葉片泵(mm)L210D1φ90f7L1110D2φ150L245dφ25h6B50d1φ13B125c5H170t28S130b8Z1Z1Z2Z13.4.3.3電機的選擇：（1）選取電機：本液壓系統(tǒng)采用的是驅(qū)動功率為，轉(zhuǎn)速為的單作用式葉片泵，選取Y160M-6型電機可滿足設(shè)計要求，具體參數(shù)如表3-21所示。表3-21Y160M-6型電機的參數(shù)型號功率kW電流A轉(zhuǎn)速r/min重量kgY160M-67.5179706.52.02.0116（2）電機的外形和安裝尺寸如圖3.20，尺寸如表3-22所示。圖3.20Y160M-6型電機表3-22Y160M-6型電機的尺寸機座號安裝尺寸（mm）外形尺寸(mm)ABCDEKABACADHDL160M25421010842120153303352653856053.4.3.4液壓閥的選擇：本設(shè)計用到的液壓閥主要有比例溢流閥、電磁換向閥和單向閥。液壓系統(tǒng)所用的液壓缸的最大工作壓力為5MPa，液壓泵的額定壓力為6.3MPa，額定流量為，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇液壓閥如下表所示：（1）單向閥的參數(shù)如表3-23所示。表3-23型號流量（L/min）最高壓力(MPa)開啟壓力(MPa）安裝螺釘密封圈規(guī)格數(shù)量規(guī)格數(shù)量A-D10B63100.1242（2）電磁換向閥的參數(shù)如表3-24所示。表3-2434D-F3型電磁換向閥的參數(shù)型號通徑(mm)額定壓力(MPa)最高使用壓力(MPa)流量(L/min)油溫(℃)P、A、BT34D-F31016206.360（3）電液比例溢流閥的參數(shù)如表3-25所示。表3-25BYY－※16A型電液比例溢流閥的參數(shù)型號公稱通徑(mm)額定壓力(MPa)額定流量(L/min)線性度重復(fù)精度卸荷壓力(MPa)BYY－※16A166.3707.5%1%0.63.4.4加載系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計本試驗臺設(shè)計為加載系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)主軸由下往上施加加載力，采用液壓系統(tǒng)為加載的動力，加載系統(tǒng)通過滾動軸承與主軸想連接，加載系統(tǒng)對滾動軸承外圈施加壓力，滾動軸承內(nèi)圈對主軸施加壓力，然后主軸將受到的力傳遞到兩個滑動軸承上，完成加載工作。3.4.4.1滾動軸承的選擇:滾動軸承所受的最大載荷為，最大轉(zhuǎn)速為，小徑大于等于。選擇61911型深溝球軸承可滿足要求，軸承外形如圖3.21，尺寸如表3-26所示。圖3.216007型深溝球軸承表3-266007型深溝球軸承的參數(shù)代號基本尺寸(mm)安裝尺寸(mm)額定載荷（kN）極限轉(zhuǎn)速(r/min)dDBdaDarasCrCor油潤滑脂潤滑619115580136570115.913.2750090003.4.4.2軸承的固定方式：軸承左邊用軸肩固定，右邊用兩個螺母和一個套筒緊固內(nèi)圈。雙螺母放松可靠，套筒可防止螺母將軸承壓斜。軸承固定方式如下圖3.22所示。圖3.22軸承內(nèi)圈緊固方式3.4.4.3軸承座的選擇：軸承外圈固定在軸承座上，并通過軸承座與液壓系統(tǒng)的活塞桿相連。選擇帶等孔徑二螺柱軸承座可滿足設(shè)計要求。軸承座的外形結(jié)構(gòu)如圖3.23，尺寸如表3-27所示。圖3.23SN208型等孔徑二螺柱軸承座表3-27SN208型軸承座的尺寸軸承座代號dd2DgAmaxA1HH1maxLJSN1NSN211556510033105707028255210M1618233.5測量系統(tǒng)設(shè)計測量系統(tǒng)是滑動軸承試驗臺最為關(guān)鍵的一個系統(tǒng)，直接決定著所設(shè)計的試驗臺的性能和測試的精度。測量系統(tǒng)的設(shè)計一般包括測量方式設(shè)計、測量位置分布，測量器材選擇、信號采集以及數(shù)據(jù)處理和分析。一般情況下信號采集和數(shù)據(jù)處理分析是可以通用的，而測量方式設(shè)計、測量的位置分布和測量儀器選擇需要根據(jù)試驗臺的不同形式和功能專門設(shè)計。本設(shè)計要求測試燃油泵滑動軸承的油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡和摩擦力矩。因此需根據(jù)滑動軸承試驗臺的形式和功能，設(shè)計出測量系統(tǒng)的測量方式、測量位置分布，并選出合適的測量儀器。3.5.1油膜壓力分布的測量滑動軸承的油膜壓力分布，是滑動軸承的基本參數(shù)之一。為了確定各種假設(shè)條件的影響，為了在新的運轉(zhuǎn)工況和軸承結(jié)構(gòu)下研究壓力分布，以及通過實驗解決潤滑理論其它方面存在的問題，包括壓力邊界條件的問題，都需要研究壓力分布的測量方法測試油膜壓力最簡單的方式是在滑動軸承表面上鉆一些小孔，用細(xì)管道與壓力表相連，即可測得油膜壓力，但是這種方法不能獲得連續(xù)的油膜壓力分布。還有一種方法，就是在軸上安裝壓力傳感器，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時就能獲得連續(xù)的油膜壓力分布。這種方法相對復(fù)雜，在采集傳感器的信息時需要加裝集流環(huán)。本設(shè)計采用的是在軸上裝傳感器的方法來測試油膜壓力。軸承寬度為，因為軸承上各點的壓力有所不同，因此壓力傳感器布置越多，測試就越準(zhǔn)確。但是傳感器的布置數(shù)量要受到尺寸大小和軸承承載能力的限制，因此應(yīng)該在選擇重要位置安裝壓力傳感器。為了方便傳感器布置位置的設(shè)計，應(yīng)先選擇傳感器，再根據(jù)所選傳感器的外形尺寸設(shè)計其安裝的位置分布。3.5.1.1傳感器的設(shè)計與選型：測量壓力的傳感器有電阻式應(yīng)變壓力傳感器、壓電式傳感器、電感式壓力傳感器、霍爾效應(yīng)壓力計、壓差力計等。本文根據(jù)設(shè)計要求選擇壓電式壓力傳感器。壓電式壓力傳感器體積小、重量輕、頻帶寬、響應(yīng)速度快、精確度及靈敏度高等優(yōu)點，可測試100MPa以下的壓力，合理設(shè)計有較強的抗干擾能力。本設(shè)計采用的可消除振動加速度影響的壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖3.24所示。它采用兩個相同的膜片對晶片施加預(yù)載力，從而可以消除由于振動加速度引起的附加輸出。圖3.24消除振動加速度影響的壓力傳感器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求，選擇MYD-5215型壓力傳感器，其工作溫度范圍寬，壓力測試量程大，前端采用特殊設(shè)計，頻響寬、剛度大、便于安裝。其結(jié)構(gòu)形式如圖3.25所示，技術(shù)指標(biāo)如表3-28所示。圖3.25MYD-5215型壓力傳感器表3-28MYD-5215型壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)型號MYD-5125量程(MPa)0～50靈敏度(pC/MPa)40～60固有頻率(kHZ)≥150溫度范圍(℃)-25～150安裝形式螺紋M6×1前段尺寸3.5.1.2壓力傳感器的布置：壓力傳感器在軸上的布置形式如圖3.26所示。在軸上與滑動軸承接觸的地方開設(shè)置一個安裝壓力傳感器的安裝塊，該安裝塊用用螺栓與軸相連，兩壓力傳感器中心的間距為,可測出滑動軸承靠近兩端處得油膜壓力分布。圖3.26壓力傳感器的布置形式3.5.2油膜溫度分布的測量液體摩擦潤滑軸承工作時，油液摩擦產(chǎn)生熱量，一部分被流動的潤滑油帶走；另一部分將導(dǎo)致滑動軸承溫度上升。由于溫升使滑動軸承產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此求解其溫度是計算熱應(yīng)力的先決條件。同時通過分析溫度分布可限制溫度過高，以免造成軸承材料軟化及油膜破壞，降低軸承的承載能力。本設(shè)計的溫度分布用一組裝在軸承座上的溫度傳感器來測量。溫度的測量對軸承試驗臺十分重要，為使獲得的溫度曲線更加平滑，應(yīng)盡量多的布置溫度傳感器。溫度傳感器的布置要根據(jù)其自身大小和滑動軸承座的尺寸來設(shè)計，因此應(yīng)選擇溫度傳感器，再根據(jù)其尺寸設(shè)計相應(yīng)的布置形式。3.5.2.1溫度傳感器的選擇：為盡量多的布置傳感器，因此在選型時應(yīng)選擇尺寸小、精度高、響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確度和靈敏度高的溫度傳感器。本設(shè)計采用北京昆侖海岸生產(chǎn)制造型號為JWB-KP-A型溫度傳感器。形狀如圖3.27所示。圖3.27JWB-KP-A型溫度傳感器JWB-KP-A型溫度傳感器壽命長、工作可靠、測量精確，非常適合各種環(huán)境現(xiàn)場的溫度測量。3.5.2.2溫度傳感器的布置形式：溫度傳感器的布置如圖3.28所示。其中1為滑動軸承座，2為溫度傳感器安裝孔，3為滑動軸承。布置四個溫度傳感器，可是測得的溫度分布曲線更加平滑，測得的數(shù)據(jù)也更加有效。圖3.28溫度傳感器的布置形式3.5.3軸心軌跡測量軸心軌跡利用四個對稱布置的位移傳感器電渦流傳感器進(jìn)行測量。位移傳感器不能與轉(zhuǎn)軸接觸，因此選用非接觸式的電渦流位移傳感器進(jìn)行測量。在滑動軸承座的附近安裝一個位移傳感器支座，支座上下左右各有一個安裝位移傳感器的螺紋孔。3.5.3.1位移傳感器支座的設(shè)計：為了固定位移傳感器，需要設(shè)計一個位移傳感器支座，如圖3.29，1是位移傳感器支座，2是安裝位移傳感器的螺紋孔。支座可通過螺栓固定在試驗臺主體支座上。共有4個螺紋孔，安裝4個位移傳感器，可測出主軸在X方向和Y方向的徑向位移，從而測量