某水潤滑軸承系統(tǒng)的主要結構設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31485某水潤滑軸承系統(tǒng)的主要結構設計案例 1179941.1水潤滑軸承系統(tǒng)結構設計要求及原理 110741.2水潤滑軸承系統(tǒng)主要結構設計 376751.1.1試驗主體結構設計 3320821.1.2載荷調整機構設計（1）小載荷調整機構。小載荷調整機構如圖2-8所示，機構由壓電陶瓷、滑動底座、底座、滑動燕尾形導軌、擋板、預緊彈簧以及預緊螺母 61.1水潤滑軸承系統(tǒng)結構設計要求及原理現(xiàn)在，在國內外進行的各項有關水潤滑軸承系統(tǒng)的設計研究中，涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的研究成果，通過控制不同的變量，如軸承材料、溝槽形狀及數(shù)量、軸承間隙、載荷、主軸轉速等方面進行了不同的研究。為了能夠對水潤滑軸承性能進行測試，滿足對水潤滑軸承的研究的需求，充分利用其發(fā)展空間，本論文提出了一種能夠實現(xiàn)載荷變化的水潤滑軸承綜合性能試驗臺的設計方案。通過結合已有的試驗臺的設計思路，確定了如下試驗臺結構設計方案。在經過對水潤滑軸承的實際工作環(huán)境的充分考慮之后，設計了一種水箱結構，軸承承受的負載變化也與實際工作的不同會發(fā)生變化，為了在實驗中體現(xiàn)實際加工過程中軸承承受的負載變化，本試驗臺加入了兩套負載施加裝置，分別為小載荷施加裝置和大載荷施加裝置，小載荷的施加由靠壓電陶瓷通電產生的作用力和與之相配合的位移機構，兩者相配合完成載荷的施加，而大負載直接由液壓缸推動實現(xiàn)?？紤]到實驗設計與實際應用的情況，水潤滑軸承系統(tǒng)性能測試試驗臺的整體三維模型結構如圖2-1所示。圖1.1水潤滑軸承性能測試試驗臺該試驗臺主要由水潤滑軸承試驗箱、載荷施加及調整機構、主軸支承機構、數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)及電機組成。在實際試驗過程中水潤滑軸承試驗箱作為水潤滑軸承的工作區(qū)域，由載荷施加與調整機構通過施加不同載荷和位移模擬實際工作過程中的載荷變化及位移，主軸支承系統(tǒng)主要為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)主要是為了收集水潤滑軸承工作的各項數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的分析與研究。電機主要是為整個系統(tǒng)提供動力。整個測試系統(tǒng)的設計思路是大功率變頻電機為整個試驗臺提供動力，用來進行試驗過程中所需的轉速和轉矩的輸入，動力傳遞過程中采用膜片型聯(lián)軸器通過平鍵與傳動軸連接，傳動軸上設置了一個摩擦力傳感器，用于實時測定輸入的轉矩。然后，又通過一個彈性聯(lián)軸器與主軸支承系統(tǒng)連接，再經過一個過渡法蘭，將兩個軸緊固在一起，將動力傳遞到水潤滑軸承測試機構。水潤滑軸承測試機構左側通過膜片型雙節(jié)鍵槽聯(lián)軸器連接，用以傳遞載荷和位移，整個機構通過聯(lián)軸器和過渡法蘭將各個系統(tǒng)聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了動力的傳遞。由于在實驗過程中，主軸主要受到徑向力的作用，軸向幾乎不受力所以使用帶座的調心球軸承對承載軸進行支承，另外，調心球軸承可以自動調心，當主軸發(fā)生撓曲時會自動調整，從而減少甚至避免對水潤滑軸承的試驗造成的不利影響。在載荷調整機構中，小載荷的調整由三組經過堆疊的壓電陶瓷及配合的機構實現(xiàn)水平方向的載荷，控制電壓即可控制載荷的輸出；大載荷的調整由桌面下的液壓缸推動活塞桿實現(xiàn)，設置在液壓缸內的壓力傳感器可以測量出施加載荷的大小。水潤滑軸承的實驗密封箱內水潤滑軸承做主要支撐，滾針軸承為輔助支撐，水潤滑軸承配有軸承座，在軸承座中設置了用于定位的機構，保證水潤滑軸承不會發(fā)生徑向和軸向的移動，為試驗系統(tǒng)提供流動的水，使水潤滑軸承始終處在水潤滑劑中，起到良好的潤滑以及冷卻降溫的作用；主軸支承裝置左端為主要的實驗位置，因此負載較大，所以設置了兩個滾動軸承做支承，在右端只需設置一個滾動軸承，起到一個支承主軸的作用。在電機輸出軸處還設置了一個轉速傳感器，可以測出當前功率下主軸的轉速。1.2水潤滑軸承系統(tǒng)主要結構設計1.1.1試驗主體結構設計整個試驗的主體部分如圖2-2所示，其主要結構由變頻電機、三個不同尺寸的膜片型雙節(jié)鍵槽式聯(lián)軸器、帶軸承座的調心球軸承、水潤滑軸承性能測試試驗箱體、主軸、載荷調整機構以及液壓缸組成。通過查閱資料，對其他試驗臺的設計原理以及設計尺寸進行了深入的分析和研究之后，在了解了其大致的結構及功能之后，結合自己設計的試驗臺的情況，并在考慮了方案的實用性和可行性之后，最終確定了試驗臺的主要的設計尺寸和參數(shù)?！?-液壓缸2-小載荷調整機構3-軸承座4-聯(lián)軸器5-水潤滑軸承性能測試試驗箱圖1.2局部試驗臺本課題設計研究的水潤滑軸承性能測試試驗臺參數(shù)如下：（1）電機的選擇。要選擇水潤滑軸承綜合性能測試系統(tǒng)試驗臺的動力輸入元件，第一個應該考慮的就是系統(tǒng)所需的轉速，然后選擇符合要求的電動機。另外，為了研究水潤滑軸承的各項特性，電動機應該具有調整轉速大小的能力。通過對比現(xiàn)有的各個電動機的產品發(fā)現(xiàn)，高速變頻電機可以很好地滿足試驗臺的需求，既有比較高的轉速，又可以隨時調整轉速的大小。在考慮了經濟性與使用性之后，選擇了型號為YXVF-160M2-2的電動機。電機型號和參數(shù)如表2-1所示。表2-1電機主要性能參數(shù)型號功率（kw）額定電流（A）轉速（r/min）轉矩（N·m）噪聲db（A）YXVF-160M2-21528.4194548.690（2）聯(lián)軸器的選擇。如圖2-3所示。膜片型聯(lián)軸器一方面具有很高的扭矩剛性，能夠抵抗很大的扭矩，非常適合本試驗臺的工作情況，另一方面膜片型聯(lián)軸器具有很高的靈敏度，同時具有零回轉空隙，可以很好的傳遞扭矩和轉速，避免了在經過長軸前后轉速不一的后果。另外，系統(tǒng)運行過程中不可避免地會發(fā)生一些振動和位移，膜片聯(lián)軸器具有一定的吸收振動和偏差補償?shù)哪芰Α６矣捎谀て吐?lián)軸器本身具有很好的耐腐蝕性，工作壽命很長，而且結構相對于其他聯(lián)軸器來說相對簡單，易于維護和保養(yǎng)，還有較強的工作穩(wěn)定性，傳動平穩(wěn)。在考慮了以上條件之后，最終選定膜片型單節(jié)鍵槽式聯(lián)軸器作為各個軸之間的連接元件，另外，由于在傳動平穩(wěn)可靠方面的考慮，需要在零件的另一端額外加工鍵槽。圖1.3膜片型鍵槽聯(lián)軸器（3）軸系結構。本系統(tǒng)的設計由四根軸組成，承載軸與實驗軸由聯(lián)軸器連接，實驗軸與支承軸用過渡法蘭連接，傳動軸與支承軸以及電機與傳動軸的連接用膜片型鍵槽聯(lián)軸器連接，如圖2-6所示。用于整個系統(tǒng)的軸要具有一定的剛度，所以傳動軸、承載軸、實驗軸均選用常用的具有很強的性能的40Cr，支承軸的要求不高，所以選擇45鋼作為軸的材料。另外，各軸在加工成型后采用調質處理進一步提高軸的強度和硬度。另外主軸的尺寸計算及其校核將在第三章中進行。圖1.4實驗軸系結構（4）水潤滑實驗軸承。由于橡膠合金軸承具有良好的穩(wěn)定性和自動調節(jié)的能力，是應用的比較多的一種水潤滑軸承，也很好的滿足了本試驗臺的設計需要。該類型的軸承如圖2-7所示，它的內層材料是橡膠，外層的材料為合金，且軸瓦內壁開有水槽，有4個通槽，通槽可以使水充分與主軸和軸承表面接觸，從而達到潤滑作用，而且，在軸的旋轉而產生的離心力作用下，再加上水流的沖擊力，實驗箱中混入的一些泥沙等硬質顆?？梢酝ㄟ^水槽流出，而且，水的流動可以起到很好的冷卻降溫作用。另外，軸承下方有一個用于定位軸承的肋條，可以用于軸承的定位，限制其在實驗過程中與軸承座發(fā)生的相對轉動。圖1.5水潤滑橡膠合金軸承1.1.2載荷調整機構設計（1）小載荷調整機構。小載荷調整機構如圖2-8所示，機構由壓電陶瓷、滑動底座、底座、滑動燕尾形導軌、擋板、預緊彈簧以及預緊螺母組成。壓電陶瓷與電路連接，采用物理上串聯(lián)，電路上并聯(lián)的堆疊方法，可以將作用力疊加，這樣的結構有三組，可以擴大載荷的調節(jié)上限，但由于壓電陶瓷產生的力較小，卻有著可調的特點，因而將其作為小載荷的調節(jié)機構。預緊螺母、擋板、以及預緊彈簧擠壓滑動底座以給予壓電陶瓷一個預緊力，當機構工作時，壓電陶瓷反過來擠壓滑動底座，底座又繼續(xù)擠壓彈簧，彈簧進一步縮短，實現(xiàn)位移，從而將力通過底座上的軸承座中的軸承傳遞到主軸上。滑動底座上的螺紋孔用于軸承座的固定，下方設置了燕尾槽，用于限制滑