軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

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 II 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 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 . 1 1.2 國內(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 IV 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 緒論 1.1 本課題的研究內(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。 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)競爭白熾化的環(huán)境下，產(chǎn)品的質(zhì)量尤為重要。目前，我國軸承企業(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。在國外軸承產(chǎn)品的沖擊下，國內(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)市場的需求。在國內(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)量儀 1。 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 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 在國外，丹麥研制出了 B&K2112 型儀器，其性能與國產(chǎn)的 S0910 型軸承振動(dòng)給檢測(cè)儀類似。在國外軸承振動(dòng)一般采用測(cè)量多個(gè)參數(shù)進(jìn)行判斷。如美國 BENDIX 公司研制的B1010 就是國際上此類設(shè)備中具有代表性的產(chǎn)品之一。國內(nèi)軸承行業(yè)的測(cè)試與試驗(yàn)技術(shù)在多方面逐步與世界接軌，并不斷開發(fā)出一系列適合國情和國家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試儀器與實(shí)驗(yàn)裝備。 隨著新的國際標(biāo)準(zhǔn) （ ISO 15242-3： 2006)于 2006 年的實(shí)施。針對(duì)新標(biāo)準(zhǔn) SKF 集團(tuán)研制出了 MVU150 軸承振動(dòng)測(cè)量儀，用于外徑 40mm 到 150mm 的軸承測(cè)量，軸向承載能力750N。采用激光傳感器作為軸承振動(dòng)信號(hào)的拾振器也正在發(fā)展成為一種新型振動(dòng)信號(hào)獲取方式，并有著不可估量的潛力。 圖 1.2 MVU150 軸承振動(dòng)檢測(cè)儀 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 針對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的軸承的主要檢測(cè)項(xiàng)目：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：研究設(shè)計(jì)出一種軸承在線 檢測(cè)裝置 ，能夠 有針對(duì)性的盡可能多的對(duì)軸承的質(zhì)量尺寸的問題進(jìn)行檢測(cè)，以提高軸承的檢測(cè)效率與測(cè)量精度。通過鍵盤和顯示器能實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互?；旧蠈?shí)現(xiàn)自 動(dòng)化在線檢測(cè)，節(jié)約時(shí)間，降低成本。 軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 2 軸承檢測(cè)裝置的分類及發(fā)展 2.1 概述 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。軸承加工技術(shù)的進(jìn)步和軸承產(chǎn)品精度的提高，促進(jìn)了軸承檢測(cè)儀器及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，納米測(cè)量、智能儀器、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)儀器等開始在軸承行業(yè)先進(jìn)企業(yè)應(yīng)用 3。 2.2 軸承儀器的分類和發(fā)展方向 2.2.1 軸承儀器的分類及特點(diǎn) (1)從結(jié)構(gòu)構(gòu)成上分 軸承檢測(cè)儀器可以分為機(jī)械式儀器、光機(jī)電一體化儀器、智能化儀器、 無損檢測(cè)儀器。 機(jī)械式儀器測(cè)量采用表頭進(jìn)行顯示，分辨率低，顯示分辨率在 1 mm左右，主觀誤差較大，一般檢測(cè)參數(shù)單一，但成本低、可靠性高，普及面廣，如軸承行業(yè)現(xiàn)在使用的 D系列內(nèi)、外徑儀、 H系列高度儀、 W系列溝位置儀 B系列擺差儀等。光機(jī)電一體化儀器一般采用傳感器測(cè)量、數(shù)字顯示，分辨率高，顯示分辨率一般比機(jī)械式儀器高一數(shù)量級(jí)，示值準(zhǔn)確，動(dòng)態(tài)性能好，如激光粗糙度儀、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)長機(jī)、基準(zhǔn)游隙儀、摩擦力矩儀、主動(dòng)測(cè)量儀、振動(dòng)測(cè)量儀、在線內(nèi)徑測(cè)量機(jī)、機(jī)外檢測(cè)機(jī)等。 智能化儀器一般采用傳感器測(cè)量，計(jì)算機(jī)分析處理測(cè)量數(shù)據(jù)，一般具 有消除測(cè)量安裝誤差、綜合分析判斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、網(wǎng)絡(luò)管理接口等功能。具有分辨率高、示值準(zhǔn)確、顯示直觀、人機(jī)對(duì)話良好、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，如 Y系列圓度儀、基準(zhǔn)游隙儀、機(jī)外檢測(cè)機(jī)、智能振動(dòng)測(cè)量儀、 R系列溝曲率儀、摩擦力矩儀、網(wǎng)絡(luò)化軸承多參數(shù)儀等。 無損檢測(cè)儀器一般采用傳感器測(cè)量，可以非破壞檢查軸承內(nèi)部和表面裂紋缺陷等，如顯微硬度機(jī)、渦流裂紋檢查機(jī)、超聲波探傷機(jī)等。 (2)從性能上分 軸承檢測(cè)儀器可以分為計(jì)量型儀器、抽檢實(shí)驗(yàn)儀器和工序用儀器。 計(jì)量型儀器一般采用傳感器測(cè)量，測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確，精度高，要求操作員技術(shù) 水平高，使用條件好，如圓度儀、輪廓度、測(cè)長儀、凸度儀、干涉顯微鏡等。 抽檢實(shí)驗(yàn)儀器一般采用傳感器測(cè)量，測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確，精度高，要求操作員技術(shù)水平較高，如圓度儀、振動(dòng)儀、游隙儀、旋轉(zhuǎn)精度儀、摩擦力矩儀、剛度儀、溝曲率儀、接觸角儀、多參數(shù)儀、性能實(shí)驗(yàn)機(jī)等。 工序間用儀器一般采用機(jī)械量表或傳感器測(cè)量，顯示分辨率、測(cè)量精度相對(duì)較低，測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定。如內(nèi)外徑儀、高度儀、溝位置儀、擺差儀、主動(dòng)量儀、機(jī)外檢測(cè)機(jī)等。 (3)從檢測(cè)性能上分 軸承檢測(cè)儀器可以分為零件測(cè)量儀器成品測(cè)量儀器和在線測(cè)量儀器。 零件測(cè)量儀器一般指測(cè)量零件 特征的儀器，如圓度儀、輪廓度、溝形、凸度儀、粗糙度儀、內(nèi)外徑儀、 H高度儀等。 成品測(cè)量儀器一般指測(cè)量軸承整體性能或特征的儀器，如振動(dòng)儀、游隙儀、旋轉(zhuǎn)精度儀、摩擦力矩儀、剛度儀、接觸角儀、凸出量儀等。 在線測(cè)量儀器一般應(yīng)用在軸承生產(chǎn)設(shè)備上或生產(chǎn)、裝配線中。如主動(dòng)測(cè)量儀、機(jī)外檢無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 測(cè)機(jī)、自動(dòng)游隙儀、自動(dòng)測(cè)振儀、靈活性檢測(cè)機(jī)等 4。 2.2.2 軸承儀器的發(fā)展方向 高速發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)機(jī)械制造的要求越來越高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有力地促進(jìn)了機(jī)械科技的進(jìn)步。軸承精度的提高促使計(jì)量型儀器向高精度方向發(fā)展，進(jìn)入了納米時(shí)代。目前機(jī)械加工業(yè)已突破了 0.01um的進(jìn)給技術(shù)， 0.01um圓度的加工技術(shù)和納米級(jí)的粗糙度加工技術(shù)。納米輪廓形狀測(cè)量技術(shù)、亞微米尺寸測(cè)量技術(shù)、工業(yè) CT無損檢測(cè)技術(shù)、激光技術(shù)已應(yīng)用在軸承行業(yè)。 2.3 檢測(cè)方法的研究 在實(shí)際工作中，測(cè)量方法通常是指獲得測(cè)量結(jié)果的具體方式，可以按下面幾種方法分類： 按實(shí)測(cè)幾何量是否就是被測(cè)幾何量分為： 直接測(cè)量和間接測(cè)量。直接測(cè)量：是指被測(cè)幾何量的量值直接由計(jì)量器具讀出。間接測(cè)量：是指欲測(cè)量的幾何量的量值由實(shí)測(cè)幾何量的量值按一定的函數(shù)關(guān)系式運(yùn)算后獲得。 按示值是否就是被測(cè)幾何 量的量值分為：絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量。絕對(duì)測(cè)量：是計(jì)量器具的示值只是被測(cè)幾何量的量值。相對(duì)測(cè)量：是計(jì)量器具的示值只是被測(cè)幾何量的相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差，被測(cè)幾何量的量值等于已知標(biāo)準(zhǔn)量 與該偏差值的代數(shù)和。 按測(cè)量時(shí)被測(cè)表面與計(jì)量器具的測(cè)頭是否接觸分類：接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量。接觸測(cè)量是在測(cè)量過程中，計(jì)量器具的測(cè)頭與被測(cè)表面接觸，即有測(cè)量力存在。非接觸測(cè)量：是指計(jì)量器具的測(cè)頭不與被測(cè)表面接觸，即無測(cè)量力存在。 按工件上是否有多個(gè)被測(cè)幾何量同時(shí)測(cè)量分類：單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量。單項(xiàng)測(cè)量 ；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) 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 C 的回火處理，所以通常當(dāng)軸承的工作溫度 120 E D+-L+C+-R+-SoVii時(shí)，元件的硬度都不會(huì)下降。保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（簡稱滾動(dòng)軸承）和摩擦軸承（簡稱滑動(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) 圖 3.5 軸承的主要檢測(cè)項(xiàng)目 國家標(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 隨著我國軸承檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高， 2010 年 4 月我國實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)基本和國際標(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，可以 模軸承檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 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