30噸沖擊試驗臺設(shè)計綜述

1、發(fā)動機燃油泵滑動軸發(fā)動機燃油泵滑動軸承試驗臺設(shè)計承試驗臺設(shè)計班級：熱能與動力工程班級：熱能與動力工程07-1學(xué)生：蔣廷松學(xué)生：蔣廷松學(xué)號：學(xué)號：20061186指導(dǎo)教師：孫軍指導(dǎo)教師：孫軍簡介 隨著各種旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速不斷提高、載荷不斷加大、工作環(huán)境日益復(fù)雜 ，對滑動軸承性能要求越來越高。目前國內(nèi)外學(xué)者和專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)均致力于發(fā)展動載軸承的專用試驗臺和試驗技術(shù)，并已先后開發(fā)了多種型號的軸承試驗機 。但實際工業(yè)生產(chǎn)中滑動軸承的運行工況差別很大，現(xiàn)有的滑動軸承試驗臺不能滿足所有機械在其工況下滑動軸承的測試工作。因此，滑動軸承的測試往往需要專門設(shè)計的滑動軸承試驗臺。 課題要求n設(shè)計課題：發(fā)動機燃油泵滑動

2、軸承試驗臺設(shè)計n設(shè)計要求： 1、針對燃油泵滑動軸承設(shè)計軸承試驗臺 2、試驗臺最高轉(zhuǎn)速：15000 r/min 3、最大加載力：15000 Nn試驗臺功能： 1、油膜壓力分布 2、油膜溫度分布 3、軸心軌跡 4、摩擦轉(zhuǎn)矩設(shè)計總覽試驗臺總體設(shè)計試驗臺主臺架設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計加載系統(tǒng)設(shè)計測量系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計總圖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 支撐滑動軸承 7 滾動軸承座 8 測試滑動軸承座 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油封端蓋 15 液壓缸 17 集流器支座重要參數(shù)的估算 在設(shè)計滑動軸承試驗臺時，為了使驅(qū)動系統(tǒng)在滑

3、動軸承承受最大載荷時仍能正常工作，必須保證驅(qū)動系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)矩大于工作機的最大摩擦轉(zhuǎn)矩。因此必須先對試驗臺工作部分的最大摩擦轉(zhuǎn)矩進行估算。n已知條件：滑動軸承：摩擦系數(shù) ，載荷 ，軸頸直徑 滾動軸承：摩擦系數(shù) ，載荷 ，軸頸直徑 n（1）滑動軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力： 摩擦轉(zhuǎn)矩：n（2）滾動軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩估算： 摩擦力： 摩擦轉(zhuǎn)矩：n（3）試驗臺主題的總摩擦力矩為： 00241. 0fNF7500mmd321002. 0fNF15000mmd552NfFF075.18摩擦mmNdFM8 .1156211摩擦NfFF30摩擦mmNdFM165022摩擦mmNMMM8 .280621試驗臺主臺架

4、設(shè)計1主軸； 2油封端蓋； 3 試驗臺主體機蓋 ； 4滑動軸承座（支撐軸承） 5滾動軸承支座； 6進油管孔； 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油封端蓋； 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； 試驗臺主臺架為箱體結(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 。本設(shè)計將對主臺架上的關(guān)鍵零件主軸、滑動軸承座、油封進行設(shè)計。主軸的設(shè)計根據(jù)各零部件的安裝形式和尺寸，對軸的外形設(shè)計如下圖所示： 由于本試驗臺速度加快，載荷較大，且軸的尺寸受到較多限制而顯得比較細長，因此在軸的外形設(shè)計完后需要對軸進行

5、校核。 本文設(shè)計的軸以經(jīng)滲碳、淬火、回火后的20CrMnTi材料，采用機械設(shè)計手冊新編軟件版對軸的彎曲應(yīng)力、疲勞強度、彎曲剛度等進行校核。結(jié)果顯示所設(shè)計軸能滿足使用要求。詳細校核過程見畢業(yè)設(shè)計論文第15頁?；瑒虞S承座設(shè)計 滑動軸承座的設(shè)計主要考慮被測試滑動軸承的形式和相關(guān)尺寸，同時還要考慮到方便測試傳感器的安裝。 本文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行潤滑。設(shè)計的滑動軸承座外形及安裝形式如右圖所示，軸承座尺寸如下表所示。dDRBbLL1Hhh1d1d2C324132423615411474372018.5M10

6、2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)如左圖所示，尺寸如下表所示。軸頸d(mm)環(huán)形密封槽迷宮密封槽Rtd1aminnef128/301.54.5d+1nt+R30.21驅(qū)動系統(tǒng) 本試驗臺的最大轉(zhuǎn)速為15000r/min，且轉(zhuǎn)速能在015000r/min內(nèi)變動。 本采取變頻調(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。1變頻電機；2聯(lián)軸器；3增速齒輪箱；4聯(lián)軸器；5支座選擇電機 變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù) 改變變頻器的頻率，可使變頻電機實現(xiàn)無級變速。變頻調(diào)速法結(jié)構(gòu)簡單，輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可無級變速，具有較

7、好的調(diào)速性能。 選取額定轉(zhuǎn)速為 ，額定轉(zhuǎn)矩為 的ABB變頻電機。根據(jù)變頻電機的變頻原理計算可得，變頻電機能達到的最大轉(zhuǎn)速為 ，此時電機的輸出轉(zhuǎn)矩最小，為 。 選擇增速齒輪箱的增速比為1:3 ，則驅(qū)動系統(tǒng)輸出的最大轉(zhuǎn)速為最小轉(zhuǎn)矩為 ，可滿足設(shè)計要求。增速齒輪的設(shè)計與校核另見畢業(yè)設(shè)計論文第20頁。min/2920rmN 5 .17min/5840rmin/17520rmN 3mN 9驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計要求n潤滑系統(tǒng)要求進油壓力范圍0.45 MPa，進油流量范圍50300 L/h,即0.850 L/min。潤滑系統(tǒng)設(shè)計1油箱；2液位計；3空氣濾清器；4電機；5吸油過濾器；6液壓泵；

8、7比例溢流閥；8比例流量閥；9管路過濾器；10流量計；11壓力表、壓力傳感 器、 溫度傳感器；12回油過濾器；13電磁水閥；14水冷卻器；15加熱器潤滑系統(tǒng)工作過程n潤滑系統(tǒng)滑系統(tǒng)工作過程：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。n控制部分設(shè)計：1、壓力控制：將電液比例溢流閥預(yù)先設(shè)定的一個壓力值，溢流閥通過其閥口的溢流，可以使?jié)櫥到y(tǒng)中的壓力穩(wěn)定在這個預(yù)設(shè)值上。改變電液比例溢流閥中的預(yù)

9、設(shè)值，可以改變潤滑系統(tǒng)的壓力。2、流量控制：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。潤滑系統(tǒng)重要元件的選型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型號YD(E)F3-10B通徑(mm)10額定流量(L/min)63調(diào)壓范圍(MPa)0.46.3額定電壓（V/交流）220重量(kg)3.2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

10、最低壓差(MPa)DYBQ-161610637.5%1%1.0YB1-63型葉片泵YD(E)F3-10B型電磁比例溢流閥DYBQ-16型電液比例流量閥 加載系統(tǒng)設(shè)計1滾動軸承座；2滾動軸承；3主軸；4加載力傳遞裝置；5液壓缸 本設(shè)計采用液壓加載，液壓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)雜的順序動作和遠程控制。 加載系統(tǒng)設(shè)計要求n本試驗臺加載系統(tǒng)設(shè)計要求：

11、加載力可變，載荷類型為靜載荷；載荷能長時間穩(wěn)定在一確定數(shù)值上；加載的直接工作行程很小，可近似忽略不計。液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓缸與液壓泵額定壓力/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/MPa0.1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/-1080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液壓泵電機的選擇額定電流堵轉(zhuǎn)電流額定

12、轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號功率kW電流A轉(zhuǎn)速r/min重量kgY160M-67.5179706.52.02.0116控制回路 系統(tǒng)根據(jù)不同壓力要求，通過輸入裝置將相應(yīng)的控制信號輸入到比例溢流閥1的控制器中，即可達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力的目的。 調(diào)壓回路設(shè)計控制元件的設(shè)計4010M.4222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-F31016206.3606010型號公稱通徑(mm)額定壓力(MPa)額定流量(L/

13、min)線性度重復(fù)精度卸荷壓力(MPa)BYY16A166.3707.5%1%0.61、單向閥的型號及參數(shù)：2、電磁換向閥的型號及參數(shù)：3、電液比例溢流閥的型號及參數(shù)：加載力傳遞機構(gòu)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619115580136175115.913.275009000 本設(shè)計通過滾動軸承將加載力傳遞給主軸。滾動軸承采用61911型深溝球軸承，其結(jié)構(gòu)如左圖，尺寸如下表所示。軸承采用軸肩加套筒的方式緊固，緊固套筒的結(jié)構(gòu)見左下圖。滾動軸承座的設(shè)計軸承座代號dd2DgAmaxA1HH1maxLJSN1NSN

14、211556510033105707028255210M161823SN208型等孔徑二螺柱軸承座 測試系統(tǒng)n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。n本文將對油膜壓力分布、溫度分布、軸心軌跡、摩擦轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進的測量方式、測量的位置分布和測量儀器選型進行設(shè)計。油膜壓力的測量方式 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

15、，當軸轉(zhuǎn)動時就能獲得連續(xù)的油膜壓力分布 。測得的信號通過集流器傳遞給分析儀器。壓力傳感器選型3.54型號MYD-5125量程(MPa)050靈敏度(pC/MPa)4060固有頻率(kHZ)150溫度范圍()-25150安裝形式螺紋M61前段尺寸 因為本設(shè)計是在軸上安裝傳感器，因此受振動和加速度影響較大，因此選用可消除振動加速度影響的壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如右圖所示 。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 。 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)如左圖所示，技術(shù)指標如表左所示

16、溫度分布的測量1滑動軸承座；2溫度傳感器安裝孔；滑動軸承溫度傳感器選型 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 ，其工作壽命長、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。 軸心軌跡的測量1位移傳感器支座；2位移傳感器安裝孔 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。位移傳感器的結(jié)構(gòu)如作圖所示。 位移傳感器的選型型號探頭直徑(mm)線性范圍(mm)線性度靈敏度靈敏度精度S220050.251.251.0%8.0V/mm4.0% 位移傳感器不能與轉(zhuǎn)軸接觸，因此選用非接觸式的S2200型電渦流位移傳感器進行測量 摩擦力矩

17、的測量n摩擦力矩用貼在軸上的一組電阻應(yīng)變片來測量。通過集流器將測得的電信號傳遞給分析 儀器。n電阻應(yīng)變片選擇箔式應(yīng)變片，其表面柔軟，可方便的貼在軸上，且成本低，性能好，可以滿足測試需要。 本設(shè)計共采用4個應(yīng)變片，沿軸的周向分布，應(yīng)變片安裝的角度依次為45、135、45、135。集流器的設(shè)計集流器的選型及原理n本文選用J30-5 型周通型集流器。n軸通型集流器的原理：軸套隨被測軸一起旋轉(zhuǎn)，軸上所裝傳感器的信號線焊接在集流器接線盤的焊點上，然后通過滑環(huán)和電刷將信號引出，送至信號放大器內(nèi)放大后，最后信號送至信號處理儀器中進行處理。 集流器的測速原理集流器的測速盤上裝有三個檢測體，如右圖所示。軸每轉(zhuǎn)一周，軸套也隨之旋轉(zhuǎn)一周，三個檢測體分別經(jīng)過測頭一次，即可根據(jù)檢測體在單位時間內(nèi)進過測頭的次數(shù)來推測出主軸的轉(zhuǎn)速?？偨Y(jié)n本畢業(yè)設(shè)計論文以流體動壓潤滑理論為基礎(chǔ)，結(jié)合當今滑動軸承試驗臺的研究狀況和設(shè)計需求，設(shè)計了滑動軸承試驗臺的機械部分。對總體結(jié)構(gòu)、尺寸和安裝形式進行了設(shè)計，初步驗證了設(shè)計方案的可行性，并對關(guān)鍵的零件進行選