机械毕业设计（论文）-轴承检测装置的设计【全套图纸UG三维】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 轴承检测装置的设计轴承检测装置的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 轴承检测装 置的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果， 其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致 谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体 已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 97 学 号： 0923802 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 轴承检测装置的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 轴承是机械行业中广泛应用的一种重要部件，其质量好坏在一 定程度上影响整个机械系统的性能。轴承产品精度的高低与性能的 好坏是靠仪器、设备来检验和判断的。因此轴承检测仪器自身是否先 进，将直接影响到轴承产品的检测的准确性和可靠性。 随着轴承检测仪器的发展，对轴承检测项目的要求及其检测项 目的精确度要求也越来越多、越来越高。此外还要在一定程度上满足 人机协作的要求。因此，我在导师的带领下选择了这个课题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉轴承检测装置的发展历程，特别是近十几年来国内外的发展 状况，及应用的主要原理依据等； 较好的结合机械理论知识、自动控制的硬、软件知识； 达到技术指标所要求，满足实际工作需要，安全、可靠、工作稳定、 测量精度准确的要求； II 熟练掌握并灵活运用 UG 软件完成绘图设计工作； 完成轴承检测装置的装配图设计（三维及工程图纸） 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 97 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 轴承是各类机械装备中最为重要的基础部件，它的精度、性能、寿命以及可靠性对 主机的精度、性能、寿命以及可靠性起着非常重要的作用。在机械产品中，轴承属于高 精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处 理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等 诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表国家科技实力的产品。随着工业水平的不断 进步、生产自动化水平的不断提高，轴承已经广泛的应用在好多行业领域，它的质量直 接影响到工作母机的工作性能，其精度的高低直接影响到整个设备性能的好坏。据统计 在旋转机械中 30%的故障与轴承有关。因此，工业生产监控的要求也越来越高，为了保 证轴承质量必须对其进行严格的出厂检测。目前在轴承检测项目中：轴承游隙检测、内 径检测以及振动情况检测等项目，都是反应轴承质量的重要指标，轴承的合格与否将会 直接影响到轴承的使用性能。现有的轴承检测仪一般只能进行单一项目的检测，检测效 率低不方便。为了满足轴承安全检测的要求，研制出一种检测效率高、基本实现自动化 的轴承多方面检测项目的检测装置显得越来越重要。 关键词：关键词：轴承；自动化；检测；装置 IV 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 V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论.1 1.1 本课题的研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展概况.1 1.3 本课题应达到的要求.2 2 轴承检测装置的分类及发展.3 2.1 概述.3 2.2 轴承仪器的分类和发展方向.3 2.2.1 轴承仪器的分类及特点3 2.2.2 轴承仪器的发展方向4 2.3 检测方法的研究.4 3 轴承的检测.5 3.1 轴承的基本结构.5 3.2 轴承的类型及特点.6 3.3 轴承检测的内容和检测条件.6 3.3.1 轴承检测的标准6 3.3.2 轴承检测的内容和检测条件6 4 轴承的振动检测.8 4.1 研究背景.8 4.2 轴承振动自动检测的工作原理.8 4.3 系统组成及功能.10 4.4 振动信号的采集方案设计.12 4.5 数据预处理.13 4.6 幅值域参数计算.13 5 轴承游隙的检测.14 5.1 轴承径向游隙检测装置的设计.14 5.1.1 游隙14 5.1.2 径向游隙的设计原理14 5.2 轴承径向游隙的动态游隙的测量计算.15 5.3 校核轴承游隙计算关系.16 6 轴承内径检测装置的设计.18 6.1 轴承内径在线检测装置的设计.18 6.2 轴承内径检测装置的测量原理.18 6.2.1 内径测量方法的研究18 6.2.2 内径测量的设计机理19 VI 6.3 轴承内径检测系统精度的确定.20 7 传动装置的结构设计.21 7.1 电动机的选择.21 7.2 传动比的分配.21 7.3 传动带的选择.22 7.3.1 带传动的类型22 7.3.2 带传动的特点及应用22 7.3.3 V 带的材料和结构 .22 7.3.4 V 带的设计计算 .23 8 齿轮传动.24 8.1 齿轮概述.24 8.2 齿轮类型的选择及齿数的计算.25 8.2.1 按齿面接触强度设计25 8.2.2 计算各参数26 8.2.3 按齿根弯曲强度设计27 8.2.4 齿轮的几何尺寸计算28 8.2.5 齿轮的结构设计29 9 轴.30 9.1 最小轴径的估算.30 9.2 轴的强度和刚度校核计算.30 10 轴承、联轴器的选择.33 10.1 轴承的选择.33 10.2 联轴器的选择.33 11 结论与展望.35 11.1 结论.35 11.2 不足之处及未来展望.35 致 谢.36 参考文献.37 轴承检测装置的设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 轴承是旋转机械中广泛应用的基础零件之一，其质量好坏在一定程度上影响整个机 械系统的性能，可以说在制造业大发展的环境下轴承的使用无处不在。但是轴承也是最 容易损坏的零件之一，据统计，旋转机械中大约有 30%的故障与轴承有关，轴承的质量 与设备的正常运行有着紧密的联系。我国轴承行业对轴承成品也采用了极为严格的检测 工艺，主要依据有国家标准、行业标准、企业标准。检测项目从重要性上分为：关键项 目、主要项目及次要项目。随着轴承工业生产的日益发展和当前市场前景的预测，轴承 仪器制造业已显跟不上形式的发展，因此开发高新检测装置仪器势在必行并且大有市场。 产品的质量是一个企业生存的根本，在全球经济一体化，行业竞争白炽化的环境下， 产品的质量尤为重要。目前，我国轴承企业广泛应用了自动化程度比较高的加工机床， 生产效率和产品质量得到了很大的提高，然而轴承的检测却处于半自动化与手工检测相 结合的静态测量阶段。在国外轴承产品的冲击下，国内轴承企业求生存求发展的根本也 就要求地保证轴承的质量。因此，对轴承检测项目的要求及其检测项目的精确度要求也 越来越多、越来越高，此外还要在一定程度上满足人机协作的要求。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 精密机械制造技术的飞速发展和产品精度的日益提高，有力地促进了测试技术和试 验技术的发展，使其呈现出多态性和超精密的特性。为了满足人们的需求，许多厂家和 轴承试验研究所都在研究改进新产品来适应市场的需求。在国内，常用的检测轴承质量 的轴承振动检测仪有两种，一种是测量轴承振动的加速型轴承振动检测仪，另一种是通 过测量轴承振动速度的速度型轴承振动检测仪。杭州轴承试验研究中心的 BVT-5 轴承振 动速度检测仪（如图 1.1）是其性能最完善的一个型号。杭州轴承试验中心的 BVT 系列 轴承振动检测仪以及洛阳轴承研究所研制的 S09（如图 1.2）系列轴承振动检测仪是轴承 行业应用最多的产品，同时其他厂家也研制出了自主特色的圆锥滚子轴承振动检测仪。 例如：大连轴承仪器厂、大连科汇轴承仪器有限公司研制的 S3907-2A 型轴承振动监测仪、 宁波科技园区中策仪器厂研制的 S7910 圆锥滚子轴承振动测量仪1。 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1.1 BVT-5 轴承振动检测仪外形 图 1.2 S09 系列轴承振动检测仪外形 在国外，丹麦研制出了 B是 对工件上的各个被测几何量分别进行测量。综合测量：是对工件上的几个相关几何量的 综合效应同时测量得到综合指标，以判断综合结果是否合格。 轴承检测装置的设计 5 3 轴承的检测轴承的检测 3.1 轴承的基本结构轴承的基本结构 轴承的基本结构如图3.1、图3.2、图3.3所示，它有内圈1、外圈2、滚动体3、和保持 架4组成。内圈安装在轴劲上，外圈安装在轴承座孔中。内外圈上制有弧形环状滚道，用 以限制滚动体的侧向移动，并可降低滚动体在内、外圈的接触应力。轴承通常是内圈旋 转、外圈固定，也有外圈旋转、内圈固定。保持架的功用是使滚动体均匀隔开，防止相 邻滚动体转动时由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。滚动体是滚动轴承的 核心元件，当内、外圈相对运动时，滚动体就在轴承的内、外圈滚道间滚动，使相对运 动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。 图3.1 轴承结构图 1-外圈；2-内圈；3-滚动体；4-保持架 图3.2 圆锥滚子轴承 内、外圈及滚动体一般是用强度高、耐磨性好的轴承钢制造，例如 GCr15、GCr15SiMn等，热处理后工作表面硬度应达到HRC60-65。由于这些元件都经过 150的回火处理，所以通常当轴承的工作温度120时，元件的硬度都不会下降。保CC 持架多用低碳钢板冲压成形，也有用铜合金、铝合金或塑料等制成实体的。 图 3.3 轴承 无锡太湖学院学士学位论文 6 3.2 轴承的类型及特点轴承的类型及特点 轴承的功用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑之间的摩擦 和磨损。根据轴承中摩擦性质的不同，轴承可以分为滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）和 摩擦轴承（简称滑动轴承）两大类。滚动轴承按其结构按其结构特点、承载情况有多种 分类方法，分别适用于不同的载荷、转速及特殊的工作要求。 按其所承受载荷方向可以分为向心轴承和推力轴承两大类。 按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承。球轴承的滚动体为球，球与滚道表面的 接触点为点接触；滚子轴承的滚动体为滚子，滚子与滚道表面的接触为线接触。滚子轴 承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，而球轴承摩擦小、高速性能好。 按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。调心轴承允许的偏位角大。 按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。轴承在 装置中的应用（如图 3.4）所示： 图 3.4 轴承在装置中的应用 3.3 轴承检测的内容和检测条件轴承检测的内容和检测条件 3.3.1 轴承检测的标准轴承检测的标准 轴承的检测是个全面的系统化的过程，它包括很多方面的内容和要求。它的检测必 须符合相关的轴承检测标准规定 针对轴承质量进行检测的标准主要有以下两个方面： （1）滚动轴承检测的国家标准是轴承检测的主要依据。例如 GB307.2-84滚动轴承 公差的测量方法及 GB307.3-84滚动轴承的一般技术要求等。 （2）颁标了专用标准和统一的企业标准。例如 JB/CQ13-87球轴承及其零件补充技 术要求以及 JB/CQ14-88滚子轴承及其零件补充技术要求等。 3.3.2 轴承检测的内容和检测条件轴承检测的内容和检测条件 轴承的基本的基本结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分构成，相应轴承的 检测也包括对轴承内圈的检测，外圈的检测，滚动体的检测以及对保持架的检测。以上 检测都合格并不代表该轴承是合格的，轴承装配好了以后，我们还要进行对该轴承的成 品检测。国家标准所规定的轴承的检测项目主要有：尺寸精度、旋转精度、游隙、旋转 灵活性、振动噪声、残磁强度、表面质量、硬度等。如图 3.5 所示： 轴承检测装置的设计 7 图 3.5 轴承的主要检测项目 国家标准不仅对轴承检测的内容作了规定，而且对轴承检测时应满足的条件足额作 了规定。在设计轴承检测仪器以及进行轴承检测时，应当尽量符合国家标准的规定。 温度的影响：因轴承摩擦发热和其他热源的影响而使轴承套圈的温度高于相配件的 温度时，内圈轴颈的配合将会变松，外圈外壳孔的配合将会变紧，当轴承工作温度高于 100 度时，应该对所选用的配合适当修正（减少外圈与外壳孔的过盈，增加内圈与轴颈的 过盈） 。轴承在测量时的标准温度为 20 度，测量时要保证被测轴承、标准件或量块以及 测量时用的仪器处于同一温度条件下。 转速的影响：对于转速高又承受冲击动负荷作用的滚动轴承，轴承与轴颈的外壳孔 的配合应选用过盈配合。在一般转速下，转速的高低对类型的选择没有什么影响，只有 在转速较高时，才会有比较显著的影响，通常轴承的工作转速应低于其极限转速（手册 中查阅） ，否则会降低其使用的寿命。 公差等级的协调：选择轴承和外壳孔精度等级时应与轴承精度等级相协调。如 0 级 轴承配合轴颈一般为 IT6，外壳孔则为 IT7;对旋转精度和运动平稳性有较高要求地场合， 轴颈为 IT5 时，外壳孔选为 IT6; 无锡太湖学院学士学位论文 8 4 轴承的振动检测轴承的振动检测 4.1 研究背景研究背景 随着我国轴承检测技术标准的不断提高，2010 年 4 月我国实施的新标准基本和国际 标准一致。 滚动轴承 振动测量方法第 3 部分规定：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心 调心滚子轴承和圆锥滚子轴承 （GB/T 24610.3-2009)中加载力要求如下表 4-1： 表 4-1 圆锥滚子轴承轴向载荷的新设定值 由于振动检测法具有：（1）适用于不同类型和不同工作环境下的轴承；（2）可以 有效地诊断出轴承生产制造时的各种缺陷与不足，同时可以判断出轴承的寿命;（3）对轴 承振动信号的各种测试及相关处理比较简单、直观；（4）诊断结果准确度高，可靠性较 好等一系列优点，因此振动检测法在实际中得到了广泛的应用。 图 4.1 装置图 4.2 轴承振动自动检测的工作原理轴承振动自动检测的工作原理 轴承测振原理：主轴系统作为被测轴承的支撑(如图 4.1)，当测振传感器（如图 4.2） 的测头压在被测轴承外圈表面时，其获得的振动信号中包含了主轴系统自身的振动信号 和被测轴承的振动信号，因此主轴的旋转精度、轴向跳动、端面跳动、自振等参数要较 小，否则会造成轴承优良判断的误差。即当测振传感器的拾振杆轻压在振动的物体上时， 随着振动物体一起振动，拾振质量相对于传感器壳体作相对运动。系统的输入是壳体运 动所引起的惯性力，系统的输出则是质量的相对位移。为了真实的测得轴承的振动情况， 轴承检测装置的设计 9 可以模拟轴承正常工作时的实际运转情况， 首先定位好该被测轴承的位置，考虑到轴承 型号的不同（即检测的轴承的内径不同） ， 在此我们选用了锥形主轴（如图 4.3）所示， 利用轴承的推力装置将被测轴承推送到圆锥 主轴系统的芯轴上，并利用螺塞、锥轴套加 以固定被测轴承的内圈，以一定的轴向压紧 力压紧被测轴承的外圈。随后，加速度传感 器轻压在被测轴承的外圈表面上，主轴传动 系统带动被测轴承转动。传感器将采集到的 振动信号转化为电信号，再经过信号处理电 路处理后，由数据采集卡的 A/D 模块转化为数字信号， 最后将数字信号传送给计算机进行数据处理 图 4.2 速度型传感器结构原理图 得出测量结果5，流程如（图 4.4 所示）： 图 4.3 锥形轴 图 4.4 轴承振动测量 无锡太湖学院学士学位论文 10 4.3 系统组成及功能系统组成及功能 系统主要由软件系统和硬件系统两部分组成，具有信号采集、数据预处理、故障诊 断等主要功能。由于传感器所得到的电信号很弱，必须经电荷放大器进行处理，在处理 中控制示波器器辅助监视信号的大小，以不超过 A/D 转换额定电压5V 为准。应用磁带 机主要是便于离线分析，低通滤波主要是为了适应 A/D 转换的要求，如果信号中包含的 频率很高，为满足采样定理，采样速率就必须很大，因为 A/D 转换有一定的时间限制， 这样就要求滤掉高频成分，系统功能及工作流程见（图 4.5） ，振动检测的局部设计如 （图 4.6）所示： 图 4.5 系统的功能及工作流程图 由于被测量轴承的厚度或大小的改变，导致轴承相对于锥轴位置的改变，我们就需 要调整传感器测头的位置，让传感器的测头（如图 4.7）几乎始终位于被测量轴承外圈的 中心位置。这就需要传感器能够左右移动。同时由于被测轴承直径大小的改变，这就需 要调整该传感器的前后位置，让传感器的测头能够保持压在被测量轴承的外圈上。因此 该传感器需要固定在一个能同时实现上下和前后移动的平台上（如图 4.8） 。 轴承检测装置的设计 11 图 4.6 振动检测局部图设计 图 4.7 传感器的接触触头及其连杆 图 图 4.8 传感器位置调整机构 轴承定位装置主要用于轴承的定位，在其上方安装一个 V 型板，使其靠在轴承的外 无锡太湖学院学士学位论文 12 圈上，其轴承中心自动与芯轴中心保持较好的同心度，便于与传感器接触触头进行良好 的定位，如（图 4.9）所示。 图 4.9 V 型板定位局部放大图 滚动轴承振动（速度）测量法（JB/T 5313-2001)中规定：启动驱动主轴，将传感器测 头压下，使其处于与测量状态相同的条件下，此时个频带示值应符合表 4-2 的规定。 表 4-2 轴承测振仪基础振动 轴承公称内径 各频带振动值 max mm um/s 超过 到 50-300HZ 300-1800HZ 1800-10000HZ 3 12 10 7 4 12 60 12 10 5 60 120 15 15 7 4.4 振动信号的采集方案设计振动信号的采集方案设计 换在轴承振动的信号测量中，轴承振动检测仪通过速度传感器将轴承的振动信号转 为微弱的电信号，将信号的电压大小一般在毫伏级，将微弱电信号经放大后（前置放大 器)输入到数据采集卡中进行 A/D 转换，然后计算机调用得到的数字进行相关处理。信号 处理得相关过程如下（图 4.10）： A/D 图 4.10 信号处理过程 计算机对通过对所采集得到的轴承信号进行我们所需要的各种分析，主要的有两个 方面：时域分析、频域分析，当振动信号采集后需要进行相关参数的计算与分析。 采用 MS-1239A/D 转换卡，直接插入微机扩展槽中，用单通道采集数据。采样子程 序用那个是汇编语言编制，因为汇编语言直接进行位操作，运行速度比较快，能满足高 速采样的要求，采样方式为中断方式，直接用微机的 8253 定时器计时，这样采样频率控 制精确。中断控制器 8259 根据定时信号向 CPU 申请中断。采样值保存在缓冲区内，供主 速度传感器前置放大器数据采集卡计算机 轴承检测装置的设计 13 程序调用。通过对定时器赋不用的计数值，实现不同频率的采样14。 4.5 数据预处理数据预处理 根据 A/D 转化器的 12 位偏移编码将二进制数转化为十进制电压值，这时可以进行单 位标定，对所有采样点做零均值化处理。即： 均 E=为信号幅值。为采样点数， ii XnnX,/ niEXX ii 3 , 2 , 1, , 经 的变换是在直流分量，而直流信号信号的均值相当于一个变换后的信号序列 , i X X=0 处的冲击函数，因此如不去掉均值，在估计信号的功率时，在 X=0 处会出现一个很 大的峰值，并会影响 X=0 左右处的谱线，使之产生较大的偏差。 而根据 Chauvenl 判据 K(见表 4-3） ，轴承振动标准（表 4-4） ，实例检测（表 4-5）： 表 4-3 Chauvenl 判据 4.6 幅值域参数计算幅值域参数计算 均方根值 2 1 2 )(dxxQXX uu RMS （4-1） 平均幅值 dxxQXX uu )( 2 （4-2） 方根幅值 2 2 )(dxxQXX uu r （4-3） 峰值 )(max 0uu tXEX （4-4） 表 4-4 轴承振动标准 （双振幅 mm) 优 良好 合格 1500r/min 0.03 0.05 0.07 3000r/min 0.02 0.025 0.05 5000r/m 0.01 0.025 0.05 表 4-5 检测实例 编号 诊断对象 内圈 外圈 滚动体 dB 值 结果 1 2 3 4 5 E EE E EE 5.3 52.5 51.5 49 47.5 滚动体故 内故 外故 正常 正常 注：代表实测参数低于标准值，E 代表高于标准值 n 5 10 15 20 25 30 40 50 K 1.65 1.96 2.13 2.24 2.33 2.39 2.49 2.58 n 75 100 200 300 500 1000 2000 5000 K 2.71 2.81 3.02 3.20 3.29 3.48 3.60 3.80 无锡太湖学院学士学位论文 14 5 轴承游隙的检测轴承游隙的检测 5.1 轴承径向游隙检测装置的设计轴承径向游隙检测装置的设计 5.1.1 游隙游隙 所谓轴承游隙，即指轴承在未安装与轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定， 然后便将未被固定的一方做径向或轴向移动。根据移动方向所产生的移动量，可分为径 向游隙和轴向游隙。游隙的合适与否，对轴承的使用寿命有着重要影响。过大或过小都 会引发轴承故障，过大的游隙会造成系统运转精度降低，噪声和振动增大，同时轴承的 承载能力降低，缩短轴承的使用寿命；过小的游隙会使轴承生热增多，导致系统温度过 高，甚至烧损轴承，引发故障。由此可见，游隙检查是轴承成品检查的一个重要项目。 本章我们主要研究轴承径向游隙的检测及其设计装置。 5.1.2 径向游隙的设计原理径向游隙的设计原理 运转时的游隙（称做工作游隙） ，测量轴承的游隙时，为得到稳定的测量值，一般对 轴承施加规定的测量负荷。因此得到的测量值比真正的游隙（称做理论游隙）大。即增 加了测量负荷产生的弹性变形量。但对于滚子轴承来说，由于该弹性变形量较小，可以 忽略 不计。 测量过程：利用三抓卡盘夹紧锥轴 5，被测轴承安装后，轴承在检查径向游隙时， (如图 5.1 )所示，利用锥轴套与锥轴 5 配合，将被测轴承内圈固定。杠杆 3 贴合轴承外圈， 考虑到重力状态下轴承自身所产生的重力游隙影响，从轴承底部提供一固定测量负荷 F. 在固定力的作用下被测轴承的外圈从一个极限位置移到另一个极限位置。杠杆 3 向上移 动，同时带动了指示表 2 的转动，即所测量的数据就是该轴承的径向游隙。由于套圈滚 道圆度及滚动体尺寸的影响，在轴承圆周的不同角度方向的径向游隙是不同的，为了保 证测值的准确，通常每隔 120测量一次，三次测量结果的算术平均值，作为该轴承的径 向游隙值。 图 5.1 测量原理图 轴承检测装置的设计 15 5.2 轴承径向游隙的动态游隙的测量计算轴承径向游隙的动态游隙的测量计算 游隙原理(如图5.2)： 图5.2 工作原理图 将被测轴承定位安装在心轴（及锥形轴） ，由锥轴套，旋紧螺塞固定好该轴承的内圈。 由气动装置（如图5.3）上因为考虑到重力作用下的重力游隙的影响，即我们可以从下往 上给定一个工作负荷，轴承外圈向上移动一段距离，随后从上往下给该轴承施加一下往 下的力，该轴承的外圈往下移动一段距离，通过测量仪器测量出最高点与最低点之间的 距离h，则该轴承的游隙 f=(h-d)/2 （5-1） f: 轴承的游隙 h: 最高点与最低点之间的距离 d: 轴承的内径 无锡太湖学院学士学位论文 16 图5.3 气动装置 该气动装置中，根据该装置简图（如图5.4） ，1-推板，2-上弹簧，3-上推杆，4-下推 板，5-下弹簧，6-活塞，7-缸体。首先气体进入缸体7的内腔中，推动活塞6往上移动，下 弹簧5受力压缩，下推板往上移动推动推板1往上移动，接触被测轴承的下表面，受力往 上，当推到一定的位置时，由于心轴固定，该轴承会给推板1一个反向的作用力，上弹簧 收缩，此时该轴承受力在一个合适的范围内，测量出最高点与心轴之间的距离h1,触点断 开，推板返回到原初始位置;同理可测量出心轴距最低点的距离h2. 图5.4 装置简图 这种测量游隙的方法有如下几个优点: 1.由于采用了动态测量, 以及能够靠调整的办法使沟中心和球中心在二个平面内,所以,可 以消除摩擦误差, 测量精度相应提高; 2.由于采用了V型板、锥轴套， 被测轴承外圈的工作面对被测轴承旋转中心线的垂直 度相当高, 因此, 安装精度也相应提高, 同样也提高了测量精度; 3.由于被测轴承内圈是连续旋转的, 所以, 可以实现连续测量; 又因为电气部分采用 了积分器和运算放大器, 所以, 可以直接测量出游隙的平均值, 效率比静态测量法也有相 应提高; 4.采用了额定的测量负荷，接触变形小，提高了测量精度，因此测量值更接近理论游 隙值。 5.3 校核轴承游隙计算关系校核轴承游隙计算关系 轴承检测装置的设计 17 滚动轴承的游隙的校核： 假设被测轴承的初始游隙为0 安装时的游隙为 f=0-1-2 （5- 2） 1：内圈与轴径配合时的游隙减少量 2：外圈与轴承座孔配时的游隙减少量 由（ 内 u 为圈理论最大过盈量） （5- 内 u 8 . 01 3） 2=0.7 外 u （ 外 u 为外圈理论最大过盈量） （5- 4） 工作游隙 =f3 （5- 5） 3 为工作中内外圈温差所引起的游隙减小量， e Dt 3 ：轴承钢的线膨胀系数)/1 (10 5 . 12 5 C t：轴承内外圈温差 De：外圈的滚道直径 球轴承 )4( 5 1 dDDe （5- 6） 滚子轴承 )3( 4 1 dDDe （5- 7） 无锡太湖学院学士学位论文 18 6 轴承内径检测装置的设计轴承内径检测装置的设计 6.1 轴承内径在线检测装置的设计轴承内径在线检测装置的设计 目前, 我国某些轴承制造企业在轴承尺寸精度的检测方面仍采用百分表和相应的测量 台架组成的检测系统。这种测量方法主要是是靠人力进行的, 很大程度上影响了该产品的 生产效率, 加大了检测人员的劳动强度, 容易随机产生人为误差, 影响到企业的经济效益。 根据以上原因, 由此我们需要综合考虑，研究介绍了一套轴承内径在线检测仪。方便操作、 经济、实惠。 图 6.1 总体效果图 6.2 轴承内径检测装置的测量原理轴承内径检测装置的测量原理 6.2.1 内径测量方法的研究内径测量方法的研究 根据测量中使用的传感器不同，内径测量可分为：气动测量法、超声破测量法、光 学测量法、电子式等。 气动测量法 它的原理是把被测尺寸的变化转化为气室中压力的变化，或管路中流 速或流量的变化，多用于内径的检测，前提条件是加工质量较高，不会出现异常形状。 超声波测量法 利用超声波的穿透性，在直径方向设置两个换能器，超声波会在工 件的两个表面发生反射，测出时间差，再考虑波在不同材质中的传播速度，利用关系式 就可以计算出直径值。这种方法易受环境的影响，不适合在工厂灯现场使用。 光学测量法 包括激光光束扫描法、双频激光干涉测量法、CCD 成像法、光栅测量 法等。属于非接触测量的范畴，测量精度较高，测量速度快，是目前比较流行的测量方 法。 电子式 用电感、电容、电涡流等传感器进行工件内径的测量，多用于间接测量21。 轴承检测装置的设计 19 图 6.2 局部示意图 6.2.2 内径测量的设计机理内径测量的设计机理 参见图7.2，首先通过螺母旋紧及锥套，安装固定好该轴承，在安装固定的过程中， 推杆指针与该轴承的内径接触，在标有刻度的导轨上滑动，最终通过传感机构将读数传 感在电脑显示频上，电动机通过V型带传动装置，通过锥形轴带动该轴承旋转起来。当测 量完成后，应为该导轨有一定的倾斜角度及该导轨本身所具备的良好的滑动性能，指针 杆通过滑动，移动到在该导轨的初始位置。该导轨主要要设计成双端导轨，起到了良好 的定向作用。 优点：（1）该装置中采用锥轴，实现了不同规格不用内径范围内轴承的测量。 （2）采用了两根固定导轨，避免了在测量过程中指针由于单边受力，造成一边的 倾斜，从而导致测量误差。 （3）从整体上实现了自动化测量，大大降低了由于人为因素所造成的测量误差， 降低了成本。 图6.3 轴承内径检测侧视图 无锡太湖学院学士学位论文 20 6.3 轴承内径检测系统精度的确定轴承内径检测系统精度的确定 对于内径测量仪器，首要的是测量的精度问题（即不确定度的问题） 。当已知该零件的 公差时，可以根据公差和精度因数k算出该测量仪器额极限误差。 c1 （6-k c 1 1） 式中工件公差（um） K精度因数 测量仪器的极限误差（um） c1 精度因数 k 是选用的计量器具的测量极限误差与被测工件的公差之比，是个经验值， 一般取 1/3-1/10,对于高精度工件，k 取 1/3,对于低精度的工件，k 一般取 1/10,一般工件 k 取 1/5-1/4，特高精度的工件 k 取 1/2.我们常用的测量精度因数 k 的值与工件精度等级之间 的主要关系25如表 6-1 所示： 表 6-1 测量精度因数 k 值 轴IT5IT6IT7-8IT9IT10IT11IT12-13IT14 新 孔IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12-13IT14 工件 精度 等级 旧12345678 K0.3250.30.2750.250.200.150.1 轴承检测装置的设计 21 7 传动装置的结构设计传动装置的结构设计 7.1 电动机的选择电动机的选择 假设：F=2000N ,v=1.3m/s,D=180mm, 电机同步转速 n=1500r/min 工作机的功率 pw Pw=Fv/1000=20001.3/1000=2.6kw 总功率 （圆柱齿轮选 7 级精 2 54321 度，油润滑=0.98） 2 =0.960.980.990.960.990.99 =0.876 所需要的电动机功率 P P=Pw/=2.6/0.876=2.97kw 图7.1 Y112M-4 kwped4 选 Y112M-4，n=1440r/min(如图 7.1) 7.2 传动比的分配传动比的分配 工作机的转速 =601000v/() 1 nD =6010001.3/(3.14180) =138r/min =1440/138=10.435 1 /nni V 带传动比 i=3 则 =10.345/3=3.478 2 i 动力运动参数的计算 (1) 转速 n min/138 min/138478 . 3 /480/ min/4803/1440/ min/1440 23 12 01 0 rnn rInn rinn rnn (2) 功率 P kwpp kwpp kwpp kwPP d 71 . 2 99 . 0 99 . 0 765 . 2 765 . 2 99 . 0 98 . 0 85 . 2 85 . 2 96 . 0 97. 2 97 . 2 5313 5212 101 0 (3) 转矩 T 无锡太湖学院学士学位论文 22 mNPiTT mNPiTT NPTT mNnPT 54.187n/9550 346.191n/9550 m 7 . 56n/9550i 697.19401497. 295509550 IIIIIIIII 1 1101 000 齿带轴承联轴器 齿轮轴承齿轮 带带 7.3 传动带的选择传动带的选择 7.3.1 带传动的类型带传动的类型 1. 按工作原理分 (1) 摩擦带传动。依靠传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力。如 V 带传动、平带 传动等。 (2) 啮合带传动。依靠带内侧凸齿与带轮外圆上的齿槽相互啮合来传递运动和动力。如 同步带传动。 2. 按带的截面形状分 (1) 平带。平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。常用的平带有帆布芯平带、编织 平带、皮革带及强力锦纶带等数种，其中以帆布芯平带应用最广。 (2) V 带。V 带的截面形状为梯形，两侧面为工作表面。传动时 V 带两侧面与轮槽接触， 在同样压紧力 F 的作用下，V 带则在近几年应用的越来越来越广泛（如图 7.2） 。 V 带又有普通 V 带、窄 V 带、宽 V 带、接头 V 带、联组 V 带、齿形 V 带及大楔角 V 带等，其中普通 V 带应用最广，窄 V 带则在近几年来应用的越来越多。 (3) 圆带。圆形带横截面为圆形，只适用于小功率传动。 (4) 多楔带。它是在平带的基体上由多根 V 带组成的传动带，多楔带结构紧凑，可传递 很大功率。 (5) 同步带。同步带纵截面为齿形，同步带传动则属于啮合带传动，工作时，靠带的凸 齿和带轮外 3.2 缘上的齿槽啮合传动。 7.3.2 带传动的特点及应用带传动的特点及应用 (1) 带传动是挠性传动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振。 (2) 过载时带会在小带轮上打滑，防止其他零件因过载而损坏，起安全保护作用。 (3) 结构简单，制造、安装、维护方便，成本低廉，适于两轴中心距较大的场合。 (4) 由于带与带轮之间存在滑动，传动比不能严格保持不变，带传动的传动效率较低， 带的寿命一般较短，外廓尺寸较大，不适于高温和有化学腐蚀物质的场合。 一般情况下，带传动功率 P100KW,带速 V=5-25m/s，传动比 i5,传动效率为 94%-97%。 特种高速带的带速 V 可达 60-100m/s,传动比 i7. 7.3.3 V 带的材料和结构带的材料和结构 (1) 带轮的材料。带轮常用材料为灰铸铁，当带速 v25m/s 时，采用 HT150;带速 v=25- 30m/s 时，采用 HT200。当带速更高时，可用铸钢或钢板焊接结构，小功率时可用铝合金 或塑料等，V 带在装置中的应用（如图 7.3）： (2) 带轮的结构。带轮一般由轮毂、轮缘、轮廓 3 部分组成，根据轮辐的结构不同，V 带轮可分为 4 种：实心轮、腹板轮、孔板轮、轮辐轮。 轴承检测装置的设计 23 图 7.2 V 带 图 7.3 V 型带在装置中的应用 7.3.4 V 带的设计计算带的设计计算 ,minr1440,4 nnkwpp ed 每天工作二班制，3 带 i kwkwpkp Aca 8 . 42 . 142 . 1 A k 根据，小带轮,选择普通 V 带 A 型kwpca8 . 4min1440rn 初选小带轮的基准直径，根据 V 带的带型，确定小带轮的基准直径应使 1d d 1d d mmdd dd 75)( min1 取小带轮的基准直径mmdd90 1 ,sm nd v d 78 . 6 100060 144090 100060 1 满足 525m/s 条件，故带速合适 由，得，根据 n=1440r/min,和 A 型带，min1440n90 1 rmmdd和kwp064 . 1 0 3 带 i ，kwp17 . 0 0 952 . 0 k01. 1 L k kw kkppp Lr 20 . 1 01 . 1 952 . 0 )17 . 0 064. 1 ( )( 00 0 . 420 . 1 /8 . 4kwkw p p z r ca 即选取 4 根 V 带合适 无锡太湖学院学士学位论文 24 8 齿轮传动齿轮传动 8.1 齿轮概述齿轮概述 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。是用来传递两轴 之间的运动和动力的，圆周速度可达 300m/s.与其他传动相比，齿轮传动的主要优点：能 保证瞬时传动比恒定，传动效率高，结构紧凑，工作可靠、使用寿命