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轴承检测装置的设计【带UG三维】【10张图纸】【优秀】

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关键词：: 轴承检测装置设计 ug 三维 10 图纸优秀

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轴承检测装置的设计

45页 15000字数+说明书+任务书+开题报告+外文翻译+PPT答辩稿+10张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　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：轴承；自动化；检测；装置

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

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

1 绪论

1.1 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

　　　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]。2 轴承检测装置的分类及发展

2.1 概述

　　　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。轴承加工技术的进步和轴承产品精度的提高，促进了轴承检测仪器及实验技术的发展，纳米测量、智能仪器、虚拟仪器、网络仪器等开始在轴承行业先进企业应用[3]。

2.2 轴承仪器的分类和发展方向

　　2.2.1 轴承仪器的分类及特点

　　(1)从结构构成上分轴承检测仪器可以分为机械式仪器、光机电一体化仪器、智能化仪器、无损检测仪器。

　　　机械式仪器测量采用表头进行显示，分辨率低，显示分辨率在1 mm左右，主观误差较大，一般检测参数单一，但成本低、可靠性高，普及面广，如轴承行业现在使用的D系列内、外径仪、H系列高度仪、W系列沟位置仪B系列摆差仪等。光机电一体化仪器一般采用传感器测量、数字显示，分辨率高，显示分辨率一般比机械式仪器高一数量级，示值准确，动态性能好，如激光粗糙度仪、标准测长机、基准游隙仪、摩擦力矩仪、主动测量仪、振动测量仪、在线内径测量机、机外检测机等。

　　　智能化仪器一般采用传感器测量，计算机分析处理测量数据，一般具有消除测量安装误差、综合分析判断、数据存储、统计分析、网络管理接口等功能。具有分辨率高、示值准确、显示直观、人机对话良好、动态性能好等特点，如Y系列圆度仪、基准游隙仪、机外检测机、智能振动测量仪、R系列沟曲率仪、摩擦力矩仪、网络化轴承多参数仪等。

　　　无损检测仪器一般采用传感器测量，可以非破坏检查轴承内部和表面裂纹缺陷等，如显微硬度机、涡流裂纹检查机、超声波探伤机等。

　　(2)从性能上分轴承检测仪器可以分为计量型仪器、抽检实验仪器和工序用仪器。

　　　计量型仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平高，使用条件好，如圆度仪、轮廓度、测长仪、凸度仪、干涉显微镜等。

　　　抽检实验仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平较高，如圆度仪、振动仪、游隙仪、旋转精度仪、摩擦力矩仪、刚度仪、沟曲率仪、接触角仪、多参数仪、性能实验机等。

　　　工序间用仪器一般采用机械量表或传感器测量，显示分辨率、测量精度相对较低，测量数值稳定。如内外径仪、高度仪、沟位置仪、摆差仪、主动量仪、机外检测机等。

　　(3)从检测性能上分轴承检测仪器可以分为零件测量仪器成品测量仪器和在线测量仪器。

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轴承检测装置的设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、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：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；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：机械97 班姓名樊阿红五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日英文原文Screw CompressorThe Symmetric profile has a huge blow-hole area which excludes it from any compressor applicat -ion where a high or even moderate pressure ratio is involved. However, the symmetric profile per -forms surprisingly well in low pressure compressor applications.More details about the circular p -rofile can be found in Margolis, 1978.2.4.8 SRM “A” ProfileThe SRM “A” profile is shown in Fig. 2.11. It retains all the favourable features of the symmetric profile like its simplicity while avoiding its main disadvantage,namely, the large blow-hole area. The main goal of reducing the blow hole area was achieved by allowing the tip points of the main and gate rotors to generate their counterparts, trochoids on the gate and main rotor respectively. T -he “A” profile consists mainly of circles on the gate rotor and one line which passes through the gate rotor axis.The set of primary curves consists of: D2C2, which is a circle on the gate rotor with the centre on the gate pitch circle, and C2B2, which is a circle on the gate rotor, the centre of whi ch lies outside the pitch circle region.This was a new feature which imposed some problems in the generation of its main rotor counterpart, because the mathematics used for profile generation at tha -t time was insufficient for general gearing. This eccentricity ensured that the pressure angles on th -e rotor pitches differ from zero, resulting in its ease of manufacture. Segment BA is a circle on th -e gate rotor with its centre on the pitch circle. The flat lobe sides on the main and gate rotors weregenerated as epi/hypocycloids by points G on the gate and H on the main rotor respectively. GF2 is a radial line at the gate rotor. This brought the same benefits to manufacturing as the previously mentioned circle eccentricity onFig. 2.11 SRM “A” Profile2.4 Review of Most Popular Rotor Profiles 31 the opposite lobe side. F2E2 is a circle with the cent -re on the gate pitch and finally, E2D2 is a circle with the centre on the gate axis.More details on t -he “A” profile are published by Amosov et al., 1977 and by Rinder, 1979.The “A” profile is a go od example of how a good and simple idea evolved into a complicated result. Thus the “A” pro file was continuously subjected to changes which resulted in the “C” profile. This was mainly gen erated to improve the profile manufacturability. Finally, a completely new profile, the“D” profile was generated to introduce a new development in profile gearing and to increase the gate rotor tor -que.Despite the complexity of its final form the “A” profile emerged to be the most popular scre -w compressor profile, especially after its patent expired.2.4.9 SRM “D” ProfileThe SRM “D” profile, shown in Fig. 2.12, is generated exclusively by circles with the centres off the rotor pitch circles.Similar to the Demonstrator, C2D2 is an eccentric circle of radius r3 onthe gate rotor. B1C1 is an eccentric circle of radius r1, which, together withthe small circular arc A1J1 of radius r2, is positioned on the main rotor. G2H2is a small circular arc on the gate rotor and E2F2 is a circular arc on the gaterotor. F2G2 is a relatively large circular arc on the gate rotor which produces a corresponding curve of the smallest possible curvature on the main rotor.Both circular arc, B2C2 and F2G2 ensure a large radius of curvature in the pitch circle area. This avoids high stresses in the rotor contact region.Fig. 2.12 SRM “D” ProfileThe “G” profile was introduced by SRM in the late nineteen nineties as a replacement for the “D” rotor and is shown in Fig. 2.13. Compared with the“D” rotor, the “G” rotor has the unique feature of two additional circles in the addendum area on both lobes of the main rotor, close to the pitch circle.This feature improves the rotor contact and, additionally, generates shorter sealing lines. This can be seen in Fig. 2.13, where a rotor featuring “G” profile characteristics only on its flat side through segment H1I1 is presented.Fig. 2.13 SRM “G” Profile2.4.11 City “N” Rack Generated Rotor Profile “N” rotors are calculated by a rack generation procedure. This distinguishes them from any others. In this case, the large blow-hole area, which is a characteristic of rack generated rotors, is overcome by generating the high pressure side of the rack by means of a rotor conjugate procedure. This undercuts the single appropriate curve on the rack. Such a rack is then used for profiling both the main and the gate rotors. The method and its extensions were used by the authors to create a number of different rotor profiles, some of them used by Stosic et al., 1986, and Hanjalic and Stosic, 1994. One of the applications of the rack generation procedure is described in Stosic, 1996.The following is a brief description of a rack generated “N” rotor profile,typical of a family of rotor profiles designed for the efficient compression of air,common refrigerants and a number of process gases. The rotors are generated by the combined rack-rotor generation procedure whose features are such that it may be readily modified further to optimize performance for any specific application.2.4 Review of Most Popular Rotor Profiles 33The coordinates of all primary arcs on the rack are summarized here relative to the rack coordinate system. The lobe of the rack is divided into several arcs. The divisions between the profile arcs are denoted by capital letters and each arc is defined separately, as shown in the Figs. 2.14 and 2.15 where the rack and the rotors are shown.Fig. 2.14 Rack generated “N” ProfileFig. 2.15 “N” rotor primary curves given on rack34 2 Screw Compressor Geometry All curves are given as a “general arc” expressed as: axp + byq = 1. Thus straight lines, circles, parabolae, ellipses and hyperbolae are all easily described by selecting appropriate values for parameters a, b, p and q.Segment DE is a straight line on the rack, EF is a circular arc of radius r4,segment FG is a straight line for the upper involute, p = q = 1, while segment GH on the rack is a meshing curve generated by the circular arc G2H2 on the gate rotor. Segment HJ on the rack is a meshing curve generated by the circular arc H1J1 of radius r2 on the main rotor. Segment JA is a circular arc of radius r on the rack, AB is an arc which can be either a circle or a parabola, a hyperbola or an ellipse, segment BC is a straight line on the rack matching the involute on the rotor round lobe and CD is a circular arc on the rack, radius r3.More details of the “N” profile can be found in Stosic, 1994.2.4.12 Characteristics of “N” ProfileSample illustrations of the “N” profile in 2-3, 3-5, 4-5, 4-6, 5-6, 5-7 and 6-7 configurations are given in Figs. 2.16 to Fig. 2.23. It should be noted that all rotors considered were obtained automatically from a computer code by simply specifying the number of lobes in the main and gate rotors, and the lobe curves in the general form.A variety of modified profiles is possible. The “N” profile design is a compromise between full tightness, small blow-hole area, large displacement.Fig. 2.16 “N” Rotors in 2-3 configurationFig. 2.17 “N” Rotors in 3-5 configurationFig. 2.18 “N” Rotors in 4-5 configurationFig. 2.19 “N” Rotors in 4-6 configurationFig. 2.20 “N” Rotors compared with “Sigma”, SRM “D” and “Cyclon” rotorsFig. 2.21 “N” Rotors in 5-6 configurationFig. 2.22 “N” Rotors in 5-7 configurationFig. 2.23 “N” rotors in 6/7 configurationsealing lines, small confined volumes, involute rotor contact and proper gate rotor torque distribution together with high rotor mechanical rigidity.The number of lobes required varies according to the designated compressor duty. The 3/5 arrangement is most suited for dry air compression, the 4/5 and 5/6 for oil flooded compressors with a moderate pressure differenceand the 6/7 for high pressure and large built-in volume ratio refrigeration applications.Although the full evaluation of a rotor profile requires more than just a geometric assessment, some of the key features of the “N” profile may be readily appreciated by comparing it with three of the most popular screwrotor profiles already described here, (a) The “Sigma” profile by Bammert,1979, (b) the SRM “D” profile by Astberg 1982, and (c) the “Cyclon” profile by Hough and Morris, 1984. All these rotors are shown in Fig. 2.20 where it can be seen that the “N” profiles have a greater throughput and a stiffer gate rotor for all cases when other characteristics such as the blow-hole area, confined volume and high pressure sealing line lengths are identical.Also, the low pressure sealing lines are shorter, but this is less important because the corresponding clearance can be kept small.The blow-hole area may be controlled by adjustment of the tip radii on both the main and gate rotors and also by making the gate outer diameter equal to or less than the pitch diameter. Also the sealing lines can be kept very short by constructing most of the rotor profile from circles whose centres are close to the pitch circle. But, any decrease in the blow-hole area will increasethe length of the sealing line on the flat rotor side. A compromise betweenthese trends is therefore required to obtain the best result.2.4 Review of Most Popular Rotor Profiles 39Rotor instability is often caused by the torque distribution in the gate rotor changing direction during a complete cycle. The profile generation procedure described in this paper makes it possible to control the torque on the gate rotor and thus avoid such effects. Furthermore, full involute contact between the “N” rotors enables any additional contact load to be absorbed more easily than with any other type of rotor. Two rotor pairs are shown in Fig. 2.24 the first exhibits what is described as “negative” gate rotor torque while the second shows the more usual “positive” torque.Fig. 2.24 “N” with negative torque, left and positive torque, right2.4.13 Blower Rotor ProfileThe blower profile, shown in Fig. 2.25 is symmetrical. Therefore only one quarter of it needs to be specified in order to define the whole rotor. It consists of two segments, a very small circle on the rotor lobe tip and a straight line. The circle slides and generates cycloids, while the straight line generates involutes.Fig. 2.25 Blower profile无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：轴承检测装置的设计信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：） 2012年11月25日课题来源无锡某轴承设备厂大批量生产检测需求科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义该课题主要是为了培养开发和创新机械设备的设计能力，要求能够结合所学知识对被加工零件进行UG三维建模和二维出图，根据实际生产需要中所产生的实际性问题。综合所学的机械理论设计与方法、自动化控制等知识，完成尽可能多的轴承的检测项目需求，实现自动化检测。再设计三维建模的过程中，在满足生产检测的需求下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，实现大批量自动检测，同时降低产品的生产成本。（2）国内外的发展状况及其发展前景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极为重要的作用。随着轴承检测仪器的发展，对轴承检测项目的要求及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要求。在国内，常用的检测轴承质量的振动检测仪器有两种：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是其性能最完善的一个型号。在国外，丹麦研制出了B&K2112型仪器，其性能与国产的S0910型轴承振动给检测仪类似。在国外轴承振动一般采用测量多个参数进行判断。如美国BENDIX公司研制的B1010就是国际上此类设备中具有代表性的产品之一。国内轴承行业的测试与试验技术在多方面逐步与世界接轨，并不断开发出一系列适合国情和国家标准的测试仪器与实验装备。研究内容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、自动化控制的硬、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；熟练掌握并灵活运用UG软件完成三维绘图工作；完成轴承检测装置的装配图设计（三维及工程图纸）；拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）实验方案结合机械制造设备、机械设计、自动化控制的理论知识针对相关检测项目拟定方绘制草图模型。（2）研究方法借阅相关书籍杂志，利用图书馆及网络资源查阅资料。三维建模、拟定方案进行可行性分析设计。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月9日-2013年2月12日：填写毕业实习报告。2013年2月13日-2013年2月17日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年2月18日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：轴承检测装置的研究项目分析，初步三维建模。2013年4月12日-2013年4月25日：UG设计。2013年4月26日-2013年5月25日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：通过模拟、建模、实验等可行性方法，达到产品的最优化设计，大大降低劳动强度，提高生产效率，基本实现自动化检测。特色或创新之处运用UG软件完成三维建模，并制作成二维图纸较好的结合机械理论知识、自动控制软件等已具备的条件和尚需解决的问题设计方案思路已经非常明确，已经具备使用UG建模的能力和检测方面的知识。完成相关检测项目的设计设计多个方案，从中总结优劣进行相关设计与分析指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日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I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IIAbstractBearing 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 equipmentIII目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录 .V1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.11.3 本课题应达到的要求.22 轴承检测装置的分类及发展.32.1 概述.32.2 轴承仪器的分类和发展方向.32.2.1 轴承仪器的分类及特点.32.2.2 轴承仪器的发展方向.42.3 检测方法的研究.43 轴承的检测.53.1 轴承的基本结构.53.2 轴承的类型及特点.63.3 轴承检测的内容和检测条件.63.3.1 轴承检测的标准.63.3.2 轴承检测的内容和检测条件.64 轴承的振动检测.84.1 研究背景.84.2 轴承振动自动检测的工作原理.84.3 系统组成及功能.104.4 振动信号的采集方案设计.124.5 数据预处理.134.6 幅值域参数计算.135 轴承游隙的检测.145.1 轴承径向游隙检测装置的设计.145.1.1 游隙.145.1.2 径向游隙的设计原理.145.2 轴承径向游隙的动态游隙的测量计算.155.3 校核轴承游隙计算关系.166 轴承内径检测装置的设计.186.1 轴承内径在线检测装置的设计.186.2 轴承内径检测装置的测量原理.186.2.1 内径测量方法的研究.186.2.2 内径测量的设计机理.19IV6.3 轴承内径检测系统精度的确定.207 传动装置的结构设计.217.1 电动机的选择.217.2 传动比的分配.217.3 传动带的选择.227.3.1 带传动的类型.227.3.2 带传动的特点及应用.227.3.3 V 带的材料和结构 .227.3.4 V 带的设计计算 .238 齿轮传动.248.1 齿轮概述.248.2 齿轮类型的选择及齿数的计算.258.2.1 按齿面接触强度设计.258.2.2 计算各参数.268.2.3 按齿根弯曲强度设计.278.2.4 齿轮的几何尺寸计算.288.2.5 齿轮的结构设计.299 轴.309.1 最小轴径的估算.309.2 轴的强度和刚度校核计算.3010 轴承、联轴器的选择.3310.1 轴承的选择.3310.2 联轴器的选择.3311 结论与展望.3511.1 结论.3511.2 不足之处及未来展望.35致谢.36参考文献.37 无锡太湖学院学士学位论文01 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。轴承检测装置的设计1 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&K2112 型仪器，其性能与国产的 S0910 型轴承振动给检测仪类似。在国外轴承振动一般采用测量多个参数进行判断。如美国 BENDIX 公司研制的B1010 就是国际上此类设备中具有代表性的产品之一。国内轴承行业的测试与试验技术在多方面逐步与世界接轨，并不断开发出一系列适合国情和国家标准的测试仪器与实验装备。随着新的国际标准（ISO 15242-3：2006)于 2006 年的实施。针对新标准 SKF 集团研制出了 MVU150 轴承振动测量仪，用于外径 40mm 到 150mm 的轴承测量，轴向承载能力750N。采用激光传感器作为轴承振动信号的拾振器也正在发展成为一种新型振动信号获取方式，并有着不可估量的潜力。图 1.2 MVU150 轴承振动检测仪1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求针对国家标准所规定的轴承的主要检测项目：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：研究设计出一种轴承在线检测装置，能够有针对性的尽可能多的对轴承的质量尺寸的问题进行检测，以提高轴承的检测效率与测量精度。通过键盘和显示器能实现良好的人机交互。基本上实现自动化在线检测，节约时间，降低成本。无锡太湖学院学士学位论文22 轴承检测装置的分类及发展轴承检测装置的分类及发展2.1 概述概述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。轴承加工技术的进步和轴承产品精度的提高，促进了轴承检测仪器及实验技术的发展，纳米测量、智能仪器、虚拟仪器、网络仪器等开始在轴承行业先进企业应用3。2.2 轴承仪器的分类和发展方向轴承仪器的分类和发展方向2.2.1 轴承仪器的分类及特点轴承仪器的分类及特点(1)从结构构成上分轴承检测仪器可以分为机械式仪器、光机电一体化仪器、智能化仪器、无损检测仪器。机械式仪器测量采用表头进行显示，分辨率低，显示分辨率在1 mm左右，主观误差较大，一般检测参数单一，但成本低、可靠性高，普及面广，如轴承行业现在使用的D系列内、外径仪、H系列高度仪、W系列沟位置仪B系列摆差仪等。光机电一体化仪器一般采用传感器测量、数字显示，分辨率高，显示分辨率一般比机械式仪器高一数量级，示值准确，动态性能好，如激光粗糙度仪、标准测长机、基准游隙仪、摩擦力矩仪、主动测量仪、振动测量仪、在线内径测量机、机外检测机等。智能化仪器一般采用传感器测量，计算机分析处理测量数据，一般具有消除测量安装误差、综合分析判断、数据存储、统计分析、网络管理接口等功能。具有分辨率高、示值准确、显示直观、人机对话良好、动态性能好等特点，如Y系列圆度仪、基准游隙仪、机外检测机、智能振动测量仪、R系列沟曲率仪、摩擦力矩仪、网络化轴承多参数仪等。无损检测仪器一般采用传感器测量，可以非破坏检查轴承内部和表面裂纹缺陷等，如显微硬度机、涡流裂纹检查机、超声波探伤机等。(2)从性能上分轴承检测仪器可以分为计量型仪器、抽检实验仪器和工序用仪器。计量型仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平高，使用条件好，如圆度仪、轮廓度、测长仪、凸度仪、干涉显微镜等。抽检实验仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平较高，如圆度仪、振动仪、游隙仪、旋转精度仪、摩擦力矩仪、刚度仪、沟曲率仪、接触角仪、多参数仪、性能实验机等。工序间用仪器一般采用机械量表或传感器测量，显示分辨率、测量精度相对较低，测量数值稳定。如内外径仪、高度仪、沟位置仪、摆差仪、主动量仪、机外检测机等。(3)从检测性能上分轴承检测仪器可以分为零件测量仪器成品测量仪器和在线测量仪器。零件测量仪器一般指测量零件特征的仪器，如圆度仪、轮廓度、沟形、凸度仪、粗糙度仪、内外径仪、H高度仪等。成品测量仪器一般指测量轴承整体性能或特征的仪器，如振动仪、游隙仪、旋转精度仪、摩擦力矩仪、刚度仪、接触角仪、凸出量仪等。在线测量仪器一般应用在轴承生产设备上或生产、装配线中。如主动测量仪、机外轴承检测装置的设计3检测机、自动游隙仪、自动测振仪、灵活性检测机等4。2.2.2 轴承仪器的发展方向轴承仪器的发展方向高速发展的技术经济对机械制造的要求越来越高，特别是计算机技术的发展，有力地促进了机械科技的进步。轴承精度的提高促使计量型仪器向高精度方向发展，进入了纳米时代。目前机械加工业已突破了0.01um的进给技术，0.01um圆度的加工技术和纳米级的粗糙度加工技术。纳米轮廓形状测量技术、亚微米尺寸测量技术、工业CT无损检测技术、激光技术已应用在轴承行业。2.3 检测方法的研究检测方法的研究在实际工作中，测量方法通常是指获得测量结果的具体方式，可以按下面几种方法分类：按实测几何量是否就是被测几何量分为：直接测量和间接测量。直接测量：是指被测几何量的量值直接由计量器具读出。间接测量：是指欲测量的几何量的量值由实测几何量的量值按一定的函数关系式运算后获得。按示值是否就是被测几何量的量值分为：绝对测量和相对测量。绝对测量：是计量器具的示值只是被测几何量的量值。相对测量：是计量器具的示值只是被测几何量的相对于标准量的偏差，被测几何量的量值等于已知标准量与该偏差值的代数和。按测量时被测表面与计量器具的测头是否接触分类：接触测量和非接触测量。接触测量是在测量过程中，计量器具的测头与被测表面接触，即有测量力存在。非接触测量：是指计量器具的测头不与被测表面接触，即无测量力存在。按工件上是否有多个被测几何量同时测量分类：单项测量和综合测量。单项测量;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。无锡太湖学院学士学位论文43 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 轴承轴承检测装置的设计53.2 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：无锡太湖学院学士学位论文6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;轴承检测装置的设计74 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，无锡太湖学院学士学位论文8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 轴承振动测量轴承检测装置的设计94.3 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）。无锡太湖学院学士学位论文10 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，使其靠在轴承的外轴承检测装置的设计11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 1800-10000HZ3 12 10 7 412 60 12 10 560 120 15 15 74.4 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无锡太湖学院学士学位论文12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，iiXnnX,/niEXXii.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,iXX=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 212)(dxxQXXuuRMS （4-1）平均幅值 dxxQXXuu)(2 （4-2）方根幅值 22)(dxxQXXuur （4-3）峰值 )(max0uutXEX （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 50K 1.65 1.96 2.13 2.24 2.33 2.39 2.49 2.58n 75 100 200 300 500 1000 2000 5000K 2.71 2.81 3.02 3.20 3.29 3.48 3.60 3.80轴承检测装置的设计135 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 测量原理图无锡太湖学院学士学位论文145.2 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: 轴承的内径轴承检测装置的设计15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无锡太湖学院学士学位论文16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u8 . 013）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，eDt 3：轴承钢的线膨胀系数)/1 (105 .125Ct：轴承内外圈温差De：外圈的滚道直径球轴承 )4(51dDDe （5-6）滚子轴承 )3(41dDDe （5-7）轴承检测装置的设计176 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。无锡太湖学院学士学位论文18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轴承检测装置的设计196.3 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-kc11）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12345678K0.3250.30.2750.250.200.150.1无锡太湖学院学士学位论文207 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 pwPw=Fv/1000=20001.3/1000=2.6kw总功率（圆柱齿轮选 7 级精254321 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 PP=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/()1nD=6010001.3/(3.14180)=138r/min=1440/138=10.4351/nni V 带传动比 i=3则 =10.345/3=3.4782i动力运动参数的计算(1) 转速 nmin/138min/138478. 3/480/min/4803/1440/min/14402312010rnnrInnrinnrnn(2) 功率 PkwppkwppkwppkwPPd71. 299. 099. 0765. 2765. 299. 098. 085. 285. 296. 097. 297. 2531352121010(3) 转矩 T轴承检测装置的设计21mNPiTTmNPiTTNPTTmNnPT54.187n/9550346.191n/9550m7 .56n/9550i697.19401497. 295509550IIIIIIIII11101000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。无锡太湖学院学士学位论文22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 nnkwpped每天工作二班制，3带i kwkwpkpAca8 . 42 . 142 . 1Ak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1dd1ddmmdddd75)(min1取小带轮的基准直径mmdd901,smndvd78. 61000601440901000601满足 525m/s 条件，故带速合适由，得，根据 n=1440r/min,和 A 型带，min1440n901rmmdd和kwp064. 103带i，kwp17. 00952. 0k01. 1LkkwkkpppLr20. 101. 1952. 0)17. 0064. 1 ()(000 . 420. 1/8 . 4kwkwppzrca即选取 4 根 V 带合适轴承检测装置的设计238 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、使用寿命长。它的主要缺点是：制造和安装精度高、成本高，不宜于用于两轴间距离较大的场合。如图 9.1：图 8.1 直齿轮的啮合传动选用直齿圆柱齿轮外啮合传动，也可选用锥齿轮外啮合传动。在本次设计中选用了直齿圆柱齿轮传动，选用 7 级精度，调制处理。小齿轮选用 40，调制处理，rCHB=280HBS，大齿轮选用 45#，调制处理，HB=240HBS（如图 8.2）：无锡太湖学院学士学位论文24图 8.2 齿轮结构图8.2 齿轮类型的选择及齿数的计算齿轮类型的选择及齿数的计算小齿轮的齿数取为 24，则大齿轮的齿数，所以1Z47.8324478. 312ZZ=84，实际齿数,齿数比相对误差允许2Z5 . 324/84/12,ZZ%63. 0/ ) (u66.1095. 4/77.52/hbV=1.33m/s 定为 IT7。8.2.1 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计(1)确定公式内的各计算数值试选载荷系数 K=1.3(2)小齿轮转距1T= 1TmNnP7 .56480/85. 29550/955011(3)齿宽系数 d因单级齿轮传动为对称布置17，选取 d=1 (4)弹性影响系数 218 .189 MpaZE MpaH6001lim ； MpaH5502lim(5) 应力循环次数81110912. 6530081214806060hjLnN8812102478. 310912. 6NN轴承检测装置的设计25(6)取接触疲劳寿命系数 98. 0,94. 021HNHNKK(8)计算接触疲劳许用应力（允许误差，安全系数 S=1）%5MpaMpaSKHMNH564160094. 01lim11MpaMpaSKHHNH539155098. 02lim228.2.2 计算各参数计算各参数(1) 计算最小轴径mmmmzEkdHdt77.52)5398 .189(478. 31478. 31107 .563 . 132. 2)(132. 232331(2) 圆周速度 vsmsmndvt/33. 1/10006048077.5210006011(3) 计算齿宽 bmmmmdbtd77.5277.5211(4) 计算齿宽与齿高之比 b/h模数 mmmmztdmt199. 22477.5211齿高 mmmmmht95. 4199. 225. 225. 2（选小齿轮齿数，大齿轮齿数）241z47.8324478. 312zz66.1095. 477.52/hb(5) 计算载荷系数，v=1.33m/s,7 级精度动载荷系数 06. 1vk直齿轮 1FHkk使用系数 1Ak用插值法，查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，42. 1Hk由 b/h=10.66,得42. 1Hk35. 1Fk故载荷系数 51. 142. 1106. 11HHVAkkkkk(5)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得无锡太湖学院学士学位论文26mmkkddtt47.553 . 151. 177.523311(6)计算模数 mmmzdm31. 224/47.55/113211)(2FSaFadYYzkTm8.2.3 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计（1）确定公式内的各计算数值（2）小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MpaFE5801 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MpaFE38021）取弯曲疲劳寿命系数 95. 0,91. 021FNFNkk2）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4MpaMpaSkFEFNF3254 . 150091. 0111MpaSkFEFNF86.2574 . 138095. 02223）计算载荷系数 k43. 135. 1106. 11FFVAkkkkk4）查取齿形系数和应力校正系数,65. 21FaY21. 22FaY,59. 11SaY775. 12SaY5）计算大小齿轮的并加以比较FSaFaYY01296. 032559. 165. 2121FSaFaYY01521. 086.257775. 121. 2222FSaFaYY大齿轮的数值大（3）设计计算轴承检测装置的设计27mmmmm62. 101521. 0241107 .5643. 12323由表 9-1，查得 m=2mm。表 9-1 圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T 1357-1987）第一系列0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.52 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.55.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 （30） 36 45注：选用模数时，应优先选用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽可能不用。按接触强度算得的分度圆直径 mmd47.551算出小齿轮齿数 28247.5511mdz大齿轮齿数 100z,384.9728478. 322取z8.2.4 齿轮的几何尺寸计算齿轮的几何尺寸计算(1) 计算齿轮的主要尺寸5611 mzd 20021 mzd中心距 128)(2/121dda齿轮宽度 mmb56取 B2=56mm,B1=B2+(5-10)=61-66(mm)取 B1=62mm(2) 齿轮几何尺寸齿顶圆直径,得出ad)(602) 1228(221111mmmhZhddaaa)(2042) 12100(222222mmmhZhddaaa齿距 P = 23.14=6.28(mm)齿根高 )(5 . 2mmmchhaf齿顶高 )(221mmmhhaa齿根圆直径fd)(515 . 2256211mmhddff)(1955 . 22200222mmhddff基圆直径bd无锡太湖学院学士学位论文28mmmmddb62.5220cos56cos011mmddb9 . 520cos200cos012基圆齿距 mmpP9 . 520cos28. 6cos0b齿距 mmm28. 6214. 3p齿厚 mmms14. 32/齿槽宽 e=m/2=3.14mm顶隙 mmmmmc5 . 0225. 0c8.2.5 齿轮的结构设计齿轮的结构设计小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构大齿轮的关尺寸计算如下：轴孔直径 d=50)(mm轮毂直径 =1.6d=1.650=801D)(mm轮毂长度 )(562mmBL轮缘厚度 0 = (34)m = 68(mm)，取 =80轮缘内径 =-2h-2=179mm，取其为 175mm2D2ad0腹板厚度 c=0.3=0.348=16.8，取 c=17(mm)2B腹板中心孔直径 =0.5(+)=0.5(175+80)=127.5(mm)0D1D2D腹板孔直径 =0.25（-）=0.25（170-80）=28.5(mm) 0d2D1D齿轮倒角 n=0.5m=0.52=1mm腹板式齿轮（见图 8.3）轴承检测装置的设计29图 8.3 齿轮无锡太湖学院学士学位论文309 轴轴9.1 最小轴径的估算最小轴径的估算该轴选用 45 号号刚，调质处理，HBS:217255,MpaMpaSB355,640MpaMpaMpa60 ,155,275111主动轴 mmnpAd82.2048085. 2115331101,d100mm,有一个键槽时，轴径增大 10%15%1150A，mmd9776.3412. 123.312选择直径mmd3529.2 轴的强度和刚度校核计算轴的强度和刚度校核计算根据轴上零件的定位、装拆方便的需要、同时考虑到强度的原则、主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。主动轴，（如图 9.1）图 9.1 齿轮轴齿轮轴，mmd564mmd2516230dmmd，5336dmmdmmL273mmL624，mmL331mmL196mm220总L轴承 30208 mmmmmmBDd197230P=2.97kw min/14401rn 从动轴，（如图 9.2）图 9.2 从动轴轴承检测装置的设计31mmLmmLmmLmmLmmLmmbhbmmdmmddmmdhmmdmmdmmd10,48,25,80,52,10,4 . 1,58,45407. 0,42,35,5053614536214水平面弯矩垂直面弯矩合成弯矩弯矩危险截面当量弯矩图 9.3 轴受力图mNTMMmNMMMCeVCHCc41.74)7 .566 . 0(18.66)(18.6663.22187.6222222222Mpab591mmMdbe2 .28591 . 052.13210 1 . 0331考虑键槽则强度足够。mmd4558.3112. 12 .28（2）主动轴的强度校核（如图 9.4）L=130mmNFRRVVBVA22.348244.6962mNLRMVAVC63.221000213022.3482NFRRtHBHA73.956246.19132mNLRMHAHC187.621000213073.9562m7 .56NT扭矩无锡太湖学院学士学位论文32 水平面弯矩垂直面弯矩合成弯矩图 9.4 轴受力

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