毕业答辩-小型轴承转子实验台设计.ppt

小型轴承转子实验台设计指导老师机械工程学院学号瞿薇,毕业答辩,课题背景,1.随着科学技术的不断发展，旋转机械也向着越来越精密，转速越来越高发展，这也就对旋转机械的转子的各种运动状态的测试、分析提出了更高的要求,2.当前我国在转子动力学研究上存在的主要问题是重复研究较多，缺少自主创新能力，并且在某些领域的研究还是处于空白阶段。,3.目前我国对转子动力学研究的重点是转子系统的状态监测和故障诊断及转子系统的非线性振动、分叉与混沌。但是我国目前在密封动力学、航空发动机转子动力学、磁轴承等方面的研究离世界水平还有较大差距，而在全尺寸转子动力学的实验研究方面的差距更大。另外研究中存在理论研究的深度不够、数值分析的转子系统模型过于简单等问题。,课题意义,本课题设计的是转子动力学的动态实验系统小型轴承转子实验台，将转子动力学基本理论作为主要研究方法，以振动分析为主要手段。在现有轴承转子实验台的基础上，对轴的直径、转子的直径、电机转速加以改变，通过对转速的控制，模拟出单自由度转子在不同的转速下的各种运动状态。,一、机械部分设计,小型轴承转子实验台,二、测试部分设计,相关基本理论,柔性转子动力学基础,振动分析,转子临界转速的计算,不平衡量测试,轨迹测试,设计主要性能要求,要求,实验台二维装配图,实验台三维图,机械部分的设计,整个轴承转子实验台系统的机械部分主要是由一根质量相对较轻的弹性光轴和安装在轴上的转子平衡盘组成，平衡盘的质量可以通过增减螺钉进行调节，采用整体式滑动轴承支承光轴和转子平衡盘。他机械部分还包括底座、轴瓦、油杯、传感器支架、电机支架、联轴器的设计。,机械部分设计,7,4,6,5,3,2,1,转轴的设计,根据所给参数以及对平衡转速的要求，设计的转子轴应该能够使转子的三阶临界转速在转子实验台系统的最高转速范围之内，并且还要能够承受一定的冲击载荷，以便能够得到较为准确的实验参数。,转轴的设计,转子光轴的材料选用45#钢，材料的弹性模量为E=210GPa，转轴的直径为30mm,两滑动轴承的跨度L=600mm，考虑到滑动轴承的跨度转轴的长度初定为670mm。材料的密度为=7.85，因此转轴的质量为=3.63Kg.,转子平衡盘的设计,转子平衡盘的直径为=100mm，宽度为20mm，质量为=1.28Kg。在转子平衡盘上沿着直径为的圆周上每隔开设一个螺纹孔，共开设12个螺纹孔。螺纹孔上可加不同数目的螺钉以在转子上应用来施加校正平衡质量,弹性变形压紧套,转子平衡盘的设计,在转子平衡盘的内孔两侧加宽，在一侧开设一个螺纹孔，在另一侧转再开设另一个螺纹孔，用以旋入紧定螺钉，以此来固定转子平衡盘在转轴上的位置。在两侧相隔开设螺纹孔，可以避免引入不平衡量，保证转子的旋转精度。,临界转速的确定与计算,滑动轴承的设计与计算,转子实验台转速较高，最高转速要达到12000（r/min），主要承受的是径向载荷，所以轴承采用不完全润滑径向滑动轴承，轴承结构的形式采用整体式结构，其特点是结构简单，制造方便，成本低廉。,滑动轴承的设计与计算,轴瓦的设计,根据以上计算，轴瓦材料选用锡基巴氏合金ZSnSb11Cu6，锡基轴承合金在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载,锡基轴承合金摩擦系数和膨胀系数小,具有良好的塑性、减摩性、耐蚀性，但锡基轴承合金的疲劳强度较低,使用温度不高于150。,轴瓦的设计,轴瓦的设计,由计算可知，vv，pp,轴瓦材料满足要求。,强度校核,由于转子实验台会在高转速的情况下运行，转子的不平衡量可能会引起较大的离心力，如果转子的材料选取不当的话，将会使转子发生塑性变形，从而使转子实验台失效。如果更严重的话，将可能会对实验操作人员的人身安全构成严重威胁。因此，我们需对转子强度进行必要校核。此时，我们可以将转轴简化成一个受集中载荷作用的简支梁。由式（3-6）可知转轴所受到得最大的离心力为4022N，由材料力学可知，转轴的抗弯截面系数为：,底座的设计,转子实验台的底座的材料选用HT200，灰口铸铁金相组织松软，虽然它的抗拉强度和塑性较低，但具有良好的铸造性能，而且具有良好的减振吸振作用。底座在铸造完成以后，为了避免由于应力作用而产生变形，应对底座进行去应力退火，能够确保底座的平面度和平行度，使两个滑动轴承具有相同的轴心高度。为了能够满足滑动轴承跨度可调的要求，因此在底座上开设有两个对称的T型槽，可以使传感器的支架、滑动轴承座的位置根据实验需要进行调节。,底座的设计,底座中间的方形槽，具有键槽的作用，通过一精度较高的方形块，与滑动轴承座、电机支架底部的方形槽连接，从而使各个零件能够在同一轴线上而起到精确定位的作用，保证在转子实验台高速运转的情况下的旋转精度和稳定性。,滑动轴承的润滑及油壶的设计,滑动轴承润滑方式的选择主要依据的是轴颈的载荷大小以及圆周速度。根据载荷和圆周速度求出K值的大小，从而根据K值来选择润滑方法。所以必须选择循环压力润滑。因此考虑使用针阀式油杯。,电动机的选型,测试系统设计：,本轴承转子实验系统的振动信号通过电涡流传感器来获取，经过信号处理模块对获取信号进行调理，包括缓冲放大、隔离、滤波以及线性化处理，然后进入到数据采集卡进行A/D转换，最后进入到计算机。利用相应的信号分析软件，对信号进时域、频域分析，图形显示等。,测试系统,组件,测试系统,反射式光电传感器在被测转轴上设有反射记号，由光源发出的光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率发生变化。,测试系统,前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内