汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发答辩ppt

上海理工大学本科毕业论文 非常感谢各位老师和专家在百忙之中抽时间参加本科毕业论文答辩会 汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发 作者姓名张仰平指导老师王循明 上海理工大学本科毕业论文 第一章绪论 上海理工大学本科毕业论文 1 1课题背景与任务来源国家统计局数据显示 中国08年末民用汽车保有量达到6 467万辆 同比增长13 5 其中 私人汽车保有量4 173万辆 增长18 1 而今年1 10月份更的汽车销量更是超过了1000万量 世界汽车销量第一 其中私人汽车占绝大多数 随着我国汽车保有量的迅速增加 汽车增长带来的能源和环保问题日益突出 而我国是个能源稀缺国家 其石油自产量己不足一半 是世界第二大石油进口大国 汽车保有量的长期高速发展下去 必将影响国家能源政策的稳定 影响国家的持续发展 同样受国际节能减排压力也相当大 国家 十一五 规划纲要提出了2006 2010年期间单位 能耗降低20 左右 主要污染物排放总量减少10 的约束性指标 因此 十一五 以来 国家采取了一系列对策和政策 其中包括征收燃油税 因此汽车消费者开始青睐节能省油和新能源汽车 上海理工大学本科毕业论文 面对着这世界第一的汽车市场的需求 逼迫 汽车业走上 节能 环保 的道路 节能与新能源汽车是我国汽车工业 更是全球汽车工业奋斗的方向 汽车节油技术的努力方向主要有以下几方面 采用更先进的内燃机技术 采用更先进的材料降低汽车重量和改善车厢的空气动力性能 降低机械损失 其中汽车的机械损失主要包括运动部件摩擦损失和驱动功率损失 这两大类损失约占发动机功率的20 30 而其中承受载荷很大 相应能耗很大的差速器圆锥轴承和汽车轮毂轴承受到了汽车厂商的重视 并对差速器轴承和汽车轮毂轴承生产商提出了摩擦力矩的控制要求 我公司受差速器轴承和汽车轮毂轴承生产商瓦轴和重庆长江的委托 开发相应的测试试验机 我承担了其中的汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的开发任务 上海理工大学本科毕业论文 1 2研究现状和方向 1 2 1轴承摩擦力矩测量的目的意义滚动轴承在旋转过程中 由于其外圈 内圈 保持架 滚动体 密封圈五大件之间互相接触 故存在着摩擦阻力 轴承摩擦阻力的性能一般按两种方法进行评定 一种是灵活性检查 采用徒手检查的方法 检查轴承在旋转时的阻滞现象 以定性的粗略判断其轴承摩擦阻力大小 另一种是以摩擦力矩来衡量 这也是一种科学的客观的测量方法 上海理工大学本科毕业论文 轴承摩擦阻力影响轴承寿命 影响主机制导系统的可靠性和精确性的重要因素 尤其对于高科技使用的轴承 如 陀螺仪轴承 卫星消旋天线轴承 运载火箭轴承 飞行平台轴承等等 均需要更加严格的摩擦力矩测量 对于载载轴承 更是能耗的大户 其摩擦能耗约是总能耗的约30 总之目前世界各国对于轴承质量的重点要求 已经由尺寸精度 几何精度 成品的旋转精度等方面转向了轴承的动态性能方面 摩擦力矩和振动的测量和寿命的测量 这也是使用单位最关心的三个重要技术性能指标 上海理工大学本科毕业论文 1 2 2轴承摩擦力矩的定义及其种类1 轴承摩擦力矩定义 轴承在旋转过程中阻碍其运动的力矩总和 2 轴承摩擦力矩的种类 1 静态力矩 启动力矩 轴承两套圈从静止状态到开始相对转动的一瞬间所需克服的摩擦阻力矩 2 动态力矩 轴承两套相对转动时所需克服的摩擦阻力矩 在测量时可提取最大力矩 平均力矩和力矩差做为评定轴承动态摩擦性能参数 3 准静态力矩 理论上虽分为静动态两种力矩 但日本学者曾根据静动态力矩成因相近的理论 提出了利用极低转速下测量动态力矩可以近似获得静态力矩的方法 这种力矩称为准静态力矩 1 2 3国内外轴承摩擦力矩测量仪器现状简介通过收集和研究国内外现有国内外轴承摩擦力矩测量仪器 可以发现原有的仪器量程较小且不承载和很小承载 仅设用于微型和小型轴承 更不能跟踪轴承寿命周期摩擦力矩变化的进行长时间研究 国内外现有的轴承摩擦力矩测量仪器主要有八种摩擦力矩测量仪器 具体型号资料见表1 上海理工大学本科毕业论文 上海理工大学本科毕业论文 表1 1八种轴承摩擦力矩测量仪器 上海理工大学本科毕业论文 1 2 4轴承摩擦力矩测量仪器的发展趋势1 最为关心的是测量值的真实性和可靠性 并不过于追求仪器的测量精度 2 静态摩擦力矩的测量 多采用极低速连续旋转的测量方法 3 轴承摩擦力矩测试仪器向重载和大量程和全寿命方向发展4 在仪器的功能方面 则要求能够自动完成测量过程 先进的数据处理和测量结果显示 输出功能 5 向具有轴承摩擦力矩影响因素等分析功能的智能化发展 上海理工大学本科毕业论文 1 2 4汽车轮毂轴承摩擦力矩测量试验机的主要技术指标ABLT 1汽车轮毂轴承摩擦力矩测量试验机的主要技术指标 试验轴承类型 第一 二 三代汽车轮毂轴承及其单元 密封深沟球轴承试验轴承内径 20 60mm试验轴承转速 0 2000r min 2 无极调速 径向载荷 0 8kN 2 连续可调 最大量程 10N m 上海理工大学本科毕业论文 试验机原理图 上海理工大学本科毕业论文 试验机原理图 第二章主轴部分的设计计算 2 1主轴部分主体设计根据委托方要球 摩擦力矩试验机大小参照的寿命试验机的模型 我大致的确定了主轴部分的大小 为了方便安装和拆卸 主轴采用悬臂梁方式 试验轴承和主轴之间的通过五号莫氏芯轴过渡 为保证可考连接 采用螺纹杆拉紧和锁定 主轴由伺服电机驱动 主轴和伺服电机之间通过同步带传动 这样可以的传动 保证转速准确又不需要皮带过大的张紧力 仅需克服轴承摩擦力矩 上海理工大学本科毕业论文 上海理工大学本科毕业论文 图2主轴部分结构图 上海理工大学本科毕业论文 2 2轴的设计根据所参照的寿命试验机的大小的模型 我大致的确定了轴和轴箱的尺寸 如上所述 采用滚动轴承支承 轴承和轴之间 前部两套7215 p5采用过渡配合 轴采用js5 后部一套6215 p5采用间隙配合 轴采用g5 轴承和轴箱之间 采用间隙配合 孔采用H6 这样方便拆卸 同保证了回转精度 定位主要由前两套保证 并能承受较大的双向的轴向力 后面一套轴承主要起支撑作用 其润滑采用脂润滑 图3主轴零件结构图 上海理工大学本科毕业论文 上海理工大学本科毕业论文 2 3轴的校核 1轴的强度校核其主轴主要受到外部径向向上加载力 最大时要求达到8kN 和皮带轮处向里传动力 和加载力相比可以忽力不计 其具体计算见后面2 6轴承的摩擦力矩的计算和电机的选取 将前部轴承简化成简单铰接 后部轴承起支撑作用 用来平衡加载力矩作用 因此在理论上我们可以认为后轴承到前轴承的的力臂长为298 5mm 试验轴承到前轴承的的力臂长为124mm 根据力矩相等 很容易就可以计算出出后端轴承处承受的力3 32kN 我们可以据此画出轴系的受力分析图和剪力图和弯矩图 上海理工大学本科毕业论文 图3 2轴系的受力分析图 图3 4轴的剪力图和弯矩图 上海理工大学本科毕业论文 轴的强度校验 首先根据上图可知 最大应在前轴承端 最大的弯矩Mmax 3 32kN 298 5mm 3320N 0 2985m 992N m抗弯截面模量为Wz D3 1 32 3 14 0 075 3 1 40 75 32 1 93 10 5其截面强度为 max Mmax Wz 51 4MPa大大小于优质合金材料的许用弯曲应力 上海理工大学本科毕业论文 2 4轴承的选择选用深沟球轴承 向心球轴承是摩擦系数最小的球轴承类型 它适用于刚性较大和转速较高的轴 并且应用最广泛 价格低廉 本例中 并没有轴向力 但主轴前端采用成对安装的两套角接触球轴承 主要为消除轴承游隙 保证主轴的回转精度 并能承受安装和拆卸过程时可能的较大轴向力和设备升需要 因此 向心球轴承是是最好的选择 上海理工大学本科毕业论文 2 5轴承的校核1 轴承寿命的计算 当量动载荷的计算公式 P XFr YFa其中Fr和Fa分别为轴承的径向载荷和轴向载荷 X和Y分别为计算当量动载荷时的径向载荷系数和轴向载荷系数 对于前端和后端的轴承 我们可以查得X 1Y 0 因此轴承的当量动载荷为P Fr 所以前端轴承的当量动载荷为P 11 32kN 后端轴承的当量动载荷为P 3 32kN 上海理工大学本科毕业论文 估算轴承寿命的公式为其中n代表轴承的转速 待表轴承的寿命系数 对于球轴承取 3 C为基本额定动载荷 查表可得 6215为50 8kN 7215的双列为98 8kN 因此我们可以计算出前端轴承的寿命为L10h 5540 5h 同理 我们可以计算后端轴承的寿命为L10h 29853 5h 故前后端轴承的使用寿命都符合要求 上海理工大学本科毕业论文 2 6轴承的摩擦力矩的计算和电机的选取滚动轴承的摩擦力矩 M 是轴承在旋转过程中阻碍其运动的力矩总和 其计算公式是 M MO MI式中 MO是于轴承载荷无关的摩擦力矩 N mm MI是于轴承载荷无关的摩擦力矩 N mm 1 MO的计算 当vn 2000时 MO 10 7fo vn 2 3Dm3当vn 2000时 MO 160 10 7foDm3式中 Dm是轴承的平均直径 mm fo是与轴承类型和润滑有关的系数 n是轴承转速 r mm v是在轴承工作温度下润滑剂的运动粘度 润滑脂取基油的粘度 m2 s 上海理工大学本科毕业论文 2 MI的计算MI f1p1Dm式中 f1是与轴承类型和载荷有关的系数 p1计算轴承摩擦力矩时的轴承载荷采用的油脂基有粘度v按150mm2 s 其转速n是2000r mm 其轴承的平均直径Dm是102 5mm 6215的fo取2 则其MO 965 11N mm 7215的fo取4 则其MO 1930 2N mm 6215的f1计算得0 0002 p1计算得332N 则其MI 6 806N mm 6215的f1计算得0 000475 p1计算得1132N 则其MI 55 1N mm 我们可以算得总的摩擦力矩 总是 N mm 约为 N m 若试验轮毂轴承的摩擦力矩达到 N m 则最大力矩是 N m 按次条件来选取电机 根据电机功率公式 k 取整为3k 选用台达的 第三章加载部分的设计计算 3 1加载部分的总体设计径向加载系统由伺服电机 蜗轮蜗杆机构 丝杆 弹簧 气浮台 传感器 加载头等部件组成 是一套高精度自动加载系统 其原理如图4所示 启动伺服电机后 蜗轮蜗杆机构开始动作 蜗杆压缩弹簧 弹簧再作用到气浮台上 气浮台通过称重传感器给试验工装加载载荷 加载部分结构图见图5所示 上海理工大学本科毕业论文 加载部分传动原理图 上海理工大学本科毕业论文 加载部分结构图 上海理工大学本科毕业论文 3 气浮台的设计气浮台的设计参照静压推力轴承的原理设计 其推力由正面节流口的压了空气所产生 两测的一排节流孔所产生气压用于定位和引导作用 正面视图可以看出 气浮台台的正面视图 上海理工大学本科毕业论文 静压轴承的承载能力公式F P Ae根据试验机的技术要求 气浮台要产生8kN的加载力 压差如为0 时 其有效承载为Ae P 则实际面积为 考虑到气浮台严禁两面相接触和加工表面粗糙度 其保险系数取 则气浮台面积要达到 设计宽度取 则长度应为 园整为3 为防生锈 为防生锈 采用不锈钢制作 3 2蜗轮蜗杆的设计 上海理工大学本科毕业论文 蜗轮的结构图 上海理工大学本科毕业论文 蜗杆的结构图 上海理工大学本科毕业论文 丝杆的结构图 第四章测量和控制的设计 1测量部分的的设计测试部件主要有芯轴1 端盖2 螺钉3 挡块4 衬套5 连杆6 支架7以及扭矩传感器和试验轴承等组成 上海理工大学本科毕业论文 图2测试部件示意图 测量时将芯轴安装在传动主轴上 试验轴承安装在芯轴上 试验轴承和芯轴 试验轴承和外套之间均采用间隙配合 通过伺服电机带动传动主轴和轮毂轴承旋转 由此产生的扭矩传递到外圈和衬套上 再由连杆传递到扭矩传感器 从而得到测量出来的摩擦力矩 上海理工大学本科毕业论文 上海理工大学本科毕业论文 2控制电气的设计 控制程序的设计和编制 人机交流界面的设计 上海理工大学本科毕业论文 欢迎界面 上海理工大学本科毕业论文 主控界面 上海理工大学本科毕业论文 查看历史记录界面 上海理工大学本科毕业论文 帮助界面 2 电脑和伺服电机通信程序模块的设计 3 电脑和采样卡通信程序模块的设计 上海理工大学本科毕业论文 PrivateSubCommand1 loab Click openval openport 1 1024 1024 打开串口Dimsendbyte 7 AsByteDimtmpi2AsIntegerDimcrcAsLongsendbyte 0 H1 从机地址sendbyte 1 H6 Modbus数据写入命令sendbyte 2 H1 寄存器地址高字节sendbyte 3 H9 寄存器地址低字节sendbyte 4 0 连续读寄存器个数高字节sendbyte 5 10 连续读寄存器个数低字节crc HFFFF crc循环冗余计算Fortmpi2 0To5crc crcresult CLng sendbyte tmpi2 HA001 crc Nextsendbyte 6 CByte crcAnd HFF crc低8位send