汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发

1、汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发完成日期 2009年11月28日毕业设计(论文任务书课题名称 汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发20 09年 9月 1日一、 课题目的和要求本课题主要对轴承承摩擦力矩的测试和试验机现状作出调查研究，并要求按市场需求设计一种试验机，能满足现实需要，并有一定升级和改造的可能以满足未来测试需要。二、 设计技术要求与数据(论文主要内容本课题介绍了汽车轮毂轴承摩擦力矩的研究背景和汽车轮毂轴承摩擦力矩的测量原理，介绍了主轴轴承使用寿命计算方法，同时也介绍了气浮台的加载设计方法，还分析了各种摩擦力矩测量方法的及试验机的控制程序编制。在以上基础之上，应设计了一台用于汽车轮毂轴承和

2、密封深沟球轴承摩擦力矩测试的试验机。试验机主要技术指标：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: 2060mm试验轴承转速: 02000 r/min±2%(无极调速径向载荷：08kN±2%(连续可调最大量程：10N·m三、 设计（论文）工作起始日期自20 09年 9 月 1 日起，至20 09年 月 日止。四、 进度计划与应完成的工作自20年月日起，至2年月日止，完成设备图纸设计和程序设计。自20年月日起，至2年月日止，完成论文初稿。自20年月日起，至2年月日止，完成论文修改并定稿。五、 主要参考文献1 冈本纯三，球轴承的设

3、计计算，第一版，北京：机械工业出版社， 高春艳，isual Basic 控件参考大全，第一版，北京：人民邮电出版社， 刘泽九，滚动轴承应用手册，第二版，北京：机械工业出版社， 徐灏，机械设计手册，第二版，北京：机械工业出版社， 余鸿钧，流体静压主轴，第一版，北京：机械工业出版社， 范钦珊译，材料力学手册，第一版，北京：建筑工业出版社，指导教师 教学站负责人 20 年 月 日汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发摘要本文介绍了汽车轮毂轴承摩擦力矩的研究背景和汽车轮毂轴承摩擦力矩的测量原理，介绍了主轴轴承使用寿命计算方法，同时也介绍了气浮台的加载设计方法，还分析了各种摩擦力矩测量方法的及试验机的控制程序

4、编制。在以上基础之上，设计了一台用于汽车轮毂轴承和密封深沟球轴承摩擦力矩测试的试验机。其加载部分创新性的采用了蜗轮蜗杆机构气浮台的加载的形式，其驱动均采用伺服电机，便于自动控制及设备升级。其台板、机架、电箱等结构参照机械设计手册设计。关键词：摩擦力矩；主轴；气浮台；控制Research of hub bearing frictionAbstractThe research background and measuring principle of hub bearing friction moment are first introduced in this paper. This paper

5、 also represents the computing method of bearing operating life for the shaft and the designing method of air bearing table for loading. It analyses measuring method of friction moment and the program for controlling the tester.Based on the research, the tester has been developed for measuring frict

6、ion moment of hub bearing and deep groove ball bearing. The loading parts adopt the combination of worm-gear and air bearing table for achieving load automatically. It is an innovative method. The workbench, framework, electrical control equipment and so on are designed referring to machine design m

7、anual. Keyword: friction; shaft; air bearing table; control目录第一章 绪论 11.1课题背景与任务来源 11.2 研究现状和研究方向 1 1 2 2 7 8第二章 主轴部分的设计计算 102.1主轴部分主体设计 102.2轴的设计 102.3轴的校核 112.4轴承的选择 122.5轴承的校核 122.6轴承的摩擦力矩的计算和电机的选取 12第三章 加载部分的设计计算 143.1加载部分的总体设计 143.气浮台的设计 143.3蜗轮蜗杆的设计 16第四章 测量和控制的设计 18.1测量部分的的设计 18.2控制电气的设计 18.3控

8、制程序的设计和编制 19第五章 总结和展望 255.1 总结 255.2 展望 25致谢 26参 考 文 献 27第一章 绪论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。汽车在我国能源消耗和在大气污染排放中的分担率上占有很大比例，目前汽车每年消耗掉国产85%左右的汽油和23%左右的柴油，而汽车尾气排放带来的环境污染更是日趋严重。按照近年来的增长速度，有专家预计到2020年，我国道路上

9、行驶的汽车数量将突破1.5亿大关。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，包括国务院2007年6月印发的节能减排综合性工作方案；关于鼓励发展节能环保型小排量汽车的意见（国办发200561号）；财政部、环境保护部联合印发的关于环境标志

10、产品政府采购实施的意见（财库200690号）等，并两次调整了汽车消费税。同时，在2008-2009年中国政府更是出台“燃油税”、“以旧换新”等政策鼓励小排量汽车的研发，除了在产业振兴规划中扶持新能源汽车外，中国政府更是通过提高国内成品油价的方法“逼迫”汽车业走上“节能、环保”的道路。面对着这世界第一的汽车市场，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2030。

11、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。 1.2 研究现状和研究方向滚动轴承在旋转过程中，由于其外圈、内圈、保持架、钢球、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。轴承摩

12、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的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。因此，轴承摩擦力矩测量技术的研究目的就是研究如何合理评定，准确测量轴承的摩擦性能，为改进轴承设计参数、改进加工工艺和分析轴承摩擦力矩的影响因素，提供一个可靠的手段

13、。从而提高轴承质量，提高主机精度，满足使用单位对轴承摩擦性能的技术要求，这对尖端科学技术的发展和国防建设都有着重要意义，同时也是节能减排的需要。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

14、静态力矩。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。主要有以下八种摩擦力矩测量仪器： 1PM692平均摩擦力矩测量低度（图1-1） 平均摩擦力矩不能直接显示测量结果，需按下式计算获得：式中： n从重锤脱开负荷盘到负荷转盘停止时的圈数。 重锤从脱开转盘到转盘停止的时间。J-负荷转盘的转动惯量；图1-1仪器测量原理图1-重锤 2-滑轮 3-螺钉 4-负荷转盘 5-心轴 6-锁紧螺钉7-轴承 8-定位座 9-立柱最大摩擦力矩测量仪（图 ）图 仪器测量原理图-配重块 2-

15、心轴 3-内圈 4-外圈 5-负荷块 6-刻度盘 7-转轴 8-支撑 9-电机 10-平衡销 11-螺杆测量结果可从读盘上读出，轴承最大摩擦力矩；度盘刻度由下式得到：式中：r-配垂块重心到转轴的中心距离；P-配重块的质量原理：采用电涡流驱动仪器用标准游丝进行定标。技术指标：被测轴承尺寸6.322.225mm力矩范围01.3gem gfcm轴向负荷75400g图1-4日本机械试型轴承摩擦力矩测量仪 （图）图4 日本机械试仪测量原理图1-轴向负荷 2旋转台 3外更换套4内更换套5-被测轴承 6扭簧丝7应变丝一种微型轴承摩擦力矩测量仪，主要缺点是测量系统工艺复杂、易损坏。5M992B微型轴承摩擦力矩

16、测量仪 （图洛阳所产品）主要特点：（1）可以垂直和水平两个位置测量（2）备有部分典型曲线图技术指标：测量轴承范围：内径：28mm力矩测量范围： 0100Nm轴 向 负 荷： 14N主 轴 转 速： 2r/min示 值 误 差： 2.5Nm示值稳定性： 2.5Nm/4h主 轴 转 速： 2r/min示 值 误 差： 2.5Nm示值稳定性： 2.5Nm/4h气 源 压 力： 0.30.4Mpa图6 M 992仪器测量原理图1-销 2-内更换套 3-外更换套 4-轴承 5-垫圈 6-空气轴承主轴 7-空气轴承 8-总之，无论从我院工科专业的设置和专业方向看，还是从福州地区各支柱产业对人才的需求看，都

17、要求我们培养的学生不仅要掌握一定的机械、电子、电气方面的理论知识，更需要掌握一手熟练地对应用现代电子技术、微机技术、电气技术等高新技术的各类现代设备进行操作和维护的技能。真正培养出既有智能又有技能的复合型人才。为此建立一个能够实现培养这一技能的实训基地不仅是必要，而且是可行的。为创建这样一个实训基地，我们也一直在不断地努力之中。三、应用电子技术实训基地建设目标和基本思路1、总体目标：从经济建设和社会发展的实际需求出发，结合学院的发展规划，在现有的实训基地的基础上提高补齐，以重点专业建设为基础，其它专业围绕重点专业建设的设想，按照“全面规划、分步实施、逐步完善”的思路，统筹规划，重点投入，合理布

18、局，争取用二年的时间，建成以应用电子技术专业为重点，兼顾相关专业的设施齐全先进、功能多样并集教学、实训、职业技能等级鉴定为一体，具备社会技术培训与服务功能，实现区域资源共享，同时具有真实（仿真）职业氛围，且在福建省相关专业群的教学和技能培训中发挥引导和示范作用的实训基地。（1）教学目标技术工程系现有4个专业，到“十一·五”计划末，计划增设3个专业，共6个专业约25个教学班，在校大专学历学生达750人左右。按教育部示范性高职院校的要求，每专业年教学时数大于800学时，其中实践教学必须大于50%，这其中70%在校内实验实训基地完成，只有这样才能符合电子信息行业生产一线的高素质技能型人才的

19、培养目标，为学生在校期间获取各类职业资格证书提供条件。（2）科研目标高职院校教师在完成教学任务的同时，应结合本专业“2+1+1+1+1”的人才培养模式和行业发展要求，走产学研结合道路，积极有效开展科研工作。充分利用现有的“福州职业技术学院自动化研究所”等科研、教学平台，开展科学研究和应用开发，建设校内实验实训基地为教师开展科研工作提供了基本保证。（3）社会化服务目标职业技能培训、再就业工程和农村劳动力转移是学院独具特色的示范性亮点，我院曾开展过各种形式的实用人才培养培训，如社区学院、继续教育学院、职业技能鉴定站等，技术工程系可承担无线电装接工、维修电工、家用电子产品维修工、无线电调试工等多个工

20、种培训，计划今后每年培训300-400人。（4）校企合作目标目前，学院已经与福建冠捷电子有限公司签订了联合办学协议。组建了联合办学的组织结构，双方在实训基地建设、课程体系改革、师资队伍培养等方面开展了扎实有效的工作，取得初步的成果。第一阶段开始的冠捷订单班已经在生产现场进行了实践教学的改革和职业技能的培养，取得了丰硕的成果。今后，将进一步建立和完善针对职业技能岗位的实训基地建设。与企业（尤其是知名企业）合作，引入企业先进的生产设备和企业文化，并通过实训基地的建设，增添必要的先进设备，建设仿真型、技能型的实训基地。使实训基地实现资源共享、技能培训和考核、服务企业和社会等功能。2、基本思路： 以就

21、业为导向，以能力为本位。以科学的劳动观与技术观为指导，注重可持续发展能力，充分认识职业和技术实践活动对经济发展和个人成长的意义和价值，全面提高劳动者素质。大力培养技能型紧缺人才，通过建设实践教学基地，加强实践性教学和技能培养。使学生成为企业生产服务一线迫切需要的高素质劳动者。（1）适应企业技术发展，体现专业发展的先进性和前瞻性关注我国电子、电气行业的最新技术发展，通过多种形式的产学研合作，及时调整课程设置和教学内容，突出本专业领域的新知识、新技术、新工艺和新方法，深入企业调研，贴近生产实际。与企业深度融合，建立适应生产实际的仿真型、生产型实验、实训基地。在项目建设上，注意一定的先进性和前瞻性，

22、同时，整合社会资源，实现基地的共享和开放。（2）以学生为中心，构建科学的教学体系和评价体系根据社会需求和专业发展需要，充分考虑学生的理论水平和掌握技能的程度，为每一个学生提供适应劳动力市场需要和有职业发展前景的、模块化的学习条件，力求在学习内容、教学组织、教学评价等方面给教师和学生提供选择和创新空间，构建开放式的课程体系，适应学生个性化发展和岗位的需要。采用模块式课程结构和弹性学习制度，满足企业和学习者的不同需要。建设实践教学基地，不仅要满足高职的学历教育，而且要适应在职人员更新知识和技能培训的需要。（3）构建五位一体，成为院校与企业合作、共享的中心实训基地不仅要成为本院学生技能培训和应用课题

23、研究的基地，而且要成为面向社会的职业技能培训、鉴定中心和职业资格认证中心，成为其它职业院校和企业共享的资源中心。通过实训基地建设，进一步完善职业技能的培养和职业素质提高的功能，有助于承担学生综合职业能力培养、有助于职业素质训练，有助于达到实践教学资源的共享，有助于开展职工培训及劳动力转移的技术培训等。同时，将实训基地建成一个完全开放性的实践训练场所。它既能让学生在基地接触本行业的新技术、新技能，又能结合职业技能鉴定开展双证书培训、考核。实训基地为院校与企业、行业的紧密结合提供了接口，它不仅能承担高等职业教育的基本技能实训，而且能承担各级各类职业技能的培训任务，使学院实训基地与社会经济发展紧密联

24、系。通过实训基地建设、整合社会资源等措施，在“学校 企业”的专业建设模式、“2+1+1+1+1” 的工学交替人才培养模式、实训基地建设模式、资源共享基础上的教学环境建立和学生可持续发展能力的培养途径等各方面起到引领和示范作用。四、主要建设内容通过多渠道筹集资金投入机电专业的实验室和实训基地的建设，以及采取与企业联办、委培等方式，逐步完善技能型人才培养的软、硬件条件。建立起较为齐全的机、电类实践教学和岗前培训基地。使学生就学期间，除了掌握必备的理论知识外，还取得相应的职业资格证书，拓宽就业的门路。总体包括以下内容（详见附表二）：1、电工电子类实训室建设（已经建成投入使用） 2、电气控制类实训室建

25、设（已经建成投入使用） 3、电子通信类实训基地建设（筹建中） 4、电工技能培训基地建设（筹建中）5、电气智能实训教学公共平台（已经建成投入使用） 6、机电工程实训中心（已经建成投入使用） 7、汽车运用技术实践中心（已经建成投入使用）本期建设的主要内容是：五、资金来源和年度资金安排资金来源：采用学校自筹、政府奖励的办法，学校筹集资金、银行贷款，再争取政府部门的资金扶持，以保证项目资金的及时到位。6 在项目建设实施过程中，主要是在资金及时到位的前提下，通过政府招投标的组织形式，通过公开、公平的竞争，确定质优、价廉的供货商，并在设备的安装、调试中由专职教师全程监控，通过进修和培训等形式尽快适应上岗。 项目实施进度安排详见附表二七、预期效益分析通过本期