【《某水润滑轴承系统的主要结构设计案例》3200字】

某水润滑轴承系统的主要结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31485某水润滑轴承系统的主要结构设计案例 1179941.1水润滑轴承系统结构设计要求及原理 110741.2水润滑轴承系统主要结构设计 376751.1.1试验主体结构设计 3320821.1.2载荷调整机构设计（1）小载荷调整机构。小载荷调整机构如图2-8所示，机构由压电陶瓷、滑动底座、底座、滑动燕尾形导轨、挡板、预紧弹簧以及预紧螺母 61.1水润滑轴承系统结构设计要求及原理现在，在国内外进行的各项有关水润滑轴承系统的设计研究中，涌现了许多优秀的研究成果，通过控制不同的变量，如轴承材料、沟槽形状及数量、轴承间隙、载荷、主轴转速等方面进行了不同的研究。为了能够对水润滑轴承性能进行测试，满足对水润滑轴承的研究的需求，充分利用其发展空间，本论文提出了一种能够实现载荷变化的水润滑轴承综合性能试验台的设计方案。通过结合已有的试验台的设计思路，确定了如下试验台结构设计方案。在经过对水润滑轴承的实际工作环境的充分考虑之后，设计了一种水箱结构，轴承承受的负载变化也与实际工作的不同会发生变化，为了在实验中体现实际加工过程中轴承承受的负载变化，本试验台加入了两套负载施加装置，分别为小载荷施加装置和大载荷施加装置，小载荷的施加由靠压电陶瓷通电产生的作用力和与之相配合的位移机构，两者相配合完成载荷的施加，而大负载直接由液压缸推动实现。考虑到实验设计与实际应用的情况，水润滑轴承系统性能测试试验台的整体三维模型结构如图2-1所示。图1.1水润滑轴承性能测试试验台该试验台主要由水润滑轴承试验箱、载荷施加及调整机构、主轴支承机构、数据测量系统及电机组成。在实际试验过程中水润滑轴承试验箱作为水润滑轴承的工作区域，由载荷施加与调整机构通过施加不同载荷和位移模拟实际工作过程中的载荷变化及位移，主轴支承系统主要为了保证系统的稳定，数据测量系统主要是为了收集水润滑轴承工作的各项数据，以便后续的分析与研究。电机主要是为整个系统提供动力。整个测试系统的设计思路是大功率变频电机为整个试验台提供动力，用来进行试验过程中所需的转速和转矩的输入，动力传递过程中采用膜片型联轴器通过平键与传动轴连接，传动轴上设置了一个摩擦力传感器，用于实时测定输入的转矩。然后，又通过一个弹性联轴器与主轴支承系统连接，再经过一个过渡法兰，将两个轴紧固在一起，将动力传递到水润滑轴承测试机构。水润滑轴承测试机构左侧通过膜片型双节键槽联轴器连接，用以传递载荷和位移，整个机构通过联轴器和过渡法兰将各个系统联系在一起，实现了动力的传递。由于在实验过程中，主轴主要受到径向力的作用，轴向几乎不受力所以使用带座的调心球轴承对承载轴进行支承，另外，调心球轴承可以自动调心，当主轴发生挠曲时会自动调整，从而减少甚至避免对水润滑轴承的试验造成的不利影响。在载荷调整机构中，小载荷的调整由三组经过堆叠的压电陶瓷及配合的机构实现水平方向的载荷，控制电压即可控制载荷的输出；大载荷的调整由桌面下的液压缸推动活塞杆实现，设置在液压缸内的压力传感器可以测量出施加载荷的大小。水润滑轴承的实验密封箱内水润滑轴承做主要支撑，滚针轴承为辅助支撑，水润滑轴承配有轴承座，在轴承座中设置了用于定位的机构，保证水润滑轴承不会发生径向和轴向的移动，为试验系统提供流动的水，使水润滑轴承始终处在水润滑剂中，起到良好的润滑以及冷却降温的作用；主轴支承装置左端为主要的实验位置，因此负载较大，所以设置了两个滚动轴承做支承，在右端只需设置一个滚动轴承，起到一个支承主轴的作用。在电机输出轴处还设置了一个转速传感器，可以测出当前功率下主轴的转速。1.2水润滑轴承系统主要结构设计1.1.1试验主体结构设计整个试验的主体部分如图2-2所示，其主要结构由变频电机、三个不同尺寸的膜片型双节键槽式联轴器、带轴承座的调心球轴承、水润滑轴承性能测试试验箱体、主轴、载荷调整机构以及液压缸组成。通过查阅资料，对其他试验台的设计原理以及设计尺寸进行了深入的分析和研究之后，在了解了其大致的结构及功能之后，结合自己设计的试验台的情况，并在考虑了方案的实用性和可行性之后，最终确定了试验台的主要的设计尺寸和参数。·1-液压缸2-小载荷调整机构3-轴承座4-联轴器5-水润滑轴承性能测试试验箱图1.2局部试验台本课题设计研究的水润滑轴承性能测试试验台参数如下：（1）电机的选择。要选择水润滑轴承综合性能测试系统试验台的动力输入元件，第一个应该考虑的就是系统所需的转速，然后选择符合要求的电动机。另外，为了研究水润滑轴承的各项特性，电动机应该具有调整转速大小的能力。通过对比现有的各个电动机的产品发现，高速变频电机可以很好地满足试验台的需求，既有比较高的转速，又可以随时调整转速的大小。在考虑了经济性与使用性之后，选择了型号为YXVF-160M2-2的电动机。电机型号和参数如表2-1所示。表2-1电机主要性能参数型号功率（kw）额定电流（A）转速（r/min）转矩（N·m）噪声db（A）YXVF-160M2-21528.4194548.690（2）联轴器的选择。如图2-3所示。膜片型联轴器一方面具有很高的扭矩刚性，能够抵抗很大的扭矩，非常适合本试验台的工作情况，另一方面膜片型联轴器具有很高的灵敏度，同时具有零回转空隙，可以很好的传递扭矩和转速，避免了在经过长轴前后转速不一的后果。另外，系统运行过程中不可避免地会发生一些振动和位移，膜片联轴器具有一定的吸收振动和偏差补偿的能力。而且由于膜片型联轴器本身具有很好的耐腐蚀性，工作寿命很长，而且结构相对于其他联轴器来说相对简单，易于维护和保养，还有较强的工作稳定性，传动平稳。在考虑了以上条件之后，最终选定膜片型单节键槽式联轴器作为各个轴之间的连接元件，另外，由于在传动平稳可靠方面的考虑，需要在零件的另一端额外加工键槽。图1.3膜片型键槽联轴器（3）轴系结构。本系统的设计由四根轴组成，承载轴与实验轴由联轴器连接，实验轴与支承轴用过渡法兰连接，传动轴与支承轴以及电机与传动轴的连接用膜片型键槽联轴器连接，如图2-6所示。用于整个系统的轴要具有一定的刚度，所以传动轴、承载轴、实验轴均选用常用的具有很强的性能的40Cr，支承轴的要求不高，所以选择45钢作为轴的材料。另外，各轴在加工成型后采用调质处理进一步提高轴的强度和硬度。另外主轴的尺寸计算及其校核将在第三章中进行。图1.4实验轴系结构（4）水润滑实验轴承。由于橡胶合金轴承具有良好的稳定性和自动调节的能力，是应用的比较多的一种水润滑轴承，也很好的满足了本试验台的设计需要。该类型的轴承如图2-7所示，它的内层材料是橡胶，外层的材料为合金，且轴瓦内壁开有水槽，有4个通槽，通槽可以使水充分与主轴和轴承表面接触，从而达到润滑作用，而且，在轴的旋转而产生的离心力作用下，再加上水流的冲击力，实验箱中混入的一些泥沙等硬质颗粒可以通过水槽流出，而且，水的流动可以起到很好的冷却降温作用。另外，轴承下方有一个用于定位轴承的肋条，可以用于轴承的定位，限制其在实验过程中与轴承座发生的相对转动。图1.5水润滑橡胶合金轴承1.1.2载荷调整机构设计（1）小载荷调整机构。小载荷调整机构如图2-8所示，机构由压电陶瓷、滑动底座、底座、滑动燕尾形导轨、挡板、预紧弹簧以及预紧螺母组成。压电陶瓷与电路连接，采用物理上串联，电路上并联的堆叠方法，可以将作用力叠加，这样的结构有三组，可以扩大载荷的调节上限，但由于压电陶瓷产生的力较小，却有着可调的特点，因而将其作为小载荷的调节机构。预紧螺母、挡板、以及预紧弹簧挤压滑动底座以给予压电陶瓷一个预紧力，当机构工作时，压电陶瓷反过来挤压滑动底座，底座又继续挤压弹簧，弹簧进一步缩短，实现位移，从而将力通过底座上的轴承座中的轴承传递到主轴上。滑动底座上的螺纹孔用于轴承座的固定，下方设置了燕尾槽，用于限制滑