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1、,嵌入式高速電主軸軸承試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介,一、研究意義,1、電主軸的意義 2、納米潤(rùn)滑技術(shù) 3、課題背景,軸承試驗(yàn)是評(píng)估軸承性能和壽命較為有效可靠的方法，是軸承從設(shè)計(jì)到裝機(jī)使用之間的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。普通的滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)不能很好滿(mǎn)足電主軸陶瓷球軸承的要求及模擬其實(shí)際工況或極限工況。目前，電主軸軸承的試驗(yàn)大多是隨電主軸在空載條件下一同進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn)，這種方法卻不足以反映電主軸實(shí)際工作時(shí)的載荷、轉(zhuǎn)速變化情況對(duì)軸承產(chǎn)生的影響。因此，迫切需要研制專(zhuān)門(mén)的電主軸軸承試驗(yàn)裝置來(lái)對(duì)電主軸軸承的性能潤(rùn)滑性能進(jìn)行研究。,本課題的研究?jī)?nèi)容,根據(jù)電主軸軸承實(shí)際工況和運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，研制一臺(tái)功能多樣、集機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)于一體的高速電主軸

2、軸承試驗(yàn)臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)電主軸軸承的潤(rùn)滑情況、散熱條件以及高速加工時(shí)的徑向切削分力和軸向切削分力，并在該試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行電主軸軸承的性能試驗(yàn)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 1. 分析電主軸陶瓷球軸承的實(shí)際工況和運(yùn)行狀態(tài)，制定試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求及功能要求，進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)； 2. 進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸系設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 3. 進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和功能要求進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，然后利用Borland C+ Builder5.0進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)； 4. 在該試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行軸承的性能試驗(yàn)研究。選擇B7005C/P4電主軸軸承作為研究對(duì)象

3、，對(duì)比研究脂潤(rùn)滑陶瓷球軸承與鋼制球軸承、油霧潤(rùn)滑陶瓷球軸承的高速性能。 5.試驗(yàn)臺(tái)安全防護(hù)設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)。,試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介,目前，軸承試驗(yàn)的種類(lèi)大致有壽命試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、軸承零部件試驗(yàn)、材料試驗(yàn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)、強(qiáng)化試驗(yàn)等。壽命試驗(yàn)即確定軸承疲勞壽命的試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)：在軸承試驗(yàn)機(jī)上按照軸承的實(shí)際安裝工況、實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，即軸承的轉(zhuǎn)速、軸向載荷、徑向載荷以及環(huán)境溫度、潤(rùn)滑狀態(tài)等按實(shí)際工況給定進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)定壽命或到軸承失效。常見(jiàn)的有輪轂軸承模擬試驗(yàn)、汽車(chē)離合器分離軸承模擬試驗(yàn)、汽車(chē)水泵軸聯(lián)軸承模擬試驗(yàn)。性能試驗(yàn)：即考核軸承的某種特殊性能，如極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、大載荷試驗(yàn)、潤(rùn)滑性能試驗(yàn)、防塵試驗(yàn)、脂

4、漏試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、噴水試驗(yàn)、軸承打滑試驗(yàn)等。零部件試驗(yàn)主要對(duì)鋼球、滾子、密封圈試驗(yàn)。強(qiáng)化試驗(yàn)是壽命試驗(yàn)的一種，即給定試驗(yàn)軸承載荷較大，達(dá)額定載荷的 0.5 倍，用來(lái)縮短試驗(yàn)時(shí)間。設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)是根據(jù)軸承實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，如溫升、振動(dòng)、噪音、提出設(shè)計(jì)改進(jìn)意見(jiàn)。 與上述試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的軸承試驗(yàn)機(jī)有壽命試驗(yàn)機(jī)、模擬試驗(yàn)機(jī)、性能試驗(yàn)機(jī)、零部件試驗(yàn)機(jī)等。雖然這些試驗(yàn)機(jī)的功能不同，但他們的主體結(jié)構(gòu)、測(cè)試技術(shù)、加載技術(shù)、控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)卻基本相同。,試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求,根據(jù)電主軸軸承的實(shí)際工況和運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，本文制定高速電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求如下： 1. 試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍為300060000r/

5、min，測(cè)量精度0.5F.S，且無(wú)級(jí)可調(diào)； 2. 試驗(yàn)軸承的內(nèi)徑為25mm、外徑為47mm、寬度為12mm，潤(rùn)滑方式為油霧潤(rùn)滑或脂潤(rùn)滑，且被循環(huán)水冷卻； 3. 根據(jù)試驗(yàn)軸承內(nèi)徑范圍1030mm，可更換不同類(lèi)型的試驗(yàn)軸系組件； 4. 徑向載荷和軸向載荷范圍為02000N，測(cè)量精度0.5F.S，且連續(xù)可調(diào)； 5. 溫度測(cè)量范圍為0300，測(cè)量精度2； 6. 振動(dòng)測(cè)量范圍為050g，測(cè)量精度2； 7. 試驗(yàn)測(cè)控方式為手動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制； 8. 試件應(yīng)拆裝簡(jiǎn)單，操作方便。,試驗(yàn)機(jī)的功能要求,設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)是為了模擬陶瓷球軸承在電主軸中的潤(rùn)滑情況、散熱條件以及高速加工時(shí)的徑向切削分力和軸向切削分力，

6、以便對(duì)陶瓷球軸承進(jìn)行試驗(yàn)研究，為其設(shè)計(jì)改進(jìn)及應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。在調(diào)研現(xiàn)有滾動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的性能和功能基礎(chǔ)上，結(jié)合滾動(dòng)軸承技術(shù)、測(cè)試與控制技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，本文制定試驗(yàn)臺(tái)的功能要求如下： 1. 能夠模擬軸承在電主軸中散熱條件及高速加工時(shí)所受的切削力； 2. 能夠?qū)υ囼?yàn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如試驗(yàn)轉(zhuǎn)速、載荷譜、報(bào)警參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間及存儲(chǔ)時(shí)間等； 3. 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)參數(shù)，如軸承轉(zhuǎn)速、載荷、溫度、振動(dòng)等，并對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、處理和存儲(chǔ)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、載荷、溫度及振動(dòng)以曲線(xiàn)或圖表的形式輸出； 4. 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各部件的運(yùn)行，以確保安全和設(shè)備運(yùn)行正常。若試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)異?？勺詣?dòng)報(bào)警停機(jī)；

7、 5. 能夠?qū)υ囼?yàn)軸承進(jìn)行高速性能、耐久性和壽命等試驗(yàn)。,試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)方案,分析電主軸陶瓷球軸承的運(yùn)行狀態(tài)以及極限工況的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求及功能要求，確定了電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺(tái)總體方案。高速電主軸陶瓷球軸承試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)臺(tái)主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)等組成。試驗(yàn)臺(tái)工作原理見(jiàn)圖。,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,1.底座 2.軸向加載組件 3.軸系 4.軸系壓蓋 5.徑向加載組件 6.試驗(yàn)軸承 7.聯(lián)軸器 8.電主軸 9.潤(rùn)滑油管 10.軸向加載液壓油管 11.振動(dòng)傳感器 12.徑向加載液壓油管 13.溫度傳感器,試驗(yàn)機(jī)實(shí)物,試驗(yàn)機(jī)中電主軸技術(shù),1、電主

8、軸潤(rùn)滑方式有 油脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等。 2、電主軸潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì),電主軸潤(rùn)滑系統(tǒng),油氣潤(rùn)滑的機(jī)理， 以步進(jìn)式給油器，定時(shí)定量間斷地供給潤(rùn)滑油， 壓縮空氣，沿油管內(nèi)壁將油吹響潤(rùn)滑點(diǎn)，將油品準(zhǔn)確地供應(yīng)到最需要潤(rùn)滑的潤(rùn)滑部位。油氣潤(rùn)滑與油霧潤(rùn)滑雖然都是兩相流，但在流體性質(zhì)上截然不同。油霧潤(rùn)滑時(shí)，油被物化成0.52m的霧粒，物化后的油，隨空氣一同前進(jìn)，二者的流速相同；油氣潤(rùn)滑時(shí)，油不被霧化，油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤(rùn)滑點(diǎn)，并在潤(rùn)滑點(diǎn)處，以精細(xì)油滴方式，噴射到潤(rùn)滑部位。,嵌入式核心板,試驗(yàn)機(jī)測(cè)控框架,課題組研究難點(diǎn)與方向,1、電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：高速化設(shè)計(jì)，便于軸承的拆卸、數(shù)據(jù)采集，保持脂潤(rùn)滑條件

9、下DmN值在200萬(wàn)以上可穩(wěn)定工作。 2、電主軸加載裝置：仿真電主軸實(shí)際工況，可考慮電磁加載，杠桿加載，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加載的特種材料設(shè)計(jì)與分析等。 3、高速主軸熱處理：針對(duì)高速主軸，實(shí)驗(yàn)出一種適合高速，耐磨性好，穩(wěn)定性好的材料熱處理方法。特種軸承鋼，耐磨鋼的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等。 4、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：采集電路板設(shè)計(jì)，程序調(diào)試，軟件界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)調(diào)理的控制，液壓缸比例閥控制。 5、振動(dòng)分析與故障診斷： 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析。數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析（付里葉分析、功率譜分析、功率譜密度分析、頻響函數(shù)分析、互譜分析、相干分析、沖擊響應(yīng)譜、倒頻譜分析、包絡(luò)分析等） 6、可靠性分析：高速電主軸可靠性分析，

10、可著重考慮軸承可靠性，潤(rùn)滑油脂的可靠性，潤(rùn)滑油脂的開(kāi)發(fā)與研制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)等。,興趣小組學(xué)習(xí)方向,1.Proe、Caxa為主的三維軟件學(xué)習(xí)小組 進(jìn)行以試驗(yàn)機(jī)三維造型設(shè)計(jì)為主，包括電主軸三維設(shè)計(jì)，外觀(guān)設(shè)計(jì)，安全性防護(hù)設(shè)計(jì)等。 2.Ansys 、adams有限元軟件學(xué)習(xí)小組 進(jìn)行高速電主軸進(jìn)行仿真分析，包括熱力學(xué)仿真，動(dòng)力學(xué)仿真，一些初級(jí)的數(shù)值計(jì)算。如，熱源計(jì)算，散熱系數(shù)計(jì)算，臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算等。 3.Matlab數(shù)值計(jì)算，仿真軟件學(xué)習(xí)小組 采集高速電主軸的振動(dòng)，以數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行波形分析，編輯軟件界面，進(jìn)行仿真分析，數(shù)值計(jì)算等。 4.VB，VC，C+builder，Dephi，labview，matlab等軟件學(xué)習(xí)小組 嵌入式內(nèi)部程序調(diào)試，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的軟件編程方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理、顯示與記錄 。,匯報(bào)完畢歡迎指導(dǎo) 謝謝！,