汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的研发Word文档下载推荐.docx

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三、设计（论文）工作起始日期

自2009年9月1日起，至2009年１１月２８日止。

四、进度计划与应完成的工作

自20０９年９月１日起，至2００９年１０月３０日止，完成设备图纸设计和程序设计。

自20０９年１１月１日起，至2００９年１１月１５日止，完成论文初稿。

自20０９年１１月１６日起，至2００９年１０月２８日止，完成论文修改并定稿。

五、主要参考文献

[1]冈本纯三，球轴承的设计计算，第一版，北京：

机械工业出版社，２００３

[２]高春艳，ＶisualBasic控件参考大全，第一版，北京：

人民邮电出版社，２００７

[３]刘泽九，滚动轴承应用手册，第二版，北京：

机械工业出版社，２００６

[４]徐灏，机械设计手册，第二版，北京：

机械工业出版社，２００１

[５]余鸿钧，流体静压主轴，第一版，北京：

机械工业出版社，１９８５

[６]范钦珊译，材料力学手册，第一版，北京：

建筑工业出版社，１９８１

指导教师

教学站负责人

20年月日

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

Researchofhubbearingfriction

Abstract

Theresearchbackgroundandmeasuringprincipleofhubbearingfrictionmomentarefirstintroducedinthispaper.Thispaperalsorepresentsthecomputingmethodofbearingoperatinglifefortheshaftandthedesigningmethodofairbearingtableforloading.Itanalysesmeasuringmethodoffrictionmomentandtheprogramforcontrollingthetester.

Basedontheresearch,thetesterhasbeendevelopedformeasuringfrictionmomentofhubbearinganddeepgrooveballbearing.Theloadingpartsadoptthecombinationofworm-gearandairbearingtableforachievingloadautomatically.Itisaninnovativemethod.Theworkbench,framework,electricalcontrolequipmentandsoonaredesignedreferringtomachinedesignmanual.

Keyword:

friction;

shaft;

airbearingtable;

control

目录

第一章绪论1

1.1课题背景与任务来源1

1.2研究现状和研究方向1

1.2.1轴承摩擦力矩测量的目的意义1

1.2.2轴承摩擦力矩的定义及其种类2

1.2.3国内外轴承摩擦力矩测量仪器现状简介2

1.2.5轴承摩擦力矩测量试验机的发展趋势7

1.2.6汽车轮毂轴承摩擦力矩试验机的主要技术指标8

第二章主轴部分的设计计算10

2.1主轴部分主体设计10

2.2轴的设计10

2.3轴的校核11

2.4轴承的选择12

2.5轴承的校核12

2.6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14

3.1加载部分的总体设计14

3.２气浮台的设计14

3.3蜗轮蜗杆的设计16

第四章测量和控制的设计18

４.1测量部分的的设计18

４.2控制电气的设计18

４.3控制程序的设计和编制19

第五章总结和展望25

5.1总结25

5.2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ＧＤＰ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[2005]61号）；

财政部、环境保护部联合印发的《关于环境标志产品政府采购实施的意见》（财库[2006]90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

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、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。

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。

1.2.2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。

主要有以下八种摩擦力矩测量仪器：

1．PM692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。

Ｔ――――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

２．最大摩擦力矩测量仪（图１－２）

图１－２仪器测量原理图

１-配重块2-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：

r-----配垂块重心到转轴的中心距离；

　　　　P----配重块的质量

3．英国T.I.D-33启动力矩测量仪（图１－３）

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6.3～22.225mm

力矩范围0～1.3gemgfcm

轴向负荷75～400g

图1-３英T.L.D-33型仪器测量原理图

4．日本机械试型轴承摩擦力矩测量仪（图１－４）

图１－4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。

5．M992B微型轴承摩擦力矩测量仪（图１－５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

测量轴承范围：

内径：

2～8mm

力矩测量范围：

0～100Nm

轴向负荷：

1~4N

主轴转速：

2r/min

示值误差：

2.5Nm

示值稳定性：

2.5Nm/4h

气源压力：

0.3~0.4Mpa

图6M992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-传感器9-衔铁10-吊丝11-平衡片簧12-拉力弹簧

6．M9908A轴承摩擦力矩测量仪（图１－６洛阳所产品）

图１－６摩擦力矩测量仪结构示意图

1．升降手轮

2．电机

3．同步带

4．轴向负荷块

5．升降机构

6．驱动主轴

7．被测轴承

8．校准轮

9．测量主轴

10．吊线

11．支承

12．滚珠轴承

13．硅码

14．整体式应变扭矩传感器

15．测量系统支座

16．校准支架

8～30mm

0～50mNm

15N

5r/min

2.5mNm

0.25mNm/4h

7．M695型成对角接触轴承摩擦力矩测量仪（图１－７洛阳所产品）

成对角接触球轴承

10～50mm

0.5～50mNm

100～500N

0.5、5r/min

0.5Mn/4h

0.4～0.5MPa

图１－７M695仪器测量原理图

1.传感器2.空气轴承3.空气轴承转子4（9）.内更换套5（8）.被测轴承6.轴向加载环7.汽缸10（16）密珠轴承11（17）.同步带轮12.支承13.内更换件14.力矩机组15.转动主轴

8．PM9906型轴承摩擦力矩测量仪（图１－８洛阳所指标）

6～17mm

外径：

13～47mm

宽度：

4～14mm

测量力矩种类：

平均摩擦力矩

0～50mNm

0～100mNm

0～50N0.5N

10rPm～2000rPm

0.5%FS

0.5～1Mpa

图１－８PM9906测量仪原理示意图

01.轴向加载机构02驱动主轴03空气主轴04.轴承更换套　05.被测轴承06.标准力矩系统　07.力矩传感器08.速度传感器09.电机10.负荷传感器

工业出版社，１９８１