滑动轴承试验台机构设计及仿真.docx

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滑动轴承试验台机构设计及仿真

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毕业设计（论文）

滑动轴承试验台机构设计及仿真

SlidingBearingTest-beddesignandsimulation

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本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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滑动轴承试验台设计

摘要

现代社会是工业社会，自动化的社会，计算机的兴起带动了许多行业的兴起，电子行业就是其中之一：

也带动着控制系统的发展，由人工向机器发展，由机器超更高的智能化发展。

目前的滑动轴承试验台人机界面十分友好，解放了人类双手和双眼，可以直接提取数据。

除了能收集试验数据，还能对试验数据进行加工处理，并且可以在电脑端显示滑动轴承的特性曲线，油膜压力分布的情况图，油膜的载荷能力的曲线图。

在本问中，研究的是滑动轴承试验台，实在燃油泵的基础上，通过对其机理的理解，还有一些参数的分析设计一个完整的轴承试验试验台。

滑动轴承试验台种类非常多。

这个实验不但要设计一个整体的滑动轴承，还要设计各个系统，而且能够完成工作。

各个体系之间要完美的配合，一个阶段出问题就前功尽弃。

追求的的是方便简单，为了达到这个目标，首先先把外形大体轮廓确定下来，然后在划分成各个小区域，一步一步解决，全部搞定之后，在全部检查核对一下，测试他们的配合。

虽然说各个系统可以不是最完美的，但是配合起来是完美的。

关键词：

滑动轴承试验台；燃油泵

Abstract

Isindustrialsocietyinmodernsociety,theautomationofsociety,theriseofcomputerledtotheriseofmanyindustries,electronicindustryisoneofthem,anddrivesthedevelopmentofthecontrolsystem,byartificialtomachinedevelopment,superhigherintelligencedevelopmentbymachines.Theslidingbearingtest-bedfriendlyman-machineinterface,theliberationofhumanhandsandeyes,canbedirectlyextracteddata.Inadditiontocollectingthetestdata,butalsotoprocessingofexperimentaldata,andcandisplaythecomputerslidingbearingcharacteristiccurve,thesituationoftheoilfilmpressuredistributionchart,curveoftheloadcapacityofoilfilm.Inthisquestion,westudiestheslidingbearingtestrig,isonthebasisoffuelpump,throughtheunderstandingofitsmechanism,andsomeparametersofanalysisanddesignofacompletebearingtestbenchtest.

Typesofslidingbearingtestrig.Thisexperimentisnotonlytodesignanintegralpartoftheslidingbearing,anddesignthesystem,butalsocangetthejobdone.Betweeneachsystemtoperfectfit,aphaseproblemiswasted.

Whatweareafterisconvenientandsimple,inordertoachievethisgoal,wefirstdowntoadefiniteshapeoutlinefirst,andthenineachsmallregion,dividedintosolvestepbystep,afterall,weareallcheckcheck,testtheircooperation.Althoughthesystemcannotbethemostperfect,butthecombinationisperfect.

Keywords:

test-bedhydrodynamicbearing;fuelpump.

1绪论

1.1选题的背景与意义

手工的时代已经过去了，机器的时代来临了。

轴承的应用十分广泛，受到各界人士学者的关注，特别是一些研究人员。

伴随着人类的懒惰心理，各种现代化机器的产品飞速发展，轴承已经是深入人心，人们离开不了它。

各型各色和种类的轴承越来越多，轴承涉及的范围越来越广泛，一刻都不可以缺少它，但是工业的飞速前进，以前的老式轴承应用不行了，必须开发新的。

各种新型轴承出现，其中有一种叫滑动轴承。

轴承的工作条件十分艰苦，要求比较高，机械设备的性能与可靠性取决于其性能与工作可靠性。

所以，人们一直所关注如何提高滑动轴承的性能与使用寿命。

通过滑动轴承试验，分析和研究其中的数据，这个是优化设计新的滑动轴承设计的一个重要标准。

1949年之后，无数人拼搏让我国的工业发展特别快，最大的变化还是近几年。

不光要看到长处，还要看到跟多短处，我国的工业仍然是一大劣势。

国外的很多技术一直在前面，还需要更多人的付出和努力。

加速，争取超过他们，对某些特殊行业技术实现零的突破。

被称为珍珠行业的航空发动机技术,是一个国家的地标，一个标杆，任何一个小小的部件都会影响飞机的整理性能，这就是牵一发而动全身,仅仅只是影响性能也就罢了，很多时候会危及飞机的安全，所以要检查好每一个部件，可以说是每一个螺丝都要检查好。

例如衣架航空飞机上的缪戈轴承，一旦某一个环节出现问题比如润滑条件不行,轴承很容易发生磨损，导致齿轮卡住,在齿轮卡住的时候就会导致动力不足，机油短缺，各种危险状况会频发，那么飞机的安全就没人可以预料，重大的交通事故就是这么酿成的。

燃料泵滑动轴承要多次实验和分析,努力提高轴承的实用性和质量。

经过几番思考和研究，最终决定测试对象是航空发动机燃油泵上的滑动轴承。

伴随着地球村的实行，人们的探索欲从地球发展到外太空。

航空方面已经涉及到人们的生活的许多方面，因此，航空发动机的滑动轴承性能是越发的重要。

多位科学家和学者专注研究滑动轴承。

工作环境不是一般的地方，不是说随便找一个工厂都可以，常见的滑动轴承并不能用来实验。

需要设计在此条件下，查阅相关资料，了解了试验台的工作的试验情况，进最大的努力满足实验条件。

此滑动轴承试验台大的极限转动速度的为

，极限的压力为

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1.2滑动轴承试验台的研究现状

伴随着现代工业技术的发展，计算机的飞速发展带动着电子的行业的发展，也带动着控制系统的发展，解放人类的双手，由人工向机器发展，由机器超更高的智能化发展。

以前所采用的都是机械化，数据的测量，需要用肉眼去观察，但是肉眼具有很多缺点。

目前的滑动轴承试验台人机界面十分友好，解放了人类双手和双眼，可以直接提取数据。

除了能收集试验数据，还能对试验数据进行加工处理，并且可以在电脑端显示滑动轴承的特性曲线，油膜压力分布的情况图，油膜的载荷能力的曲线图。

目前这种类型的轴承试验台堕入牛毛，每一台的功能使用效果各不相同，我国也生产了多种类型的滑动轴承试验台，下图1.1所示的就是是我国某家公司生产的滑动轴承试验台。

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图1.1新型滑动轴承试验台

我国对滑动轴承这一块一直比较关注，特地设计了一台代行的滑动轴承试验台，如下图1.2所示。

这个试验台采用了卧式结构。

在试验的时候并不要全部拆了重新弄，只需简单稍微简单的处理一下就可以了。

两种试验很多的系统都是公用的。

图1.2大型滑动轴承试验台

不是所有的滑动轴承都是圆柱轴承，也有很多圆锥轴承，因此要好好考虑。

参考古代的设计方法，都是采用的近似算法。

锥角小的轴承近似之后，只有小小的误差，可以当做圆柱轴承，但是锥角大的就不可以了，误差太大，所以把锥角较大的轴承用其他处理方式。

对轴承动力的实验，以前到现在一直都使用二维数学模型，在这里并没有办法使用。

因此多位研究员为了避免误差从三维方法入手。

经过仔细研究扥到的设计图如图1.3所示。

图1.3三维滑动轴承试验台

1.3设计的主要内容及要求

这次设计的是一台滑动轴承试验台，让他在不同的工作条件下，润滑的程度也不同情况下，测试出一些参数。

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2滑动轴承的作用机理及相关参数估算

2.1滑动轴承动压形成的基本原理

外国科学家发现了一个有趣的现象，并花了大量的精力去研究它，这个现象呢十分有趣，谁也没想到它是研究滑动轴承的关键。

欧洲的另一位物理学家研究了对这个现象产生了浓厚的兴趣，对他进行了深入研究在其中发现了一种剪应力，轴径和轴承之间不是完美的契合的，有一些狭小的缝隙在他运动的过程中，就吧液体给带过去了，在过去的同时，油膜之间产生了一个压力。

研究员们根据这个现象计算找到了一个压力的微分方程。

千层高楼平地起，这个小的小的发现确震惊世人。

这个就是流动压润滑理论的前身，为了更好的理解这个，请看图2.1所示：

轴与轴表面不是百分之一百的平滑贴合的，两个固体表面坑坑洼洼，有很多粘性液体。

润滑膜有压力，在大端和小端间隙12间隙流动，沿膜厚分布的流体的速度将成为一个三角形分布，于是在一个很短的时间内流体会在运动，流动的过程中，会经过很多平面，经过平面1（设固体垂直图面的宽度为1），流入平面1、2之间的液体的总重量为为

，由该空间流出的液体质量为

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此时显然消耗的大于从外边进来的量，因此平面1、2之间肯定有很大的压力产生，在平面1，2之内互相运行，最终达到平衡的状态。

图2.1动压形成原理

2.2滑动轴承试验台相关参数的估算

2.2.1燃油泵滑动轴承的相关参数估算

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总结

本毕业设计论文以流体动压润滑理论为基础，结合当今滑动轴承试验台的研究状况与设计需求，设计了滑动轴承试验台的机械部分。

对总体结构、尺寸与安装形式进行了设计，初步验证了设计方案的可行性，并对关键的零件进行选型。

论文主要完成了以下几个方面的工作：

（1）确定了滑动轴承试验台总体方案。

对滑动轴承主体台架、驱动系统电机、加载系统、润滑系统、测试系统进行了设计。

（2）分别设计了试验台主体的机械结构、驱动系统、加载系统、润滑系统与测量系统。

每个系统的设计均按照实验要求进行，保证了设计方案的实用性。

每个方案在设计时都对重要零件进行选型，保证设计方案的现实性。

本文比较圆满的完成了设计任务，可是仍有不足之处。

尚需完善与应进一步开展的研究工作如下：

（1）完成整个系统各个零件的选型与校核工作；

（2）完成设计图纸；

（3）制作试验台样机；

（4）对试验台进行综合性能评估与可靠性分析。

经历了几个月以来的毕业设计，本人比较顺利的完成了设计工作。

在设计初期遇到了较大困难，但随着工作的逐步深入，慢慢掌握了设计方法与技巧，最终通过不懈努力完成了设计任务。

通过这次毕业设计，本人深深体会到自己所学知识还远远不能熟练应对实际工作的需要，在以后的日子里，应该脚踏实地的学习与工作。

4.LabView的信号分析及处理

4.1Labview简介

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C与BASIC开发环境，可是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：

其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。

LabVIEW开发环境集成了工程师与科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师与科学家解决问题、提高生产力与不断创新。

与C与BASIC一样，LabVIEW[1] 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。

LabVIEW[2] 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。

LabVIEW[2] 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。

LabVIEW[1] （LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。

传统文本编程语言根据语句与指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。

VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。

LabVIEW[1] 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。

用户界面在LabVIEW中被称为前面板。

使用图标与连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。

这就是图形化源代码，又称G代码。

LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

LABVIEW[1] 有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。

测试测量：

LABVIEW[5] 最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。

经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。

至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。

同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。

这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。

有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。

控制：

控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。

LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。

除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。

使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。

仿真：

LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。

在设计机电设备之前，可以先在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。

在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。

儿童教育：

因为图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受与理解，所以LabVIEW非常受少年儿童的欢迎。

对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把LabVIEW理解成是一种特殊的“积木”：

把不一样的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。

著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LabVIEW编程语言。

儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用LabVIEW编写控制其运动与行为的程序。

除了应用于玩具，LabVIEW还有专门用于中小学生教学使用的版本。

快速开发：

根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的LabVIEW程序员所需的开发时间，大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。

所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用LabVIEW，以缩短开发时间。

跨平台：

如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用LabVIEW。

LabVIEW具有良好的平台一致性。

LabVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上：

Windows、MacOS及Linux。

除此之外，LabVIEW还支持各种实时操作系统与嵌入式设备，比如常见的PDA、FPGA以及运行VxWorks与PharLap系统的RT设备。

4.2Labview信号分析与处理

4.21数据采集

首先，我们确定了需要导入的滑动轴承实验台的数据，我们需要一个静态应变仪和电流传感器，这些都可以装配在NICompactRIO中。

打开Labview，打开上节中我们新建的VI，在前面板中左键单击“查看”→“控件”→“新式”→“I/O”，在下拉菜单中选择“传统DAQ通道”，这样，一个数据传输通道就建立完成了。

图4.2创建数据采集通道

接下来，就开始进入数据采集环节了。

首先，我们在前面板中左键单击“窗口”→“显示程序框图”，打开了一个与前面板相对应的程序框图，我们称之为后面板，后面板主要是用来对前面板控件中的接线端口以及一些仅在后台运行的连线、函数和结构等进行设置。

接下来，我们点击后面板中的“查看”命令按钮，在弹出的对话框中左键单击选择“函数”，在弹出的下拉列表中中左键单击“互接接口”→“输入设备控制”→“输入数据采集”，在弹出的对话框中左键单击确定，得到结论。

图4.3数据采集程序图

在上面两章的内容中，我们主要讨论了对收集到的信号进行处理以及分析的操作。

通过NICompacRIO采集到的受力实验台的电阻应变片的原始数据不能满足我们实验需要，所以我们在数据采集出来后对数据进行一定的处理，主要是滤波和放大。

处理完这些原始信号后，我们要对数据进行分析，主要是时域分析和频域分析。

当我们对这些数据进行分析过后，我们就进如本章的主要内容：

数据的显示和仿真。

4.3数据的显示

数据的显示就是把经过计算机处理和分析的数据以其他的形式反映出来。

主要有数值、布尔、图形及文本等显示形式。

这里我们采用图形显示的方法。

图形显示就是所有与图有关的数据、形状、图表等的显示，主要用于显示各类数据的分析结果和动态内容。

图形显示的关键是对信号的处理及显示图形的布局技巧。

4.3.1创建波形图

Labview中自带了许多图形显示控件，包括波形图、强度图、混合信号图、XY图和三维图等。

在本次试验中，我们需要的是波形图显示控件，所以首先我们需要创建一个波形图。

在前面板中左键单击“查看”→“控件”→“新式”→“图形”命令，这时候弹出一个图形下拉列表，列表中有许多图形显示控件。

接下来，我们左键单击选择“波形图”控件，将它拖到前面板中，这样一个波形图显示控件就创建完成了。

创建完波形图控件后，我们还要将波形图控件放入循环结构内并进行相应的操作来设置波形图控件的外观和显示的内容。

为了实现此项目的，我们需要将前面为了分析数据而创建的基本函数发生器的“信号输出”端口连接到波形图控件的“信号输入”端口。

图4.4控件选板

4.3.2设置波形图的属性

波形图的属性对话框设置是本章的关键性操作，它同时也是波形图中唯一可以变更的项目。

我们可以在波形图的属性设置中改变一些显示项目和功能。

我们将按照下面的步骤，自定义波形图显示控件的外观。

（1）在前面板上，将光标移动到波形图图例的顶端。

这时波形图上仅显示出一条曲线，实际上还有一条曲线，显示出来的是原始信号波形图曲线，未显示出来的是缩放信号波形图曲线。

（2）当光标变成双箭头时，左键单击图例边框并将其往旁边拖动，使第二条曲线在图例上显示出来。

这时，我们松开鼠标，出现第二条曲线的名称。

（3）右击波形图，在下拉菜单中左键单击“属性”按钮，弹出“波形图属性”框图。

（4）在“曲线”命令按钮上右键单击，这时会弹出一个“曲线”属性快捷菜单。

左键单击“常用曲线”列表，在列表中选择“锯齿波”等各类显示波形。

在“颜色”选项中可以直接选择自己需要的颜色。

在“线条样式”文本框中可以选择线条的显示样式。

（5）在“常用曲线”下拉列表中左键单击选择“锯齿波”，勾选“忽略波形或动态属性”命令按钮，包括曲线名称复选框。

（6）在名为“名称”的文本框中删除当前标签，并将曲线名称更换为缩放锯齿波。

（7）我们接下来要改变图形的其他一些属性。

例如，在标尺选项卡上将“自动调整标尺”这一选项禁用，并改变Y轴数值的最大值和最小值。

（8）左键单击右下角的“确定”按钮，保存当前对波形图属性和外观的修改并关闭波形图属性对话框。

这时我们发现，前面板中曲线的颜色和图例样式已经改变了。

4.4信号仿真

信号的仿真就是在Labview中产生一个波形，并对某一信号进行拟合或信号大小的比较。

虚拟函数信号发生器软件的核心是波形发生器。

我们可以通过调用其中的函数来产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。

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在这次实验中，波形周期是1000点，使用For循环确定x的取值。

每当我们运行一次For循环，就可以得到一个周期的波形的数据。

然后使用While循环，重复执行该程序，我们就可以一直得到正弦波形。

其它几种波形的生成原理和正弦波发生器类似。

使用软件生成波形的最大的优点的就是极大地降低了器械的使用成本，并且使得器械体积更小，智能化程度更高。

图4.5正弦信号波形图

4.5系统总程序框图的设置及其仿真图的生成

该主程序主要分为下面三个模块。

（1）信号的选择模块

在程序框图中选择八个数字输入控件分别输入“正弦波”“三角波”“方波”“锯齿波”以及通道2所对应的数字，然后在调出两个布尔数值转换控件，两个转换成无符号的双字节整形控件，两个数据输出控件作为两个寄存器，两个创建数组控件和若干个case结构。

然后利用case条件结构的分支创建两个通道，每个通道都能实现四种波形的选择，分别把数据读入到寄存器当中，使寄存器的

“0”“1”“2”“3”分别对应“正弦波”“三角波”“方波”“锯齿波”四种波形。

（2）信号的生成模块

调出两个基本函数信号发生器，信号类型输入连接前端的波形选择模块，然后调出相应的输入控件，设置相应的参数，能够进行波形输出。

（3）数据采集模块

数据采集模块的建立在第六章中介绍，主要是创建信号采集的模拟通道能够进行采样时钟定时连续数据输出，通过NICompactRIO进行数据采集。

图4.6仿真信号的整体前面板及其波形显示

4.5结论

本次滑动轴承试验台仿真的顺利运行，证明了本次毕业