毕业设计论文悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机设计.docx

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1、毕业设计题 目：悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机设计学 生 姓 名：学 号： 所 在 学 院：机械工程学院专 业、班 级：指 导 教 师：完 成 日 期： 20XX年 5 月 20 日本科生毕业设计摘 要机械部件工作中轴承的失效直接影响到机器的正常运行，甚至引发人身安全和设备安全事故，为了预防这种事故发生。本文设计了一款陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机，可对使用的轴承进行前期的试验。首先，根据陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的设计指标和功能要求，确立了试验机总体设计方案。然后，完成机械系统详细方案设计，其中包含了驱动系统的设计、传动系统的设计、加载系统的设计、和机架结构设计。使用Solidwo

2、rks绘制出整体试验机的三维模型并进行装配，借用CAD绘制出零部件和总装配图纸。最后，根据载荷范围可调、试验转速大于2500n/min的设计要求，试验机还采用了悬臂式的结构，便于试验轴承的安装和拆卸。因此，本课题具有较高的经济效益价值和现实意义。关键词：陶瓷轴承；试验机；滚动接触全套图纸加V信153893706或扣 3346389411AbstractThe failure of bearings in the work of mechanical parts directly affects the normal operation of the machine, and even lead

3、s to personal safety and equipment safety accidents. In order to prevent such accidents. In this paper, a rolling contact fatigue life testing machine for ceramic bearings is designed, which can carry out preliminary tests before using the bearings. Firstly, according to the design indexes and funct

4、ional requirements of the cantilever ceramic bearing rolling contact fatigue life testing machine, the overall design scheme of the testing machine is established. Then, the detailed scheme design of mechanical system is completed, which includes the design of drive system, transmission system, load

5、ing system and frame structure. Solidworks is used to draw the three-dimensional model of the whole testing machine and assemble it. CAD is used to draw the parts and assembly drawings. Finally, according to the design requirements of adjustable load range and test speed greater than 2500r/min, the

6、testing machine also adopts a cantilever structure to facilitate the installation and disassembly of the test bearing. Therefore, this topic has high economic benefit value and practical significance.Key words: Ceramic bearing, Tester, Rolling contactII南通理工学院本科生毕业设计目 录摘 要IAbstractII目 录11 绪论11.1概述11.

7、2国内外研究现状11.2.1国内研究现状11.2.2国外研究现状21.3课题研究的目的和价值31.4本课题的研究内容32 总体设计42.1设计指标和要求42.2设计方案52.3本章小结63 驱动系统设计73.1传动方案的选择73.2电动机的选型83.3同步带及同步带轮的选型93.4本章小结114 传动系统的设计124.1主轴的设计计算124.2主轴的强度校核134.3主轴轴承的选型164.4主轴箱体设计174.5试验轴承座设计194.6本章小结205 加载系统设计215.1加载系统的设计要求215.2加载方式的选定215.3加载方案对比论证215.4加载系统的组成及工作原理225.4本章小结2

8、46 机架结构设计257 总结26致 谢27参考文献28附 录3021 绪论1.1概述轴承是轴系旋转机械设备中起支撑和减少摩擦的主导作用，是旋转机械中应用广泛和重要的机械零部件。轴承的失效大多数情况下会导致设备产生异常的振动和噪音，发展成为故障就会造成机械设备的主要部件损坏，特别是在大型机械设备生产企业，轴承的使用寿命和状态直接影响整个生产系统的性能和状态，甚至引发一些无法抗拒的灾难性事故。因此，对轴承前期的缺陷状态的检测和分析，对轴承使用状态的判断、寿命的预测，并提前做出预防方案等是防止旋转生产机械设备故障的重要措施之一1。随着时代的不断发展，陶瓷轴承所面临的工作环境越来越差，为解决钢轴承在

9、一些不能面临的情况。本文设计了悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机，主要是对陶瓷轴承在恶劣工况进行试验，例如，水介质下工作的轴承进行疲劳寿命试验，以便为今后选用陶瓷轴承提供前期的测试。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状随着时代的发展，国内对机械制造业的需求量越来越大，在需求的同时也越来越要求高标准、高质量的机械零部件，在某种程度意义上质量的好坏直接代表着机械生产制造的效率，对于如何选取优质的机械零部件在国内试验技术也在20世纪以来持续飞速迅猛的发展，在实际生产中各行各业的试验技术为选取产品奠定了不可或缺的基础，在轴承试验中试验结果的分析能揭露出轴承的设计结构、加工工艺和轴承内部润滑的水

10、准高低和技术水平，并且在高速发展的时代，轴承试验机对于轴承试验技术也更加智能化，李靳东, 郭绍鹏研制的轴承寿命试验机2，这种系列的试验机采用计算机自动监控，将实时监控的数据结果输入计算机中利用计算机程序自动分析数据进行对比，计算机检测可以清晰的揭示出在轴承传输数据的变化，当失效时检测系统会停机报警并显示出导致停机的因素，能实现无人试验。试验机作为长时间运转的机械设备必须保证它的可靠性，这在于试验机在轴系加载部分也同样是机械零部件组成，也存在某种程度上的疲劳破坏。周井玲就三点接触滚动疲劳寿命3提出研制这种试验机要求滚动接触疲劳寿命试验具有一定特殊的性能，从而达到对寿命试验控制的要求。随着机械制造

11、业的智能化发展和技术的不断提升，国内有些试验技术已经相当完善，甚至许多试验机产品已经出口到国外。以下是简单列举的一些试验机：(1)小型轴承寿命试验机如图1-1所示(2)常规轴承寿命试验机如图1-2所示。图1-1 小型轴承试验机图1-2 常规轴承试验机1.2.2国外研究现状模拟试验技术近年来得到广泛的重视，但是模拟试验成本较高、周期太长和模拟耦合的复杂性，使得模拟试验呈积木式、模块化方向发展。激发试验技术虽然国外有一定的研究，但是国内轴承行业目前还很少做过该类试验，同时这种试验方法目前都是在设计没有缺陷的前提下，针对生产过程的缺陷，对于设计缺陷还不能很好的排除4。在早期国外的试验技术较为国内比较

12、成熟，在相互交流中已经呈现向好的趋势，在近几年来国内外试验技术不会相差太远，在国外研制的一款Falex高速高温轴承试验机，该试验机是了一台功能性强、试验方便、耐用持久的试验机，它的主要使用功能是将滚珠轴承放置在低负荷、在高温、高速的工况下进行测试，可以用于评估滚珠轴承的润滑脂使用寿命，试验机如图1-3所示。图1-3 高速高温轴承试验机1.3课题研究的目的和价值在近年来，由于轴承的失效而导致的安全性问题越来越严重，机器在运作时由于内部零部件之间的相互摩擦而发生的变化会影响整个机器设备的使用寿命，这种情况下造成资源的浪费也降低了机器本身的可靠性从而引发重大安全事故5。因此，深入开展轴承滚动试验的研

13、究，不管是对资源的合理使用和环境保护的考虑，还是对提高机器本身的安全系数和延长机器的使用寿命方面来说都是一项很有意义的工作。1.4本课题的研究内容 陶瓷材料作为坚硬的材料之一可解决钢轴承所面临的腐蚀恶劣工况问题，是新型且有发展前景的轴承材料6。本文设计了一款悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机，该试验机主要由传动系统、加载系统、驱动系统和机架等组成，通过改变施加载荷来模拟实际中陶瓷轴承在水化学介质下的运作情况，从而实现对接触力、速度、化学介质下对陶瓷轴承使用寿命的试验。2 总体设计2.1设计指标和要求近年来，轴承滚动接触疲劳寿命试验机的设计越来越多样化，对轴承的结构，材质和性能要求也越来越高，

14、本课题为解决传统和常见的轴承在高转速、腐蚀、高温等的恶劣工况下进行工作7，针对陶瓷轴承设计该寿命试验机。由滚动轴承和摩擦学的基础知识认知到，轴承主要是面接触，根据悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机要实现的功能，形成悬臂式结构的模块系列，从而选择轴承的配置，应要求选择两端各单向固定，如图2-1所示。图2-1 深沟球轴承两端单向固定配置设计指标：(1)试验陶瓷轴承型号6203；(2)试验轴承转速n2500r/min；(3)试验载荷可调。功能要求：(1)载荷可以在范围内调整；(2)试验轴承位置处于悬臂端；(3)试验轴承能够实现方便安装、拆卸和润滑8；(4)可以对试验参数进行有效控制，试验转速、施加

15、载荷在范围内保持稳定；(5)试验机中整体设计中的安装精度需要保证，要求传动系统中主轴的水平，和加载装置与试验轴承的平面平行，降低试验的误差；(6)检修方便，尽可能降低成本；(7)试验机必须与地基安装牢固，而且避免潮湿的室内环境，在每次试验时都务必对试验机进行先调试，使其符合试验要求。2.2设计方案在悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机设计中确定方案是非常重要的一部分，式一个设计中关键的一步，结合试验机的设计要求，确定了试验机的总体设计方案，大致由传动系统、驱动系统、加载机构和机架组成，如图2-2所示。具体如下：试验机传动系统由试验轴承、主轴、箱体等组成；加载系统由弹簧和杠杆组成；驱动系统由同步

16、带和同步带大小轮及电动机组成。图2-2 悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机总体方案机械结构设计结合悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的设计指标和功能要求，进行机械结构总体方案设计，将试验机的机械结构分为4个板块，其中包括：传动系统、弹簧杠杆加载系统、驱动系统、机架。悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的三维装配模型和机械结构如图2-3和图2-4所示。图2-3 悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机三维装配1-电机 2-传动系统 3-驱动系统 4-加载系统 5-机架图2-4 悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机机械结构2.3本章小结本章依据悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的设计要求和功能要

17、求，确定了试验机总体设计方案，对其机械结构大致概述了结构的主要组成部分由传动系统、驱动系统、加载系统、和机架组成。3 驱动系统设计驱动系统部分的设计包括(传动方案的拟定、电动机的选型、同步带及同步带轮的选型、)几个板块。3.1传动方案的选择由于本试验机的工况而言，基本机构结构简单，设计方便，技术成熟，故在满足功能要求的条件下优先选用基本机构9。因此本设计提出两种机构方案：(1)通过电机与试验机的主轴直接连接的方式进行驱动；(2)通过电机带动机械传动机构，由电机将运动经机构传递给主轴系统中的主轴，从而实现驱动。带传动如图3-1(a)齿轮传动如图3-1(b)所示。图3-1 方案比较首先考虑到试验机

18、制造成本，需要较好的连续工作能力和较高的传动效率，另外本试验机对坏境不做要求，因此可选用(a)方案。通过对比电机直连和带传动方式，带传动结构简单、传动平稳具有很好的缓冲减振的作用10，可以减少机械系统对电机的冲击，此外同步带轮还具有飞轮的作用，而且带传动还具有噪音小的特点，同步带具有链传动和带传动的各种优点，传动比也准确，对比这些特性同步带具有齿轮传动和各种带传动的共同优点5，这正是本设计需要的特点。因此，本设计最终确定的传动方案为同步带传动，如图3-2所示。图3-2 传动方案结构3.2电动机的选型选择电机也是本设计的关键部分，通过电动的运转从而进行不同工况下的轴承滚动接触疲劳试验，该试验机的

19、电动机运转应该可以在高速工况下稳定的运行，并且有高效的响应能力，因此，本设计中的电动机类型可选择为Y系列三相异步电动机。试验机试验过程中给滚动轴承所施加载荷为2000N，杠杆顶端距离试验轴承轴承座的回转半径为20mm，试件的转速定为2800r/min，电机的最大转速为2800r/min，传动比为1，考虑到主轴的能量消耗、以及电机和带传动的能量消耗，由机械设计手册15可知，同步带的传动效率为0.98，因存在各个轴承的功率消耗，最后确定的总效率为0.95。 Fmax=F=200N (3-1) Tmax=Fmaxd=4000Nmm (3-2) T0=Tmaxi=40000.951=4210.5Nmm

20、 (3-3) Pmax=T0nmax9550=4210.528009550=1234.5w (3-4)式中：Tmax-试验轴承所受的最大转矩(Nmm)；Fmax-试验轴承承受的最大径向载荷N；-摩擦系数；d-回转半径(mm)；T-试件所受的扭矩(Nmm)；F-施加载荷；-总效率；i-传动比；T0-电机扭矩(Nmm)；nmax-电机最大转速(r/min)；pmax-电机最大功率(W)。从以上计算结果确定电机型号为1.5w的Y系列三相异步电动机。电机如表3-1所示。表3-1 电机参数电动机型号额定功率Kw同步转速r/min堵转转矩最大转矩质量kgY90S-21.530002.22.3223.3同步

21、带及同步带轮的选型梯形同步带及同步带轮的选型，根据机械设计手册15计算出同步带的各项参数：(1)确定同步带的设计功率Pd Pd=KAP (3-5)已确定载荷修正系数KA=1.8，由上式得Pd=2.7Kw已知转速n1查表机械手册15表13-1-15，选取带型类型为L型同步带，节距为12.7mm。根据要求小带轮齿数选取20，传动比i=1，故大带轮齿数也同样为20。(2)大小带轮节径 d1=d2=Pbz=80.89mm (3-6)(3)同步带速 v=d1n1601000=12.70m/s (3-7)(4)初定中心距为 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) (3-8)(5)考虑到试验机尺寸初定中心

22、距a0=300mm。(6)计算带长 LP=2a0+2d1+d2+d2-d14a0=854.12mm (3-9)(7)根据JB/T7512.1中选取标准的带长Lp=876.3mm(8)计算带的齿数Z，根据GB/T11616-1989该带长长度代号为345，对应的L型带齿数为92。(9)计算实际的中心距a aa0+Lp-LOP2 (3-10)由(3-10)得a=507.38mm(10)根据实际中心距调整上极限I和调整下极限S中心距范围为：(a-I)(a+S)mm，查机械手册15选取S=0.76，I=1.27。 amax=a+S (3-11)得出amax=508.14mm amin=a-I (3-1

23、2)得出amin=506.11mm(11)计算带轮啮合齿数zm zm=entz12-pbz122a(z2-z1) (3-13)根据上式得出zm=ent10(12)确定啮合齿数系数KZ KZ=Zm6时，KZ=1Zm6时，KZ=1-0.2(6-Zm) (3-14)所以取-KZ=1。(13)确定带的基本额定功率P0查得机械手册15表近似值取P0=1.524KW。(14)计算带宽Bs -bs bs01.14PdKzP0 (3-15)结合查机械手册15取bs0=9，通过计算结果bs=27.45mm，并查标准带宽尺寸取带宽bs=28mm。由以上结果选取出同步带和同步带轮，并调整中心距，使其安装与计算一致。

24、带传动主要参数如表3-2所示，结构如图3-3所示。图3-3 同步带及带轮表3-2 带传动参数表类型同步带型号L传动比1带宽(mm)28带长(mm)876.3中心距(mm)300大带轮齿数20小带轮齿数20大带轮节径(mm)80.89小带轮节径(mm)80.893.4本章小结本章介绍了试验机确定的传动方式为同步带传动，并根据设计要求所需的转速设计了同步带和同步带轮，以及选定了电动机的类型。4 传动系统的设计传动系统主要包括主轴、主轴轴承、试验轴承和试验轴承座以及箱体部件，这部分是试验机的核心系统，也决定了试验机的转速、承受的载荷。轴系系统的精度也决定了试验机的精度，从而决定了试验的可靠性，也从根

25、本上影响试验机的整体性能11。根据试验机的总体结构方案设计可以清楚的拟定出具体的传动路线：电机运作通过同步带和同步带轮传递给主轴，主轴开始旋转运动带动主轴上的试件运作，主轴系统如图4-1所示1-锁紧螺母 2-小带轮 3-箱座 4-主轴 5-主轴轴承 6-轴承端盖 7试验装置 8-箱盖图4-1 主轴系统4.1主轴的设计计算本试验机主轴系统中主轴的结构如图4-2所示。图4-2 主轴主轴可大致分为8个轴段：(1)第1轴段是用于装卸试验轴承6203承受试验轴承的径向载荷，轴径为17 mm。(2)第2轴段是根据试验轴承的类型设计轴肩，对试验轴承进行固定使得工作平稳进行，根据轴段1选用的轴承为C6203设

26、计计算第二轴段的轴径为23 mm。(3)第3轴段和第7轴段相同用于放置轴承端盖对主轴轴承进行密封，轴径为28 mm。(4)第4轴段与第6轴段相同，该轴段上放置滚动轴承，起主要支撑作用，根据选用的轴承类型，确定轴径为30 mm。(5)第5轴段主要给两端轴承进行单向定位固定，依据两端选用的轴承类型设计轴肩。轴径为38 mm。(6)第8轴段上开有键槽用于联结同步大小带轮并车螺纹使用M20的螺母锁紧带轮，该段轴径为22 mm键，槽尺寸根据机械设计手册15设计计算。主轴的最小直径 dA03Pn (4-1) A0=395500000.2T (4-2)查表取T=25结合上两式得出d=20mmP-轴传递的功率

27、T-使用扭转切应力n-转速第8轴段上开有键槽，适当增大轴径5%-7%，确定主轴承受扭矩作用的轴段的最小直径dmin=22mm。每段轴端长分别为12 mm，25 mm，50 mm，16 mm，144 mm，16 mm，50 mm，55 mm。4.2主轴的强度校核根据主轴的受力情况做出简图和弯矩图以及扭矩图，主轴的受力情况来自于轴上的零件施加载荷，依据设计要求可把该主轴看作悬臂梁，支反力作用点因根据轴承的配置方式所取定。由此可作出主轴的受力简图如图4-3所示。图4-3 主轴受力简图图中带轮拉力Fd=228N根据合力偶为零可以计算出在垂直方向的力FNV2228sin1716+50+16+144+80

28、 FNV28+144+8-20006+25+50+8=0 (4-3)可得出FNH2=985N FNH3=2000-985-66.6=948.4N (4-4)计算出垂直方向产生的弯矩 MNH3=FL3=200089=178Nm (4-5) MNH1=FNH1L1=21874=16.1Nm (4-6)做出垂直方向的弯矩图4-4所示。图4-4 垂直方向弯矩图同理计算出水平方向的力 FNV1 =288sin17=66N (4-7)水平面产生的弯矩 MV=FNV1L1=14.5Nm (4-8)做出水平面的弯矩图4-5所示图4-5 水平方向弯矩图总弯矩M M=MH2+MV2=178.6Nm (4-9)作

29、出合成弯矩图4-6所示图4-6 弯矩图危险截面上的扭矩T T=9550Pn=9200Nmm (4-10)做出扭矩图如图4-7所示图4-7 扭矩图截面抗弯系数 W=0.1d3=0.1303mm=2700mm3 (4-11)轴的应力计算 ca=M2+T2W=13.19MPa (4-12)主轴选用的材料为45钢，根据查表轴的力学性能，正火回火45钢的许用弯曲应力-1=55MPa 。因ca40000h故该轴承寿命条件满足。 C1=P60nLh1106 (4-15)由上式得出C1=18588N19500N，轴承的动载荷满足基本额定动载荷要求。由此主轴得滚动轴承6206满足所需要求。4.4主轴箱体设计主轴

30、箱体是主轴系统中基础的机械零部件，主轴箱体支撑着许多轴系零件如轴、轴承、轴承端盖等，作为主轴系统中最基础的部件，所有的零部件都安装并在表面运动，所以主轴系统的箱体承受着其他所有部件的载荷和总重量，此外，它也在箱体设计中重量部分占了很大的比重，因此，在进行箱体设计时要考虑到选用的材料和箱体类型。主轴箱体的设计应满足以下几点要求：(1)合理选择箱体的加工精度，保证箱体与其他零部件的相对位置关系可靠。(2)根据本文设计要求，应满足相对的刚度和强度，要具有吸振减震的能力使其在工作过程中平稳的运行。(3)箱体结构复杂，在工艺性方面的需求较多，因此，需考虑到安装固定的问题。(4)在满足设计要求下，考虑到成

31、本，选择合适的材料以达到降低成本最大化。主轴箱体的结构设计。箱体的受力情况比较复杂，在设备工作过程中会产生一些弯曲，扭转的变形的问题，根本上箱体的结构类型对刚度和强度有较大的影响，从而，进行合理的截面设计对这些因素有很大的提升。常见的箱体设计类型有焊件和铸件，铸件的强度相对较高，并且适用于批量生产制造，主轴箱体的结构设计如图4-8所示。图4-8 主轴箱体关于加强肋的布置：铸件不同于焊件，在壁厚方面，焊件可以根据要求再改进选取相应的壁厚从而达到刚度和强度的精度要求，与之相反，铸件要提前根据刚度和强度的设计要求，再选择壁厚进行铸造，一般情况下，增加壁厚必然会提升箱体的强度和刚度，但是这样会导致资源

32、的不合理利用，提高制造成本。于是，在这种情况下，相比较可以选择加强肋增强刚度和强度如图4-9所示。图4-9 箱体肋板箱体的壁厚：在兼顾成本和满足工作情况下，选择铸铁HT200材料铸造箱体，灰铸铁在箱铸铁体铸造中广泛应用得益于对于复杂结构有很好的柔性，同时刚度和强度也可以得到保证；根据设计要求选取箱体的壁厚采用的铸造方式可以用砂型铸造，已知箱体结构的尺寸，壁厚可确定为b=8mm，最终确定箱体参数如下表4-3所示。表4-3 箱体参数铸造方式长高mm壁厚mm砂型168X19684.5试验轴承座设计夹具系统是悬臂式陶瓷轴承滚动接触试验机必要的组成部分，通过夹具固定试验轴承并对其施加载荷，再试验过程中试

33、验轴承的位置固定主要取决于轴承座的设计、轴承座的固定夹具和加载机构的配合，这当中轴承座的固定夹具起到关键的作用，保证了杠杆和试验轴承座的相对位置和接触状态，这对弹簧加载的稳定有了保证，对试验轴承座支架的设计要求有以下几点：(1)合理的设计定位和试验轴承的配置方式，保证试验轴承的接触状态稳定；(2)合理设计试验轴承座夹具，满足刚度和强度的要求；(3)便于夹紧装卸试验轴承，实现试验轴承座在水平方向的固定。试验轴承座设计示意图如图4-10所示。1-注射孔 2-轴承座 3-螺纹孔 图4-10 试验轴承座上图展示的为试验轴承轴承座和轴承座夹具。Wang.L，Snidle.R.W14指出全陶瓷或混合钢/陶

34、瓷轴承材料还存在性能的差异远比钢轴承承受的情况恶劣。因此考虑到更为复杂的情况下，在图中1开注射孔，主要可以为轴承座中的试验陶瓷轴承提供水介质的工作环境，在轴承座中开有液体槽和排出孔。在机械中常见的固定方式有焊接和通过零部件搭配组合固定，应设计要求加载稳定且便于装卸，因此，选择一个方形试验轴承座和工字型支架作为防止轴承座发生歪斜，这样的设计满足设计要求。试验轴承座的固定方式：根据试验轴承为6203的陶瓷深沟球轴承，选择轴承配置方式同支撑主轴的轴承配置方式一样为两端单向固定如图4-11所示，试验轴承固定在试验轴承座的内部与之相配合，在轴承座的两端有密封装置轴承端盖和封盖防止灰尘的进入和固定试验轴承

35、试验轴承座的外型为四边形，这样的外形设计主要为满足功能结构要求，右端可以方便弹簧机构直接施加载荷，上下两端主要起固定的作用将试验轴承座支架安装到两端防止移动影响试验结果，在试验轴承座支架底端打螺纹孔安装螺钉，通过组合固定方式实现试验轴承座的固定。根据加载方式的结构，弹簧施加的载荷可依据轴承座外型直接加载上去，这样的设计满足我们的功能需求。图4-11 陶瓷试验轴承固定方式4.6本章小结本章完成了对试验机的传动系统设计，其中包含主轴的设计计算和校核、主轴轴承的选择和验算和箱体的设计以及试验轴承座的设计。5 加载系统设计5.1加载系统的设计要求载荷是主要指标，给试验机施加载荷得精度决定了轴承试验最

36、后结果的可靠性，根据要求本试验机的加载系统设计要求如下：(1)对试件进行施加稳定的载荷，满载荷为2000N；(2)试验机只研究在高转速和固定载荷情况下的寿命情况；(3)本试验机加载系统结构应简单，同时要便于拆装与维护。5.2加载方式的选定试验机加载系统主要为试验零件提供稳定的接触载荷，悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的加载方式有很多种类，各种加载方式都有自己的有点和缺点，根据不同的设计要求从而选择不同的加载方式，具体的加载方式可以分为以下几种类别：液压式加载、电磁加载、气动式加载和机械加载，机械加载较为简单又分为砝码加载、杠杆加载和弹簧加载12，加载方式如图5-1所示。图5-1 加载方式5

37、3加载方案对比论证根据设计要求结合各类加载方式的参考如图5-2和5-3所示，本文选择利用弹簧直接加载的加载方式，可以不用安装施压传感器，直接利用弹簧压缩的行程确定载荷的大小，应用较为广泛。因该种加载方式结构简便并易于加载操作、加载压力稳定且加载精度不低，对于加载有足够的柔性和强度，弹簧加载的加载范围也可调满足功能要求，另外这种加载方式不用消耗电能是一种节能的加载方式，符合绿色智造13的观点，这种方式满足我们对加载系统的需求。图5-2 直接加载式图5-3 杠杆弹簧加载式综上所述，本设计中最终选用的方案为弹簧直接加载方式。5.4加载系统的组成及工作原理弹簧加载系统由弹簧主轴、螺纹隔套、弹簧所组成

38、如图5-4所示。1-弹簧心轴 2-螺纹隔套 3-弹簧 4-试验轴承座图5-4 弹簧机构二维结构这种加载方式的原理是将弹簧心轴固定再轴承座上，然后螺纹隔套向下旋转压缩弹簧根据所需载荷进行压缩行程，从而压缩接触的试验轴承座，给试验轴承座端加载其原理如图5-5所示，三维模型如图5-6所示。图5-5 弹簧加载原理1-轴承座 2-弹簧机构图5-6 加载机构三维模型弹簧加载范围试验机所受载荷为静载荷，可选用III类弹簧。弹簧中经D=40mm，内径D1=34mm，外径D2=46mm，有效圈数n=15。计算出弹簧的压缩。根据查机械手册15III类弹簧许用切应力III=570MP。最大切应力时弹簧的最大工作载

39、荷F F=d28KC=2180N (5-1)计算F作用下弹簧的变形量 =8FC3nGd=23mm (5-2)G-切变模量K=1.31 C=5 此弹簧最多压缩23mm，最终弹簧材料选取碳素弹簧钢65Mn，直径为8mm。计算弹簧单位压缩量所施加载荷压缩范围如表5-1所示。表5-1 弹簧压缩量试件承受载荷弹簧压缩量95N1mm4750N5mm1615N17mm2000N21mm在安装位置时会产生一些误差，上图中固定位置已确定，所以安装时需将是试验轴承调整到合适位置，再固定紧定螺钉，实现完整配合，即使这样误差可能还是会存在，因此再试验前应该提前作调试工作，这将尤为重要。5.4本章小结本章依据加载载荷可调的设计指标对悬臂式陶瓷轴承滚动接触疲劳寿命试验机的加载系统进行了设计，加载类型为弹簧-