嵌入式高速电主轴轴承试验机.ppt

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1、 嵌入式高速电主轴轴承嵌入式高速电主轴轴承试验机简介试验机简介一、研究意义一、研究意义1、电主轴的意义2、纳米润滑技术3、课题背景 轴承试验是评估轴承性能和寿命较为有效可靠轴承试验是评估轴承性能和寿命较为有效可靠的方法，是轴承从设计到装机使用之间的一个重要的方法，是轴承从设计到装机使用之间的一个重要环节。普通的滚动轴承试验台不能很好满足电主轴环节。普通的滚动轴承试验台不能很好满足电主轴陶瓷球轴承的要求及模拟其实际工况或极限工况。陶瓷球轴承的要求及模拟其实际工况或极限工况。目前，电主轴轴承的试验大多是随电主轴在空载条目前，电主轴轴承的试验大多是随电主轴在空载条件下一同进行整机试验，这种方法却不足

2、以反映电件下一同进行整机试验，这种方法却不足以反映电主轴实际工作时的载荷、转速变化情况对轴承产生主轴实际工作时的载荷、转速变化情况对轴承产生的影响。因此，迫切需要研制专门的电主轴轴承试的影响。因此，迫切需要研制专门的电主轴轴承试验装置来对电主轴轴承的性能润滑性能进行研究。验装置来对电主轴轴承的性能润滑性能进行研究。本课题的研究内容 根据电主轴轴承实际工况和运转特点，研制一台功能多样、集机械、电子和计算机于一体的高速电主轴轴承试验台，以实现电主轴轴承的润滑情况、散热条件以及高速加工时的径向切削分力和轴向切削分力，并在该试验台上进行电主轴轴承的性能试验研究。本文的主要研究内容如下：1.分析电主轴陶

3、瓷球轴承的实际工况和运行状态，制定试验台的设计要求及功能要求，进行试验台的总体方案设计；2.进行试验台的结构设计。主要包括试验台总体结构设计、轴系设计、驱动系统设计及加载系统设计；3.进行试验台的测控系统设计。首先根据设计要求和功能要求进行测控系统的硬件设计，然后利用Borland C+Builder5.0进行软件设计；4.在该试验台上进行轴承的性能试验研究。选择B7005C/P4电主轴轴承作为研究对象，对比研究脂润滑陶瓷球轴承与钢制球轴承、油雾润滑陶瓷球轴承的高速性能。5.试验台安全防护设计与造型设计。试验机简介 目前，轴承试验的种类大致有寿命试验、模拟试验、性能试验、轴承零部件试验、材料试

4、验、设计验证试验、强化试验等。寿命试验即确定轴承疲劳寿命的试验。模拟试验：在轴承试验机上按照轴承的实际安装工况、实际运行状态，即轴承的转速、轴向载荷、径向载荷以及环境温度、润滑状态等按实际工况给定进行运转，达到预定寿命或到轴承失效。常见的有轮毂轴承模拟试验、汽车离合器分离轴承模拟试验、汽车水泵轴联轴承模拟试验。性能试验：即考核轴承的某种特殊性能，如极限转速试验、大载荷试验、润滑性能试验、防尘试验、脂漏试验、温升试验、高温试验、低温试验、喷水试验、轴承打滑试验等。零部件试验主要对钢球、滚子、密封圈试验。强化试验是寿命试验的一种，即给定试验轴承载荷较大，达额定载荷的 0.5 倍，用来缩短试验时间。

5、设计验证试验是根据轴承实验的数据，如温升、振动、噪音、提出设计改进意见。与上述试验所对应的轴承试验机有寿命试验机、模拟试验机、性能试验机、零部件试验机等。虽然这些试验机的功能不同，但他们的主体结构、测试技术、加载技术、控制技术、驱动技术却基本相同。试验机的设计要求 根据电主轴轴承的实际工况和运转特点，本文制定高速电主轴陶瓷球轴承试验台的设计要求如下：1.试验台转速范围为300060000r/min，测量精度0.5F.S，且无级可调；2.试验轴承的内径为25mm、外径为47mm、宽度为12mm，润滑方式为油雾润滑或脂润滑，且被循环水冷却；3.根据试验轴承内径范围1030mm，可更换不同类型的试验

6、轴系组件；4.径向载荷和轴向载荷范围为02000N，测量精度0.5F.S，且连续可调；5.温度测量范围为0300，测量精度2；6.振动测量范围为050g，测量精度2；7.试验测控方式为手动控制和计算机自动控制；8.试件应拆装简单，操作方便。试验机的功能要求 设计的试验台是为了模拟陶瓷球轴承在电主轴中的润滑情况、散热条件以及高速加工时的径向切削分力和轴向切削分力，以便对陶瓷球轴承进行试验研究，为其设计改进及应用提供试验依据。在调研现有滚动轴承试验台的性能和功能基础上，结合滚动轴承技术、测试与控制技术、信号处理技术、计算机技术等，本文制定试验台的功能要求如下：1.能够模拟轴承在电主轴中散热条件及高

7、速加工时所受的切削力；2.能够对试验相关参数进行设定，如试验转速、载荷谱、报警参数、运行时间及存储时间等；3.实现实时监测试验参数，如轴承转速、载荷、温度、振动等，并对试验参数进行实时显示、处理和存储。同时实现转速、载荷、温度及振动以曲线或图表的形式输出；4.实现实时监控各部件的运行，以确保安全和设备运行正常。若试验过程中出现异常可自动报警停机；5.能够对试验轴承进行高速性能、耐久性和寿命等试验。试验机总体设计方案 分析电主轴陶瓷球轴承的运行状态以及极限工况的基础上，根据试验台的设计要求及功能要求，确定了电主轴陶瓷球轴承试验台总体方案。高速电主轴陶瓷球轴承试验台由试验台主体、驱动系统、加载系统

8、、冷却系统、润滑系统及测控系统等组成。试验台工作原理见图。试验机实物 试验机实物 试验机实物 1.底座 2.轴向加载组件 3.轴系 4.轴系压盖 5.径向加载组件 6.试验轴承 7.联轴器 8.电主轴9.润滑油管 10.轴向加载液压油管 11.振动传感器 12.径向加载液压油管 13.温度传感器试验机实物 试验机中电主轴技术1、电主轴润滑方式有 油脂润滑、油雾润滑、油气润滑等。2、电主轴润滑系统设计 电主轴润滑系统电主轴润滑系统 油气润滑的机理，油气润滑的机理，以步进式给油器，定时定量间断地供给润滑油，以步进式给油器，定时定量间断地供给润滑油，压缩空气，沿油管内壁将油吹响润滑点，将油品准确地供

9、应到最需压缩空气，沿油管内壁将油吹响润滑点，将油品准确地供应到最需要润滑的润滑部位。油气润滑与油雾润滑虽然都是两相流，但在流要润滑的润滑部位。油气润滑与油雾润滑虽然都是两相流，但在流体性质上截然不同。油雾润滑时，油被物化成体性质上截然不同。油雾润滑时，油被物化成0.52m的雾粒，的雾粒，物化后的油，随空气一同前进，二者的流速相同；油气润滑时，油物化后的油，随空气一同前进，二者的流速相同；油气润滑时，油不被雾化，油是以连续油膜的方式被导入润滑点，并在润滑点处，不被雾化，油是以连续油膜的方式被导入润滑点，并在润滑点处，以精细油滴方式，喷射到润滑部位。以精细油滴方式，喷射到润滑部位。嵌入式核心板嵌入

10、式核心板 试验机测控框架课题组研究难点与方向课题组研究难点与方向1、电主轴的结构设计：高速化设计，便于轴承的拆卸、数据采集，保持脂润滑条件下DmN值在200万以上可稳定工作。2、电主轴加载装置：仿真电主轴实际工况，可考虑电磁加载，杠杆加载，结构设计、加载的特种材料设计与分析等。3、高速主轴热处理：针对高速主轴，实验出一种适合高速，耐磨性好，稳定性好的材料热处理方法。特种轴承钢，耐磨钢的设计与开发等。4、嵌入式系统开发：采集电路板设计，程序调试，软件界面设计，实现对信号调理的控制，液压缸比例阀控制。5、振动分析与故障诊断：数据采集与信号分析。数据预处理、时域分析、频域分析（付里叶分析、功率谱分析

11、、功率谱密度分析、频响函数分析、互谱分析、相干分析、冲击响应谱、倒频谱分析、包络分析等）6、可靠性分析：高速电主轴可靠性分析，可着重考虑轴承可靠性，润滑油脂的可靠性，润滑油脂的开发与研制，实验设备的改进等。兴趣小组学习方向兴趣小组学习方向1.Proe、Caxa为主的三维软件学习小组为主的三维软件学习小组 进行以试验机三维造型设计为主，包括电主轴三维设计，外观设计，安全进行以试验机三维造型设计为主，包括电主轴三维设计，外观设计，安全性防护设计等。性防护设计等。2.Ansys、adams有限元软件学习小组有限元软件学习小组 进行高速电主轴进行仿真分析，包括热力学仿真，动力学仿真，一些初级进行高速电

12、主轴进行仿真分析，包括热力学仿真，动力学仿真，一些初级的数值计算。如，热源计算，散热系数计算，临界转速计算等。的数值计算。如，热源计算，散热系数计算，临界转速计算等。3.Matlab数值计算，仿真软件学习小组数值计算，仿真软件学习小组 采集高速电主轴的振动，以数学分析方法进行波形分析，编辑软件界面，采集高速电主轴的振动，以数学分析方法进行波形分析，编辑软件界面，进行仿真分析，数值计算等。进行仿真分析，数值计算等。4.VB，VC，C+builder，Dephi，labview，matlab等软件学习小组等软件学习小组 嵌入式内部程序调试，利用计算机强大的数据处理能力和灵活的软件编程嵌入式内部程序调试，利用计算机强大的数据处理能力和灵活的软件编程方式，对信号进行分析、处理、显示与记录方式，对信号进行分析、处理、显示与记录。汇报完毕欢迎指导 谢谢！