曲沟球轴承的改进试制及其摩擦力矩测试

摘要

我国主要农产品小麦、水稻、玉米等在加工过程中都要涉及到脱离或者疏解装置，而传统的脱粒或疏解装置的搓揉和碾压功能主要是通过偏心轮或者曲柄滑块和滚动轴承共同作用下实现的，这就导致传统的脱粒或疏解装置结构复杂。为了简化此类机械结构，本课题组在传统深沟球轴承的基础上，将轴承外圈（或内圈）的环形滚道变为三维空间的“S”形曲线环形滚道，这种新型曲沟球轴承在实现周向回转运动的同时还能增加轴向往复运动，对此类机械的结构简化和提高效率具有重要意义。
　　(1)本文首先对曲沟球轴承前期方案中存在的问题进行了改进，将曲沟球轴承的内圈平面环形滚道改为均匀分布球窝形结构，为保证滚动体在球窝中为滚动摩擦，在球窝中加入小滚珠，结合实际需求和加工条件，将外圈中的双“S”形曲线环形滚道改为单“S”形曲线滚道，周期从13个改为7个。在完善设计的基础上进行了轴承内、外圈的试制、热处理、精加工、装配等加工流程。
　　(2)为了用实测的方法探究曲沟球轴承的摩擦力矩与轴向载荷、球窝内小滚珠数量和滚动体直径的关系，设计了力矩平衡法曲沟球轴承摩擦力矩测量仪。结合曲沟球轴承结构特点、根据技术要求和测量指标，完成了测试仪的总体设计，确定了电机和减速器型号、核心部件及加载方案设计。
　　(3)依据曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的总体设计方案，利用三维设计软件Pro/E5.0完成测试仪的三维建模和虚拟装配，通过干涉检验后，开始进行测试仪机械结构部分零部件的采购、加工试制和总体装配，在完成整体装配后，进行数据采集系统的搭建并完成相关调试工作。
　　(4)利用自制的摩擦力矩测试仪和数据采集系统，完成了不同载荷、不同滚珠直径和小滚珠数量对曲沟球轴承摩擦力矩影响的试验测试。研究得到以下结论:摩擦力矩随着轴向载荷的增加而增加;摩擦力矩随着小滚珠数量增加先减小后增大，在小滚珠数量为80～100个时摩擦力矩达到小值;在φ8～φ10mm范围内，摩擦力矩随大滚珠直径的增加而增加。
　　本文完成了曲沟球轴承的改进、加工试制、摩擦力矩测试仪的设计试制，取得的上述结论为后续曲沟球轴承结构的性能改进提供了依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轴承力学模型的相关研究

1．2．2 轴承摩擦力矩的相关研究

1．2．3 轴承减摩润滑的相关研究

1．2．4 轴承振动特性的相关研究

1．2．5 轴承使用寿命的相关研究

1．2．6 轴承优化设计的相关研究

1．2．7 轴承研究存在的问题

1．3 轴承摩擦力矩测试仪的发展现状

1．4 研究内容

1．5 技术路线

第二章 曲沟球轴承结构改进和加工试制

2．1 曲沟球轴承前期方案简介

2．1．1 曲沟球轴承基本结构

2．1．2 曲沟球轴承早期方案参数设计

2．1．3 曲沟球轴承的工作原理

2．2 曲沟球轴承方案改进

2．2．1 存在问题和改进措施

2．2．2 新曲沟球轴承方案的完善

2．2．3 新方案轴承结构参数

2．3 曲沟球轴承的加工装配

2．3．1 曲沟球轴承原材料的选取

2．3．2 外圈的加工

2．3．3 内圈的加工

2．3．4 保持架的加工

2．3．5 轴承内外圈的热处理

2．3．6 轴承内外圈的磨削加工

2．3．7 曲沟球轴承的装配

2．4 本章小结

第三章 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的设计

3．1 摩擦力矩的种类及其计算

3．1．1 弹性滞后产生的摩擦力矩ME

3．1．2 球轴承差动滑动产生的摩擦力矩MD

3．1．5 油膜粘度所引起的摩擦力矩MLio

3．2．2 间接测量法

3．2．3 平衡力矩测量法

3．2．4 三种测量手段的比较

3．3 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的设计要求

3．3．1 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的技术要求

3．3．2 摩擦力矩测试仪的测试指标

3．4 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的机械部分总体设计方案

3．5 摩擦力矩测试仪主要零部件的设计

3．5．1 电机及减速器的选择

3．5．2 转件和底座的设计

3．5．3 轴向加载装置

3．6 小结

第四章 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的三维建模与试制

4．1 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪零部件的三维建模流程图

4．2 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪主要零部件的建模

4．3 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的虚拟装配

4．4 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪样机试制

4．4．1 前期准备工作

4．4．2 主要零部件的加工

4．5 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪数据采集部分的选择

4．5．1 拉力传感器的选择

4．5．2 转速传感器

4．5．3 信号放大器及数据采集卡

4．6 曲沟球轴承摩擦力矩测试仪的总体装配

4．7 本章小结

第五章 曲沟球轴承摩擦力矩的测试

5．1 研究的目

5．2 试验样品和仪器的准备

5．2．1 三种被测轴承结构参数表

5．2．2 三种被测曲沟球轴承的加工试制

5．2．3 试验仪器的准备

5．3 试验方案

5．3．1 试验参数的设置

5．3．2 试验实施过程

5．4 试验结果与分析

5．4．1 摩擦力矩试验数据采集

5．4．2 摩擦力矩数据处理

5．4．3 轴向载荷和球窝内小滚珠数量对摩擦力矩的影响

5．4．4 轴向载荷和滚动体尺寸对曲沟球轴承摩擦力矩的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

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