切片机轴承箱实验台设计与滚动轴承弹流润滑研究

摘要

金刚线切片机是利用金刚线将单晶硅棒切成片状的设备。工程实践表明，提高金刚线的线速，有利于提高切片质量，因此切片机轴承箱需要承受较高的转速;为了提高产量，切片主辊上常常布满金刚线，金刚线上的张力相对稳定，由于金刚线比较密集，因而整个线网对主辊的载荷较大，线网载荷最终施加到轴承箱上。因此，切片机轴承箱需要工作在高速重载的工况下。为了提高切片机轴承箱的工作寿命，必须对轴承进行良好的润滑。为了监测轴承箱的工作情况，本文设计开发了一个针对切片机轴承箱的实验台，重点监测轴承的润滑情况、振动信号和轴承内外圈温度;此外，本文还结合弹流润滑的一些基础理论，分析了切片机轴承弹流润滑的相关影响因素，提出了改进轴承箱设计的一些建议。
　　本文第一章主要介绍了本课题的研究背景，简述了国内外在切片机轴承箱实验台的研发现状与轴承弹流润滑研究的基本情况，以及本文的技术路线和技术难点。
　　本文第二章简要介绍了切片机轴承箱的基本结构以及对轴承箱进行状态监测的基本方案，包括温度检测、振动检测以及润滑情况监测等。
　　本文第三章具体介绍了切片机轴承箱实验台的设计方案，包括各自制件、外购件的具体设计、选型方案。
　　本文第四章简要介绍了轴承弹流润滑的一些基本理论，并将其与切片机轴承箱的具体情况结合，进行了计算分析，指出了切片机轴承箱的“相对薄弱点”，并提出了改进轴承箱设计的建议。
　　本文第五章提出了基于实验台测试油膜形成情况的测试方案，为工程上初步建立切片机轴承工作临界条件奠定了基础。
　　本文第六章对课题中进行的主要研究工作进行了总结，提出了课题可以进一步进行研究和改进的方向。
　　本论文的主要创新点如下:
　　(1)针对晶盛机电股份有限公司现有切片机轴承箱，提出了一套全新的轴承箱状态监测方案，完成了实验台设计;
　　(2)把弹流润滑基本理论应用到切片机轴承箱的新工况下，进行了弹流润滑膜厚的具体计算。
　　(3)针对金刚线切片机轴承箱提出了建立轴承油膜破坏条件“临界面”的方法。

目录

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致谢

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 切片机轴承箱实验台研发现状

1．2．2 滚动轴承弹流润滑研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 切片机轴承箱结构及其状态监测方案

2．1 切片机轴承箱结构

2．1．1 整体结构

2．1．2 轴与轴承座

2．1．3 轴承型号

2．1．5 冷却水道

2．2 轴承箱状态监测方案

2．2．1 整体方案

2．2．2 振动信号监测方案

2．2．3 温度信号监测方案

2．2．4 电压信号监测方案

2．3 测试用主轴本体设计

2．3．1 测试用固定端主轴本体

2．3．2 测试用活动端主轴本体

2．3．3 测试用主轴本体受力分析与强度校核

2．4 本章小结

第3章 实验台方案与结构设计

3．1 功能要求与设计流程

3．3 整体结构方案

3．4 铸件改造设计方案

3．5 皮带传动选型

3．6 导轨滑块选型

3．7 液压系统选型

3．8 电机选型

3．9 联轴器选型

3．10 底座设计

3．10．1 主要功能与技术要求

3．10．2 工艺方案

3．11 主导轮带轮

3．12 其余零部件补充设计说明

3．12．1 调整垫铁

3．12．2 滑块固定板

3．12．3 油缸安装架

3．12．4 液压缸加载块

3．13 本章小结

第4章 切片机轴承弹流润滑研究

4．1 弹流理论基本方程

4．1．1 Reynolds方程

4．1．2 油膜厚度方程

4．2 滚动轴承运动及受力变形分析

4．2．1 滚动轴承接触处的当量半径和平均速度

4．2．2 滚动轴承的受力变形

4．3 切片机轴承油膜厚度计算

4．3．1 最小膜厚公式

4．3．2 切片机轴承最小油膜厚度

4．3．3 计算结果分析

第5章 滚动轴承油膜破坏临界条件测试方法

5．1 滚动轴承弹流测试方法概述

5．2 基于实验台的滚动轴承油膜润滑状态监测方法

5．2．1 油膜状态的物理模型

5．2．2 测试电路

5．2．3 控制变量法

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究成果总结

6．2 展望

参考文献