发动机燃油泵滑动轴承试验台设计

发动机燃油泵滑动轴承试验台设计班级：热能与动力工程07-1学生：蒋廷松学号：20061186指导教师：孙军简介随着各种旋转机械的转速不断提高、载荷不断加大、工作环境日益复杂，对滑动轴承性能要求越来越高。目前国内外学者和专业生产企业均致力于发展动载轴承的专用试验台和试验技术，并已先后开发了多种型号的轴承试验机。但实际工业生产中滑动轴承的运行工况差别很大，现有的滑动轴承试验台不能满足所有机械在其工况下滑动轴承的测试工作。因此，滑动轴承的测试往往需要专门设计的滑动轴承试验台。课题要求设计课题：发动机燃油泵滑动轴承试验台设计设计要求：1、针对燃油泵滑动轴承设计轴承试验台2、试验台最高转速：15000r/min3、最大加载力：15000N试验台功能：1、油膜压力分布2、油膜温度分布3、轴心轨迹4、摩擦转矩设计总览试验台总体设计试验台主台架设计驱动系统设计润滑系统设计加载系统设计测量系统设计设计总图1变频电机2联轴器3增速齿轮箱4联轴器5应变片6支撑滑动轴承7滚动轴承座8测试滑动轴承座9位移传感器支座10集流器11底座12驱动系统支座13油封端盖15液压缸17集流器支座重要参数的估算在设计滑动轴承试验台时，为了使驱动系统在滑动轴承承受最大载荷时仍能正常工作，必须保证驱动系统提供的转矩大于工作机的最大摩擦转矩。因此必须先对试验台工作部分的最大摩擦转矩进行估算。已知条件：①滑动轴承：摩擦系数，载荷，轴颈直径②滚动轴承：摩擦系数，载荷，轴颈直径（1）滑动轴承的摩擦转矩估算：摩擦力：摩擦转矩：（2）滚动轴承的摩擦转矩估算：摩擦力：摩擦转矩：（3）试验台主题的总摩擦力矩为：00241.0fNF7500mmd321002.0fNF15000mmd552NfFF075.18摩擦mmNdFM8.1156211摩擦NfFF30摩擦mmNdFM165022摩擦mmNMMM8.280621试验台主台架设计1主轴；2油封端盖；3试验台主体机盖；4滑动轴承座（支撑轴承）5滚动轴承支座；6进油管孔；7滑动轴承座（测试轴承）8-位移传感器支座；9位移传感器；10传感器接线孔；11油封端盖；12加载力传递装置；13液压缸；14试验台主体台架；15排油孔；16底座；试验台主台架为箱体结构，主要起支撑试验台各部分和对各零部件定位的作用。本设计将对主台架上的关键零件主轴、滑动轴承座、油封进行设计。主轴的设计根据各零部件的安装形式和尺寸，对轴的外形设计如下图所示：由于本试验台速度加快，载荷较大，且轴的尺寸受到较多限制而显得比较细长，因此在轴的外形设计完后需要对轴进行校核。本文设计的轴以经渗碳、淬火、回火后的20CrMnTi材料，采用机械设计手册新编软件版对轴的弯曲应力、疲劳强度、弯曲刚度等进行校核。结果显示所设计轴能满足使用要求。详细校核过程见毕业设计论文第15页。滑动轴承座设计滑动轴承座的设计主要考虑被测试滑动轴承的形式和相关尺寸，同时还要考虑到方便测试传感器的安装。本文选择整体式滑动轴承座。轴承座上有润滑油孔，在轴套上开有油孔，并在轴套内表面开有油槽润滑油可通过油孔和油槽对滑动轴承进行润滑。设计的滑动轴承座外形及安装形式如右图所示，轴承座尺寸如下表所示。dDRBbLL1Hhh1d1d2C324132423615411474372018.5M102油封设计为了防止润滑油从轴孔泄露，实验台主体上必须设置油封。本设计采用径向迷宫液体密封，即可满足设计要求。油封的结构如左图所示，尺寸如下表所示。轴颈d(mm)环形密封槽迷宫密封槽Rtd1aminnef128/301.54.5d+1nt+R30.21驱动系统本试验台的最大转速为15000r/min，且转速能在0~15000r/min内变动。本采取变频调速法，用变频器、变频电机、增速齿轮箱来实现轴承试验台的驱动。1变频电机；2联轴器；3增速齿轮箱；4联轴器；5支座选择电机变频调速技术改变变频器的频率，可使变频电机实现无级变速。变频调速法结构简单，输出转速稳定，可无级变速，具有较好的调速性能。选取额定转速为，额定转矩为的ABB变频电机。根据变频电机的变频原理计算可得，变频电机能达到的最大转速为，此时电机的输出转矩最小，为。选择增速齿轮箱的增速比为1:3，则驱动系统输出的最大转速为最小转矩为，可满足设计要求。增速齿轮的设计与校核另见毕业设计论文第20页。min/2920rmN5.17min/5840rmin/17520rmN3mN9驱动系统设计润滑系统设计要求润滑系统要求进油压力范围0.4~5MPa，进油流量范围50~300L/h,即0.8~50L/min。润滑系统设计1油箱；2液位计；3空气滤清器；4电机；5吸油过滤器；6液压泵；7比例溢流阀；8比例流量阀；9管路过滤器；10流量计；11压力表、压力传感器、温度传感器；12回油过滤器；13电磁水阀；14水冷却器；15加热器润滑系统工作过程润滑系统滑系统工作过程：1、供油部分：液压泵6通过吸油过滤器5将润滑油由油箱1泵出，经电液比例溢流阀7、比例流量阀8、管路过滤器9、流量计10、温度传感器和压力传感器11，然后由管路输送到润滑点处。2、回油部分：润滑油润滑过后，被收集起来，经过回油过滤器12重新送回到邮箱中。控制部分设计：1、压力控制：将电液比例溢流阀预先设定的一个压力值，溢流阀通过其阀口的溢流，可以使润滑系统中的压力稳定在这个预设值上。改变电液比例溢流阀中的预设值，可以改变润滑系统的压力。2、流量控制：润滑油的流量由比例流量阀控制。根据流量计中的数值，调节比例流量阀，可改变润滑油的流量。3、温度的控制：通过温度传感器测得的温度值，调节加热器和水冷却器，可改变润滑油的温度。润滑系统重要元件的选型YB1-63型叶片泵额定压力(MPa)6.3排量(L/min)60.48转速(r/min)960容积效率≥0.90总效率≥0.80驱动功率(kW)10型号YD(E)F3-10B通径(mm)10额定流量(L/min)63调压范围(MPa)0.4～6.3额定电压（V/交流）220重量(kg)3.2型号公称通径(mm)额定压力(MPa)额定流量(L/min)线性度重复精度最低压差(MPa)DYBQ-※161610637.5%1%1.0YB1-63型叶片泵YD(E)F3-10B型电磁比例溢流阀DYBQ-※16型电液比例流量阀加载系统设计1滚动轴承座；2滚动轴承；3主轴；4加载力传递装置；5液压缸本设计采用液压加载，液压加载的特点如下所示：（1）加载力大，便于实现无级调整，调节范围比较大；（2）相同功率时，液压装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑；（3）工作平稳，反应快、冲击小，能频繁启动和换向；（4）控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化，与电气控制配合使用能实现复杂的顺序动作和远程控制。加载系统设计要求本试验台加载系统设计要求：①加载力可变，载荷类型为静载荷；②载荷能长时间稳定在一确定数值上；③加载的直接工作行程很小，可近似忽略不计。液压系统设计液压缸与液压泵额定压力/MPa3.5缸径D/mm80活塞杆直径d/mm28工作压力/MPa3.5最低工作压力/MPa≤0.1最高工作压力/MPa5推力/kN17.94拉力/kN15.75最大行程/mm1600允许最高工作速度(mm/s)300最低工作速度/(mm/s)8最高使用温度/℃-10～80型号YB1-50排量(mL/r)50额定压力(MPa)6.3转速(r/min)960容积效率≥0.90总效率≥0.80驱动功率(kW)7.5重量(kg)16液压泵电机的选择额定电流堵转电流额定转矩堵转转矩额定转矩最大转矩型号功率kW电流A转速r/min重量kgY160M-67.5179706.52.02.0116控制回路系统根据不同压力要求，通过输入装置将相应的控制信号输入到比例溢流阀1的控制器中，即可达到调节系统工作压力的目的。调压回路设计控制元件的设计4010M.4222型号流量（L/min）最高压力(MPa)开启压力(MPa）安装螺钉密封圈规格数量规格数量A-D10B63100.1242型号通径(mm)额定压力(MPa)最高使用压力(MPa)流量(L/min)油温(℃)P、A、BT34D-F31016206.36060~10型号公称通径(mm)额定压力(MPa)额定流量(L/min)线性度重复精度卸荷压力(MPa)BYY－※16A166.3707.5%1%0.61、单向阀的型号及参数：2、电磁换向阀的型号及参数：3、电液比例溢流阀的型号及参数：加载力传递机构代号基本尺寸(mm)安装尺寸(mm)额定载荷（kN）极限转速(r/min)dDBdaDarasCrCor油润滑脂润滑619115580136175115.913.275009000本设计通过滚动轴承将加载力传递给主轴。滚动轴承采用61911型深沟球轴承，其结构如左图，尺寸如下表所示。轴承采用轴肩加套筒的方式紧固，紧固套筒的结构见左下图。滚动轴承座的设计轴承座代号dd2DgAmaxA1HH1maxLJSN1NSN211556510033105707028255210M161823SN208型等孔径二螺柱轴承座测试系统测量系统是滑动轴承试验台最为关键的一个系统，直接决定着所设计的试验台的性能和测试的精度。测量系统的设计一般包括测量方式设计、测量位置分布、测量器材选择、信号采集以及数据处理和分析。一般情况下信号采集和数据处理分析是可以通用的，而测量方式设计、测量的位置分布和测量仪器选择需要根据试验台的不同形式和功能专门设计。本文将对油膜压力分布、温度分布、轴心轨迹、摩擦转矩和转速进的测量方式、测量的位置分布和测量仪器选型进行设计。油膜压力的测量方式本设计采用的是在轴上装传感器的方法来测试油膜压力，当轴转动时就能获得连续的油膜压力分布。测得的信号通过集流器传递给分析仪器。压力传感器选型3.54型号MYD-5125量程(MPa)0～50灵敏度(pC/MPa)40～60固有频率(kHZ)≥150温度范围(℃)-25～150安装形式螺纹M6×1前段尺寸因为本设计是在轴上安装传感器，因此受振动和加速度影响较大，因此选用可消除振动加速度影响的压力传感器，其结构如右图所示。它采用两个相同的膜片对晶片施加预载力，从而可以消除由于振动加速度引起的附加输出。选择MYD-5215型压力传感器，其工作温度范围宽，压力测试量程大，前端采用特殊设计，频响宽、刚度大、便于安装。其结构如左图所示，技术指标如表左所示温度分布的测量1滑动轴承座；2温度传感器安装孔；滑动轴承温度传感器选型本设计采用北京昆仑海岸生产制造型号为JWB-KP-A型温度传感器，其工作寿命长、工作可靠、测量精确，非常适合各种环境现场的温度测量。轴心轨迹的测量1位移传感器支座；2位移传感器安装孔在滑动轴承座的附近安装一个位移传感器支座，支座上下左右各有一个安装位移传感器的螺纹孔。位移传感器的结构如作图所示。位移传感器的选型型号探头直径(mm)线性范围(mm)线性度灵敏度灵敏度精度S220050.25～1.25±1.0%8.0V/mm±4.0%位移传感器不能与转轴接触，因此选用非接触式的S2200型电涡流位移传感器进行测量摩擦力矩的测量摩擦力矩用贴在轴上的一组电阻应变片来测量。通过集流器将测得的电信号传递给分析仪器。电阻应变片选择箔式应变片，其表面柔软，可方便的贴在轴上，且成本低，性能好，可以满足测试需要。本设计共采用4个应变片，沿轴的周向分布，应变片安装的角度依次为45°、135°、45°、135°。集流器的设计集流器的选型及原理本文选用J30-5型周通型集流器。轴通型集流器的原理：轴套随被测轴一起旋转，轴上所装传感器的信号线焊接在集流器接线盘的焊点上，然后通过滑环和电刷将信号引出，送至信号放大器内放大后，最后信号送至信号处理仪器中进行处理。集流器的测速原理集流器的测速盘上装有三个检测体，如右图所示。轴每转一周，轴套也随之旋转一周，三个检测体分别经过测