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升降式工作臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計
陳亮 ,盧偉宏
機電工程學(xué)院 機自0303
摘 要: 對升降式工作臺的液壓系統(tǒng)的設(shè)計進行了探討,通過采用主缸與輔助缸串聯(lián)的方
法而使該液壓系統(tǒng)運行平穩(wěn)、能耗小、可靠性高。
關(guān)鍵詞: 升降式工作臺 液壓系統(tǒng) 主缸 輔助缸
0 引 言
在工廠生產(chǎn)中,經(jīng)常會用到升降式工作臺。例如,在鑄造、焊接、噴涂、搬運、裝配等工作場合就有各種升降式工作臺被用作輸送和定位的工具。較大型的升降式工作臺的驅(qū)動裝置一般選用液壓缸,這是因為液壓缸工作可靠、費用較低。此外,利用液壓系統(tǒng)的儲能作用,還可以使工作臺的能耗較低。
在升降式工作臺攜帶著工件上升時,需要液壓缸向其提供驅(qū)動力,即液壓缸向工作臺輸出能量;而在工作臺攜帶著工件下降時,其勢能將釋放出來。這種勢能如果不能有效地利用,則會造成能量浪費。這種能量浪費對于小型工作臺來說尚不顯嚴重,但對于較大工作臺來說,就非??上Я恕R虼?,對于較大工作臺,需在其液壓系統(tǒng)中加入儲能裝置,在工作臺下降時將其勢能儲存起來,以便在工作臺上升時重新釋放出去,使能量的利用更加合理,并同時達到保護系統(tǒng)安全的目的。
在一些液壓系統(tǒng)中,采用蓄能器來儲存液壓能。這種方法結(jié)構(gòu)簡單,易于實施。然而,由于蓄能器的容積有限,因此對于較大工作臺來說,就難以滿足要求了。在本文中,采用了兩個液壓缸互補的方法,即通過兩個液壓缸間的液壓油互補,實現(xiàn)兩者間的能量互補,從而達到節(jié)能效果,同時又使液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)、可靠性高。
1 液壓系統(tǒng)設(shè)計
1.1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
升降式工作臺液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.工作臺 2.配重 3.主缸 4.輔助缸 5、6.液控單向閥 7.三位四通換向閥
8.調(diào)速閥 9、16、17.單向閥 10.液壓泵 11、13.溢流閥 12.二位三通換向閥
14.二位二通換向閥 15.節(jié)流閥 18.油箱
圖1 升降式工作臺液壓系統(tǒng)圖(方案1)
1.2 液壓系統(tǒng)工作原理
如圖1所示,工件(未畫出)放置在工作臺1上,而工作臺1則可在主缸3的活塞桿的作用下上升或下降。輔助缸4的活塞桿上加有配重2,兩缸的無桿腔由一個管路相聯(lián),該連接管路上裝有兩個相對設(shè)置的液控單向閥5、6,兩液控單向閥5、6的控制油路分別來自兩缸的有桿腔。這樣,兩缸反向串聯(lián)起來。
三位四通換向閥7用來控制兩缸的運動方向。如要使工作臺1上升,則換向閥7置右位,泵1 0排出的液壓油經(jīng)過單向閥9、調(diào)速閥8和換向閥7向輔助缸4的有桿腔中供油,此時液控單向閥6被打開,使輔助缸4的無桿腔中的液壓油經(jīng)過液控單向閥6、5流進主缸3的無桿腔中,而主缸3的有桿腔中的液壓油則經(jīng)過換向閥7、二位二通換向閥14和節(jié)流閥15流回油箱18中,從而使輔助缸4的活塞桿帶動著配重2下降,而主缸3的活塞桿帶動著工作臺1上升。這一過程相當(dāng)于將配重2的勢能傳給了工作臺1。
如要使工作臺1下降,則換向閥7置左位,液壓泵10排出的液壓油經(jīng)過單向閥9、調(diào)速閥8和換向閥7向主缸3的有桿腔中供油,此時液控單向閥5被打開,使主缸3的無桿腔中的液壓油經(jīng)過液控單向閥5、6流進輔助缸4的無桿腔中,而輔助缸4的有桿腔中的液壓油則經(jīng)過換向閥7 、二位二通換向閥14和節(jié)流閥15流回油箱18中,從而使主缸3的活塞桿帶動著工作臺1下降,而輔助缸4的活塞桿帶動著配重2上升。這一過程相當(dāng)于將工作臺1的勢能傳給配重2。
由此可見,兩缸3、4的無桿腔中的液壓油是一種互補關(guān)系,通過這種液壓油間的互補交換,實現(xiàn)了工作臺1與配重2之間的能量互補交換,這樣,液壓泵10的供給壓力可明顯低于無輔助缸的液壓系統(tǒng)的供給壓力,因而顯著地降低了能耗。
二位二通換向閥14用來起保護作用,其工作原理如下所述:如果工作平臺上升時所攜帶工件重量很小或未攜帶工件,或是平臺下降時所攜帶工件重量很大,如果沒有換向閥14,則有可能使主缸3和輔助缸4的活塞運動速度劇增而無法控制,甚至導(dǎo)致液壓缸的損壞。加上換向閥14,就可以在出現(xiàn)上述情況時截斷主缸或輔助缸的有桿腔與油箱之間的油路,從而起到保護作用。
1.3 有關(guān)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的討論
為了使液壓系統(tǒng)所發(fā)揮的作用較大,可以選用相同規(guī)格的主缸和輔助缸;配重2的重量應(yīng)可調(diào),其基本重量可以取為工作臺1的重量與工作臺最大負載的一半之和;此外還可以將液控單向5、6的控制油路取自輔助缸4的無桿腔,如圖2所示,這樣,即使主缸3和輔助缸4的有桿腔中壓力較低,也可確保打開液控單向閥5、6。
圖2 升降式工作臺液壓系統(tǒng)圖(方案2)
2 小 結(jié)
本文中討論了一種升降式工作臺的液壓系統(tǒng)的設(shè)計問題,并給出了這種液壓系統(tǒng)的兩個可行方案。該液壓系統(tǒng)中通過兩個液壓缸間的液壓油互補,實現(xiàn)兩者間的能量互補,從而達到了節(jié)能效果,同時又使液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)、可靠性較高。圖1所示的液壓系統(tǒng)已被應(yīng)用于某工廠的一套包裝設(shè)備中,取得了較滿意的效果。當(dāng)然,本設(shè)計一定存在著不足之處,在今后的生產(chǎn)過程中,可能會暴露出某些缺陷,有待進一步完善。
參考文獻
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[2] 王裕清,韓成石. 液壓傳動與控制技術(shù). 北京:煤炭工業(yè)出版社,1997.
[3] 廖嘉璞,液壓傳動. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.
[4] 雷天覺主編,新編液壓工程手冊.北京.北京理工大學(xué)出版社,1998.
System designs dyadic working table of promotion and demotion hydraulic pressure
Chenliang,luweihong
Abstract:To dyadic working table of promotion and demotion hydraulic pressure systematic design has carried out investigation and discussion , by adopt system to betoken a jar and to assist in-line method of jar but making be hydraulic pressure's turn operation has been stable ,
energy consumption has been small , reliability has been high.
Keywords:Dyadic working table of promotion and demotion Hydraulic pressure system Betoken Assist a jar
吉林化工學(xué)院機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生學(xué)號: 03410314
學(xué)生姓名: 陳 亮
專業(yè)班級: 機自0303
指導(dǎo)教師: 盧偉宏
職 稱: 講 師
起止日期: 2007.3.5~2007.3.23
吉 林 化 工 學(xué) 院
Jilin Institute of Chemical Technology
吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
1.課題來源及選題的目的和意義
本設(shè)計題目來源于實際生產(chǎn),是用于倉庫、機場、車站、碼頭、制造系統(tǒng)及汽車維修等部門的物流液壓升降臺的設(shè)計。進入21 世紀以后, 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和需求的提高, 對舉升機提出越來越高的要求, 舉升機越來越不僅局限應(yīng)用于倉庫、機場、車站、碼頭等, 更廣泛的應(yīng)用于其它物流、制造系統(tǒng)和汽車維修等行業(yè)和部門。 這就對原有的剪叉式液壓升降臺提出了更加嚴格的承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)等新的要求。本設(shè)計就此問題進行分析和探討, 并對傳統(tǒng)剪叉式液壓液壓升降臺系統(tǒng)進行改造。
過去汽車維修,大多采用地溝作業(yè),工作空間人工采光,溝內(nèi)陰暗需人工采光,通風(fēng)不良,工人上下地溝不便,勞動條件差,土建費用高,地表空間不能充分利用,而汽車舉升機,在其舉升高度范圍內(nèi),可依需要任意調(diào)整高度,在車下任何位置上進行維修作業(yè),操作簡便.靈活可靠,工作條件打為改善。
2.本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
1966年,一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機,這是舉升機設(shè)計上的又一突破性進展,這種舉升機也比其它國家早出現(xiàn)了近10年?,F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占據(jù)牢固的地位,其銷量還在持續(xù)增長。但它和其它舉升機相比,既有很多優(yōu)點,也有相對不足,下面做一簡要說明。
我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式。在舉升前汽車必須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設(shè)計,如剪式舉升機、菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題,接近汽車下部較難;在車間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當(dāng)然,可移動性是這類舉升機的突出優(yōu)點?,F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣泛采用,而移動式舉升機卻相對要少得多。
最初設(shè)計單柱舉升機時,車輛較大,其底盤也能明顯辨認,因而汽車檢修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車均為“緊湊型”或“半緊湊型”,導(dǎo)致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外,那里仍然采用較大的車輛,這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點:當(dāng)其下降后,不致成維修車間的障礙物;汽車可在舉升機上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責(zé)難,主要是舉升機的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是:第一,它需要在車間的地面挖掘一個相當(dāng)大的坑穴后才能安裝;其次,它只能為使用提供車輪支撐方式;第三,使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升用的油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題:第一是檢修這些零部件頗為困難;其次是由于油缸所處的環(huán)境條件差,容易生銹,特別是地下水位較高時更是如此。
雙柱舉升機(包括液壓式或機械式),均具有以下優(yōu)點:第一,檢修汽車下部具有很高的可接近性(幾乎達到100%);其次,采用車輪自由型的方式支撐汽車,因而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施;第三,結(jié)構(gòu)緊湊,占地面小。雙柱舉升機的缺點是:第一為確保安全,安置舉升機時要求非常嚴格,否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆;第二,由于舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車,如需采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便,如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉(zhuǎn)向機構(gòu)間隙或進行車輪定位檢驗等;第三,由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應(yīng)力,其承力件易于磨損,因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。
四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前,汽車很容易正確無誤地駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內(nèi)側(cè)設(shè)備有凸緣,當(dāng)汽車駛上臺板時也不致墜入其間的空隙中。車輪支撐型四柱舉升機的優(yōu)點是:第一,舉升機裝載汽車時勿需較高的技術(shù),操作也很簡便;第二,承載時非常穩(wěn)定;第三,支撐載荷受力簡單,應(yīng)力較低,從而延長了設(shè)備的使用壽命;第四,由于具有較高的使用價值,從經(jīng)濟上來看也是合算的;第五,易于維修;第六,在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便,只要地面平坦,其混凝土厚度能夠固牢立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是:和雙柱舉升機相比,戰(zhàn)地面積教大,對汽車檢修區(qū)域可接近性較差。解放后,特別是改革開放以來,我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展,為之服務(wù)的汽車維修設(shè)備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)不斷發(fā)展壯大。各種舉升機設(shè)備如雨后春筍,不斷涌現(xiàn),質(zhì)量不斷提高,銷量逐年增加。有人說,對于汽車維修企業(yè)來說,汽車舉升機可能是除廠房而外的最重要的投資,因為它具有至關(guān)重要和不可替代的作用,甚至直接影響到汽車維修業(yè)務(wù)的興衰。汽車舉升機是汽車維修設(shè)備行業(yè)的支柱設(shè)備之一,讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機,為汽車維修企業(yè)服務(wù)。
3.本課題有待解決的主要關(guān)鍵技術(shù)問題
進入21 世紀以后, 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和需求的提高, 對物流行業(yè)提出越來越高的要求, 剪叉式液壓升降臺越來越不僅局限應(yīng)用于倉庫、機場、車站、碼頭等地, 更廣泛的應(yīng)用于自動化生產(chǎn)流水線, 這就對剪叉式液壓升降臺提出了承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)的要求。就此問題進行分析, 對傳統(tǒng)剪叉式液壓升降臺液壓系統(tǒng)進行了改造, 取得了很好的效果。
1. 汽車舉升機的安全保證措施
今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關(guān)注。汽車舉升機具有潛在的危險,因為人們要在其下面工作;當(dāng)其升降時如不小心,也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī),以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。
汽車舉升機的安全保證措施主要從兩方面著手:一方面從設(shè)計制造方面采取措施,好提高汽車舉升機的安全技術(shù)特性;另一方面則應(yīng)在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程,保證汽車舉升機能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確地運行。
2.使用維護方面的安全保證措施
使用維護方面的安全保證措施涉及的范圍很廣,包括舉升機有使用前的準備工作,舉升汽車時應(yīng)該注意的事項,承載時的穩(wěn)定性,降下汽車時的注意事項,日常和定期維修檢查工作等。雖然汽車舉升機已有70年的歷史,其設(shè)計原理并無多大改變;但如果忽視安全要求,超載使用,疏忽大意,仍然會造成嚴重事故,甚至發(fā)生人身傷亡。因此安全問題一定要引起使用單位和操作人員的高度重視。首先,應(yīng)選購那些安全性能良好的汽車舉升機,另外,還應(yīng)認真學(xué)習(xí)和理解說明書中的各項安全注意事項并認真貫切執(zhí)行。這里僅就使用維護舉升機時普遍應(yīng)當(dāng)注意的事項說明于后。
4.課題研究的內(nèi)容和實施方案(主要包括研究內(nèi)容、擬采用的研究方法、技術(shù)路線、預(yù)期成果、所采取方案的可行性分析等)
進入21 世紀以后, 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和需求的提高, 對物流行業(yè)提出越來越高的要求, 剪叉式液壓升降臺越來越不僅局限應(yīng)用于倉庫、機場、車站、碼頭等地, 更廣泛的應(yīng)用于自動化生產(chǎn)流水線, 這就對剪叉式液壓升降臺提出了承載能力高、運行速度快、啟動停止平穩(wěn)的要求。筆者就此問題進行分析, 對傳統(tǒng)剪叉式液壓升降臺液壓系統(tǒng)進行了改造, 取得了很好的效果
(1)舉升機臺板降到下位時,與地面應(yīng)盡可能在同一平面上,為達到此目的,雖然可在地面上挖掘凹坑,但需增加投資費用,也破壞了車間地面的平整性。為此,在保證強度和剛度的前提下,應(yīng)盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度;這樣,既便于汽車駛上舉升機,又使駛上臺板的斜面長度盡可能短,節(jié)約車間的占地。在條件許可時,舉升機臺板(或橫梁)應(yīng)選擇專用型鋼或用鋼板拆彎成形。
(2)正確選擇傳動方式。采用機械傳動(螺母、螺桿)或液壓傳動(油缸),均
用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高,耗能較多,但安全性較好。經(jīng)驗證明:機械傳動的能耗為液壓傳動所需能耗的兩倍(在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下)。機械式舉升機的螺母、螺栓磨損較快,而液壓式舉升機的維修量卻相對要小些。雖然液壓式舉升機的技術(shù)難度較大,但多數(shù)零部件(液壓泵、液壓缸、閥門、密封元件等)均可外購或外協(xié),當(dāng)然一定要選用優(yōu)資產(chǎn)品。
(3)絲繩的選擇。為了減少滑輪直徑從而縮小寄生機立柱的斷面尺寸,應(yīng)該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應(yīng)有較高的安全系數(shù),一般應(yīng)達8。為此,應(yīng)增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國某公司3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為9mm,兩根并列,每根37股,每股6根鋼絲。滑輪通常用鋼材制成,而該公司采用玻璃纖維與尼龍混合制成(50%的玻璃纖維、50%的尼龍)。這樣,不僅價格便宜,還能減輕鋼絲繩的磨損,延長其使用壽命。
5.完成本課題的工作計劃及進度安排(包括文獻查閱、外文翻譯、開題報告、方案設(shè)計與實現(xiàn)、計算與實驗、論文撰寫等)
設(shè)計總共16周。具體安排如下:
2007.03.05~2007.30.16:調(diào)研、收集資料(書籍和案例)、外文翻譯;
2007.03.19~2007.03.23:撰寫開題報告
2007.03.26~2007.03.30:完成系統(tǒng)需求分析,畫出需求分析框圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,最后確定方案;
2007.04.02~2007.05.18:系統(tǒng)的具體實現(xiàn),編程;
2007.05.21~2007.06.01:系統(tǒng)調(diào)試(包括測試)和修改;
2007.06.04~2007.06.22:論文撰寫、裝訂與提交,準備答辯。
6.參考文獻(開題報告中參考文獻數(shù)量一般應(yīng)在8~12篇左右,建議其中,外文不少于3篇,學(xué)術(shù)期刊類文獻不少于5篇)
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7.指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師(簽字): 年 月 日
8.系主任或指導(dǎo)小組意見
系主任或指導(dǎo)小組組長(簽字): 年 月 日
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吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 學(xué) 生 學(xué) 號 : 03410314 學(xué) 生 姓 名 : 陳 亮 專 業(yè) 班 級 : 機 自 0303 指 導(dǎo) 教 師 : 盧 偉 宏 起 止 日 期 : 2007.3.21 2007.6.25 吉 林 化 工 學(xué) 院 Jilin Institute of Chemical Technology 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 1 - 如 何 延 長 軸 承 壽 命 摘 要 : 自 然 界 苛 刻 的 工 作 條 件 會 導(dǎo) 致 軸 承 的 失 效 , 但 是 如 果 遵 循 一 些 簡 單 的 規(guī) 則 , 軸 承 正 常 運 轉(zhuǎn) 的 機 會 是 能 夠 被 提 高 的 。 在 軸 承 的 使 用 過 程 當(dāng) 中 , 過 分 的 忽 視 會 導(dǎo) 致 軸 承 的 過 熱 現(xiàn) 象 , 也 可 能 使 軸 承 不 能 夠 再 被 使 用 , 甚 至 完 全 的 破 壞 。 但 是 一 個 被 損 壞 的 軸 承 , 會 留 下 它 為 什 么 被 損 壞 的 線 索 。 通 過 一 些 細 致 的 偵 察 工 作 , 我 們 可 以 采 取 行 動 來 避 免 軸 承 的 再 次 失 效 。 關(guān) 鍵 詞 : 軸 承 失 效 壽 命 導(dǎo) 致 軸 承 失 效 的 原 因 很 多 , 但 常 見 的 是 不 正 確 的 使 用 、 污 染 、 潤 滑 劑 使 用 不 當(dāng) 、 裝 卸 或 搬 運 時 的 損 傷 及 安 裝 誤 差 等 。 診 斷 失 效 的 原 因 并 不 困 難 , 因 為 根 據(jù) 軸 承 上 留 下 的 痕 跡 可 以 確 定 軸 承 失 效 的 原 因 。 然 而 , 當(dāng) 事 后 的 調(diào) 查 分 析 提 供 出 寶 貴 的 信 息 時 , 最 好 首 先 通 過 正 確 地 選 定 軸 承 來 完 全 避 免 失 效 的 發(fā) 生 。 為 了 做 到 這 一 點 , 再 考 察 一 下 制 造 廠 商 的 尺 寸 定 位 指 南 和 所 選 軸 承 的 使 用 特 點 是 非 常 重 要 的 。 1 軸 承 失 效 的 原 因 在 球 軸 承 的 失 效 中 約 有 40%是 由 灰 塵 、 臟 物 、 碎 屑 的 污 染 以 及 腐 蝕 造 成 的 。 污 染 通 常 是 由 不 正 確 的 使 用 和 不 良 的 使 用 環(huán) 境 造 成 的 , 它 還 會 引 起 扭 矩 和 噪 聲 的 問 題 。 由 環(huán) 境 和 污 染 所 產(chǎn) 生 的 軸 承 失 效 是 可 以 預(yù) 防 的 , 而 且 通 過 簡 單 的 肉 眼 觀 察 是 可 以 確 定 產(chǎn) 生 這 類 失 效 的 原 因 。 通 過 失 效 后 的 分 析 可 以 得 知 對 已 經(jīng) 失 效 的 或 將 要 失 效 的 軸 承 應(yīng) 該 在 哪 些 方 面 進 行 查 看 。 弄 清 諸 如 剝 蝕 和 疲 勞 破 壞 一 類 失 效 的 機 理 , 有 助 于 消 除 問 題 的 根 源 。 只 要 使 用 和 安 裝 合 理 , 軸 承 的 剝 蝕 是 容 易 避 免 的 。 剝 蝕 的 特 征 是 在 軸 承 圈 滾 道 上 留 有 由 沖 擊 載 荷 或 不 正 確 的 安 裝 產(chǎn) 生 的 壓 痕 。 剝 蝕 通 常 是 在 載 荷 超 過 材 料 屈 服 極 限 時 發(fā) 生 的 。 如 果 安 裝 不 正 確 從 而 使 某 一 載 荷 橫 穿 軸 承 圈 也 會 產(chǎn) 生 剝 蝕 。 軸 承 圈 上 的 壓 坑 還 會 產(chǎn) 生 噪 聲 、 振 動 和 附 加 扭 矩 。 類 似 的 一 種 缺 陷 是 當(dāng) 軸 承 不 旋 轉(zhuǎn) 時 由 于 滾 珠 在 軸 承 圈 間 振 動 而 產(chǎn) 生 的 橢 圓 形 壓 痕 。 這 種 破 壞 稱 為 低 荷 振 蝕 。 這 種 破 壞 在 運 輸 中 的 設(shè) 備 和 不 工 作 時 仍 振 動 的 設(shè) 備 中 都 會 產(chǎn) 生 。 此 外 , 低 荷 振 蝕 產(chǎn) 生 的 碎 屑 的 作 用 就 象 磨 粒 一 樣 , 會 進 一 步 損 害 軸 承 。 與 剝 蝕 不 同 , 低 荷 振 蝕 的 特 征 通 常 是 由 于 微 振 磨 損 腐 蝕 在 潤 滑 劑 中 會 產(chǎn) 生 淡 紅 色 。 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 2 - 消 除 振 動 源 并 保 持 良 好 的 軸 承 潤 滑 可 以 防 止 低 荷 振 蝕 。 給 設(shè) 備 加 隔 離 墊 或 對 底 座 進 行 隔 離 可 以 減 輕 環(huán) 境 的 振 動 。 另 外 在 軸 承 上 加 一 個 較 小 的 預(yù) 載 荷 不 僅 有 助 于 滾 珠 和 軸 承 圈 保 持 緊 密 的 接 觸 , 并 且 對 防 止 在 設(shè) 備 運 輸 中 產(chǎn) 生 的 低 荷 振 蝕 也 有 幫 助 。 造 成 軸 承 卡 住 的 原 因 是 缺 少 內(nèi) 隙 、 潤 滑 不 當(dāng) 和 載 荷 過 大 。 在 卡 住 之 前 , 過 大 的 摩 擦 和 熱 量 使 軸 承 鋼 軟 化 。 過 熱 的 軸 承 通 常 會 改 變 顏 色 , 一 般 會 變 成 藍 黑 色 或 淡 黃 色 。 摩 擦 還 會 使 保 持 架 受 力 , 這 會 破 壞 支 承 架 , 并 加 速 軸 承 的 失 效 。 材 料 過 早 出 現(xiàn) 疲 勞 破 壞 是 由 重 載 后 過 大 的 預(yù) 載 引 起 的 。 如 果 這 些 條 件 不 可 避 免 , 就 應(yīng) 仔 細 計 算 軸 承 壽 命 , 以 制 定 一 個 維 護 計 劃 。 另 一 個 解 決 辦 法 是 更 換 材 料 。 若 標(biāo) 準 的 軸 承 材 料 不 能 保 證 足 夠 的 軸 承 壽 命 , 就 應(yīng) 當(dāng) 采 用 特 殊 的 材 料 。 另 外 , 如 果 這 個 問 題 是 由 于 載 荷 過 大 造 成 的 , 就 應(yīng) 該 采 用 抗 載 能 力 更 強 或 其 他 結(jié) 構(gòu) 的 軸 承 。 蠕 動 不 象 過 早 疲 勞 那 樣 普 遍 。 軸 承 的 蠕 動 是 由 于 軸 和 內(nèi) 圈 之 間 的 間 隙 過 大 造 成 的 。 蠕 動 的 害 處 很 大 , 它 不 僅 損 害 軸 承 , 也 破 壞 其 他 零 件 。 蠕動的明顯特征是劃痕、擦痕或軸與內(nèi)圈的顏色變化。為了防止蠕動,應(yīng)該先 用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。 蠕 動 與 安 裝 不 正 有 關(guān) 。 如 果 軸 承 圈 不 正 或 翹 起 , 滾 珠 將 沿 著 一 個 非 圓 周 軌 道 運 動 。 這 個 問 題 是 由 于 安 裝 不 正 確 或 公 差 不 正 確 或 軸 承 安 裝 現(xiàn) 場 的 垂 直 度 不 夠 造 成 的 。 如 果 偏 斜 超 過 0.25, 軸 承 就 會 過 早 地 失 效 。 檢 查 潤 滑 劑 的 污 染 比 檢 查 裝 配 不 正 或 蠕 動 要 困 難 得 多 。 污 染 的 特 征 是 使 軸 承 過 早 的 出 現(xiàn) 磨 損 。 潤 滑 劑 中 的 固 體 雜 質(zhì) 就 象 磨 粒 一 樣 。 如 果 滾 珠 和 保 持 架 之 間 潤 滑 不 良 也 會 磨 損 并 削 弱 保 持 架 。 在 這 種 情 況 下 , 潤 滑 對 于 完 全 加 工 形 式 的 保 持 架 來 說 是 至 關(guān) 重 要 的 。 相 比 之 下 , 帶 狀 或 冠 狀 保 持 架 能 較 容 易 地 使 潤 滑 劑 到 達 全 部 表 面 。 銹 是 濕 氣 污 染 的 一 種 形 式 , 它 的 出 現(xiàn) 常 常 表 明 材 料 選 擇 不 當(dāng) 。 如 果 某 一 材 料 經(jīng) 檢 驗 適 合 工 作 要 求 , 那 么 防 止 生 銹 的 最 簡 單 的 方 法 是 給 軸 承 包 裝 起 來 , 直 到 安 裝 使 用 時 才 打 開 包 裝 。 2 避 免 失 效 的 方 法 解 決 軸 承 失 效 問 題 的 最 好 辦 法 就 是 避 免 失 效 發(fā) 生 。 這 可 以 在 選 用 過 程 中 通 過 考 慮 關(guān) 鍵 性 能 特 征 來 實 現(xiàn) 。 這 些 特 征 包 括 噪 聲 、 起 動 和 運 轉(zhuǎn) 扭 矩 、 剛 性 、 非 重 復(fù) 性 振 擺 以 及 徑 向 和 軸 向 間 隙 。 扭 矩 要 求 是 由 潤 滑 劑 、 保 持 架 、 軸 承 圈 質(zhì) 量 ( 彎 曲 部 分 的 圓 度 和 表 面 加 工 質(zhì) 量 ) 以 及 是 否 使 用 密 封 或 遮 護 裝 置 來 決 定 。 潤 滑 劑 的 粘 度 必 須 認 真 加 以 選 擇 , 因 為 不 適 宜 的 潤 滑 劑 會 產(chǎn) 生 過 大 的 扭 矩 , 這 在 小 型 軸 承 中 尤 其 如 此 。 另 外 , 不 同 的 潤 滑 劑 的 噪 聲 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 3 - 特 性 也 不 一 樣 。 舉 例 來 說 , 潤 滑 脂 產(chǎn) 生 的 噪 聲 比 潤 滑 油 大 一 些 。 因 此 , 要 根 據(jù) 不 同 的 用 途 來 選 用 潤 滑 劑 。 在 軸 承 轉(zhuǎn) 動 過 程 中 , 如 果 內(nèi) 圈 和 外 圈 之 間 存 在 一 個 隨 機 的 偏 心 距 , 就 會 產(chǎn) 生 與 凸 輪 運 動 非 常 相 似 的 非 重 復(fù) 性 振 擺 ( NRR) 。 保 持 架 的 尺 寸 誤 差 和 軸 承 圈 與 滾 珠 的 偏 心 都 會 引 起 NRR。 和 重 復(fù) 性 振 擺 不 同 的 是 , NRR 是 沒 有 辦 法 進 行 補 償 的 。 在 工 業(yè) 中 一 般 是 根 據(jù) 具 體 的 應(yīng) 用 來 選 擇 不 同 類 型 和 精 度 等 級 的 軸 承 。 例 如 , 當(dāng) 要 求 振 擺 最 小 時 , 軸 承 的 非 重 復(fù) 性 振 擺 不 能 超 過 0.3 微 米 。 同 樣 , 機 床 主 軸 只 能 容 許 最 小 的 振 擺 , 以 保 證 切 削 精 度 。 因 此 在 機 床 的 應(yīng) 用 中 應(yīng) 該 使 用 非 重 復(fù) 性 振 擺 較 小 的 軸 承 。 在 許 多 工 業(yè) 產(chǎn) 品 中 , 污 染 是 不 可 避 免 的 , 因 此 常 用 密 封 或 遮 護 裝 置 來 保 護 軸 承 , 使 其 免 受 灰 塵 或 臟 物 的 侵 蝕 。 但 是 , 由 于 軸 承 內(nèi) 外 圈 的 運 動 , 使 軸 承 的 密 封 不 可 能 達 到 完 美 的 程 度 , 因 此 潤 滑 油 的 泄 漏 和 污 染 始 終 是 一 個 未 能 解 決 的 問 題 。 一 旦 軸 承 受 到 污 染 , 潤 滑 劑 就 要 變 質(zhì) , 運 行 噪 聲 也 隨 之 變 大 。 如 果 軸 承 過 熱 , 它 將 會 卡 住 。 當(dāng) 污 染 物 處 于 滾 珠 和 軸 承 圈 之 間 時 , 其 作 用 和 金 屬 表 面 之 間 的 磨 粒 一 樣 , 會 使 軸 承 磨 損 。 采 用 密 封 和 遮 護 裝 置 來 擋 開 臟 物 是 控 制 污 染 的 一 種 方 法 。 噪 聲 是 反 映 軸 承 質(zhì) 量 的 一 個 指 標(biāo) 。 軸 承 的 性 能 可 以 用 不 同 的 噪 聲 等 級 來 表 示 。 噪 聲 的 分 析 是 用 安 德 遜 計 進 行 的 , 該 儀 器 在 軸 承 生 產(chǎn) 中 可 用 來 控 制 質(zhì) 量 , 也 可 對 失 效 的 軸 承 進 行 分 析 。 將 一 傳 感 器 連 接 在 軸 承 外 圈 上 , 而 內(nèi) 圈 在 心 軸 以 1800r/min 的 轉(zhuǎn) 速 旋 轉(zhuǎn) 。 測 量 噪 聲 的 單 位 為 anderon。 即 用 um/rad 表 示 的 軸 承 位 移 。 根 據(jù) 經(jīng) 驗 , 觀 察 者 可 以 根 據(jù) 聲 音 辨 別 出 微 小 的 缺 陷 。 例 如 , 灰 塵 產(chǎn) 生 的 是 不 規(guī) 則 的 劈 啪 聲 ; 滾 珠 劃 痕 產(chǎn) 生 一 種 連 續(xù) 的 爆 破 聲 , 確 定 這 種 劃 痕 最 困 難 ; 內(nèi) 圈 損 傷 通 常 產(chǎn) 生 連 續(xù) 的 高 頻 噪 聲 , 而 外 圈 損 傷 則 產(chǎn) 生 一 種 間 歇 的 聲 音 。 軸 承 缺 陷 可 以 通 過 其 頻 率 特 性 進 一 步 加 以 鑒 定 。 通 常 軸 承 缺 陷 被 分 為 低 、 中 、 高 三 個 波 段 。 缺 陷 還 可 以 根 據(jù) 軸 承 每 轉(zhuǎn) 動 一 周 出 現(xiàn) 的 不 規(guī) 則 變 化 的 次 數(shù) 加 以 鑒 定 。 低 頻 噪 聲 是 長 波 段 不 規(guī) 則 變 化 的 結(jié) 果 。 軸 承 每 轉(zhuǎn) 一 周 這 種 不 規(guī) 則 變 化 可 出 現(xiàn) 1.610 次 , 它 們 是 由 各 種 干 涉 ( 例 如 軸 承 圈 滾 道 上 的 凹 坑 ) 引 起 的 。 可 察 覺 的 凹 坑 是 一 種 制 造 缺 陷 , 它 是 在 制 造 過 程 中 由 于 多 爪 卡 盤 夾 的 太 緊 而 形 成 的 。 中 頻 噪 聲 的 特 征 是 軸 承 每 旋 轉(zhuǎn) 一 周 不 規(guī) 則 變 化 出 現(xiàn) 1060 次 。 這 種 缺 陷 是 由 在 軸 承 圈 和 滾 珠 的 磨 削 加 工 中 出 現(xiàn) 的 振 動 引 起 的 。 軸 承 每 旋 轉(zhuǎn) 一 周 高 頻 不 規(guī) 則 變 化 出 現(xiàn) 60300 次 , 它 表 明 軸 承 上 存 在 著 密 集 的 振 痕 或 大 面 積 的 粗 糙 不 平 。 利 用 軸 承 的 噪 聲 特 性 對 軸 承 進 行 分 類 , 用 戶 除 了 可 以 確 定 大 多 數(shù) 廠 商 所 使 用 的 ABEC 標(biāo) 準 外 , 還 可 確 定 軸 承 的 噪 聲 等 級 。 ABEC 標(biāo) 準 只 定 義 了 諸 如 孔 、 外 徑 、 振 擺 等 尺 寸 公 差 。 隨 著 ABEC 級 別 的 增 加 ( 從 3 增 到 9) , 公 差 逐 漸 變 小 。 但 ABEC 等 級 并 不 能 反 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 4 - 映 其 他 軸 承 特 性 , 如 軸 承 圈 質(zhì) 量 、 粗 糙 度 、 噪 聲 等 。 因 此 , 噪 聲 等 級 的 劃 分 有 助 于 工 業(yè) 標(biāo) 準 的 改 進 。 附 錄 : 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 原 文 EXTENDING BEARING LIFE Abstract: Nature works hard to destroy bearings, but their chances of survival can be improved by following a few simple guidelines. Extreme neglect in a bearing leads to overheating and possibly seizure or, at worst, an explosion. But even a failed bearing leaves 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 5 - clues as to what went wrong. After a little detective work, action can be taken to avoid a repeat performance. Keywords: bearings failures life Bearings fail for a number of reasons, but the most common are misapplication, contamination, improper lubricant, shipping or handling damage, and misalignment. The problem is often not difficult to diagnose because a failed bearing usually leaves telltale signs about what went wrong However, while a postmortem yields good information, it is better to avoid the process altogether by specifying the bearing correctly in The first place To do this, it is useful to review the manufacturers sizing guidelines and operating characteristics for the selected bearing. Equally critical is a study of requirements for noise, torque, and runout, as well as possible exposure to contaminants, hostile liquids, and temperature extremes. This can provide further clues as to whether a bearing is right for a job. 1 Why bearings fail About 40% of ball bearing failures are caused by contamination from dust, dirt, shavings, and corrosion. Contamination also causes torque and noise problems, and is often the result of improper handling or the application environment Fortunately, a bearing failure caused by environment or handling contamination is preventable, and a simple visual examination can easily identify the cause Conducting a postmortem il1ustrates what to look for on a failed or failing bearing Then, understanding the mechanism behind the failure, such as brinelling or fatigue, helps eliminate the source of the problem. Brinelling is one type of bearing failure easily avoided by proper handing and assembly. It is characterized by indentations in the bearing raceway caused by shock loading such as when a bearing is dropped-or incorrect assembly. Brinelling usually occurs when loads exceed the material yield point(350,000 psi in SAE 52100 chrome steel) It may also be caused by improper assembly, Which places a load across the races Raceway dents also produce noise, vibration, and increased torque. A similar defect is a pattern of elliptical dents caused by balls vibrating between raceways while the bearing is not turning This problem is called false brinelling. It occurs on equipment in transit or that vibrates when not in operation. In addition, debris created by false brinelling 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 6 - acts like an abrasive, further contaminating the bearing. Unlike brinelling, false binelling is often indicated by a reddish color from fretting corrosion in the lubricant. False brinelling is prevented by eliminating vibration sources and keeping the bearing well lubricated. Isolation pads on the equipment or a separate foundation may be required to reduce environmental vibration. Also a light preload on the bearing helps keep the balls and raceway in tight contact. Preloading also helps prevent false brinelling during transit. Seizures can be caused by a lack of internal clearance, improper lubrication, or excessive loading. Before seizing, excessive, friction and heat softens the bearing steel. Overheated bearings often change color, usually to blue-black or straw colored Friction also causes stress in the retainer, which can break and hasten bearing failure Premature material fatigue is caused by a high load or excessive preload When these conditions are unavoidable, bearing life should be carefully calculated so that a maintenance scheme can be worked out Another solution for fighting premature fatigue is changing material When standard bearing materials, such as 440C or SAE 52100, do not guarantee sufficient life, specialty materials can be recommended. In addition, when the problem is traced back to excessive loading, a higher capacity bearing or different configuration may be used Creep is less common than premature fatigue In bearings it is caused by excessive clearance between bore and shaft that allows the bore to rotate on the shaft Creep can be expensive because it causes damage to other components in addition to the bearing 0ther more likely creep indicators are scratches, scuff marks, or discoloration to shaft and bore To prevent creep damage, the bearing housing and shaft fittings should be visually checked Misalignment is related to creep in that it is mounting related If races are misaligned or cocked The balls track in a noncircumferencial path The problem is incorrect mounting or tolerancing, or insufficient squareness of the bearing mounting site Misalignment of more than 1/4can cause an early failure Contaminated lubricant is often more difficult to detect than misalignment or creep Contamination shows as premature wear Solid contaminants become an abrasive in the lubricant In addition。 insufficient lubrication between ball and retainer wears and weakens the retainer In this situation, lubrication is critical if the retainer is a fully machined type Ribbon or crown retainers, in contrast, allow lubricants to more easily reach all surfaces 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 7 - Rust is a form of moisture contamination and often indicates the wrong material for the application If the material checks out for the job, the easiest way to prevent rust is to keep bearings in their packaging, until just before installation 2 Avoiding failures The best way to handle bearing failures is to avoid them This can be done in the selection process by recognizing critical performance characteristics These include noise, starting and running torque, stiffness, nonrepetitive runout, and radial and axial play In some applications, these items are so critical that specifying an ABEC level alone is not sufficient Torque requirements are determined by the lubricant, retainer, raceway quality(roundness cross curvature and surface finish), and whether seals or shields are used Lubricant viscosity must be selected carefully because inappropriate lubricant, especially in miniature bearings, causes excessive torque Also, different lubricants have varying noise characteristics that should be matched to the application. For example, greases produce more noise than oil Nonrepetitive runout(NRR)occurs during rotation as a random eccentricity between the inner and outer races, much like a cam action NRR can be caused by retainer tolerance or eccentricities of the raceways and balls Unlike repetitive runout, no compensation can be made for NRR. NRR is reflected in the cost of the bearing It is common in the industry to provide different bearing types and grades for specific applications For example, a bearing with an NRR of less than 0.3um is used when minimal runout is needed, such as in diskdrive spindle motors Similarly, machinetool spindles tolerate only minimal deflections to maintain precision cuts Consequently, bearings are manufactured with low NRR just for machine-tool applications Contamination is unavoidable in many industrial products, and shields and seals are commonly used to protect bearings from dust and dirt However, a perfect bearing seal is not possible because of the movement between inner and outer races Consequently, lubrication migration and contamination are always problems Once a bearing is contaminated, its lubricant deteriorates and operation becomes noisier If it overheats, the bearing can seize At the very least, contamination causes wear as it works between balls and the raceway, becoming imbedded in the races and acting as an 吉 林 化 工 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 外 文 翻 譯 - 8 - abrasive between metal surfaces Fending off dirt with seals and shields illustrates some methods for controlling contamination Noise is as an indicator of bearing quality Various noise grades have been developed to classify bearing performance capabilities Noise analysis is done with an Anderonmeter, which is used for quality control in bearing production and also when failed bearings are returned for analysis. A transducer is attached to the outer ring and the inner race is turned at 1,800rpm on an air spindle. Noise is measured in andirons, which represent ball displacement in m/rad. With experience, inspectors can identify the smallest flaw from their sound. Dust, for example, makes an irregular crackling. Ball scratches make a consistent popping and are the most difficult to identify. Inner-race damage is normally a constant high-pitched noise, while a damaged outer race makes an intermittent sound as it rotates. Bearing defects are further identified by their frequencies. Generally, defects are separated into low, medium, and high wavelengths. Defects are also referenced to the number of irregularities per revolution. Low-band noise is the effect of long-wavelength irregularities that occur about 1.6 to 10 times per revolution. These are caused by a variety of inconsistencies, such as pockets in the race. Detectable pockets are manufacturing flaws and result when the race is mounted too tightly in multiplejaw chucks. Medium-hand noise is characterized by irregularities that occur 10 to 60 times per revolution. It is caused by vibration in the grinding operation that produces balls and raceways. High-hand irregularities occur at 60 to 300 times per revolution and indicate closely spaced chatter marks or widely spaced, rough irregularities. Classifying bearings by their noise characteristics allows users to specify a noise grade in addition to the ABEC standards used by most manufacturers. ABEC defines physical tolerances such as bore, outer diameter, and runout. As the ABEC class number increase (from 3 to 9), tolerances are tightened. ABEC class, however, does not specify other bearing characteristics such as raceway quality, finish, or noise. Hence, a noise classification helps improve on the industry standard.