偏心轴承的模具设计研究论文（共10篇）
偏心轴承的模具设计研究论文 篇1
摘要：针对偏心轴承在端面钻定位孔困难的问题,改进了加工方法,设计了专用模具,提高了钻孔精度和生产效率。
关键词：偏心轴承;模具设计；定位孔;模具;钻头;
1前言
随着轴承市场用户的需求,开发了偏心轴承。由试制到批量生产遇到诸多问题,其中在偏心套端面上钻定位孔问题是其中之一。下面将如何解决的方法介绍给大家,仅供参考。
2加工中存在的问题
偏心轴承偏心套结构见图1,偏心套的定位孔较多,其中最小孔直径Ф2.6mm。在试制及小批量生产过程中采用的方法是画线、钻定位孔、钻孔。由于定位孔较多,相互之间有位置精度要求,钻孔时如有一个孔位置误差较大,就会影响到所有孔位置精度,所以,画线、钻定位孔精度要求高,影响加工效率。另外,由于偏心轴承幅高尺寸较宽,钻Ф2.6mm孔时直线度不易保证,所以,钻孔时由于进给量不能太大,也会影响到加工效率。钻Ф2.6mm这样的小孔,即使画线、钻定位孔位置正确,由于操作者钻头刃磨质量有问题或钻头磨损时也容易发生钻孔偏离而影响加工质量,因此,对操作者的加工水平要求较高,对钻头的磨损程度要求较轻。如果采用两头钻削方法,由于画线、定位的误差也极容易将孔钻偏,产生废品。为解决上述问题,重新制定了加工方法并设计了专用模具。
3钻孔模具设计
改进后的加工方法是取消画线工序,设计一对钻孔模具,其外形是圆形的上下结构,见图2中上下模具3、6,用定位销定位,其孔径基本尺寸与车工图一致,尺寸精度和位置精度控制在±0.01mm以内。该模具加工简单,在坐标镗床上定位钻孔,保证了各个孔的位置精度,如图2所示。工件定位依靠外径和定位孔,工件的外径和模具的内孔有0.01mm的间隙。把工件放入模具中时,对准定位孔并将圆柱销插入,直接上钻床钻孔即可。由于模具分上、下两体,可以翻面钻削加工,钻程较短,钻头刚性好,钻出来的孔不易歪斜。由于钻头较短可以相应增加进给量,加工效率相应增加。该模具定位迅速简单,对操作者的操作技能要求不高,只需将钻头磨好即可,节省了时间,提高了加工效率。
此结构的模具有一个特点,就是工件的外径尺寸公差不能太大,否则工件不能放入模具内,但此工件的外径经过磨削,尺寸公差能达到技术要求,因此,此模具能正常使用。
模具采用45#钢,进行淬火处理,以提高模具的硬度和耐磨性,保证使用寿命。设计模具的内孔尺寸时要考虑到钻头的尺寸,即钻头与内孔的间隙不能过小或过大。间隙小操作不方便,间隙大钻孔时,钻头定位不准及钻孔时铁屑容易与钻头的韧带摩擦,影响钻头寿命,一般间隙值0.1mm。
4结束语
该模具设计结构紧凑、占用的空间小,简单实用,有利于提高加工效率。经过实际加工验证,产品的精度符合要求,提高了产品质量,保证了产品的顺利加工。
偏心轴承的模具设计研究论文 篇2
液压钻机是进行能源勘探、环境取样[1]、工程勘察、水井建设等工程的关键设备,广泛用于煤矿采煤工作面瓦斯抽放孔、注水孔、探水孔、防突孔[2]、救援孔等的钻进,以及地表浅层的钻进取样。目前使用广泛的是旋转式钻机[3],该钻机一般需要泥浆配合钻进,以防止烧钻,并利用泥浆黏性护住井壁[4,5],但泥浆的化学成分往往对样品的扰动较大,且回转钻进方法在松散地层的钻进速度较振动钻进方法钻进速度慢。
声频钻进技术使用液压驱动钻进、无需泥浆[6],是一种高效的新型振动钻进技术[7,8,9],目前,这一技术在国内尚属空白[10]。本文分析了声频振动钻进技术的工作原理,基于虚拟样机技术设计了一种基于液压马达驱动的双偏心惯性轴的声频振动钻机,在虚拟样机模拟分析的基础上,制造了声频振动钻机的实物样机,对样机的性能进行了测试,并进行了现场钻进取样实验。
1 声频振动钻进原理与特点
1.1 声频振动钻进原理
双偏心轴驱动的声频振动钻进技术基本原理如图1所示,激振器上安装的两个高速的液压马达分别驱动两根质量为m的偏心轴形成偏心系统,偏心距为e,两偏心系统以ω的角速度作高速旋转,运动方向相反,当两偏心系统初相位和转速完全相等时,其产生的横向力相互抵消,而在纵向(钻杆轴向)上的合力得到加强,为两个偏心系统产生的激振力之和,即轴向的激振力为
F=2me ω2sinω t (1)
当激振器的激振与钻柱自然谐振频率叠合时产生共振,振动的能量通过钻杆传递到孔底,在高频的激振能量作用下,钻头周围的土壤被液化,钻头便高速排开周围土壤进行钻进;同时,在钻杆内部装有塑料的内管取样筒,当钻杆钻进时,地层土壤进入取样筒,钻杆起到保护孔壁的作用,避免使用泥浆,使样品遭到化学侵蚀,土壤也因此保持了高度的层状关系。
1.2 声频振动钻进特点
声频振动钻进技术使用双液压马达驱动偏心部分,以人耳能听见的50～200Hz的频率进行振动钻进,由于不使用任何泥浆,故对样品和环境没有任何污染,能够真正获得连续的、非扰动的柱状样品;由于在钻进过程中,钻柱不回转,或者仅作极低速旋转以防止松扣,所以使得钻柱与孔壁之间的摩擦阻尼大为减小,节省了动力输出[11]。高频的振动使土壤局部液化,钻进速度快,比常规的钻探方法速度快2～3倍,钻探成本降低30%～60%,是一种高效、环保的新型钻进技术。
声频振动钻机目前在国外已经成功应用于地质勘探、浅层地热开发、矿山救援、环境取样、土壤修复、地震勘探、排水工程、炮弹探测、地基工程、矿产取样、考古取样、路基取样、浅海取样、静力触探、水井建设等领域[12],特别是声频振动钻进技术无需使用水,在干旱缺水地区、松散地层等工况条件下具有不可替代的优势[13]。
2 声频振动钻机设计
2.1 钻机整体技术方案
声频振动钻机是实施声频振动钻进技术的关键设备,在声频振动钻进操作过程中必须具备提供向下的激振力与钻压、处理事故的向上起拔力,以及行走等辅助操作的能力。声频振动钻机设计目标为振动钻深50m。声频振动钻机包括激振器、液压系统、桅杆以及底盘支撑系统等四大部分。激振器由高速液压马达驱动,提供声频激振力,它是声频振动钻机最关键的部分;桅杆提供声频激振器上下运动的轨道,其内部设置的起升液压缸提供钻进钻压与起拔力;液压系统由柴油机驱动,是声频振动钻机的动力来源;而底盘则将各种部件集成在上面,为钻机的主要操作和辅助操作提供平台。
利用虚拟样机技术,在Solidwork2010环境下,根据钻机各零部件的物理信息及其几何信息建立三维模型,定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装配,形成的声频振动钻机的虚拟样机如图2所示。在装配的过程中,进行各部分的装配分析,确定整体与各部分尺寸,防止零部件之间的干涉,并且设定一定的虚拟环境对声频钻机激振器、桅杆等其他关键部件进行动力学分析、强度分析,在设计初期便可以发现问题[14,15],而且可以直接修改缺陷,对声频振动钻机进行整体改进,形成最优设计方案。虚拟样机技术在声频振动钻机开发中的应用缩短了开发周期[16],大大提高了设计质量和效率。
2.2 声频激振器
声频激振器是声频振动钻机最关键的设备,声频激振器主要包括回转马达、阀块、支撑架、隔振器、偏心部分、振动体以及钻杆接头等部分,如图3所示。
马达高速旋转产生上下方向(钻杆轴线方向)的自激振能量,带动左右两个偏心部分振动体振动,由隔振器将振动体与支撑架隔开,减少振动,以免振动传递到非振动部分。支撑架的上方装有回转马达,以满足声频振动钻进过程中的缓慢旋转以防止钻杆脱扣。阀块的主要作用是对进入两个振动马达、回转马达中的流量进行分配,同时将马达回油进行合流,并保证泄油通道畅通。激振器振动时,整个振动体以50～200Hz的频率作振动,通过钻杆接头传递到钻杆上,并传播到孔底。激振器整体安装在桅杆上,通过桅杆内部的加压油缸的控制,使钻头一直保持一定的钻压进行钻进。激振器钻杆接头为中空结构,作为预备的泥浆循环通道,以适应某些需要使用回转钻进的特殊场合。
2.3 声频振动液压系统
液压系统为声频振动、进给以及起升桅杆、钻机行走、液压支腿等辅助动作提供动力,并对动作进行控制。为达到设计目标,提高液压系统使用效率,声频振动钻机的液压系统采用了1个主油路和1个辅助油路的开式系统,系统工作压力为21MPa。
图4所示为声频振动钻机液压原理,主油路Ⅰ采用了负载敏感变量泵和负载敏感多路比例换向阀6的油路系统、驱动振动马达和回转马达1以及两个行走马达2。由于钻机在进行作业操作时,行走马达并不工作,因此保证了作为主要动作的振动和低速回转的流量要求。主系统多路阀采用摩擦定位和压力补偿,具有良好的线性输出特性以及在不同流量和负载作用下的工作独立性。带有负载的敏感泵和多路阀组成的控制回路能根据负载的压力反馈自动调节系统流量,使不同钻深所需要的功率与液压系统的输出功率相匹配,减少系统能量损失和系统发热。
辅助油路Ⅱ采用恒压泵和多路阀8驱动桅杆起升液压缸3、液压支腿液缸4以及进给液压缸5动作。起升液压缸3和液压支腿液缸4均设置液压锁,以保证液压缸能够长时间进行保压。进给液压缸设置了节流阀9进行激振器提升和下放时的速度控制,压力阀10则控制进给液压缸工作压力,以控制钻进时的钻压要求。
主回路和辅助回路的回油合流后,经冷却器、过滤器进入油箱。液压系统主辅泵采用双联泵,由康明斯涡轮增压柴油机进行驱动,柴油机配置三重冷却器为液压油、涡轮废气、柴油机冷却水同时进行冷却,保证了液压系统温升可控,液压系统简单、稳定可靠。
3 声频振动钻机实验
声频振动钻进中的振动能量来自激振器,而钻杆则传递振动的能量,通过钻杆将振动与土壤之间的相互作用建立起联系。在开发过程中,对声频激振器的能量产生效果和振动钻进效果进行了实验。
3.1 激振器振动能量测试
激振器在振动时,周期性地输出上下方向(钻杆方向)的激振力,通过对振动体振动的加速度和振动体质量进行测试,即可测定声频振动输出的能量。测试系统硬件采用美国NI公司的USB-6210即插即拔型高速数据采集卡,利用LabView2009编写声频振动虚拟仪器测试软件系统,测试系统具有采集参数设置、数据实时显示、数据文件保存、数据滤波等功能。测试系统运行平台为ThinkPad T410便携式计算机,采集数据精度达16位,最高采样速率为250Hz,高速的硬件配置为数据采集提供可靠保证,测试现场如图5所示。
测试传感器采用朗斯LC0123型加速度计,测量范围为-500g～500g,通过调理器后输出信号为±5V,数据采集采用双通道差分输出。图6为数据采集频率为3000Hz,液压马达转速达到12 000r/min时所实测的振动体加速度曲线。从曲线上可以看出,此转速下声频激振器输出最大加速度约为200g,振动加速度输出振动规律稳定,基本呈现正弦关系,考虑到振动体质量约为90kg,不带钻杆空载时,输出激振力约17.6kN,为钻进提供了足够的能量。
3.2 钻进现场测试
钻机装配成功后,2011年11月初在中国煤田地质总局的配合下,在河北涿州地表沉积层进行了现场钻进与取样实验,实验中采用外径为50mm的普通地质钻杆,取心筒直径为108mm。实验实际取心回次为23次,钻进47m,穿越多个交替的粘土层、砂层、砾石层,最大取样长度达到取样筒长度(3m),总体取样率达到90%以上,部分取心回次取心率最低也达到63%,砾石层中最大的鹅卵石直径达到了80mm,部分砾石被排开或者切断。
实验过程中,双偏心轴驱动的声频振动钻进速度快,最大钻速达0.31m/s,取样效率高、钻进能力强,实际钻进过程中没有使用任何水或泥浆,样品地层分界明显,地质信息完整,达到了声频振动钻机设计的目标。
4 结语
本文采用虚拟样机技术,开发了基于双偏心惯性轴的声频振动钻机的虚拟样机与实物样机,在此基础上开展了声频振动室内实验研究,以及现场钻进实验研究。实验证明:基于液压马达驱动的双偏心惯性轴的声频振动钻进技术可行,钻进速度快、取样无扰动、质量高,钻进振动能量密度大,无水钻进过程环保、高效。在干旱缺水地区、松散地层等工况条件下具有不可替代的作用,在资源和环境问题日益受到重视的今天具有良好的发展前景。
偏心轴承的模具设计研究论文 篇3
SolidWorks 三维设计软件是一个基于特征、参数化和实体建模的设计工具。该软件采用Windows 图形用户界面，易学易用，在中国市场普及率较高。利用SolidWorks 可以创建全相关的三维实体模型， 设计过程中，实体之间可以存在或不存在约束关系；同时，还可以利用自动的或用户定义的约束关系来体现设计意图。
轴承作为基础件已经系列化、标准化，同一类轴承只是尺寸大小不同，结构基本一致。现利用SolidWorks 软件创建模板文件，以实现同类轴承不同型号的快速设计并出图，下面以深沟球轴承6203 为例进行讲解。
深沟球轴承外形尺寸应符合GB276 的规定，根据洛阳轴承研究所《深沟球轴承设计方法》优化设计求出球径、球中心径和球数等主参数。其它尺寸都通过设计方法中的相关公式计算求得。外形尺寸及主参数如表1 所示。
一、零件建模
深沟球轴承的内、外圈都是回转件，并且轴承一般为大批量生产，在设计过程中还要充分考虑生产工艺。下面以内圈为例说明。
在前视基准面创建草图，并绘制内圈截面形状。最外层矩形为钢管毛坯形状 （如果是锻造工艺可绘制成锻件形状 ），最里层为成品形状，中间为车件形状。尺寸标注时先标注成品的尺寸，并将其设为驱动，然后再标注磨削余量及车削余量，也设为驱动但不为工程图标注，再标注车件、钢管（锻件）尺寸并设为从动尺寸 ，标注要符合工程图的布局要求。绘制好的草图如图 1、2所示。
利用旋转特征形成实体，选择草图最外层轮廓，形成钢管实体，然后用旋转切除功能选择外层局部范围切除车加工余量形成不带槽车件实体。再选中不带槽车件的磨削部分旋转切除形成不带槽成品。将上一特征压缩，实体转为不带槽车件，选择草图的防尘槽区域旋转切除形成带槽车件，使用镜像特征生产另一个防尘槽。选择磨削余量区域，旋转切除形成带槽成品。
为区分各特征，可将设计树上的特征名称改为相应的工艺名称。因部分选择的区域较小，可将各特征设置为不同的颜色，以方便分辨该特征是否有漏选区域。最终设计树和实体模型如图3 所示。
转到配置项创建子配置，并压缩相应特征，压缩状态如表 2所示。
冲压保持架和密封件加工过程比较复杂，一般也是由专业化厂家生产，建模时可以不考虑加工过程。保持架拉伸形成坯体再旋转切除形成球兜并圆周阵列，选三个面利用抽壳功能形成保持架的形状，再切除铆钉孔并阵列。草图中多利用几何关系定位，同一个尺寸尽量标注一次。如球兜孔中心、铆钉孔中心设置为与球中心圆重合，切除时深度设置成完全贯穿，可避免形成不必要的尺寸，如图4所示。
密封件与内外圈防尘槽结构尺寸相关，所以设计时，先标注最大外径与最小内径的尺寸，并设为从动，其它结构尺寸标注到最大外径或最小内径的距离。密封圈可以形成两个封闭区域，分别旋转且不合并实体，以设置不同的材料属性。实体如图5 所示。
钢球与铆钉也是旋转形成的，在这里不做详述。
二、各零件的装配
将内外圈、保持架装入装配体，通过配合关系达到实际安装状态，配合时选择基准面和草图中的旋转轴，不要选内外圈的表面，因内、外圈有多个配置，更改配置后表面会发生改变，从而造成配合错误。将两零件的草图所在的基准面、旋转轴和对称基准面设置为重合，再装入钢球、铆钉和保持架，并将其相互间及内外圈配合好。采用特征驱动阵列形式填充所需数量，通过镜像形成另一片保持架。密封件装配时，也要选密封件和外圈草图中的线重合，而不能选内外圈实体表面，如图 6所示。
进入密封件的编辑状态，标注最大外径与外圈防尘槽的尺寸和最小内径与内圈防尘槽的尺寸，默认驱动并设为不为工程图标注，这样使密封件与内外圈的防尘槽相互关联。再通过镜像形成另一片密封件，同样的方法可形成其它结构的密封件。密封件一定要分别镜像。这样可以通过不同的配置压缩不同零件而生成不同的密封结构。
三、建立方程式将各个零件的尺寸与轴承外形尺寸和主参数连接
在装配体中插入方程式，在其全局变量项输入外形尺寸、主参数及系数，在方程式的零部件项添加方程式，展开设计树中外圈零件的草图，双击草图显示尺寸。双击相应尺寸将其输入方程式中，并在后面输入与全局变量的关系式，以同样的方法完成其他零件，这样内外圈、保持架、铆钉、钢球通过方程式与外形尺寸和主参数驱动。密封件通过与内外圈防尘槽的间隙或过盈量驱动。方程式如图 7所示。
轴承出图时还要标注额定负荷和注脂量，可利用 SolidWorks的模具功能求出轴承的内部空间，以开式轴承为例。
创建一个新零件，点插入—曲线—通过 XYZ点的曲线，根据 GB/T 63911中表 2向心球轴承的 fc值，将的值输入表格的 X列中（为显示方便将其扩大 100倍）， fc值输入 Y列中， Z列全部输入0，这样就在 X—Y平面（前视基准面）形成一条 fc曲线；同样根据 GB/T4662表 1向心球轴承的 fo值，形成 fo曲线。在前视基准面 X-Y平面创建草图，先通过原点沿水平、垂直方向各绘制一条构造线，在两条曲线上分别绘制 2个点，并使两点竖直，定义其到原点的 X方向的距离为驱动尺寸，这就是 的值，再标注两点到原点的 Y方向距离（从动尺寸），这就求得相应的 fc和 fo值 ，通过做图法完成插值法求解。
再在上方绘制一个矩形，定义为 Y轴对称，尺寸定义如图 7所示，旋转形成实体保存，命名为深沟球轴承 fofc表，将其装入轴承装配体并拖动深沟球轴承特征树顺序到最顶层。在装配体零件树中选中深沟球轴承 fofc表，进入编辑状态，点插入—模具—型腔，选中装配体中的其他零件，形成型腔。更改材料属性将密度改为润滑脂的密度，插入方程式，在全局变量添加参数如图，并在自定义属性添加参数使其等于方程式中的全局变量，退出编辑状态。打开装配体方程式，在零件变量添加 fofo表中各尺寸及曲线上两点的 X方向距离 。在装配体方程式全局变量中添加 Cr和 Cor、填球角、fo和 fc值，选择深沟球轴承 fofc表零件中曲线上两点标注的 Y方向距离。装配体最终的方程式如图 7所示。
在装配体自定义属性添加 min径向游隙、max径向游游隙、Cr、Cor，完成装配体。可进行干涉检查，查看是否有不恰当的干涉。除密封圈外应没有干涉。压缩 fofc表再进行间隙验证，验证轴承的游隙设计是否合理，若没有问题就可以生成工程图了。
四、生成工程图
出工程图较简单，在此不做详细阐述，但有几点要注意：（1）建立剖视图时，以实体模型草图所在基准面剖开；（2）内外圈工程图会有局部放大图，要在实体的草图中绘制构造线，并定义局部放大图的草图与其几何关系，防止更改后局部放大图的位置变动；（3）在装配体工程图中可以将 Cr、Cor与装配体中自定义属性的 Cr、Cor连接。
五、打包形成新的型号
检查所有文件没有问题后，就可以将这套模型和工程图作为模板使用。当需要设计新的型号时，打开装配体使用打包命令，勾选工程图并添加前缀，在添加前缀项填写轴承型号，如 6205，选择相应的文件夹保存，打开 6205深沟球轴承装配体，更改外形尺寸和主参数重新建模并检查，对工程图更改图样比例并整理各元素的位置，就形成了一套新型号轴承的图样。
六、结语
（1）将所有的计算公式放在软件中计算可有效防止手工计算出错并提高效率。利用模具型腔求解注脂量方便快捷。
（2）提高出图效率，模板完成后，可在两小时内完成全套的图样。
（3）内外圈按加工过程设计，在设计过程中分配加工余量。
（4）该方法全部利用现有软件，不需要学习二次开发，易于学习。
（5）形成三维模型可进一步进行有限元分析，优化轴承结构。
偏心轴承的模具设计研究论文 篇4
2013年6月13日我被批准为预备党员，到现在2014年6月了，一年的入党预备期已满，现在我郑重的向党组织申请按期入党转正。
自从我成为预备党员之后，在党组织严格要求下，在支部党员的帮助教育下，无论从政治上还是在思想上都有很大的提高，特别是通过参加党内的活动。学习党的十八大决定，围绕保持党的先进性和纯洁性，在全党深入开展以民务实清廉为主要内容的党的群众路线教育实践活动。厉行节约、反对浪费是我党的光荣传统。通过一系列学习加深了对党的宗旨的认识，增强了自己的党性，进一步认识到做一名合格的共产党员，不仅要解决思想上入党的问题，更重要的是在行动上入党。
这一年多来我的收获很大，归纳起来有以下几点：
第一、明确了共产党员必须把共产党员远大理想与实干精神，统一起来。如何在现实生活中体现出来，并不十分清楚，入党后，经过一年多党的教育，我认识到“远大理想”奋斗终身的精神，一定要把自己的现实生活紧密的结合起来，为远大理想的奋斗，我是一名轴承研发设计工程师，就要在本职工作上多掌握先进的技术。除了努力学好自己的专业知识，还要从实际出发密切结合实际工作争取设计出更好的产品。
第二、明确了共产党员必须坚定不移的拥护我们的党。目前，我国正处于稳定的发展中时期，人民生活水平不断提高，作为一名轴承研发设计工程师，就要积极作好本职工作，努力为我国的轴承事业的作出自己应有的贡献。
第三、明确了一名合格党员必须不断提高自己的为人民服务的本领，中国共产党的宗旨是全心全意的为人民服务。我们的党始终代表着中国先进生产力的发展要求,代表着中国先进文化的前进方向，代表着中国最广大人民的根本利益。所以做为一名预备党员，我要不断提高为人民服务的本领，就是在自己不断的学习和提高基础上，能为国家的发展献出自己的一份力量。
回顾这一年多来的预备期，自己做了一些基本工作，发挥了一个党员的模范作用。今后，我一定在党支部和全体党员帮助下，争取在思想、工作等方面有更大的进步。
我愿意接受党组织的考验。忠于中国共产党，永不叛党，希望党组织批准我的申请，并对我监督、指导。
此致
敬礼!
申请人：
偏心轴承的模具设计研究论文 篇5
关键词：内燃机,曲轴轴承,曲轴,优化设计
0前言
内燃机曲轴轴承和曲轴的优化设计是设计现代高性能内燃机的要求。相对于以往传统设计方法,现代的优化设计过程更加注重曲轴轴承和曲轴的实际运行情况。优化后的曲轴轴承和曲轴不仅在结构和尺寸上更加合理,运行寿命得到延长,而且设计周期大大降低。在国内外学者的共同努力下,曲轴轴承和曲轴的优化设计得到了比较迅速的发展。但是,目前的优化设计基本都是针对曲轴轴承或曲轴单一零件进行的,没有考虑曲轴轴承和曲轴之间存在的各种不可分割的机械行为,实际上曲轴轴承和曲轴是相互作用、相互影响的。因此曲轴轴承或曲轴单个零件得到优化,与之相对应的零件未必也得到优化,其性能或运行状态甚至有可能恶化。笔者在论述了曲轴轴承和曲轴优化设计研究现状的基础上,讨论并展望了研究中尚待进一步研究的问题。
1 曲轴轴承的优化设计
1.1 数学模型的建立
1.1.1 目标函数
优化设计的目标函数是以设计变量来表示设计所要追求的某种性能指标的解析式[1],包括单目标函数和多目标函数:
a.单目标函数[2,3,4,5,6,7,8,9,10]。曲轴轴承的单目标优化一般追求轴承最重要性能的优化。文献[2,3,7]以所有曲轴轴承在内燃机一个工作循环中的平均摩擦功耗之和(总平均摩擦功耗)为目标函数;文献[4,5,6,8,9]则是以轴承承载量系数Cp(又称索氏数)为目标函数。
b.多目标函数[11,12,13,14,15,16,17]。多目标函数综合考虑轴承的多种性能指标,因为优化时考虑了多种因素,所以轴承的多目标优化结果更接近实际,也是现在许多学者的研究方向。文献[12,13,14,15,17]以轴承承载量最大、摩擦系数最小和发热量最小为目标函数;文献[14]不仅考虑了上述三种目标函数,还根据模糊方法学基本理论增加了多目标隶属函数作为目标函数。文献[16]以轴承最小用油量和最小的温升为目标函数。文献[18]全面地考虑了轴承的静态性能优化和动态性能优化,静态性能优化目标函数包括功耗最小,温升最低,润滑油流量最小,最小油膜厚度最大,功耗与温升之和最小,动态性能优化则以最高失稳转速ns为目标函数。
1.1.2 设计变量
曲轴轴承的优化设计涉及到动力学、流体学、摩擦学等知识,决定了轴承优化设计时设计变量的多样性。轴承优化设计为多变量非线性优化设计,目标函数对各设计变量具有不同的灵敏度,所以一般需要灵敏度高的设计变量来求得最优解[7]。文献[2,3]以轴承宽度、轴承直径、相对间隙为设计变量;文献[5,6,8,9]以轴承孔直径、轴颈直径、轴承宽度为设计变量;文献[18]则以轴承宽度、预置偏心距、半径间隙为设计变量。这些文献中设计变量的选取均以载荷与转速给定、部分结构尺寸依据设计要求为前提,忽略了润滑油物理参数的影响,如润滑油动力粘度随温升的变化。一些学者已经注意到这个问题,所以在选取设计变量时将润滑油粘度也考虑进去,如文献[12,13,14,15,16,17]将宽径比、相对间隙、润滑油动力粘度作为设计变量,考虑了流体的物性变化以后,轴承的设计更趋于实际。
1.1.3 约束条件
轴承结构参数约束、最小油膜厚度约束、相对间隙约束和宽径比约束是曲轴轴承中最常用的约束;轴承工作时由于摩擦产生温升,过大的温升不利于轴承的工作,文献[4,5,6,8,9]将轴承温升也作为约束条件。鉴于温升最主要的影响是使润滑油粘度发生变化,文献[7,12,13,14,15,17]以润滑油动力粘度约束取代温升约束,另外对比压也进行了约束。文献[16]从内燃机运行的稳定性角度出发,除了上述约束,将轴承工作稳定性也作为约束条件。文献[2]考虑到轴承尺寸的改变必然引起曲轴轴颈尺寸的相应变化,从而影响到曲轴的强度,所以将曲轴强度也作为一种约束条件,并以某四行程四缸内燃机曲轴-轴承系统为例,说明在轴承优化设计中考虑曲轴强度的必要性。
1.2 轴承优化设计的求解方法
曲轴轴承优化设计的模型中,由于设计变量和目标函数之间没有显式的函数解析式表达,因此目前轴承的优化设计求解方法较多采用模智能优化算法,这类算法无需求解目标函数的梯度,但是能够快速、准确地搜索到优化结果。
遗传算法是应用最广泛的一种智能算法,这种算法基于自然选择原理、自然遗传机制和自然搜索能力,全局搜索性好,算法效率高,便于搜索多峰复杂空间。文献[16]采用遗传算法,对多目标进行线性加权处理,轴承优化结果令人满意。文献[12]在遗传算法中引入模拟退火机制,强化了遗传算法的随机化多点搜索能力,更好地避免了局部最优解的情况。
粒子群算法由Eberhart和Kennedy[19,20]提出。这种算法源于鸟群觅食行为,基于个体粒子的认知记忆功能和粒子群体的合作功能,寻优过程具有正反馈机制,算法简单、运算速度快。文献[2,3]运用粒子群算法分别对四缸四行程内燃机曲轴轴承进行优化,轴承平均摩擦功耗大大降低;但是粒子群算法有时会陷入局部最小,不再向最优解方向进化。基于此,文献[4,9]尝试将粒子群算法与遗传算法结合起来,形成改进型粒子群算法应用于轴承优化设计,结果表明改进型粒子群算法效果更好,优化后的轴承承载能力更强。
蚁群算法由意大利M.Dorigo在研究蚂蚁觅食的基础上提出[21],基于群体搜索功能和群体间信息交换功能。与粒子群算法不同,寻优时粒子群算法的个体粒子始终跟踪局部个体最优粒子和整体最优粒子,蚁群算法中蚁群则始终跟踪最好的寻优路径,不仅有正反馈机制,蚁群之间还有启发性。文献[8]将蚁群算法与遗传算法结合起来形成改进型蚁群算法,轴承优化结果十分显著。
人工神经网络算法由大量的、简单的处理单元广泛地相互连接形成复杂的网络系统,能像人大脑一样快速地解释从“感觉器官”传来的模糊信息,具有大规模并行、分布式存储和处理、自组织、自适应和自学习能力,文献[10]采用这种算法对轴承进行了优化设计,结果说明了神经网络算法的可行性和有效性。
智能算法虽然具有常规算法不具备的优点,但是智能算法的数学理论基础相对薄弱,缺乏普遍意义的理论性分析,对具体问题和应用环境的依赖性比较大。因此,有的学者也在尝试一些其他的非常规算法。
模糊优化理论源于由Bellman和Zadeh提出的模糊决策模型[22],它应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化。文献[14]构造了多目标、多约束的模糊优化数学模型,并将多目标优化问题转化为目标函数、约束条件和设计变量获得最大隶属度的模糊优化问题,优化结果表明轴承承载能力和工作状态较佳。
若优化设计中模型的变量和约束较少时可采用复合型法,这种方法通过选取单纯形的顶点并比较各顶点处目标函数值的大小来搜索优化解的方向,对目标函数和约束没有特殊要求。文献[7]利用随机方向搜索法、复合型法、混合罚函数法编制了轴承优化设计的通用程序,并针对通用优化算法的弱点,提出了相应的改进措施。
文献[15]考虑到设计变量和参数的随机性及约束中含有的概率约束,采用了概率化优化设计模型中的均值模型(E模型)。文献[17]提出了一种基于折衷规划的多目标优化方法,能够对多个相互矛盾的目标函数进行折衷优化。
2 曲轴的优化设计
2.1 曲轴模型的建立
文献[23]详细介绍了常用的三种曲轴建模模型,即1/4或1/2曲拐模型、单个曲拐模型和整体曲轴模型。曲轴的优化设计一般采用后两种模型,如文献[24]建立的是单个曲拐模型,文献[25,26,27,28,29]采用了整体曲轴模型。有学者将曲轴简化为连续梁模型,但这种简化有很大的局限性,无法反映出曲柄臂和轴颈之间过渡圆角的受力情况。近年来随着分析软件之间可交流性的提高,在建模及进行受力分析时越来越趋向于采用整体曲轴模型,如文献[25,27,28,31]以实体为依据利用Pro/E软件建立三维实体模型。文献[31]还利用Pro/E软件的零件装配功能将建立的零件模型装配成各种组件,建立了曲柄连杆机构的多刚体动力学模型。文献[32]则采用SolidWorks软件建立零件的三维模型。
2.2 数学模型的建立
a.优化目标。曲轴的作用是承受载荷、输出功率,且曲轴的尺寸参数在很大程度上影响着内燃机的整体尺寸和质量,追求曲轴的轻质量、高强度是曲轴优化的最终目标。文献[30]以曲轴质量最轻为优化目标。曲柄臂与轴颈之间的过渡圆角是应力集中最严重的地方,是曲轴强度最薄弱的环节,所以许多学者在进行曲轴强度优化的时候都将过渡圆角处最大应力的最小值作为优化目标(如文献[26,27,29,33])。文献[24]则以连杆轴颈圆角疲劳安全系数为优化目标。
b.设计变量。目前曲轴的优化设计普遍选择曲轴质量的优化和曲轴强度的优化。曲轴的质量取决于曲轴材料和曲轴整体体积,所以曲轴质量的优化一般以轴颈的直径和长度、曲柄臂厚度为设计变量,文献[30]将材料也作为设计变量,研究不同材料对曲轴质量的影响。曲轴轴颈与曲柄臂之间过渡圆角的应力集中是影响曲轴强度的重要因素,许多学者就如何选择合适的过渡圆角进行了研究。文献[33]以过渡圆角的圆弧半径为设计变量,研究了应力随过渡圆角半径变化的趋势,并且考虑到过渡圆角的增大与轴承轴瓦承压面积之间存在的矛盾,尝试采用不同的椭圆形过渡曲线。内燃机增压中冷技术的普遍利用对曲轴承受载荷能力提出了更高的要求,为了降低过渡圆角处应力集中效应,通常采取增大曲轴某些设计尺寸、增加曲轴重叠度及开设卸载槽等措施。文献[25]即取曲柄宽度、曲轴轴颈直径以及卸载槽的尺寸参数为设计变量,将每个因素取相应的水平形成正交表,对曲轴进行分析优化。文献[29]以过渡圆角处圆弧半径和沉割槽开档为设计变量。
c.边界条件。曲轴分析的边界条件主要为力学边界条件和位移边界条件。
力学边界条件一般按理想情况处理,即假设载荷沿轴颈方向按二次抛物线规律分布,沿轴颈圆周方向120°角范围内按余弦规律分布。曲轴上的作用载荷非常复杂,在施加载荷的时候一般要作简化处理,文献[24]仅考虑曲柄平面上的弯曲载荷、径向力和旋转惯性力。文献[25]认为当曲轴转速不高时扭转疲劳对曲轴圆角应力的影响很小,所以在计算时只考虑弯曲载荷。
位移边界条件通常是限制两端主轴颈中央截面的中点和端面上四个位置自由度[23],文献[24]将主轴承座两端面进行全约束。有的文献(如[26,27])考虑到内燃机的振动,约束功率输出端轴颈端面的自由度,将主轴承对曲轴的支撑视为弹性支撑。
2.3 曲轴优化设计的求解
曲轴优化设计的分析计算中,应用最多的是有限元方法,其基本思路是通过改变设计变量,研究不同设计变量下曲轴的强度等问题[24,25,26,27,31]。曲轴优化设计的求解方法种类很多,在数学上称为数学规划,包括线性规划和非线性规划[33]。为了便于优化计算,目前国内外许多常用的有限元分析软件都将优化计算方法编入程序(包括一维优化程序和多维优化程序),形成独立模块,设计者在进行曲轴优化设计时可以直接调用,这不仅非常方便,而且大大缩短了设计周期。但是各种优化计算方法在收敛速度、计算可靠性、计算机存储量和运算的函数维数等方面是不同的。设计者进行优化设计时应当充分了解这些优化方法计算特点,针对具体模型的目标函数和约束方程,选择合适的优化计算方法和程序。文献[25]运用Ansys软件中的APDL语言编写疲劳分析程序,计算出27个优化模型的有限元节点上的平均有效应力和有效应力幅,据此计算出疲劳安全系数;曲轴在工作过程中受到周期载荷的作用,有可能在内燃机工作转速内发生强烈的共振,动应力急剧增加,致使曲轴过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳的破坏[26],所以静力学计算不能完全满足设计的要求,基于此文献[26,27]对整体曲轴进行模态分析(动态分析),准确地确定了曲轴的固有频率以及振型节点的位置。Petri网具有很好的动态模拟系统特点,文献[30]将Petri网应用到曲轴优化设计过程中,将4台工作站组成局部网络,利用网络优势实现数据共享和数据交换,方便地模拟了设计过程中的各种关系和数据状态。连续二次规划法(NLPQL)在求解有约束非线性数学规划问题时,具有稳定、收敛快、易得到全局最优解等特点。文献[34]应用多种软件将有限元、结构优化和计算机辅助设计集成,设计了曲轴结构尺寸优化软件集成系统,并采用NLPQL计算,实现了整个优化过程的自动寻优。文献[35]还尝试采用复合型法进行曲轴优化设计。
3 讨论与展望
近年来,在研究者们的不懈努力下,内燃机曲轴轴承和曲轴的优化设计研究取得了较多的成果。然而,结合内燃机工作的实际情况,仍存在需要进一步深入探讨的问题。
在内燃机中,曲轴轴承和曲轴是作为一个系统存在的,它们之间产生的各种机械行为有不可分割的直接相互作用和相互影响,内燃机工作可靠性、耐久性、摩擦功耗和振动噪声等性能都与曲轴-轴承系统有着直接的密切关系。但是,目前进行的曲轴轴承和曲轴的优化设计研究没有考虑曲轴轴承和曲轴之间存在的相互作用和相互影响(如从曲轴强度与从轴承摩擦学出发确定轴颈直径时,以及从轴承摩擦学与从曲轴动力学出发确定轴承间隙时的要求都是相互矛盾的等等),所做的工作都是只以曲轴轴承或曲轴单个零件为对象进行的优化设计。作为一个系统,曲轴-轴承系统的优化设计若只局限在其某单一零件内进行,结果只能是曲轴-轴承系统优化设计的局部最优解,只有将曲轴和轴承作为一个有机的整体进行优化设计才可以实现曲轴-轴承系统的整体优化。
曲轴-轴承系统的优化设计属于多学科综合优化设计,是提高内燃机性能与设计水平面临的一个重要课题,它涉及到摩擦学、动力学和弹性力学等多学科的耦合分析。另外,内燃机曲轴-轴承系统多学科综合优化设计的研究,可以直接推广到求解一般机械中的直轴-轴承系统多学科优化设计问题,因此具有重要的普遍意义。
内燃机曲轴-轴承系统多学科综合优化设计问题是典型的复杂机械系统多学科优化设计问题,它表现为多目标多约束多设计参数优化问题,且各个子目标函数之间存在着相互矛盾的关系,目标函数和约束条件大多隐含在一组偏微分方程组中,无法用解析式表达。这些特点决定了曲轴-轴承系统多学科综合优化设计问题的复杂性,给数学模型的建立和求解带来很大困难,特别是求得全局最优解难度更大,而且在进行求解时的计算规模浩大,是一个极具挑战性问题。多学科优化设计理论和求解方法的发展[36,37]与计算机硬件水平的飞速提高为多学科优化提供了可行性,同时曲轴-轴承系统的多学科优化设计的探索必然会进一步推动多学科优化设计理论和求解方法的发展。
4 结束语
曲轴轴承和曲轴的优化设计是现代内燃机设计不可缺少的一部分,这方面的研究已经在工程实际中得到了开展,设计者根据实际出现的问题,将其转化为数学模型,通过对目标函数的求解,得到所需的设计参数,取得了良好的效果。
法兰与轴承自动组装机的设计 篇6
【关键词】自动组装；可编程控制器；传感器；振动盘
在电机的组装中，法兰与轴承的组装是其中的一个重要工序。用手工安装方式，效率低下，成品不良率高，人工成本高。本文设计了一种法兰与轴承自动组装的装置，用于提升产品生产效率和质量。
一、法兰与轴承自动组装的方案设计
（一）系统的控制要求。在本设计中为了实现法兰与轴承自动组装能够顺利完成自动组装的任务，主要应用了传感器和可编程控制器来进行系统控制。法兰与轴承自动组装机动作过程是上电后，检查法兰部分气缸、轴承部分气缸与组装部分气缸是否在原点，工装是否正确，总气源压力正常，门开关正常。轴承与法兰搬运机构将法兰与轴承搬送到组装工位，然后由组装机构进行压入组装，最后将成品排出。
（二）控制方案的确定。基于PLC控制的自动组装机应符合系统的动作要求和实际应用性。在自动组装机装置中，需要的控制元件很少，采用可编程控制器结合传感器作为开关元件的控制系统，这种系统控制简单、廉价、可靠性好，而且接线固定，编程方便，适用范围广。
二、法兰与轴承自动组装结构设计
（一）机架本体与组装工件。法兰与轴承自动组装机上部的机架是铝型材构成以及由压克力构成的面板，台面是铁制面板，表面镀镍处理，底座是铁制底座，表面刷漆。组装工件是法兰与轴承零件，法兰的长度约为50mm，宽约为40mm，轴承的内径约为7mm。
（二）法兰输送以及移载结构。法兰输送机构主要组件有法兰零件、圆盘式振动盘、直线式振动盘、法兰振盘压紧缸、检测传感器。法兰搬送机构的基本动作是振动盘启动→法兰输送到搬送振盘出口→出口接近感应（同时法兰振盘压紧缸下压）→法兰移载平移气缸前伸→前伸到位→法兰移载升降气缸下降→下降到位→底部吸盘带有的接近感应→真空电磁阀动作→吸盘吸气（动作保持）→下降保持2s并一直保持吸气→法兰移载升降缸上升→上升到位→法兰移载平移缸后退→后退到位→法兰移载升降缸下降→下降到位→真空电磁阀断电→吸盘无气→法兰移载升降缸上升→旋转缸旋转同时法兰移载机构前伸搬运法兰。
（三）轴承输送以及移载结构。轴承输送机构主要组件有轴承零件、圆盘式与直线式振动盘、轴承切料气缸、轴承顶升气缸、检测传感器。轴承移载机构主要组件有轴承移载升降气缸、轴承移载平移气缸、轴承移载夹爪气缸。轴承搬送机构的基本动作是轴承送到切料治具→取料光纤感应→轴承切料气缸前伸→轴承升降缸下降→轴承顶升气缸上顶→轴承升降缸上升→轴承移载平移气缸前伸→轴承升降缸下降→轴承移载夹爪气缸松开→回复到原点。
（四）法兰轴承组装结构。法兰轴承组装机构主要组件有组装下压气缸、压力传感器、组装工位的旋转气缸、脱料气缸、检测接近开关、槽型光电、轴承振盘出口光纤（装载在旋转气缸的两个工位上，用来检测法兰的有无，槽型光电的作用是作为压力测试点）。
三、硬件选型
（一）可编程控制器PLC的选型。本设计采用了基恩士PLC在此设计中所采用的是KV-NANO系列的，根据本设计的要求及输入、输出点的分配合理性，本设计将选用KV Nano系列小型可编程控制器：KV-N60AT。
（二）传感器的选型
1.光电传感器。在此设计中选用了对射型光电和扩散反射型光电。在轴承振盘满料光电和不良检出光电两个部位选用了对射型光电传感器。在法兰与轴承振动盘空料光电两个部分选用了扩散型光电传感器。
2.光纤传感器，由于在轴承振盘出口与轴承取料检测的精度要求较高，所以在这两部分选用了光纤传感器。
3.压力传感器，设计中所选用的压力传感器也称为称重传感器，其类型有许多种，在此设计中选用了电阻应变式的压力传感器。
（三）气动部分元器件的选型。在本设计中气动部分元器件的选型包括、气缸的选型、电磁阀的选型、真空吸盘的选型，
1.气缸的选型。在本设计中一共使用了11个气缸，在法兰部分有振动盘压紧缸、法兰移载升降缸、法兰移载平移缸，由于振动盘压紧缸没有什么特殊要求，因此选用了SMC薄型CQ2系列的气缸，法兰移载升降缸的选用要求轻巧，所以选择了SMC MG系列带导杆薄型气缸，法兰移载平移缸根据其运动的要求选用了SMC气动滑台气缸MXS系列；在轴承部分有上顶气缸、轴承移载平移缸、轴承移载升降缸、夹爪气缸、轴承切料缸，上顶气缸的作用是将切料缸中的轴承顶入夹爪中，所以要求不高，可以选用SMC型CQ2系列薄型气缸，轴承移载平移缸和轴承移载升降缸均选用了SMC带导杆薄型气缸，切料缸所要求的行程较短所以选用了SMC薄型气缸CQ2系列；在组装部分使用了脱料气缸、下壓缸、旋转缸，脱料缸的作用是保证法兰搬运到位后不跑位，所以要求也不高，选用了双作用气缸，下压缸的要求与其他气缸不一样，要求下压时带缓冲，所以选用SMC带缓冲的薄型气缸。旋转气缸根据机械要求选用SMC带导杆MGP系列的气缸。
2.电磁阀的选型。根据选型原则和参照设计要求，设计选择了三通袖珍电磁阀，电磁阀体积小，流通能力大，节省空间，低成本；响应时间短；功率仅为0.5W，可靠性高，安装方便，电压选择DC24较为方便。
3.真空吸盘的选型。在此设计中运用真空吸盘主要实现两个功能。一是实现法兰的搬运和推动法兰在振动盘上前进。二是吸取法兰，将法兰零件搬送到组装工位和将已组装好的成品搬送到良品盒中。
（四）振动盘和直线振动器的选型。振动盘是一种自动组装机械的辅助设备，本设计的主要动作要求是通过两个振动盘的振动分别将无序的法兰和轴承有序定向排列整齐、准确的输送到直线料道。由于需要定向整理，且法兰和轴承有一定的形状和尺寸，所以选择圆盘式振动盘。
电气控制系统设计
本设计中最主要的程序就是组装平台的控制程序，由于篇幅所限，在此只给出程序的流程图。
本文设计的法兰与轴承自动组装机，具有结构简单，安装方便，工作稳定，工作效率高等优点。在实际的使用中提高了产品的良品率，节约了人力成本，就有较好的实用价值。
参考文献：
[1]吴丽，电气控制与PLC实用教程[M].河南：黄河水利出版社，2005：41-64
偏心轴承的模具设计研究论文 篇7
关键词：关节轴承；装配高度；测量基准；测量仪
中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0013-03
1 概述
角接触（推力）关节轴承由于球形滑动接触面积大，倾斜角大，有较大的载荷能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自动调心、润滑好或自润滑型无润滑物污染的特点，因此广泛用于速度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动的场合，如工程液压油缸、锻压机床、工程机械、自动化设备、汽车减震器、水利机械等。
角接触关节轴承和推力关节轴承是我公司六大系列中的两大系列的主导产品，产品型号繁多，每月都有大批量生产。该产品的装配高度（如图3的H值）是一个重要的技术参数，特别是自润滑型的，在成品终检时属于全数检验项目。因此，如何提高测量精度及测量效率，降低检测人员的劳动强度，成为企业保证批量生产产品质量、满足市场需求急待解决的问题。
2 原有测量方法及存在的问题
由于角接触（推力）关节轴承内、外圈的工作滑动表面均为少半球面，外圈与内圈可以相互摆动，常用的高度测量仪无法对该参数进行测量。原有的检测手段主要有两种：第一种是采用芯轴法测量，如图1所示。该检验方法有四个缺陷：（1）每种型号需配备一根与轴圈内径尺寸一致的芯轴；（2）芯轴与轴圈是间隙配合，间隙太大，测量值误差大；间隙太小，不容易装、卸出芯轴，测量困难；（3）检测大型号且批量大的产品，在装、卸出芯轴过程中对检验人员的体力要求较高，劳动强度大，且稍有不慎可能压伤手指；（4）每套次测量要重复装、卸出芯轴，检测效率低。第二种用千分尺测量法，如（图2）所示。用两把千分尺在产品的对称位置进行测量，测量时需反复调整千分尺的测量值，直至两把千分尺的测量值一致后，此时的测量值即为装配高度。该种检验方法缺陷是：（1）两把千分尺得多次调整才能得到测量值，测量繁琐，效率低，不适合批量测量；（2）需要一定的测量技能，才能得到准确的测量值。以上两种测量方法的缺陷主要是为了在测量中克服外圈与内圈可以相互摆动而造成的，所以如何在测量中快速保证两测量基准面相互平行这个测量难点成为设计的重点及核心。为此，本人设计了这台角接触（推力）关节轴承装配高度测量仪，以解决这一难题。
3 测量仪的测量原理
由于角接触（推力）关节轴承具有内外圈球径同心且可自动调心、球面的表面粗糙度小于Ra0.8等特点，所以对轴圈施加较小的压力F后，如图3所示，就可使轴圈的基准面与座圈的基准面平行，测量此时的H值即为该轴承的装配高度。
4 测量仪的主要结构
为实现图3所示的测量原理，可通过图4的测量机构来实现。仪器主要由以下几个部分组成：基础装置（工作台、立柱、悬臂、V型定位叉、防磨损垫片等）；升降传动系统（螺纹旋钮、梯形螺纹轴、压板）；测量系统（指示仪表架、精度0.01指示仪表）；防过载系统（防过载衬套、手柄等）；V形定位叉（位置可调节，定位被测轴承）。为了满足生产过程中不同型号规格轴承的检测，该测量仪设计时还考虑尽可能覆盖较多的型号，从GAC25～GAC150，GX10～GX120（轴承座圈公称外径Φ30～Φ230mm）均可测量。
5 设计要点
（1）本测量仪是利用轴承内、外圈可相互摆动且球径同心，可自动调心的特点设计的，其中压板与工作台是否平行是影响测量精度的一个重要因素。为了保证测量精度，除基础装置各相关部件的刚性及形位公差保证外，梯形螺纹轴外径与悬臂孔径的配合间隙，在满足梯形螺纹轴上下运动灵活的前提下，必须是精密的导向（间隙配合控制在0.02～0.04mm），以消除该间隙对测量精度的影响。
（2）在升降传动系统中，采用的是工艺性好、螺纹强度高、对中性好的梯形螺纹（导程20、螺距5）进行负荷的传递及行程的传动。该升降机构可以实现快速升降运动，提高工作效率，降低劳动强度；同时为防止对测量轴承施加的负载过大，造成测量仪和产品变形，还特别设计了一套防过载系统进行过载保护，如图5所示。手柄带动防过载衬套及钢球旋转，同时螺纹旋钮在压力钢球带动下旋转，当负载过大时，钢球被顶起，防过载衬套打滑旋转，从而起到过载保护作用。
（3）由于角接触轴承成品的轴圈非基准面与座圈基准面处于同一平面，如图6所示，在轴圈压平前，A点将低于基准面，所以测量时必须用支承块垫高轴承的座圈才能实现装配高度的测量。为此，我们在工作台上设计了两个可移动的支承块支承被测轴承。对于推力关节轴承，由于轴圈小端面高于座圈基准面，在轴圈压平前，A点不会低于基准面，所以可以拆除支承块，将轴承直接置于工作台测量。
以上是该仪器的一些创新点和设计思路，该仪器设计的最大创新点在于把原有的两种测量方法中需努力克服的测量难点（外圈与内圈可以相互摆动）转化为设计思路，并通过测量仪来实现快速、精确的测量。
6 测量误差分析
（1）从测量原理分析：在该仪器的刚性及制造精度保证（仪器的制造精度主要是指两方面：梯形螺纹轴外径与悬臂孔径配合精度、压板相对于工作台的平行度）的前提下，加上防过载系统保护及被测轴承自动调心的特点，该仪器的测量精度是可以保证的，并且测量定位快速。
（2）从实际使用进行验证：仪器制造完成后，我们从以下两个方面对测量误差进行实际验证：
第一，用不同的标准高度块进行重复测量验证，表1为验证数据。
第二，用芯轴测量法和该测量仪测量两种方法分别对同一套的GAC110S/K轴承的装配高度进行多次重复测量，验证其测量结果的重复性，测量数据如表2。
从表1的数据可以看出，测量结果的测量精度、重复精度均在0.01mm以内；从表2的数据可以看出，芯轴法测量较本测量仪测量的重复精度要差，这和芯轴法的测量缺陷是息息相关的。综上，该装置完全可以满足产品测量要求（装配高度公差值均在0.1mm以上）。
7 检测效率比较
经过现场生产的实际应用，本测量仪可降低检验人员的劳动强度，并且较芯轴法提高检测效率达近10倍（以GAC110S/K为例，芯轴法30～40秒/件，本测量仪3～5秒/件）。
8 结语
该测量仪解决了采用原有检测方法时检测精度差、检验人员劳动强度大的问题。
该测量仪检测效率比原有检测方法提高近10倍，并且可以对同系列不同规格的轴承进行检测，满足批量生产的要求。
因此，该测量仪的设计是成功的。
作者简介：陈小春（1971—），男，福建漳州人，福建龙溪轴承（集团）股份有限公司工程师，研究方向：关节轴承检测技术及工艺设计。
偏心轴承的模具设计研究论文 篇8
风力发现轴承工程在工作的过程中会出现一系列的问题, 下面本文进行详细介绍。
早期的风力发电轴承通常是先制造出粗胚, 然后再利用大型的立式车床车出内圈两道沟槽, 这种工作方法会缩短风力发电轴承的寿命。此外, 经过对制造厂的相关调查发现, 再制造的过程当中, 容易对轴承造成夹杂、裂纹、折叠等缺陷。
2 风力发电轴承超声检测技术
无损检测技术是风力发电轴承的主要检测方法之一。它主要在不损伤材料、设备的前提下, 对目标对象进行检测。超声检测作为常规的无损检测技术方法之一, 本文主要针对其检测特点和方法进行分析。
2.1 超声检测技术的原理和特点
超声波检测技术的工作原理是利用超声波在工件中的传播特性进行检测。比如说, 在通过材料的时候, 超声波会产生一定的能量损失, 在遇到声阻抗不同的介质分界面时, 超声波会产生反射。利用这样的特点对风力发电轴承的受损位置进行判定, 短时间既可以确定缺陷的位置。与其他的检测方法相比, 超声检测具有准确、穿透力强、成本低、速度快、灵敏度高等特点。
2.2 超声检测技术的应用
超声检测的特点是:灵敏度较高、检测的速度较快、准确率高、操作方便、成本低等特点。因此该技术广泛应用到造船、航空、铁路等部门当中。随着先进科技的不断发展, 如雷达、声纳技术的不断发展。超声的检测技术也变得日趋成熟。并作为对风力发电轴承缺陷的有效检测方法, 目前正被世界各国所使用。
3 风力发电轴承超声检测方法研究
风力发电轴承如果只利用常规的方法是很难达到好的效果, 由于其结构比较特殊, 中间有凹槽, 容易造成检测上的盲区。
另外, 由于风力发电轴承的体积大, 电轴承的直径可以有五米以上, 因此应该采取直接耦合的方式对其进行检测。
根据风力发电轴承的建造过程, 根据其容易发生缺陷的地方要进行超声成像检测。对于凹槽部位的检测, 要在工件柱面布置探头, 对检测盲区进行针对性检测。并且利用相控阵法进行电子扫描。这样能够有效提高检测速度和效率, 减少失误的几率。
关于检测探头的布置主要是在工件的两个侧面以及一个柱面进行布置, 采用相控阵线探头, 在工件沟槽部位不止一个半径相等的凸面探头, 实现对工件的全方位检测, 具体的检测方式如图一所示。
4 风力发电轴承成像检测系统设计
本文将会对风力发电轴承超声检测设计, 如超声检测系统的设计、软件系统的设计、机械系统的设计等几个方面进行分析。
4.1 超声检测系统的设计
超声检测系统的设计时风力发电检测系统的一种重要部分, 数字信号的采集都受到超声检测系统的影响。下面本文将针对系统探头位置的工作方式进行分析。
为了对风力发电轴承实行全方位的检测, 应该在二个侧面以及一个柱面布置探头, 在沟槽切面不止一个凸面探头。注意探头的位置不能重叠在一个平面上, 避免发出的超声波会造成干扰。其具体的布置方位如图二所示。
根据图二所示, 探头2的焦点比轴承的厚度要小, 可以发现轴承左半部分的缺陷;探头3主要是用于发现轴承有半部分的缺陷。探头4和5可以对柱面进行检测。当1、2、3、4、5几个探头进行组合的话, 便可以有效完成对风力发电轴承的全方位检测, 检测的完成率为100%。
值得注意的是, 由于工厂风电发电轴承的型号比较多, 它们的尺寸也不一样。因此, 在进行检测之前, 一定要对轴承的型号、尺寸进行检查, 安装上对应的探头进行检查。
4.2 软件的系统设计
软件系统也是风力发电轴承系统超声检测系统重要检测部分。它的工作原理主要是通过人机进行界面的模块、用户模块的管理、成像模块的检测等几个模块构成。通过软件系统, 工作人员可以及时的进行数据管理、对成像进行检测。下面本文对软件系统设计进行简单分析。根据风力发电轴承成像检测系统的需求, 软件系统的设计主要包括以下几点:
第一, 模块化管理:为了便于程序的调试、修改, 应该根据厂家相关需求, 对软件系统进行模块划分。
第二, 数据库的管理:由于工厂的检测数量比较多, 再加上检测人员的不同, 因此工件和检测人员的相关信息, 检测信号这几个方面形成了一个庞大的信息组织。为了能够保证检测工作能做到有条不紊, 建议采用数据库进行管理, 不仅简洁方便, 还可以有效保证检测结果的准确性。
可视化的用户界面:为了用户的能够方便使用, 系统软件采取了人机对话界面, 检测人员可以通过对话进行全过程的监控工作。
5 结束语
目前国内对风力发电轴承的超声检测研究工作非常有限。从另一个角度来看, 风力发电轴承的超声检测研究工作还有很大的上升空间。本文通过对其检测方法以及设备设计记性分析, 通过对检测的专用试块进行研究, 充分说明了超声成像的检测方法, 证明了风力发电轴承超声检测方法的科学性和可行性。为日后风力发电轴承超声检测提供了科学的理论和实验依据。
参考文献
[1]中国可再生能源学会风能专业委员会.2010年中国风电装机容量统计[R].中国可再生能源学会风能专业委员会.2011 (3) .
[2]周艳华, 刘德镇, 李强.用超声显微镜检测表面裂纹[J].无损检测.2001 (04) .
偏心支撑钢框架结构延性设计探讨 篇9
1 偏心支撑钢框架的类型
常见的偏心支撑钢框架结构体系有如图1所示的4种形式, 它们从左到右依次分别为K型、D型、Y型和V型, 其中标有字母e处的梁段为耗能梁段。这么做的目的是, 当结构作用有较大水平荷载时, 耗能梁段能第一时间发生屈服, 产生较大的塑性变形, 耗散掉大部分外加荷载所做的功, 保护其他构件免于破坏或延迟破坏, 对整体结构起到保护作用。在大震和强震作用下, 耗能梁段就像电路中的“保险丝”一样, 屈服并产生明显的塑性变形, 耗散尽可能多的地震能量, 使支撑斜杆所受的轴向力得到了有效控制, 防止支撑斜杆发生屈曲破坏。
2 耗能梁段的受力特点及内力分布
大量的研究表明, 耗能梁段的受力特点及内力分布跟其长度和支撑的结构形式有关。如图2所示, 是最常见的两种偏心支撑钢框架结构———K型和D型, 在侧向水平荷载作用下, 耗能梁段和框架梁的所受内力的分布情况。从图2可以看出, 整个耗能梁段上均受有很大的剪力, 同时两端还受有较大的弯矩, 轴向力相对比较小。相比于耗能梁段, 框架梁受有较大的梁段端弯矩和轴向力, 但剪力要小的多。当作用有相同的水平荷载时, 耗能梁段越短, 其上的剪力就会越大, 耗能梁段会先发生剪切屈服, 形成剪切塑性铰, 这也就是通常所说的剪切屈服型耗能梁段;反之, 耗能梁段先发生弯曲屈服, 形成弯曲塑性铰, 也就构成了弯曲屈服型耗能梁段。研究表明, 剪切屈服型耗能梁段, 弹性抗侧刚度接近于中心支撑钢框架, 耗能能力和滞回性能也优于弯曲屈服型, 所以它更有利抗震。
3 耗能梁段的设计
根据耗能梁段的破坏形式, 偏心支撑钢框架分为剪切屈服型和弯曲屈服型, 大量的研究表明, 剪切屈服型的耗能能力更好一些。因此, 在偏心支撑框架的设计中, 宜设计为剪切屈服型, 即e≤1.6Mp/Vp, 并且当耗能梁段的长度介于1.0Mp/Vp到1.3Mp/Vp之间时, 耗能能力最佳。关于耗能梁段的尺寸设计与构造设计详见《高层民用建筑钢结构技术规程》有关的规定。但是, 一般的建筑, 受到建筑构造等因素的制约, 耗能梁段的长度很难在1.0Mp/Vp~1.3Mp/Vp范围之内, 有时候为满足建筑要求, 要把耗能梁段做得较短。另外, 为使抗侧刚度尽可能的大, 耗能梁段也要短一些。耗能梁段越短, 则剪力越大, 耗能梁段的腹板会因剪切变形太彻底而发生过早的破坏, 影响整个结构的承载力和安全性。因此, 依据剪切破坏的特点和耗能梁段的构造要求, 在耗能梁段的腹板上加了斜加劲肋, 对腹板区格上主拉和主压应力附近的部位加强了一下, 以防止腹板的过早破坏, 耗散更多的地震能量。并且作者也设计5组试件, 分两种类型, 一种是耗能梁段按《高层民用建筑钢结构技术规程》设计的类型, 另一种类型是在前一种的基础上, 在耗能梁段的腹板上加了斜加劲肋, 利用大型有限元软件ABQUS进行了模拟试验, 试验的结果跟预想的完全吻合, 结果详见作者2013年发表于《甘肃科学学报》第4期上的文章《K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的力学性能分析》, 这就说明当耗能梁段设计的短时, 在其腹板上加斜加劲肋后能起到延缓其破坏的作用, 有利于抗震耗能。
4 结语
偏心支撑钢框架结构是适合用于高烈度地区和强震地区的一种抗震耗能结构体系, 其设计不光要从计算这方面来满足, 更重要的是要通过构造设计来增加其延性, 尤其是耗能梁段的设计更是如此, 以此来延缓结构体系在强震大震中的破坏。
参考文献
[1]申永康, 万斌, 邵建华.偏心支撑钢框架延性抗震设计探讨[J].工程抗震与加固改造, 2007, (4) :47-50.
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[5]李新华, 舒赣平, 偏心支撑钢框架设计探讨[J].工业建筑, 2001, 31 (8) :8-10.
[6]崔鸿超.日本兵库县南部地区震害综述[J].建筑结构学报, 1996, Vol.17, No.1, 2-13.
[7]Dune K.Miller.Lessons learned fromthe Northridge earthquake[J].Engineering structures, 1998, 20 (4-6) :249-260.
[8]赵宝成.偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策[D]:[西安建筑科技大学博士学位论文].陕西:西安建筑科技大学土木工程学院, 2003.
妈妈的“偏心” 篇10
林丽去银行办事，一进门，赫然看到老妈坐在窗口前。
她蹑手蹑脚走过去，本想吓一吓老妈，却听到老妈一句话：“我这3万块钱寄到美国，还得再交那么多手续费？”
3万块钱？美国？
林丽一下子愣在那里。
猛然看到大闺女的妈，也一下子愣了。
手里拿着要填的汇单，再怎么解释也没用了：“你妹说她手头有点紧，我就想着把这钱还给她。”
还给她？！
这3万元钱是妹妹结婚时爸妈收的礼钱，都是自己多年的朋友同事随的礼金，怎么就成了妹妹的。想当年林丽结婚时爸妈收的礼钱，可是一分都没给林丽。
再者，把人民币寄到美国换成美元花？全天下也没有这样的事儿吧？而且，妹妹的手头怎么紧了，前几天和林丽视频，还炫了刚买的新房子呢。
“就是买房买的手头紧，所以我才想……”
老妈的话没说完，林丽已经扭头走掉了。妹妹买房手头紧，她呢？刚刚借了七八万付了一套房子的首付，怎么老妈从来没有这么体贴过自己。
更让她生气的还有老妈那神情，就像突然被人抓了现行的小偷，一脸的慌张和戒备，好像多怕她知道似的。
从银行出来大半天，气儿还没消呢，老爸的电话来了：“你姨住院了，明儿上午陪你妈过去看看吧。”
林丽没好气地应下来，越想越生气。妹妹出国已经7年了，7年来，家里的大事小情都是她一个人担着，可他们，最疼最爱的，好像还是小女儿。
第二天上午，林丽去接老妈，坐在车上一言不发地耷拉着脸。
老妈好像也意识到了什么，下车时，从兜里掏出200块钱，“一会儿你拿给你姨吧。”
林丽瞥一眼那钱，又好气又好笑，这是要收买她吗？平素里老妈可从来不管这些的。
那200块钱林丽没接，老妈挺高兴，见了姨妈说了半天话，一出门就挑上了外甥的礼儿。
姨妈一儿一女都在县城里，病了之后，床前尽孝的却一直是表妹。女儿服侍妈按说很正常，可老妈看不过眼去了：“你姨从小到大拿你表哥当心尖子，老了却得你表妹照顾得最多。”
林丽心中一动，想起一句老话，爹妈最不疼的孩子往往是最孝顺的那一个。表妹是这样，自己不也是这样嘛。
她转瞬又想起昨天银行那一幕，顺嘴把自己的感慨秃噜了出来：“咱家不也一样嘛，从小你们就疼我妹，到老了她管什么了？”
林丽只是就事论事，老妈却不高兴了：“她管得一点都不少，这些年，天南海北的好吃食，如果不是你妹，我尝得到吗？”
老妈的话让林丽很不高兴，妹妹出国前，确实给老妈带回几次南方土产，但是，这都多少年了，难为她还一直记得。
“我当然记得，谁对我好我都忘不了，不像某些人，明明沾了她的光，却还从来不承认。”
林丽的脸一下子红了，老妈这是“敲打”她呢。当初老妹出国时，手提电脑给了林丽，这些年，只要一说老妹不好，老妈就把这个话头提起来。
“一个破电脑就是对我好啦，这些年我替她多尽了多少义务。”提起这些，林丽的眼圈都气红了。
“你管我，我们还管你呢，孩子没帮着你带啊？而且，你妹还放家里3万块钱，每年光利息就将近2000块，她比你给我们花的多多了。”
话头扯到这儿，林丽彻底HOLD不住了。父母的确帮着自己带孩子了，可是，那是他们自愿的。还有钱的事儿，明明是爸妈的钱，为什么非要说成是妹妹留下的孝心。退一万步说，即便这钱真是妹妹的，2000元的利息算个啥啊，每年父亲节母亲节爸妈生日老人节，林丽都是要带父母去饭店摆一桌的。这之外，平常也没少给他们买吃喝。当然，她承认，自己条件一般了点，给父母没花什么大钱，但是，爸妈都有退休工资，缺的不是钱，而是陪伴。
“我们不用你陪，若你觉得委屈，从今往后不用管我们。”被林丽驳斥，老妈也急了，一看小区门口到了，急赤白脸扔下这句话，扭身下车走了。
2
回到家，林丽气得饭都没吃，脑子里过电影似的想起这些年自己的“待遇”。
从小到大，爸妈都把妹妹夸成一朵花，至于她，也不能说不爱，但是绝对不能和妹妹比。性格窝囊点的孩子，也许只剩心里郁闷了，林丽可不行，意识到父母的偏心后，她针尖对麦芒地和父母较真儿。即便是一块蛋糕，也要求父母分得毫厘不差。爸妈看她这样，又生气又无奈，对她自然更不待见了。一来二去，倒好像她成了捡来的孩子。
说起来命运也真是吊诡，做梦都想远走高飞的林丽，大学毕业后回了家乡，在父母身边结婚生子。小妹呢，大学毕业后直接留在南方，没过几年，干脆去了国外，在那边结婚生子，扎根在了异国他乡。
都说养儿方知父母恩，自从有了娃，林丽和父母的关系缓和了不少。父母呢，因为妹妹不在身边，大事小情都依赖林丽，好像也和她亲密了不少，原本有点别扭的亲子关系渐渐和谐。
但是，这种和谐也是有“禁区”的，这“禁区”就是妹妹。父母听不得任何有关妹妹不好的说辞，其实，林丽也没觉得妹妹不好，很多时候她就是大嘴巴，随口那么一调侃，再往深了说，或许潜意识中还有那个昔日小孩的“不甘”。她不是想说妹妹不好，而是想听到爸妈赞许自己好过妹妹。
像今天这个事儿，哪怕老妈随口哄她一句“我们多亏你了”，一切就OK。气人的是，这么简单的要求，妈妈坚持不成全。林丽咬咬牙，暗自赌气，这次老妈不给出个说法，就和她没完了。
晚上，正给儿子洗澡呢，老爸着急忙慌打来电话：“你妈……你妈好像又犯心绞痛了。”
林丽一哆嗦，将儿子交给老公就向外跑。老妈有心绞痛的毛病，上次发作时，差点出了大事。
谢天谢地的是，因为送医院及时，老妈没大碍。
在医院折腾了半天回来，老公瞥一眼林丽：“好好的非和老太太吵，这要是真气出个好歹来，看你怎么办。”
林丽一句话都没有了，这半天只顾得上忙没细想，现在静下来，想一想都后怕。诚如老公所说，如果老妈真有点什么，她这辈子都不能原谅自己。
想到这里，眼前又闪回妈妈躺在病床上虚弱无力的样子，林丽自责得恨不得抽自己两巴掌。自己怎么就这么喜欢瞎较真儿呢？随便老太太说什么吧，干吗和她犟。老妈再偏心，到底也是自己的亲妈。
“我倒没觉得你妈多偏心，这些年，你爸妈虽然嘴头上没有肯定你，可咱家的大事，他俩啥没帮啊？！”
这话由当女婿的说出来，林丽更惭愧了。结婚这些年，她的日子不富裕，每逢大事，爸妈都是出钱又出力。还有孩子，一出生老妈就成了贴身保姆，因为带外孙，老爸老妈这两年明显见老了许多。
林丽口口声声爸妈偏心，可他们又偏妹妹什么了？
“再说，你也别怪爸妈疼你妹，人家确实会哄人。哪像你，话都是横着出来的，也就是亲爸亲妈不和你计较，换成别人，早不搭理你了。”
3
辗转反侧了大半宿，第二天天一亮，林丽就奔去爸妈那里，本想给老妈道个歉，但真见了老妈，却一句话都说不出来。
“这么早跑来干啥，昨天折腾你大半宿，还不好好歇歇。”虽然是被林丽气病的，可老妈一点儿都没怪她。
红着脸在家里转半天，正不知干点啥好，姨妈打电话说要出院，想让林丽用车子送一趟。
林丽很快就去了，送姨妈到家，表妹忙里忙外地收拾着。表哥来了，袖着手立在那里，没说两句话又走了。
“唉，你表妹如果也这样，我就受罪了。”
偏心了半辈子的姨妈总算清醒了，林丽多希望老妈也能这样。
“你妈现在总夸你呢，说你虽然脾气臭，可是知道疼人。”
听了这话，林丽鼻子突然有点酸，当着面老妈可从来没有这么说过。
“你和你妈就像一个模子里刻出来的，个个都嘴硬心软。”
说到这里，姨妈笑了，林丽也笑了。不过，对于给妹妹寄的那3万元钱，她还是有点别扭。
“你妈前几天还和我说，你们买房后经济不富裕，以后孩子的吃喝拉撒她和你爸都包了。”
听到这里，林丽脸红了。确实，孩子生下来以后，吃喝用度，基本都是姥姥姥爷担负着。这样的“偏心”，妹妹可从来没享受过。
再细想想这些年的生活，林丽忽然发现，爸妈对妹妹的偏心，或许是因为鞭长莫及的缘故吧，更多不过是停留在口头上。两姐妹中，她得到爸妈的爱，才更货真价实。
明白这一点，林丽有点羞愧了。到了晚上，去爸妈那边吃饭，老爸忽然拿出一张存单：“这4万元刚到期，你们取出来还账吧。”
林丽望向老妈，老妈扭头假装没听见，那一刻，她的眼泪差点滚下来。忽然之间，她发现，爸妈是真的老了，老到总是担心孩子不愿意不高兴，老到和子女表达每一分感情都要仔细地权衡。