滚动轴承的结构设计

2024-05-31

滚动轴承的结构设计（通用12篇）

滚动轴承的结构设计篇1

一、轴系的固定

轴系的固定是指通过对轴上轴承的固定, 防止轴发生轴向窜动, 保证轴上零件有正确的工作位置, 并能将轴上受到的外载荷, 通过滚动轴承可靠的传递到机架上去。当轴受热伸长时, 应使滚动轴承具有一定的轴向游动量, 以避免轴承卡死。轴系的固定有以下三种方法。

1. 两端都被固定

在运转温度较低, 并且轴承的跨距很小 (L≤350mm) 时, 应当选取两端都被固定的结构。固定两端的方式可以让两端轴承分别确定一个方向的轴向运动, 两端的轴承同时确定了轴两个方向的运动。可以在其中一端的轴承端面与轴承外圈直接保留0.2到0.4mm的轴承空隙来防止轴因为受热而产生的伸长。

2. 一端被固定, 令一端可以游动

当运转温度很高, 或者轴承的跨距很大时 (L>350mm) , 轴的伸缩长度会很大, 可以使用一端游动、一端被固定的支撑结构。可以采用固定端轴承来实现确定2个方向的轴向运动。同时, 机座孔中游动的端轴承的外圈能够沿轴向游动。

3. 两端游动式

两端轴承均不限制轴的移动。对于安装一对人字齿轮的两根轴, 由于一对人字齿轮本身有相互轴向限位作用, 两半齿轮的螺旋角又不易做到完全相等, 因此, 他们的轴承组合结构应保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置, 而另一根轴必须能轴向游动, 以防止轮齿卡死, 或人字齿的两半受力不均。

二、固定滚动轴承轴向的运动

为了确保滚动轴承支撑的结构, 可以采用轴向固定轴承外圈与内圈的方式。

轴肩能够被用来确定轴承内圈与轴上一端的相对位置, 为了确保与轴承端面充分接触, 同时使轴承便于拆卸, 应该选择合理的轴肩高度。当两个端面都要求被固定时, 另外一个端面的固定结构能够选用轴端的挡圈、弹性的挡圈、止动垫圈或圆螺母。弹性挡圈具有紧凑的结构, 拆装方便, 可用于轴向载荷以及转速较低的场合;当轴端被螺钉固定时可以选用轴端的挡圈, 能够在适中的轴向载荷的场合时使用;在轴向载荷以及转速较大的场合可以使用止动垫圈和圆螺母于。

三、滚动轴承的配合

由于滚动轴承是标准组件, 因此其内外径分别是基准孔和基准轴, 当其与相关零件配合时。与一般的圆柱面配合不同, 由于轴承的内外径的上下偏差均为零, 故在配合种类相同的的条件下, 内圈与轴颈的配合较紧, 外圈与轮毂孔的配合较松。

滚动轴承的配合种类和公差等级应根据轴承的类型、精度、尺寸以及载荷的大小、方向和性质确定。

四、滚动轴承的预紧

滚动轴承的预紧, 为了使轴承中的轴向游隙消除, 并且产生一定的初变形在滚动体和内外圈接触处, 在安装过程中通过某种方法使轴承中产生同时保证一轴向力。当工作载荷作用在预紧后的轴承上时, 其内圈、外圈的轴向以及径向相对移动量要比未预紧时有大幅度的减小。

轴承的预紧可以分为径向预紧与轴向预紧两种, 其中轴向的预紧可以分为定压预紧与定位预紧。对一组轴承内圈或外圈之间安装垫片或者磨掉部分厚度, 来让轴承能够在一定轴向载荷的作用下发生预变形的方式被, 叫做定位预紧。通过弹簧让轴承能够承受一定轴向载荷同时发生预变形的方式, 被叫做定压预紧。使用轴颈和轴承过盈的配合, 使轴承内圈膨胀, 来去除径向的游隙同时发生一定的预变形方式, 称轴承的径向预紧。

五、滚动轴承的装拆

考虑轴承的拆装问题是轴承进行组合设计时必要的步骤。通常可以通过轴承的结构、尺寸与配合的特点以确定轴承的安装与拆卸方式。应该施加装、拆轴承的力在紧密配合的套圈的端面上, 采用滚动体传送装拆的压力的行为是不允许的, 这样做的目的是, 避免在轴承工作表面发生压溃, 影响其正常的工作性能。

先将轴承置于温度低于100摄氏度的油中预热, 然后进行热装, 这样做对于尺寸较大的轴承, 可以避免损伤轴承及轴;而对于尺寸较小的轴承, 可以使用软锤直接打入。借助压力机和其他拆卸工具进行轴承的拆卸。

六、密封滚动轴承

为了避免灰尘和水分等进入轴承中, 通知避免润滑剂在轴承流失, 必须进行密封。一般, 轴承密封形式受到以下几种因素的影响:⑴轴承外部工作环境;⑵轴承转速与工作温度;⑶轴的支承结构与特点;⑷润滑剂的种类与性能。密封按照原理的不同可分为两大类:非接触式密封和接触式密封。

非接触式密封不受速度的限制。在线速度较低的场合可以使用接触式密封, 常用的材料有细毛毡、橡胶、皮革、软木或者减摩性好的硬质材料。应设计轴的接触部分的硬度HRC大于40, 表面粗糙度宜小于Ra1.6至0.8微米, 以确保密封的寿命同时使轴的磨损降低。

七、润滑滚动轴承

对滚动轴承来说, 润滑有着非常重要的作用, 润滑剂主要的作用是为了减少摩擦的阻力与降低磨损, 另外也能减小接触应力、避免锈蚀、吸振、冷却、散热等作用。

脂润滑和油润滑两种方式是轴承常用的润滑方式。另外, 在某些特殊的润滑情况下也能够选取固体润滑剂。采用哪一种润滑的方式, 和轴承的速度相关, 通常用在测量滚动轴承dn值 (数值查阅相关手册) 表示轴承的速度大小。脂润滑能承受较大的载荷, 不易流失, 结构简单, 易于密封和维护, 可在长时间运转时, 只进行一次润滑脂的填充。润滑脂的填充量一般不允许超过轴承的三分之一至二分之一, 润滑脂装填太多, 容易引起摩擦发热, 影响轴承的正常工作性能。比脂润滑摩擦阻力小, 散热量大, 是油润滑的主要优点, 因此油润滑主要用于高速或工作温度较高的场合。油量不宜过多, 如果采用浸油润滑则油面高度不超过最低滚动体的中心, 以免产生过大的搅油损失和热量。高速轴承通常采滴油或喷雾的方法润滑。

参考文献

[1]濮良贵.机械设计 (第8版) .高等教育出版社, 2006.5.

[2]吴宗泽.机械设计 (第2版) .高等教育出版社, 2009.1.

[3]陈龙.滚动轴承应用技术.机械工业出版社, 2010.4.

滚动轴承的结构设计篇2

整体式径向滑动轴承由轴承座、整体式轴套等组成，轴承座上设有安装润滑油杯的螺纹孔。在轴套上开有油孔并在轴套的内表面上开有油槽。这种轴承的优点是结构简单，成本低廉。它的缺点是轴套磨损后，轴承间隙无法调整;另外，只能从轴颈端部装拆，对于质量大的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便，甚至无法实现。所以这种轴承多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中。

对开式径向滑动轴承对开式滑动轴承由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦和双头螺柱等组成。剖分面常作成阶梯形，以便对中和防止横向错动，轴承盖上部开有螺纹孔，用以安装油杯。轴瓦也是剖分式的，通常由下轴瓦承受载荷。为了节省贵重金属或其它需要，常在轴瓦内表面上浇注一层轴承衬。在轴瓦内壁非承载区开设油槽，润滑油通过油孔和油槽流进轴承间隙。轴承剖分面最好与载荷方向近似垂直，多数轴承的剖分面是水平的(也有做成倾斜的)。这种轴承装拆方便，并且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙。

调心式径向滑动轴承

龙开口电站的水导轴承设计篇3

【关键词】分块瓦导轴承；设计；外冷却

0.前言

龙开口水电站位于金沙江中游、云南大理州与丽江地区交界的鹤庆县中江乡龙开口村河段上，是金沙江中游河段规划的8个梯级电站中的第6级，上距已开工建设的金安桥水电站41km，下邻鲁地拉水电站。

龙开口机组水库正常蓄水位1298.0m，额定出力367.5MW，最大水头80.7m，最小水头52.2m，额定水头67m，水导轴承额定转速83.3 r/min，水轮机主轴轴领处直径φ2650mm，主要参数线速度指标在大尺寸立式机组中较低，轴承设计难度要比常规水轮机要高。从参数指标和结构特点来看，由于该机组设计参数较低，轴承采用自泵循环结构所产生的压力较小，不易形成油路循环，而外置冷却器结构较为复杂，所占空间较大，轴承体的制造难度会相应地增大。但是外置冷却器装拆便捷，可在不影响机组正常运行的情况下单独检修，对于机组的运行维护方面会有较大的改善作用。因此，综合上述多方面考虑，该水导轴承采用自泵外循环方式冷却，并增加循环油泵，以保证机组运行时轴瓦温度低于65℃。

1.龙开口水轮机主要参数及对水导轴承的要求

1.1龙开口水轮机主要参数

1.1.1水轮机型号 HLA906a—LJ—800

1.1.2额定净水头 67 m

1.1.3轴领外径2.65 m

1.1.4额定功率 367.5 MW

1.1.5额定转速 83.3 r/min

1.1.6最大飛逸转速170 r/min

1.1.7额定流量 607.05 m3/s

1.1.8最小油膜厚度 0.06 mm

1．2水导轴承的设计要点

1.2.1具有足够的油膜刚度，油温不超过允许值(70℃)，油路循环畅通，满足润滑冷却的要求。

1.2.2结构简单，便于安装和检修。

1.2.3静止油面一般设计在导轴承瓦轴向长度的1/2处，但当导轴承轴瓦轴向较长时，油面应超过瓦长的1/2，龙开口水导轴承的最高液面达到导瓦高度（360mm）的80%。

1.2.4应有绝缘结构。

1.2.5导轴承瓦的安装间隙，单边为0.15~0.20mm。

1.2.6采用轴领自泵外循环外置冷却器。

1.2.7由于机组转速较低，当轴领外径为φ2650mm时，通过旋转产生的压力只有3m油注，因此采用外置冷却器循环方式在设计上将有一定地难度。为了保证油路的正常循环，设计采用外加一个循环油泵的方式。

1.2.8轴承的密封采用随动接触式油挡密封，可在机组运行中动态调整与主轴的密封间隙，保证润滑油的封闭循环系统良好。

1.2.9油箱有足够的容量以容纳轴承润滑系统所要求的油量。

2.龙开口水轮机水导轴承结构设计

龙开口水导轴承见上图。

2.2.1轴瓦在厂内加工完成后，到安装现场不再进行刮研。为了便于拆卸和安装轴承，提供合适吊耳和拆卸用顶卸螺栓。

2.2.2采用带轴领稀油润滑分块瓦轴承，轴承中心到转轮中心距离为3400mm,该距离与转轮直径的长径比为L/D1=0.425。

2.2.3龙开口水导轴承为稀油自润滑轴承，结构设计上尽可能的靠近转轮，防止水进入润滑系统，防止渗油、溢油和甩油。导轴承油箱设有油位报警信号装置及油混水报警装置，当油中含有水分时发出报警信号。

2.2.4导轴承润滑油采用GB11120-89《L-TSA汽轮机油》中T-46号油。

2.2.5水轮机正常运行时，轴瓦温度不得超过65℃，轴承油温不得超过60℃，轴瓦能在90℃下长期运行不烧瓦。

2.2.6龙开口水导轴承允许主轴轴向移动。当水轮机主轴与发电电动机轴解联后，允许主轴沿轴线下移，转轮能坐放在座环上。

2.2.7龙开口水导轴承采用的是可调整的分块瓦结构，12块分块瓦沿圆周均布。水导瓦为425X360mm，用受热变形小的优质钢制造，能够承受机组可能产生的最大飞逸转速及最大径向作用力。轴瓦表面浇铸巴氏合金，5mm厚，浇铸前镀锡处理。通过超声波探伤对巴氏合金与轴瓦体的结合情况进行检查，至少有95%的面积接触。

2.2.8油箱为两半结构，用螺栓把合，易于安装和拆卸。分半油箱由钢板焊接而成，所有的焊缝和接合缝都不出现渗油现象。油箱带有油箱盖，防止脏物进入轴承，箱盖设有检查孔。油箱设有取油样放油接口和手阀。 3.龙开口轴承结构特点

龙开口轴承设置有三个外置冷却器，其中一个冷却器增加一个循环油泵以备油压不足时用。机组依靠主轴的旋转所产生的离心力来达到润滑油的循环冷却功能。出力大，线速度低，采用轴领自泵外循环外置冷却器。

4.结论

龙开口轴承是哈尔滨电机厂有限责任公司自行设计生产的一台大尺寸自泵外循环轴承。该水导轴承的研究和设计极大地丰富了公司在大尺寸、低线速机组水导轴承方面的设计经验。

【参考文献】

［１］水轮机设计手册.机械工业出版社.

［２］水轮发电机设计与计算.哈尔滨大电机研究所编著.机械工业出版社.

［３］回龙机组的详细图纸.

［４］三峡机组的详细图纸与计算书.

管磨机滚动轴承的设计与应用篇4

1 滚动轴承内套在进、出料中空轴上固定方法的改进

图1所示为我公司最初设计的滚动轴承内圈在中空轴上的固定方法, 其中主轴承属于双列调心外球面滚子轴承, 因为中空轴受热要膨胀, 又考虑到轴承内径较大, 过紧对于安装及拆卸都会带来麻烦, 加上轴承内套的尺寸公差带位于零位线以下, 这样在安装时预留了一定的过盈量, 因而中空轴尺寸的公差最终确定为:上偏差是+0.05, 下偏差是-0.05。在给主轴承内套定位时, 采用一隔套来顶住轴承内套, 并且将隔套外端面由进出料螺旋筒与中空轴之间的固定法兰内面挡住, 从而将轴承的内套定位。同时, 为了保险起见, 将内套与中空轴之间配作定位螺钉定位。但在使用半年后却出现了问题, 即:出料端螺旋筒与出料中空轴之间的把合螺栓总是松动或断裂, 使固定轴承内圈的隔套与轴承内套间脱离, 磨机筒体在轴向发生大距离串动。大、小齿轮之间因相对轴向滑动而磨擦出硬伤, 严重影响了水泥厂的正常生产。

后来, 与滚动轴承生产厂家进行商议, 准备将进、出料中空轴与轴承内套间的过盈量加大, 但轴承厂家指出, 中空轴的尺寸公差上偏差最大可增加到+0.2, 下偏差可以变为0, 主要顾虑是中空轴受热膨胀, 若是中空轴尺寸上偏差加得过大, 容易使轴承内套与中空轴之间配合过紧而对轴承内套的强度产生不利影响, 同时会使轴承内、外套之间卡得过紧, 装拆也会造成不便。于是决定对轴承内套的固定方法作一些改进, 结构上也作了调整, 调整后的方案如图2所示。此种方法是在中空轴上加工出深15mm、宽30mm的环沟槽, 然后将两个半圆卡环装入环沟中, 将轴承内套固定。此种方案经用户使用后, 运转情况良好, 从而解决了滚动轴承内套在中空轴上容易串动的问题。

2 轴承设计中的几个认识误区

(1) 安装滚动轴承的磨机是否需要加测温热电阻

有些用户在购买我公司安装滚动轴承的磨机时, 要求对主轴承填加测温热电阻, 甚至有的磨机设计者也认为应在滚动轴承上加上测温电阻。笔者认为, 这是画蛇添足。事实上, 对于磨机的滚动轴承, 内部所填加的是耐高温的极压锂基润滑脂, 并且在制造轴承时均采用了两次高温回火, 因而能够保证轴承本身在-20°~220°之内不发生变形, 退一步讲, 磨机的螺旋筒与中空轴之间加有岩棉等隔温材料, 所以磨机内部传递给主轴承的热量肯定远不会达到主轴承的极限承受温度。

(2) 轴承的底部是否需要通有冷却水

有许多磨机生产厂家所生产的滚动轴承磨均在轴承座内部通有冷却水。事实上, 和滑动轴承磨相比, 滚动轴承的优势之一应该是节省了大量冷却水, 并且节省了稀油润滑站。滚动轴承耐高温的特性决定了滚动轴承在使用中不需要用冷却水来冷却。

(3) 滚动轴承的外球面是否需要与固定球体座之间定位

笔者在最初设计的滚动轴承磨机中, 均用螺钉将轴承外壳与固定球体座之间定位, 以防轴承脱落 (如图3所示) 。但实践证明, 这个设计是不必要的。因为磨机安装后, 轴承在球面座内被回转部分的重量压住, 定位是很可靠的。通过用户现场观察发现, 凡是运转良好的滚动轴承磨机, 其轴承的外球面都是不断作摆动, 以起到自动调心的作用。将外球面与轴承球面座固定后, 很容易使轴承在磨机运转时轴承外套转动不灵活, 导致轴承运转阻力增大, 甚至使轴承过早损坏, 影响磨机的正常运转。

通过以上的分析介绍, 可以得出结论:滚动轴承与传统的滑动轴承相比, 不需要水冷装置, 可以节省大量的冷却水;不需要测温装置, 并且省却了维护起来较麻烦的稀油站;可以节省电能大约10%~15%, 因而可以比同规格的安装滑动轴承的磨机多装一定量的研磨体, 从而提高磨机的产量, 降低成本消耗。

摘要：介绍了管磨机滚动轴承的内套在进、出料中空轴上固定方法的改进过程, 同时阐述了滚动轴承在设计及使用方面的认识误区, 阐述了滚动轴承在设计时应该注意的问题。

机械设计教程－十一、轴承篇5

轴承是机器中支承轴作回转运动的部件，

机械设计教程－十一、轴承

。根据摩擦性质，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。§10.1 滑动轴承概述一、滑动轴承类型：按承载：向心轴承（受 Fr ）；推力轴承（受 Fa ）按润滑状态：流体润滑轴承；非流体润滑轴承；无润滑轴承（不加润滑剂）二、滑动轴承的特点优点：1）承载能力高；2）工作平稳可靠、噪声低；3）径向尺寸小；4）精度高；5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；6）油膜有一定的吸振能力缺点：1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。2）流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦；3）流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高。三、应用：1）转速特高或特低；2）对回转精度要求特别高的轴；3）承受特大载荷；4）冲击、振动较大时；5）特殊工作条件下的轴承；6）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构例：机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。§10.2 滑动轴承的结构和材料一、径向滑动轴承径向滑动轴承可以分为整体式和剖分式（对开式）两大类。1、整体式径向滑动轴承整体式滑动轴承由轴承座和轴承套组成。轴承套压装在轴承座孔中，一般配合为 H8/s7 。轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有安装注油油杯的螺纹孔。轴套上开有油孔，并在其内表面开油沟以输送润滑油。这种轴承结构简单、制造成本低，但当滑动表面磨损后无法修整。所以，整体式滑动轴承多用于低速、轻载和间歇工作的场合。2、对开式滑动轴承是由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。正滑动轴承轴承座水平剖分为轴承座和轴承盖两部分，并用二（或四）个螺栓联接。为了防止轴承盖和轴承座横向错动和便于装配时对中，轴承盖和轴承座的剖分面做成阶梯状。对开式滑动轴承在装拆轴时，轴颈不需要轴向移动，装拆方便。另外，适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可以调节轴颈与轴承之间的间隙。3、自动调心轴承轴承的结构特点是轴瓦的外表面做成凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面箱配合，当轴变形时，轴瓦可随轴线自动调节位置，从而保证轴颈和轴瓦为球面接触。二、推力滑动轴承推力滑动轴承用于承受轴向载荷。它由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦所组成。相对滑动端面通常采用环状端面。当载荷较大时，可采用多环轴颈，这种结构能够承受双向轴向载荷。三、轴承材料滑动轴承的主要失效形式有：磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落等。轴承材料性能应着重满足以下主要要求：1）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性2）良好的顺应性，嵌入性和磨合性3）足够的强度和必要的塑性4）良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性和热膨胀性）和调滑性（对油的吸附能力）5) 良好的工艺性和经济性等常用材料有:

视差滚动在网页设计中的应用研究篇6

关键词：视差滚动网页设计文本

视差滚动作为一项应用于网页设计中的新型视觉技术，它所带来的视觉观感虽不及3D视角下呈现给观者的既虚幻又真实的视觉触感，但在虚拟空间的技术呈现上带给观者的深度感知特性与3D技术带给观者的视觉观感无异，而且在观看沉浸程度上，叙事性的介入也使其丝毫不亚于柏拉图的“洞穴隐喻说”和现代影院的观看情境。

一、视差滚动的构成及技术原理

视差滚动的运用使多重图层随着鼠标对页面的滚动而在横向或纵向上产生各自不同速度和位置的移动，其文本层通常设置背景层和前景层，背景层的运动最慢，前景层的运动和页面的滚动基本一致，贴图层介于背景层和前景层之间，可以跟据页面的需要适当添加，运动速度比背景层略慢。在视觉呈现上，除了设置文本层的滚动速率各异外，还可限定相应文本的显示范围。比如页面滚动时快要超出视域范围的文本会被褪色隐藏，只突出视域范围的中心内容，形成被遮挡的视觉上的分层效果。

眼睛在观看物体时形成立体感的因素有：“双目视差、运动视差、适应性调节、视差图像融合等”，视差滚动形成的视觉景深感主要是由运动视差的干涉效应造成的。当观者和视觉对象发生相对运动时，视觉对象的大小和位置在视网膜上的投射也会发生改变，近处物体的投影移动较快，变化稍大，远处物体的投影移动略慢，变化较小，这种由于相对运动造成的视觉对象的变化叫运动视差。例如我们乘座交通工具向窗外观望时，近处的物体运动较快，而远处的物体运动较慢，从而给观者以视觉纵深感和空间感。

二、视差滚动类网页的特点及原因

1.图像文本为主要内容

此类网页一般是由分辨率较高的多幅图像彼此并列、交织或暗含所构成的，这里的图像不仅包含图片元素，还应包含动画和视频等文本形式。以图像文本为主要内容并不是对其它文本的摒弃，而是其它文本都融合进入图像中，成为依附于图像文本的一个次文本形式。

以图像文本为主要内容，一是因为高清图像的选择能迅速吸引受众的注意，带给观者极强的视觉冲击和美感享受；二是图像的信息量要远远大于文字等文本形式，图像中不仅包含用户看到的信息，也包含其潜移默化接受了但没有意识到的信息，这种信息更多是基于图像学和阐释学的；三是图像在拟态环境的空间塑造性上要远远强于文字等符号形式，因为“根据能指与所指之间的不同关系，符号体系可分为两类：由‘任意性关系’所形成的语言文字符号体系和由‘拟似性关系’所形成的影像符号体系。由于影像符号中能指和所指之间的拟似性和天然联系，使得图像文本在信息传播中具有方便陕捷、直观易懂和形象确切等天然优势。

除了上述内部因素外，外部因素的诉求也是以图像文本为主要内容的重要原因。从结构形式来说，图像的分层设立是形成视觉空间感的必要因素之一，图像更容易跟随鼠标滚动而出现聚合、分离、隐藏、显现等视觉表现，这既不影响观者进行阐释和解读，也是奇观呈现的一部分；就技术应用而言，视差滚动更多是基于图像的，图像文本是其效果实现的必要条件，这从视差滚动最初在游戏场景中的运用就可见一斑，在没有文字文本参与的情况下依然可以呈现出视差滚动的效果；从信息传播的角度来说，受众面对海量的信息需要花费大量时间和精力选择性观看，而视差滚动同时呈现的多层视图使占据版面大量繁琐、枯燥和抽象的文字信息得以图形化、形象化和视觉化，缩短了观者的阅读、思考和解释时间，易使观者产生视觉说服和认同；从时代发展来讲，我们已经进入了图像时代，“作为文本的世界已经被作为图像的世界所取代。自有文字记载以来，文字作为一种交流与传播的媒介在其历史发展的漫长进程中一直占据着霸主地位，而借助现代性的传播手段使一系列静态和动态图像文本的地位大大提升。

2.单页面排版为主要形式

此类网页大多采用单一页面的排版形式，这种排版通常舍弃了子网页，以一个超出屏幕视框数倍尺寸的页面排满整版，通过鼠标的滚动使页面产生横向或纵向的运动，页面的各级元素也随之呈现出视差滚动的效果。

此种排版异于长短不一和子网页繁杂的其它页面。究其原因，首先，是视域扩大的需要。在一个较大版面中，屏幕相当于观看视图的窗口，页面滚动是为了给观者呈现更大的场景和视域范围变化，受众也能获取到更多的信息资源；其次，是交互性开发的需要。视差滚动需要用户使用鼠标滚动网页来实现，这一交互进程需要输入（用户）、媒介（鼠标滚动）、输出（网页效果）。较长的页面能调动用户频繁使用鼠标滚动，进而呈现出奇观动画的效果，激发用户深入往下探索；再次，是沉浸性延伸的需要。较长的页面可以让用户延长浏览时间，其中无限制向下滚动的页面设计既保证了用户体验的连贯性和渐进性，也使这种沉浸性不易中断和抽离。但是，较长的页面对网页的导航设计也提出了更高要求，用户必须对自己所处的位置非常清晰，也能通过导航快速定位，否则会产生适得其反的效果。最后，此种排版形式也是为了符合图像文本内容的需要，把所有内容都排在一个版面上，图像场景的叙事性进程就像一个纵贯始末的分段轴线，有开始、转折、高潮和结果，单一性的页面可使这种叙事性的表现更加流畅和完整，如图1就是用视差滚动表现电影《少年派的奇幻漂流》的故事情节变化。

三、视差滚动类网页所面临的问题

视差滚动类网页不仅给观者呈现了一种深度错觉，还使网页富有动态的层次感，促使受众产生一种探究感和视觉欲，乐于探索各文本模块的内容。但技术的应用从来都是一把双刀剑，此类网页亦面临着许多亟待解决的时代局限：

1.文本加载的流畅性

以图像文本为主要内容的页面同时加载过多高分辨率的的图像时，会造成加载时间过长，而网页的加载速度对用户体验有重要影响。此外，当各图层随视差滚动而实时更新时，可能由于网速限制造成视觉上的断层和迟滞，这样不仅不能完美呈现出视差滚动的效果，反而还会造成信息传播的不畅、损耗和缺失等情况。

2.文本之间的融合性

单一图层不仅包含图像文本，还包含文字等次文本形式，次文本是对图像文本的补充，它们之间的融合性更多是版式设计的内容，此乃部分与部分的关系。但视差滚动类网页包含多种图层，不同图层文本要素之间运动或静止时的位置、距离和形态要根据用户滚动鼠标的速度进行精密测算，这要求设计师不仅要处理好部分与部分的关系，还要注意部分文本与整体文本之间的融合性。

3.视差滚动与网络设备的适用性

虽然响应式布局设计可以在手机、平板电脑和台式电脑等不同网络设备上实现统一的页面效果，但由于手机、平板电脑等移动设备的屏幕视框、分辨率和交互模式与台式电脑不尽相同，又受到其适时使用环境和网络信号的影响，所以会造成视差滚动类网页在移动设备的网络页面上效果不明显等问题。

4.视差滚动与页面内容的适用性

并不是所有网页都适合采用视差滚动，设计师判断其适用与否的标准在于：首先，其文本内容是否以图像为主，或者能否将其文本形式转化为图像文本；其次，能否采用单页面为主的排版方式，将所有内容编排在一个较长甚至无限长的版面上；再次，能否将现有文本整理为一个叙事性线索，将其故事化或场景化。目前采用视差滚动的网页大都以图像展示类网站为主（如图2），其它类型的网站是否适用还有待考证。

四、视差滚动在网页设计中的应用原则

尽管视差滚动的应用还存在很多弊端，但这丝毫不减观者对此类网页的浏览热情。因为相对于被动接受型的观看方式来说，观者更倾向于互动探索型的观看方式，这不仅关系到视觉当中的触觉性问题，而且还涉及到视觉权利的转移问题。为了发挥视差滚动在网页设计中的最大优势，务必把握好以下主要原则：

1.平面与立体相结合

平面与立体的结合，首先是二维与三维空间特性的结合。视差滚动本质上呈现了一个虚拟的立体空间，这个虚拟的立体空间是建立在“实体”的平面空间的基础上的。单页面的布局提供了一个二维的展示空间，而独立滚动的背景层、贴图层和前景层则提供了一个三维的展示空间。不同图层的划分在鼠标静止时是融合在一起的整体，在鼠标滚动时又是相互独立的个体，静止时形成的二维空间与运动时形成的三维空间是一个有机联系的整体。其次是二维与三维文本特性的结合，二维层面的文本即单一图层上的文本，三维层面的文本即呈现三维空间的所有图层文本。不同文本层的作用及相互关系各不相同，背景层上的文本往往起到烘托故事化或场景化空间气氛的作用，贴图层是为了达到更好的视觉效果，主要起到衬托背景层的作用，但要避免对背景层和前景层造成视觉干扰，前景层作为表现主体，是最重要的文本层，对用户的展示也是最优先和集中的。平面与立体的结合不仅要注意空间特性的结合，更要注意文本图层上的结合，这样才能以空间展示文本，以文本构成空间。

2.叙事与展示相结合

叙事与展示的结合，即图像化叙事与奇观性展示的结合。视差滚动类网页以图像文本为主要内容，这与以文字文本为主的网页有明显区别。由文字文本为主到以图像文本为主的转换，把原本枯燥的文字信息转化为一个视觉化的图像场景空间，如果说文字信息给人一种天马行空的想象美，那么图像信息给人的就是一种直观可见的意境美。图像化的叙事并不是素朴性的呈现，而是一种奇观性展示，“奇观”本是电影影像艺术的表现形式，引申于此是因为视差滚动制造的“动画奇观”无论从视觉表现还是技术手段上都较为符合周宪对于“奇观”的解释：“是非同一般的具有强烈视觉吸引力的影像和画面，或是高科技电影手段创造出来的奇幻影像和画面及其所产生的独特的视觉效果”。视差滚动在二维平面上利用层层图像给观者制造出推拉摇移的镜头感、立体纵深的空间感和动静隐现的画面感等都带给观者别样视觉体验。图像化叙事重在传达图像文本信息的内容，奇观性展示重在表现视觉艺术变幻的形式，只有把图像叙事的内容与奇观展现的形式结合起来，才能使观者快速获知信息的同时，又能享受一场视觉的饕餮盛宴。

3.视觉与听觉相结合

视差滚动类网页要想让观者沉浸更深层次，不仅需要奇观性的视觉呈现，还必须把视听统一起来，即其网页的视觉效果要有音效设计相匹配。在平面信息时代，网页设计只注重了文本的视觉信息，而页面背景音频的采样率和比特率都较低，无法达到完美的视听合一效果。但是，“当一个时代凸显某种感觉系统时，其他的感觉系统会在整个平衡机制里被削弱从而导致机制失衡。但它们之间又会谋求新的平衡，其在某种意义上的削弱，会以另一种形式得以弥补”。到了立体信息时代，听觉上的音效设计得以强化，并逐渐摆脱了低音质的束缚。由于声音的空间信息要比视觉广泛，因此音效可以增强虚拟环境的空间信息，通过高保真的多声道立体声进行空间纵深感模拟，制作出能够满足场景视觉表现的音效，既烘托了整个页面的环境气氛，也悄无声息的降低了观者对视觉的依赖。此外，音效设计还提供了一种人机交互的新方式，页面文本的部分视觉信息可以通过声音传达给观者，使用户产生一种身临其境的临场感，进而启动周身的感官融入到虚拟的场景空间中。

五、结语

2012年12月20日，纽约时报官网发表了一篇《雪崩》（Snow Fall）的报道（如图3），几天就吸引了数百万的访问量，该文作者约翰，布兰奇为此获得本年度普利策特稿写作奖。这篇报道的创新之处在于综合运用了文字、图片、动画、视频和音效等多种视听元素，并结合视差滚动将大型背景形式的图片和动画嵌入到页面中。从纸质媒介到电子媒介的转变并不是把传统的文本内容照搬到网络页面上，而是要综合运用各种交互形式，通过页面各层次内容之间的互补和配合，以形象化、多样化的交互的方式表现出来，带给观者非凡的视觉体验。

滚动轴承的结构设计篇7

滚动轴承是汽车重要组成部件之一, 其质量优劣直接影响汽车的安全、稳定和寿命。滚动轴承一旦出现质量问题, 一方面会威胁到车主生命安全, 另一方面会给汽车企业带来经济损失。因此滚动轴承的产品质量控制有着重要的意义[1,2]。高精度的滚动轴承质量检测仪能有效保障滚动轴承的产品质量, 滚动轴承检测设备自身性能优劣直接影响滚动轴承产品检测的准确性和可靠性。在滚动轴承检测体系中, 滚动轴承质量管理系统能起到非常重要的作用, 会直接影响检测体系的性能。滚动轴承质量管理系统能协助生产者掌握特定时间段内生产线上滚动轴承的质量实时数据, 并进行统计分析, 准确地进行轴承质量分类可减少事故发生, 发挥滚动轴承的最大工作潜力, 具有较大的经济效益。

本文介绍了一个滚动轴承质量管理系统的设计与实现, 并对基于向量机的样本学习算法在滚动轴承质量分类中的应用进行了深入的阐述。

2. 滚动轴承在线质检系统的总体设计

2.1 需求分析

通过调研并分析目前滚动轴承质量检测与管理的工作流程和技术要求, 滚动轴承质量管理系统应满足如下需求:

(1) 实行网上滚动轴承质量管理与检测, 能够对滚动轴承的各类基本信息进行在线的增删改与查询。

(2) 能根据样本学习和历史数据, 智能地进行待测轴承质量等级划分, 简化流程, 提高效率, 方便质检人员。

(3) 系统对滚动轴承各项基本信息的历史数据进行自动统计和分析, 并能制作各类数字及图表化报表。

(4) 系统能实现基于用户不同职权动态化的权限管理。

(5) 系统应具备较高的安全性、灵活性。

2.2 主要技术路线

(1) 基于RBAC模型的权限管理设计

为了实现动态化的权限管理, 本系统在设计中引入了RBAC模型。近年来, 基于角色的访问控制 (RBAC) 在信息系统安全控制方面得到了广泛的应用, 其核心思想是在用户和权限之间引入角色的概念, 为用户指派适当角色, 为角色授予不同权限, 用户通过激活角色行使相应的权限。RBAC模型的优点在于避免了直接为用户分配复杂的权限, 简化了权限的管理[3]。

(2) 基于支持向量机的样本学习

滚动轴承质量管理系统中核心业务功能是依据测量到的滚动轴承各项指标数据, 系统自动分析, 得出轴承的质量等级划分结果。本研究在分析了样本学习的各种算法, 综合本应用的需求情况后, 最终选择基于向量机的分类方法来实现滚动轴承质量等级划分的功能。

基于向量机的样本学习算法是一种有坚实理论基础的小样本学习方法, 非常适合实际工程问题的解决[4], 具有很好的鲁棒性和预测准确性, 能够很好地解决机器学习中的非线性问题[5]。

(3) 基于VC 6.0和Microsoft SQLServer的开发环境

依据功能需求, 系统基于C/S架构进行设计与实现, 前台采用Microsoft公司的VC6.0, 后台数据库采用Microsoft SQLServer。采用这样的开发环境组合, 具有较好的安全性和开发的灵活性。

2.3 系统功能与构成

如图1所示, 滚动轴承质量管理系统由六大模块组成, 分别是:登录模块、个人信息管理模块、系统管理模块、基础信息管理模块、查询与统计模块和样本学习模块。

登录模块除了能够判断账号密码是否正确外, 还能根据账号自动识别出用户所属群组, 自动为用户分配群组所拥有的权限以及所能使用的菜单。

个人信息管理模块主要进行个人信息查询与个人密码修改相关的操作, 每个用户只能查看并修改自己的个人信息和密码。

系统管理模块负责系统底层相关的一系列操作, 包括角色授权、用户授权、系统功能模块管理、数据备份、系统参数配置等子模块。

基础信息管理模块负责完成用户、角色、滚动轴承等基本信息的增、删、改、查询等操作, 由用户信息管理模块、角色信息管理模块、滚动轴承基本信息管理模块等组成。

查询与统计模块主要负责完成与滚动轴承相关的各类查询需求和统计报表制作需求, 包括轴承基本信息查询模块、绘制直方图报表模块、绘制趋势图报表模块和各类报表打印模块等功能模块。

样本学习模块主要实现对待测轴承质量分类的功能。首先, 选择相应的样本训练集合进行样本学习, 然后基于已学好的方法对待测滚动轴承进行质量等级划分。

下面将对滚动轴承在线质检系统中的关键技术进行深入介绍。

3. 支持向量机算法在轴承质量分类中的应用

样本学习模块是滚动轴承质量检测分类中不可或缺的重要步骤。其原理是通过输入一组样本数据集进行学习, 通过数据分析发现其潜在规律, 然后基于规律对待测滚动轴承的数据进行分析、预测。滚动轴承在线质检系统的核心功能是对滚动轴承的质量等级进行分类, 合格品需要分出轴承的质量等级, 次品需要确定其缺陷位置。基于支持向量机的分类方法能有效改善传统分类方法的缺陷, 非常适合于小样本的模式识别问题[6.7]。因此本研究选择支持向量机算法来实现滚动轴承质量分类的功能。

3.1 滚动轴承质量分类的流程设计

滚动轴承质量分类流程如图2所示。系统首先通过感应设备采集待测轴承的基础数据, 然后基于采集到的数据提取滚动轴承的特征项数据, 根据样本学习模块得出的数据波动规律判定当前待测轴承是否为合格品, 如果是, 则进一步由SVM分类器进行轴承质量等级分类, 如果当前待测轴承不是合格品, 则将其数据保存入样本备选库中, 并由SVM分类器进行缺陷分类。至此, 当前待测轴承质量分类过程结束, 系统判断是否继续检测下一个轴承, 如果选择是则返回流程开头重新采集数据, 如果选择否, 流程结束。

系统对合格轴承质量分类依据JB/T10187-2000来划分, 将轴承质量等级从高到底按速度有效值分为六类:V4, V3, V2, V1, V和不合格品。

3.2 样本学习的流程设计

样本学习是本系统中的重要功能模块, 其流程如图3所示。首先利用预先收集的样本集训练SVM;然后, 对经过训练的SVM进行测试, 如果其准确率未达到预设的标准, 则在调整样本集和参数后重新开始训练SVM;如果SVM在经过训练以后已经达到要求, 则根据训练结果构建SVM分类器并对缺陷进行分类, 至此样本学习流程结束。

3.3 系统仿真实验

系统设计完成后, 以滚动轴承使用中的五种缺陷为例, 进行了测试。这五种故障类型分别是:滚动体缺陷、保持架缺陷、内圈缺陷、外圈缺陷、超精音。同时选取频域的外圈故障频率幅值、内圈故障频率幅值、保持架故障频率幅值和滚动体付账频率幅值作为SVM的输入。在试验的每个状态各取200个数据样本, 将数据分为5份, 其中一份用作测试, 其余进行样本学习。

实验通过调整多项式的阶次这一参数, 反复实验, 结果表明:多项式阶次对诊断结果能产生一定影响, 当多项式阶次为50、惩罚因子为30时, 分类的正确率达到最高, 为99.5%。

4. 结束语

本文介绍了一个滚动轴承在线质量检测分类系统的设计与实现, 文章介绍了系统的需求调研与分析、主要技术路线、系统架构和系统在实现过程中的核心业务, 并对其中样本学习算法的设计与仿真实验过程进行了深入的介绍。然而, 本系统还存在很多可提升的空间, 如:算法进一步优化、系统投入使用后, 如何处理海量数据, 今后将在这些方面深入研究, 以期获得进一步的成果。

参考文献

[1]陈进.机械设备振动监测与故障诊断[M].上海:上海交通大学出版社, 1999.

[2]周福昌.基于循环平稳信号处理的滚动轴承故障诊断方法研究[D].上海:上海交通大学, 2006.

[3]张静, 丁卫泽, 刘国民.RBAC模型在基于B/S的实验项目管理系统中的应用[J].电化教育研究, 2012, 33 (4) , 85-88.

[4]郑默.贝叶斯分类算法的研究与应用[D].重庆:重庆大学, 2011.

[5]叶玉婷.滚动轴承质量检测数据库系统的设计与实现[D].武汉:华中科技大学, 2013.

[6]马笑潇.智能故障诊断中的机器学习新理论及其应用研究[D].重庆:重庆大学, 2002.

滚动轴承的结构设计篇8

轴承是机械装备传动系统中的关键部件之一, 其运行状态好坏将直接影响系统的可靠性和安全性。大量事实证明, 许多重大事故都是由于机器故障在预期的寿命之前就出现而引起的。因此, 对轴承的运行状态进行有效监测, 是避免因轴承故障造成灾难性后果的有效手段之一。

传统的轴承故障检测方法是将传感器安装在轴承底座上, 传感器拾取的除了轴承故障信息外, 还含有较大的背景噪声, 传感器输出的信号信噪比低, 这对轴承故障的检测是极为不利的。为此, 在现有的轴承故障检测系统基础上, 笔者利用微型计算机控制技术, 设计了一种低功耗、结构简单、具有高抗干扰能力的轴承故障检测系统, 该检测系统将传感器直接嵌入到轴承内, 使传感器远离周围噪声环境而直接接近轴承故障发生源, 提高了传感器输出的信噪比, 大大地提高了轴承故障诊断的准确性和可靠性[1]。

1 系统结构和工作原理

基于nRF2401的滚动轴承振动检测系统由发射系统和接收系统构成, 如图1所示。发射系统由ADXL330加速度传感器、MSP430F149单片机、nRF2401射频芯片、发射天线组成。接收系统由接收天线、nRF2401射频芯片、MSP430F149单片机、MAX3232、PC机构成[2]。

ADXL330加速度传感器拾取轴承X、Y、Z这3个方向的振动信号, MSP430F149内置A /D转换器, 振动信号送入MSP430F149 的I/O口, 经A/D处理后, 信号通过其SPI口输出到nRF2401, MSP430F149协调整个系统的正常工作, 同时对nRF2401进行设置以确定其工作模式、工作频率、传输速率等参数, 然后nRF2401将数据发送至接收系统。接收系统由nRF2401实现信号的接收, 经 MSP430F149送到监测中心PC机, PC机对信号进行分析、处理, 另外PC机还可向ADXL330加速度传感器发出采集指令。

2 系统硬件电路设计

为了在轴承内嵌入微传感器模块, 需在轴承上开个槽。为了尽量不破坏轴承平衡性和安装性, 轴承开槽位置应选择在轴承外圈, 而且在轴承外圈开槽也有较大面积安装传感器模块。对于轴承, 开槽尺寸越大, 对轴承承载能力的影响也越大, 所以微传感器模块的尺寸要尽可能小, 元器件要满足微型化的要求;此外, 由于模块供电方面的考虑, 元器件还要满足低功耗的要求[3]。

滚动轴承振动检测系统电路分为发射电路和接收电路, 系统电路设计根据微型化、低功耗的要求, 加速度传感器选择了ADXL330 MEMS传感器, 微控制器和射频芯片分别选择了MSP430F149和nRF2401。

ADXL330 MEMS传感器是美国ADI公司生产的, 在16引脚芯片级封装 (4 mm×4mm×1.45 mm) 内集成了一个三轴传感单元及其信号调理电路, 采用单电源供电, 电压范围为1.8～3.6 V。该传感器功耗低, 在2.0 V电源电压条件下, 电流只有0.2 mA, 比同类器件的功耗典型值低50%, 额定耐冲击强度达到10 000 G。

MSP430F149是TI公司生产的一种超低功耗的混合信号控制器, 它的工作电压在1. 8～3. 6 V 之间, 正常工作功耗为200 μA左右, 低功耗时为2 μA, 甚至达0.1 μA;MSP430F149内还集成了12位A /D转换器等模块;另外, 它不但价格低廉、性价比高, 而且易于开发, 采集信号的模数转换、无线信号的发射接收都在该芯片上实现[4]。

nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片射频收发芯片。该芯片具有以下特点: (1) 功耗最小, 工作电压为1. 9～3. 6 V, 以-5 dBm的功率发射时, 工作电流只有10.5 mA, 接收时工作电流只有18 mA, 内建空闲模式与关机模式, 易于实现节能; (2) 体积最小, 24引脚QFN封装 ( 5 mm ×5 mm) ; (3) 集成度高, 在 nRF2401内部集成了频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器等, 只需少量外围元件便可组成射频电路; (4) 通信方便, 在ShockBurstTM 收发模式下, 自动处理字头CRC (循环冗余码校验) , 使用SPI接口与微控制器通信, 配置非常方便。

nRF2401通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送, 在ShockBurstTM收发模式下, 使用片内的先入先出堆栈区, 数据从微控制器低速送入, 使用高速 (1 Mbps) 发射, 可以尽量节能, 因此, 使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行, 这种做法有以下好处:节能、系统费用低、数据在空中停留时间短、抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也降低了整个系统的平均工作电流[5]。

在电路设计时, MSP430F149采用主模式, nRF2401采用从模式。收发模块的硬件电路如图2所示, MSP430F149和nRF2401的连接如图3所示。将MSP430F149的 P4.0、P4.1、P4.2、P4.3分别与nRF2401的CE、CS、PWR-UP和DR1连接, 控制nRF2401的工作方式。将MSP430F149的P3.1和P3.2配置成模拟的SPI口, 与RF2401和DATA连接, P3.3与nRF2401的CLK1连接, 实现数据的传送和接收。

PCB设计对nRF2401的整体性能影响很大, 在PCB设计时, 元件布局应尽可能紧凑, 接地板应尽可能大, 保持接地板的完整性。要有一个可靠的地平面并提供尽可能多的接地过孔。将所有的信号地以最短的路径连接到接地层。电源要采用星形布线, 即不同部分的电源线分别直接从总电源引出, 并且分别去耦, 这样可以有效地防止电源噪声的干扰。

3 系统软件设计

该系统的软件部分采用C语言编写。软件设计采用模块化的设计思想, 按照硬件设计的各个模块将软件按照不同的功能分成多个程序模块, 各个模块分别设计、编程、调试, 再通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来。程序主要由以下功能模块组成:上电初始化程序、无线收发通信程序、A/D转换程序、数据处理程序、PC端串行通信程序等组成。本文重点阐述无线收发通信程序, 包括发射器和接收器软件。

3.1 发射器软件设计[5]

按照发射系统硬件电路设计, 发射器编程的基本思路:系统上电时初始配置nRF2401 状态字, 随后进入激活方式。当MSP430F149收到PC机发来的数据采集命令时, 首先检查地址, 如果地址不符, 说明命令有误, 则丢弃命令, 继续等待命令。如果地址符合, 则MSP430F149将发来的命令转发给传感器, 当传感器将采集的数据返回时, MSP430F149将数据进行A/D 转换, 然后向接收端发送数据, 之后进入等待状态。发射器主程序流程如图4所示。

3.2 接收器软件设计[5]

接收器编程的基本思路:系统上电时初始配置nRF2401 状态字, 随后进入激活方式, MSP430F149接收到PC机发送来的数据采集命令后, 通过无线发射将命令发送给发射器, 同时开始计时。如果发射器没有数据返回或者返回的数据是错误的, 则接收器重新发送命令。接收器主程序流程如图5所示。

4 结语

随着传感器、电子通信、微处理器等技术的飞速发展, 近几年来, 开发智能轴承正成为轴承在线监测与故障诊断的重要发展方向。本文介绍的基于nRF2401的滚动轴承振动检测系统克服了传统轴承检测系统通过传感器拾取轴承故障信息的缺陷, 将传感器直接嵌入到轴承内, 使传感器远离周围噪声环境而直接接近轴承故障发生源, 提高了传感器输出信噪比, 便于信号分析处理, 大大提高了轴承故障诊断的准确性和可靠性。该检测系统还具有结构简单、成本低、功耗低的特点。当然, 该系统也存在不足之处:系统的微传感器模块只能对振动参数进行监测, 而且自身不具有信号分析处理能力。今后的研究可朝2个方向发展:扩充集成传感器组, 使其包括温度和压力传感器等, 这将进一步扩展轴承的故障检测能力;将功能更强大的微处理器集成到微传感器模块中, 使模块具有更强的信号分析处理能力, 使其不但能够进行自我诊断, 而且可以进行故障报警等。

参考文献

[1]高航, 吕青, GAO R X.基于微传感器的智能轴承技术[J].中国机械工程, 2003 (21) :1 883~1 885.

[2]杨鹏.基于MSP430和nRF905的塔吊无线遥控系统[J].机电工程, 2008 (1) :34~36.

[3]刘浩.基于嵌入式传感器的智能轴承关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学, 2006.

[4]高章飞, 朱善安.基于MSP430和nRF905的多点无线通讯模块[J].电子器件, 2006 (1) :264~267.

重型机械轴承绿色设计的探讨篇9

文中对重型机械轴承的绿色设计的理解及在轴承制造应用中的问题进行了简单论述,以期探讨更优、更先进的设计理念,共同促进重型机械轴承工业绿色设计理念的推广,更多地节约工业资源、社会资源。

1 重型机械轴承材料的选择与管理

1.1 套圈和滚动体材料的选择

根据不同的轴承使用工况,合理地选择轴承用材,并考虑工艺性和周期性以节约主机和生产成本。一般情况下,轴承钢成本偏低,周期较短;渗碳钢成本偏高,周期略长。

根据淬透性选择:套圈制造所用材料通常采用高碳铬轴承钢,其为整体淬火钢,表层和心部均可硬化。对于截面较小的轴承套圈和滚动体可采用GCr15,对于截面较大的轴承套圈和滚动体宜采用淬透性好的GCr15SiMn。

根据轴承承受冲击载荷情况选择:对无冲击或冲击载荷不大的套圈和滚动体,可以选用GCr15SiMn;对承受冲击载荷的大型、特大型的套圈和滚动体可以选择渗碳轴承钢。渗碳轴承钢是在铬钼钢、铬镍钼钢或铬锰钼钢等材料表层一定深度内进行渗碳,使其具有致密的组织并形成硬化层,而中心部位硬度较低,有良好的心部冲击韧度,其使用性能很好,轴承寿命计算与高碳铬轴承钢相同。

根据轴承使用温度选择:高温下工作的轴承采用耐热性好的高温轴承钢制造。

根据轴承工作接触介质选择:接触腐蚀媒介的轴承采用不锈轴承钢制造。

根据轴承可靠性选择:轴承钢的清洁度,非金属夹杂物含量低,含氧量低,轴承疲劳寿命越高。一般情况下选择真空脱气或真空重熔钢均可满足要求。对于高可靠性的轴承应选择电渣重熔钢。

根据材料的成本和制造周期选择:轴承钢制造的套圈和滚动体成本相对较低,制造周期相对较短;渗碳轴承钢成本稍高,制造周期稍长。合金结构钢如42CrMo、50Mn等成本较低。

1.2 轴承保持架材料的选择

钢板成本较低,而铜材价格较高,选择时要综合考虑轴承使用环境确定。

各种冲压保持架多用10钢板和黄铜板材,车制实体保持架用材多为30钢、黄铜HPb59-1、青铜QAL10-3-1.5、铝ZL102及酚醛层压布管等,此外还有粉末冶金及尼龙66等。

2 重型机械轴承产品可拆卸性的设计

重型轴承产品多数外形尺寸较大,有些轴承产品有几吨重。轴承生产装配难度大、造价高,有的多达几十万元。因此轴承在设计初期应考虑轴承装卸方便的需求。可以综合考虑以下几个方面:

(1)考虑轴承装卸方便:重型轴承的装配和安装很多时候要用叉车、天车、吊车等,人力成本支出也相对较大,因此在轴承的结构设计上务必要考虑轴承装配和安装时的吊装孔、安装孔或安装螺孔等设计,要与轴承安装机体位置配合;轴承使用中由于维护的需要,应方便拆卸以节约成本,在结构上要考虑螺纹孔、销孔、滚动体的退卸缺口等设计;

(2)考虑轴承制造或装配的工艺结构:如轴承与套圈配合便于装配的径向填装口、安装滚动体的缺口、安装弹性挡圈的工艺孔等;

(3)考虑轴承零件结构强度:如安装螺栓孔的强度校核等。

3 重型机械轴承产品的可回收性设计

重型机械中的轴承耗材大,造价高。重型轴承如果能够回收或者重新修复利用,将为企业节约大量的资金。近年来,国外的轴承厂家如Timken在重型轴承的修复上已捷足先登,该公司为宝钢修复的四列圆锥滚子轴承已获得认可。虽然国内轴承制造业也一直做这方面的工作,但还欠缺专业的管理以及专业的修复研究分析人员。

重型轴承产品的回收和修复通常包括:回收轴承的磨损分析、清洗、拆套、零件检验、重新设计计算选配尺寸、修磨或更换内、外圈、滚动体重新制造或重新修磨、滚动体更换、更换保持架或修复保持架、游隙或装配高检查调整、成品检验、重新清洗涂油包装等全面检查。由于重型轴承制造周期较长,因轴承损坏造成的停机停线损失重大,虽然轴承修复的价格也较高,但对重型轴承来说,某些类型的轴承修复是可行的。

重型轴承的包装和防护所用材料有木箱、防锈油、塑料布、集装箱、泡沫塑料等,在产品被主机安装后留下了很多废料,其中不乏可回收的材料,这些多数轴承厂家未曾回收,而主机厂也是作为垃圾处理,由此造成很大的资源浪费。

随着材料技术的发展,新型环保的复合包装材料研发也已经取得成效,如木塑复合材料、纸浆模塑复合材料、可降解的生物包装材料等的应用,将会更有效地起到防护、减重的目的,包装材料的成本也大幅降低,回收的包装还可以再利用。

4 重型机械轴承产品的主要成本分析

重型轴承产品成本较高,通常有以下特点:轴承原材料消耗大;轴承制造过程消耗大:噪声、切削液、冷却液、废气、废水对环境的污染大,由此产生很多附加费用;轴承维护费用巨大。

目前我国重型轴承的锻件多数“肥头大耳”,材料利用率约45%～65%。而先进的设备和工艺能够节约材料,如中国重型机械研究所研制的世界最大的自由锻造油压机、二重研制的特大型真空铸锭、宝钢批量生产的特大型管坯等。随着锻造设备和锻造工艺水平的提高,重型轴承的原材料消耗会减少很多。

在轴承制造企业中,每年用于噪声、废气、废液方面的环境改善以及污染处理的费用,随着产量的逐年增加,如果在制造中推广应用先进的切削工具、先进的切削技术,以及多效能切削液、水溶性环保切削液等,在使用时根据加工方法选择合适的切削液,可以减少和降低切削液、冷却液的消耗,减少废液的排放,既能保护环境资源,也能为企业减少支出,提升利润空间。

对主机企业来说。重型轴承使用中的维护耗费了企业大量的资金。资料表明,60%以上的设备故障是由于润滑不良造成。在重型轴承的维护上可以采取以下措施进行维护,严格制度,以达到事半功倍的效果:

(1)轴承安装后应定时对轴承进行听查和测量其工作温度;

(2)在轴承静止状态中检查或进行润滑油脂的分析;

(3)及时按照操作规程对轴承进行再润滑;

(4)每隔3-12个月彻底检查轴承一次;

(5)拆卸后的轴承认真检查滚道的磨损,建历史记录卡;

(6)暂时不用的轴承要涂油润滑、包装、贮存在适当地方;

(7)在轴承的运转过程中增加轴承的监测设施,预防在先,及早发现问题,避免更大的损失。

5 重型机械轴承产品设计数据库

重载轴承在产品设计时多是针对性的设计,内部尺寸存在较大的差异。这不利于轴承的标准化和轴承数据库的建立。在重型轴承产品设计初期,要建立产品系列化和模块化的概念,对零件进行的设计中尽量避免零件的重复设计,在满足设计需求的条件下,相同、相似尺寸轴承零件参数尽可能统一标准,这样可以减少生产环节中工艺装备、工装、夹具、量具的重复制造,降低制造费用。在设计产品和工艺时,对相同类型的轴承编制数据库和模块,采用数据共享等措施,有效减少重复设计。

如果考虑提高正常废弃产品中重新制造零件的比例,可以通过优化分析数据设定最大和最小的安全尺寸,提高再制造的可能性,最大限度地节约成本。

摘要：机械行业的绿色设计关系着工业振兴和工业资源的节约和保护。随着国家重型机械的发展,作为基础备件的重型轴承的绿色设计也是行业关心的问题,对重型机械轴承绿色设计的理解从几个方面进行了探讨:轴承材料的选择与管理;轴承产品可拆卸性设计;轴承产品的可回收性设计;轴承产品的成本分析;轴承产品设计数据库。文中介绍了重型机械轴承目前的现状和未来的预想,给出了建设性的意见。

关键词：重型机械,轴承,绿色设计

参考文献

[1]刘志峰,刘光复.绿色设计[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]朱旭.轴承修复:宝钢集团轴承供货新选择[J].工业设计,2008(10):36-37.

滚动轴承的结构设计篇10

关键词：轴承座,结构设计,有限元,刚度

粮食自动分样器的轴承座不仅为轴提供支撑, 还承受轴传递的各种载荷[1]。轴上受到预紧力时, 力量通过轴承施加在轴承座上, 当轴承座不可靠时会导致轴产生较为剧烈的偏心振动, 会大大降低电机、联轴器、轴承等零件的使用寿命, 严重时甚至不能保证设备的基本功能。本文通过Creo和ANSYS对分样器的主动轴轴承座进行设计及分析。

1 轴承座的结构设计

根据粮食自动分样器的工作原理及要求, 主动轴上下应该无遮挡物, 因此轴承座应该安装在机架上且呈一定角度支出, 水平距离为40mm。结合分样器的要求设计的轴承座结构, 并通过Creo对轴承座结构进行建模, 如图1 所示。

2 轴承座ANSYS分析

2.1 将creo中的模型导入ANSYS中

首先将Creo中的轴承座三维模型, 以X_T格式导入ANSYS有限元分析系统中。

然后在ANSYS系统进行网格划分。网格划分是ANSYS前处理中的主要工作, 网格划分的质量和优劣将对计算结果精度产生相当大的影响, 质量太差的网格甚至会中止计算[2,3,4]。对轴承座的结构及其他因素综合分析后, 选择网格单元的类型为Solid185, 单元尺寸为2mm。

2.2 材料属性

选择轴承座材料时, 考虑了轴承座的结构、质量、经济性等因素, 最终将轴承座的材料定为ABS塑料。材料属性如表1 所示。

2.3 边界条件加载和结构分析

结合轴承座工作特性, 对轴承座施加约束和载荷, 结果如图2所示。

添加轴承座零件的载荷和约束条件, 利用ANSYS系统计算得到轴承座的应力和变形结果, 如图2 所示。从图2 ( a) 可以看出拨叉的最大应力为12.656Mpa, 最大应力出现在轴承座加强筋上。但轴承座的屈服强度 σs=50Mpa, 而许用应力为:

可见轴承座的最大应力远远小于轴承座的许用应力, 轴承座满足强度要求;从图2 ( b) 轴承座在Z方向有最大变形0.7842mm, 变形量较小满足轴承座的刚度要求。

3 结论

通过creo对轴承座进行结构设计和建模, 然后利用ANSYS对该零件进行有限元分析, 在零件生产前发现零件的不足, 方便对零件进行改进。通过ANSYS软件分析设计和改进轴承座的结构, 在零件制造前评估轴承座能否满足要求, 节省了设计和研发周期, 节约了研发成本。

参考文献

[1]李泽天, 王兴伟, 李小飞等.基于ANSYS的轴承座有限元分析[J].兵工自动化, 2008, 27-12.

[2]杜平安等.有限元网格划分的基本原则[J].机械设计与制造, 2000, 1:34-36.

[3]高淑芳, 张新华, 李斌等.基于Ansys Workbench的梳齿钻头结构强度分析[J].探矿工程, 2013, 40 (12) :68-70.

滚动轴承的结构设计篇11

摘要：本文主要从数控机床的两种常用导轨（滚动导轨和塑料导轨）出发，介绍两种导轨的特性和安装工艺

关键词：导轨，功能特性，安装工艺

为防止低速爬行，提高运动精度和定位精度，在数控机床上普通采用了摩擦系数小，动.静摩擦力相差甚微，运动轻便灵活的直线导轨和镶粘导轨。

一、滚动导轨

1.滚动导轨的机构特性

滚动导轨就是在导轨工作面之间安排滚动体，使导轨面之间为滚动摩擦。滚动导轨的滚动体可以是滚珠.滚柱和滚针。滚动导轨的承受能力小，刚度低，适合运动部件重量不大，切削力的颠覆力矩都小的机床。滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床。滚针导轨的特点是滚针尺寸小，结构紧凑，适用于导轨尺寸受到限制的机床。

滚动导轨也分为开放式和闭式的两种。开放式用于加工过程中载荷变化较小，颠覆力矩较小的场合。当颠覆力矩较大.载荷变化较大时可用闭式导轨。

近年来数控机床普通采用了新型的滚动导轨支承块，其特点为，强度高，承载能力大及便于拆装等优点，可直接安装在任意行程长度的运动部件上。国内常用采用的是滚动体为滚珠的一种直线导轨它由4列滚珠组成，分别配置在导轨的两个肩部，可以承受任意方向（上，下，左，右）的负荷，它具有可承受颠覆力矩和侧向力的特点。目前滚动直线导轨有国产的HJG-D系列（汉江机床厂），日本THK公司的系列产品，德国INA公司的系列产品。

2. 滚动导轨的预紧安装

（1）采用过盈配合，根据滚动部件的实际尺寸量出相应的尺寸A，然后再刮研压板于溜板的接合面，过盈量的大小可以通过实际测量来决定。

（2）采用调整元件实现预紧如图b，调整的原理和方法与滑动导轨调整间隙相似。拧侧面螺钉3，即可调整导轨体1和2的位置而预加负载。也可以用斜镶条来调整，此时，导轨上的过盈量沿全长分布比较均匀。

二、塑料导轨

1.镶粘塑料导轨，已广泛应用于数控机床，其摩擦系数小，且动，静摩擦系数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性，抗撕伤能力强；加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，并有良好的自润滑性和抗震性。塑料导轨多与铸铁导轨相配使用。

塑料导轨特点：

1）摩擦系数低而稳定；

2）动，静摩擦系数相近运行平稳性和爬行性能较铸铁导轨好；

3）耐磨性好，有自润作用，无润滑也能工作。灰尘磨粒的嵌入性好；

4）吸收震动具有良好的阻尼性；

5）化学稳定性好，耐磨，耐低温，耐强酸，耐碱，强氧化剂集各种有机溶剂；

6）维修方便耐带耐磨，磨损后更换容易；

7）经济性好，结构简单，成本低。

2.粘贴工艺

塑料软带一般粘贴在短的动导轨上，不受导轨形式限制

1）金属导轨面的加工粘贴软带的导轨面可刨可铣加工成两边带支边的凹槽或平面，槽边各留3mm-10mm宽的挡边。槽深一般可选软带厚度的1/2-3/2。如加工成平面，要在两边临时粘接几个等高垫块。防止粘接软带加压时移位。胶层固化后在去掉垫块。

2）软带切成形及清洗粘接前按导轨面的几何尺寸将软带切割成形，适当考虑裕量。软带需要处理，表面先用丙酮将软带洗净，在该牌号指定的去处不可粘性的溶液中按时浸透，再用丙酮和水等清洗后干燥备用。

3）粘接时，将该牌号指定的胶粘剂按规定用刮刀分别涂布于软带表面和粘接软带导轨面上，使胶层中间略高于四周。粘接层厚度0.1mm左右，接触压力为0.05MPa-0.1Mpa，粘接好之后，把运动部件翻转就位扣押在静导轨上，利用运动部件自身的重量或外加一定重量，使固化压力达到0.1MPa-0.15MPa。经24h室温固化，将运动部件吊起翻转，用木槌轻敲整条软带。若敲打各处声响音调一致，说明粘接质量好。然后检查动静导。

轨的接触精度，并刮研到接触面的斑点符合要求为止。根据要求，在软带上开出油槽，油槽一般不开穿软带，宽度5mm左右。并可用仪器测出软带导轨的实际摩擦系数。

结语：贴塑导轨有逐渐取代滚动导轨的趋势，不仅适用于数控机床，而且还适用于其他各种类型的机床导轨，他在旧机床修理和数控化改装中可以减少机床结构的修改，因而更加扩大了塑料导轨的应用领域。

参考文献：

轴承产品演示软件的设计与开发篇12

轴承作为机械结构中的重要零部件，已成为工业中的大量需求品。但由于轴承种类繁多，适用场合不同，轴承生产企业如何向用户有效地演示企业生产的各类轴承，及时提供产品信息，成为一个棘手的问题。本文通过设计一款轴承演示软件，实现轴承型号分类、产品演示、信息描述等功能来解以上问题。

2 软件功能分析

根据实际需要，本文设计的软件主要实现三方面功能：(1)轴承功能演示功能;(2)用户编辑功能;(3)其他功能。软件的功能框图如图1所示。

轴承演示功能是软件的核心功能，可实现产品、零件的外观演示功能，并将相应产品、零件的有关信息显示出来，每类产品有一个构造视频，演示该类产品的整个构造过程。

由于轴承种类繁多，无法一次性将所有轴承类型枚举出来，软件提供了用户编辑功能，以便于用户进行编辑和扩展。企业可以根据实际生产情况，自由添加所需的轴承类型，方便对产品、零件视频及相应信息的添加、修改和删除等操作。

为使软件更人性化，软件增加了编辑启动和结束视频的功能，并可添加背景音乐。用户可通过对启动视频、结束视频以及背景音乐进行编辑。

3 软件的方案设计

3.1 开发环境的选择

本文中的软件的开发环境主要使用微软公司的Visual C++，主要框架使用Visual C++提供的MFC框架。MFC是微软基础类,用于在C++环境下编写应用程序的一个框架和引擎。利用MFC可以进行快速的软件开发，实现软件界面功能和消息映射机制。

3.2 控件选择

视频播放的功能通过使用Windows Media Player软件开发工具包(SDK)来实现。通过使用Windows Media Player SDK可以扩展独立Player的功能，并将播放功能嵌入到自己的应用程序中，也可以将Player嵌入Web应用程序或基于Microsoft Windows的应用程序中。同时，Windows Media Player具有模块化体系结构，可以只使用所需的部分，尤其是用户界面与音频和视频内容的播放功能相互独立。Windows Media Player提供了外观功能，可以使用该功能创建个性化的Player外观，也可以基于Player创建截然不同的功能。还可以创建插件来扩展Player的主要功能，方法是向用户界面添加新的交互式控件，在Player呈现音频或视频数据前对其进行修改，然后在Windows Media文件中呈现非标准数据流。

3.3 数据的表示方式

软件有效组织产品及零件信息，需要合理的数据表示方式。根据分析产品和零件特点，得到的产品和零件的类图如图2所示。

零件类为产品类的子类，故数据的表示结构可分为产品、零件两级。使用树控件更易于表现出数据的层次结构。由于产品和零件的类的结构存在差异且有从属关系，树控件的后台数据源宜使用XML进行表示。XML是一种依赖于内容的技术，是当前处理结构化文档信息的有力工具，通过使用XML可以有效地表示具有不同结构的类。XML可以简单地使用DOM提供的接口进行读写操作。但考虑到企业的产品宣传人员一般为非软件人员，为了易于软件的维护，本文将采用文件的目录结构作为树控件的后台数据源。用户可以简单地修改对应的目录结构及文件内容实现直接操作后台数据。通过建立、删除目录以及改变相应文件内容实现用户的编辑功能，使用读取目录结构及文件内容获得的数据来形成树控件，树控件的数据显示过程如图3所示。

4 软件操作界面

软件的主界面如图4所示。

软件主界面左侧为视频演示区，中部为信息显示区，右侧为产品目录树。点击目录树中对应的产品、零件，将在视频演示区播放对应产品、零件演示视频，并在信息显示区显示对应产品、零件信息。选中某一产品，点击构造按钮，播放对应产品的构造视频。菜单和工具栏上的对应按钮可实现对视频和背景音乐的控制。

用户可通过点击“编辑”按钮,来实现对产品、零件信息的编辑功能。用户编辑界面如图5所示。

左侧产品列表中列出对应产品，选择产品列表中某一产品，零件列表中将出现对应产品包含的零件。选中某一产品、零件，界面右侧区域将出现对应信息，可以对相应的信息进行编辑。

使用“添加新产品”按钮可以向产品列表中添加新产品，使用“添加新零件”按钮可以向添加新零件。添加新产品及添加新零件的界面如图6和图7所示。

在“添加新产品”的界面中填写对应信息，对应产品即出现在产品目录树中。在“添加新零件”的界面中必须选择零件从属的产品，才能进行添加工作。

5 结语

为了满足工业生产的需求，各类产品都逐步向多样化发展。使用软件可以有效地对各种产品进行分类演示，解决了产品介绍和演示困难的问题。

本文通过设计一款轴承演示软件，有效地解决了轴承产品由于品种多样而带来的演示困难的问题。当今工业界越来越多的引入各种CAM、CAE等辅助软件，来实现产品的自动化。在产品宣传和演示的过程亦需要有效的软件引入，才能进一步提高企业整体的自动化水平。

参考文献

[1]NYHOFF L R.C++数据结构导引[M].北京:清华大学出版社,2005.