數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),數(shù)控機(jī)床,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
如何延長(zhǎng)軸承壽命
摘要： 自然界苛刻的工作條件會(huì)導(dǎo)致軸承的失效，但是如果遵循一些簡(jiǎn)單的規(guī)則，軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)是能夠被提高的。在軸承的使用過(guò)程當(dāng)中，過(guò)分的忽視會(huì)導(dǎo)致軸承的過(guò)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(gè)被損壞的軸承，會(huì)留下它為什么被損壞的線索。通過(guò)一些細(xì)致的偵察工作，我們可以采取行動(dòng)來(lái)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(rùn)滑劑使用不當(dāng)、裝卸或搬運(yùn)時(shí)的損傷及安裝誤差等。診斷失效的原因并不困難，因?yàn)楦鶕?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(shí)，最好首先通過(guò)正確地選定軸承來(lái)完全避免失效的發(fā)生。為了做到這一點(diǎn)，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(diǎn)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(huì)引起扭矩和噪聲的問(wèn)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(guò)簡(jiǎn)單的肉眼觀察是可以確定產(chǎn)生這類失效的原因。
通過(guò)失效后的分析可以得知對(duì)已經(jīng)失效的或?qū)⒁У妮S承應(yīng)該在哪些方面進(jìn)行查看。弄清諸如剝蝕和疲勞破壞一類失效的機(jī)理，有助于消除問(wèn)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(guò)材料屈服極限時(shí)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(huì)產(chǎn)生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會(huì)產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)和附加扭矩。
類似的一種缺陷是當(dāng)軸承不旋轉(zhuǎn)時(shí)由于滾珠在軸承圈間振動(dòng)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(yùn)輸中的設(shè)備和不工作時(shí)仍振動(dòng)的設(shè)備中都會(huì)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(huì)進(jìn)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(rùn)滑劑中會(huì)產(chǎn)生淡紅色。
消除振動(dòng)源并保持良好的軸承潤(rùn)滑可以防止低荷振蝕。給設(shè)備加隔離墊或?qū)Φ鬃M(jìn)行隔離可以減輕環(huán)境的振動(dòng)。另外在軸承上加一個(gè)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(duì)防止在設(shè)備運(yùn)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(rùn)滑不當(dāng)和載荷過(guò)大。在卡住之前，過(guò)大的摩擦和熱量使軸承鋼軟化。過(guò)熱的軸承通常會(huì)改變顏色，一般會(huì)變成藍(lán)黑色或淡黃色。摩擦還會(huì)使保持架受力，這會(huì)破壞支承架，并加速軸承的失效。
材料過(guò)早出現(xiàn)疲勞破壞是由重載后過(guò)大的預(yù)載引起的。如果這些條件不可避免，就應(yīng)仔細(xì)計(jì)算軸承壽命，以制定一個(gè)維護(hù)計(jì)劃。
另一個(gè)解決辦法是更換材料。若標(biāo)準(zhǔn)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(gè)問(wèn)題是由于載荷過(guò)大造成的，就應(yīng)該采用抗載能力更強(qiáng)或其他結(jié)構(gòu)的軸承。
蠕動(dòng)不象過(guò)早疲勞那樣普遍。軸承的蠕動(dòng)是由于軸和內(nèi)圈之間的間隙過(guò)大造成的。蠕動(dòng)的害處很大，它不僅損害軸承，也破壞其他零件。
蠕動(dòng)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(dòng)，應(yīng)該先用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。
蠕動(dòng)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(gè)非圓周軌道運(yùn)動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題是由于安裝不正確或公差不正確或軸承安裝現(xiàn)場(chǎng)的垂直度不夠造成的。如果偏斜超過(guò)0.25°，軸承就會(huì)過(guò)早地失效。
檢查潤(rùn)滑劑的污染比檢查裝配不正或蠕動(dòng)要困難得多。污染的特征是使軸承過(guò)早的出現(xiàn)磨損。潤(rùn)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(rùn)滑不良也會(huì)磨損并削弱保持架。在這種情況下，潤(rùn)滑對(duì)于完全加工形式的保持架來(lái)說(shuō)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?jié)櫥瑒┑竭_(dá)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(yàn)適合工作要求，那么防止生銹的最簡(jiǎn)單的方法是給軸承包裝起來(lái)，直到安裝使用時(shí)才打開包裝。
2 避免失效的方法
解決軸承失效問(wèn)題的最好辦法就是避免失效發(fā)生。這可以在選用過(guò)程中通過(guò)考慮關(guān)鍵性能特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些特征包括噪聲、起動(dòng)和運(yùn)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(rùn)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(hù)裝置來(lái)決定。潤(rùn)滑劑的粘度必須認(rèn)真加以選擇，因?yàn)椴贿m宜的潤(rùn)滑劑會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的扭矩，這在小型軸承中尤其如此。另外，不同的潤(rùn)滑劑的噪聲特性也不一樣。舉例來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑脂產(chǎn)生的噪聲比潤(rùn)滑油大一些。因此，要根據(jù)不同的用途來(lái)選用潤(rùn)滑劑。
在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，如果內(nèi)圈和外圈之間存在一個(gè)隨機(jī)的偏心距，就會(huì)產(chǎn)生與凸輪運(yùn)動(dòng)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(huì)引起NRR。和重復(fù)性振擺不同的是，NRR是沒有辦法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?
在工業(yè)中一般是根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)選擇不同類型和精度等級(jí)的軸承。例如，當(dāng)要求振擺最小時(shí)，軸承的非重復(fù)性振擺不能超過(guò)0.3微米。同樣，機(jī)床主軸只能容許最小的振擺，以保證切削精度。因此在機(jī)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(hù)裝置來(lái)保護(hù)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(yùn)動(dòng)，使軸承的密封不可能達(dá)到完美的程度，因此潤(rùn)滑油的泄漏和污染始終是一個(gè)未能解決的問(wèn)題。
一旦軸承受到污染，潤(rùn)滑劑就要變質(zhì)，運(yùn)行噪聲也隨之變大。如果軸承過(guò)熱，它將會(huì)卡住。當(dāng)污染物處于滾珠和軸承圈之間時(shí)，其作用和金屬表面之間的磨粒一樣，會(huì)使軸承磨損。采用密封和遮護(hù)裝置來(lái)?yè)蹰_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(gè)指標(biāo)。軸承的性能可以用不同的噪聲等級(jí)來(lái)表示。
噪聲的分析是用安德遜計(jì)進(jìn)行的，該儀器在軸承生產(chǎn)中可用來(lái)控制質(zhì)量，也可對(duì)失效的軸承進(jìn)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(cè)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(yàn)，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(guò)其頻率特性進(jìn)一步加以鑒定。通常軸承缺陷被分為低、中、高三個(gè)波段。缺陷還可以根據(jù)軸承每轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)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)1.6~10次，它們是由各種干涉（例如 軸承圈滾道上的凹坑）引起的?？刹煊X的凹坑是一種制造缺陷，它是在制造過(guò)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)10~60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(dòng)引起的。軸承每旋轉(zhuǎn)一周高頻不規(guī)則變化出現(xiàn)60~300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(duì)軸承進(jìn)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(zhǔn)外，還可確定軸承的噪聲等級(jí)。ABEC標(biāo)準(zhǔn)只定義了諸如孔、外徑、振擺等尺寸公差。隨著ABEC級(jí)別的增加（從3增到9），公差逐漸變小。但ABEC等級(jí)并不能反映其他軸承特性，如軸承圈質(zhì)量、粗糙度、噪聲等。因此，噪聲等級(jí)的劃分有助于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)。
附錄：畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 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 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 1/4?can 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．
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 disk—drive spindle motors．Similarly，machine—tool 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 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 μm/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.
目 錄
摘要 ………………………………………………………………………………………Ⅱ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅲ
第一章 緒論 ………………………………………………………………………………1
1.1 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展概況 …………………………………………………1
1.2 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的特征和應(yīng)用 ………………………………………………2
1.3 無(wú)級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 ………………………………………………………3
1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 …………………………………………………………3
第二章 無(wú)級(jí)變速總體方案 …………………………………………………………5
2.1 鋼球長(zhǎng)錐式（RC型）無(wú)級(jí)變速器 ……………………………………………5
2.2 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器 ………………………………………………………5
2.3 兩類型的比較與選擇 ………………………………………………………… 7
第三章 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ……………………9
3.1 鋼球與主、從動(dòng)錐輪的計(jì)算與設(shè)計(jì) …………………………………………9
3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 …………………………………………………………10
3.3 調(diào)速齒輪上的變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ……………………………………12
3.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 …………………………………………………………13
3.5 端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ……………………………………………………………15
3.6 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ………………………………………………………16
第四章 主要零件的校核 ……………………………………………………………18
4.1 輸出、輸入軸的校核 …………………………………………………………18
4.2 軸承的校核 ……………………………………………………………………20
4.3 鍵的校核 ………………………………………………………………………21
第五章 無(wú)極變速器的裝配……………………………………………………………24
畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) ……………………………………………………………………………25
致謝 ……………………………………………………………………………………… 26
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………27
附錄 翻譯譯文及原文……………………………………………………………… 28
小功率機(jī)械無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：機(jī)械無(wú)級(jí)變速器是一種能適應(yīng)工藝要求多變、工藝流程機(jī)械化和自動(dòng)化發(fā)展以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動(dòng)裝置。本文簡(jiǎn)要介紹了摩擦式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算的方法、材質(zhì)及潤(rùn)滑等方面的知識(shí)，并以此作為本次無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)采用的是以鋼球錐輪作為中間傳動(dòng)元件，通過(guò)改變鋼球的工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的鋼球錐輪式無(wú)級(jí)變速器。本文分析了在傳動(dòng)過(guò)程中變速器的主、從動(dòng)輪，鋼球和外環(huán)的工作原理和受力關(guān)系；詳細(xì)推導(dǎo)了實(shí)用的鋼球錐輪式無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)的計(jì)算公式；并針對(duì)設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制了所計(jì)算的鋼球錐輪式無(wú)級(jí)變速器的裝配圖和主要傳動(dòng)元件的零件圖，將此變速器的結(jié)構(gòu)和工藝等方面的要求表達(dá)得更為清楚。
這種無(wú)級(jí)變速器有良好的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，完全可以作為批量生產(chǎn)的無(wú)級(jí)變速器。其主要特點(diǎn)是：1.變速范圍較寬；2.恒功率特性好；3.可以升、降速，正、反轉(zhuǎn)。4.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊能力較強(qiáng)；5.輸出功率較大；6.使用壽命長(zhǎng)；7.調(diào)速簡(jiǎn)單，工作可靠；8.容易維修。
關(guān)鍵詞：無(wú)級(jí)變速器，摩擦式，鋼球錐輪式，設(shè)計(jì)。
Small power machinery variator structure design
Abstract: The mechanical variable speed drives is a general purpose gearing which can accommodate the variable requirements of the process planning, mechanization of the schedule drawing ，the development of automation and the improvement of the mechanical working capabilities. The article briefly introduce the basic structure, the way of design and calculation, material and lubricate of the frication type variable speed drives, and taking them as the theory basis of the design of mechanical variable speed drives.
This design uses the ball pyramid wheel as the middle transmission component, by changing its’ working radius to realize the continuous change of the output axis. This article analyzes the working theory and the working forces of the drive wheel, ball wheel and outer ring during the transmission process. It also deduces the practical calculation formula of the ball pyramid wheel type variable speed drives， it also goes on the material calculation aim at the selection parameter. It protracts the assemble-drawing of the ball pyramid wheel type variable speed drives and the accessory-drawing of the mostly drive component. So it can express more clearly of the structure and process planning of the variable speed drives.
The variable speed drives has good structure and properties, and it can use as batch production. The most specialties: 1 wide range of variable speed；2 the constant output power；3 it can rotate positively and versedly；4 stable accuracy of speed；5 high output power；6 long life；7 simply and precise control of speed；8 easy maintain.
Keywords: CVT，friction type，ball pyramid type，design.
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第一章 緒論
1.1機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展概況
無(wú)級(jí)變速器分為機(jī)械無(wú)級(jí)變速器，液壓傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，電力傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器三種，但本設(shè)計(jì)任務(wù)要求把無(wú)級(jí)變速器安裝在自行車上，所以一般只能用機(jī)械無(wú)級(jí)變速器，所以以下重點(diǎn)介紹機(jī)械無(wú)級(jí)變速器。
機(jī)械無(wú)級(jí)變速器最初是在19世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，至20世紀(jì)30年代以后才開始發(fā)展，但當(dāng)時(shí)由于受材質(zhì)與工藝方面的條件限制，進(jìn)展緩慢。直到20世紀(jì)50年代，尤其是70年代以后，一方面隨著先進(jìn)的冶煉和熱處理技術(shù)，精密加工和數(shù)控機(jī)床以及牽引傳動(dòng)理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了研制和生產(chǎn)無(wú)級(jí)變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)工藝流程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化以及機(jī)械要改進(jìn)工作性能，都需要大量采用無(wú)級(jí)變速器。因此在這種形式下，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展。主要研制和生產(chǎn)的國(guó)家有美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利和俄國(guó)等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動(dòng)式四大類約三十多種結(jié)構(gòu)形式。
國(guó)內(nèi)無(wú)級(jí)變速器是在20世紀(jì)60年代前后起步的，當(dāng)時(shí)主要是作為專業(yè)機(jī)械配套零部件，由于專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，例如用于紡織機(jī)械的齒鏈?zhǔn)?，化工機(jī)械的多盤式以及切削機(jī)床的Kopp型無(wú)級(jí)變速器等，但品種規(guī)格不多，產(chǎn)量不大，年產(chǎn)量?jī)H數(shù)千臺(tái)。直到80年代中期以后，隨著國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)各種類型機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠才開始建立并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，國(guó)外現(xiàn)有的幾種主要類型結(jié)構(gòu)的無(wú)級(jí)變速器，在國(guó)內(nèi)皆有相應(yīng)的專業(yè)生產(chǎn)廠及系列產(chǎn)品，年產(chǎn)量約10萬(wàn)臺(tái)左右，初步滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，無(wú)級(jí)變速器專業(yè)協(xié)會(huì)、行業(yè)協(xié)會(huì)及情報(bào)網(wǎng)等組織相繼建立。定期出版網(wǎng)訊及召開學(xué)術(shù)信息會(huì)議進(jìn)行交流。自90年代以來(lái)，我國(guó)先后制定的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共14個(gè)：
JB/T 5984-92??《寬V帶無(wú)級(jí)變速裝置基本參數(shù)》
JB/T 6950-93??《行星錐盤無(wú)級(jí)變速器》
JB/T 6951-93??《三相并聯(lián)連桿脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器》
JB/T 6952-93??《齒鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器》
JB/T 7010-93??《環(huán)錐行星無(wú)級(jí)變速器》
JB/T 7254-94??《無(wú)級(jí)變速擺線針輪減速機(jī)》
JB/T 7346-94??《機(jī)械無(wú)級(jí)變速器試驗(yàn)方法》
JB/T 7515-94??《四相并列連桿脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器》
JB/T 7668-95??《多盤式無(wú)級(jí)變速器》
JB/T 7683-95??《機(jī)械無(wú)級(jí)變速器?? 分類及型號(hào)編制方法》
1.2機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的特征和應(yīng)用
機(jī)械無(wú)級(jí)變速器是一種傳動(dòng)裝置，其功能特征主要是：在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，能實(shí)現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，以滿足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中各種不同工況的要求；其結(jié)構(gòu)特征主要是：需由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成。
機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的適用范圍廣，有在驅(qū)動(dòng)功率不變的情況下，因工作阻力變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即需要隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)減慢攪拌速度）；有根據(jù)工況要求需要調(diào)節(jié)速度者（如起重運(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運(yùn)行速度，食品機(jī)械中的烤干機(jī)或制藥機(jī)械要求隨著溫度變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度）；有為獲得恒定的工作速度或張力而需要調(diào)節(jié)速度者（如斷面切削機(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需保持恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)械中的薄膜機(jī)皆需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保證恒定的張力等）；有為適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者（如各種各樣半自動(dòng)或自動(dòng)的生產(chǎn)、操作或裝配流水線）；有為探求最佳效果而需變換速度者（如試驗(yàn)機(jī)械或李心機(jī)需調(diào)速以獲得最佳分離效果）；有為節(jié)約能源而需進(jìn)行調(diào)速者（如風(fēng)機(jī)、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化而進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或程序控制等。
綜上所述?？梢钥闯霾捎脽o(wú)級(jí)變速器，尤其是配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好的適應(yīng)各種工況要求，使之效能最佳，在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換需要，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果。故無(wú)級(jí)變速器目前已成為一種基本的通用傳動(dòng)形式，應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機(jī)床、電工、起重運(yùn)輸?shù)V山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國(guó)防及試驗(yàn)等各類機(jī)械。
1.3無(wú)級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀
隨著我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施和重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目上的投入加大，重型載貨車在市場(chǎng)上的需求量急劇上升，重型變速箱的需求也隨之增加,近年來(lái)，重型汽車變速器在向多極化、大型化的方向發(fā)展. 現(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)對(duì)變速箱的設(shè)計(jì)，從整機(jī)匹配到構(gòu)件的干涉判別和整個(gè)方案的模糊綜合判別，直到齒輪、離合器等校核都開發(fā)了許多計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，但是，大都沒形成工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造，因此，還需要進(jìn)一步加強(qiáng).我過(guò)的汽車技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展.
隨著科技的不斷進(jìn)步，CVT技術(shù)的不斷成熟，汽車變速箱最終會(huì)由CVT替代手動(dòng)變速箱（MT）和有級(jí)自動(dòng)變速箱（AT），無(wú)級(jí)變速汽車是當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢(shì),但是, 中國(guó)還沒有掌握全套的汽車自動(dòng)變速箱技術(shù)，也就還沒有形成市場(chǎng)所需成熟的汽車自動(dòng)變速箱產(chǎn)品。有人主張直接從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的汽車自動(dòng)變速箱技術(shù)，不料國(guó)外所有相關(guān)公司都想直接從國(guó)外把汽車自動(dòng)變速箱產(chǎn)品銷售到中國(guó)市場(chǎng)或者在中國(guó)建立獨(dú)資企業(yè)就地生產(chǎn)銷售產(chǎn)品，不愿與中國(guó)的企業(yè)合作開發(fā)生產(chǎn)獲取高額壟斷利潤(rùn)。
重型汽車變速器是指與重型商用車和大型客車匹配的變速器, 盡管在行業(yè)中對(duì)變速器的容量劃分沒有明確的界限, 但我們通常將額定輸入扭矩在100kgm以上的變速器稱為重型變速器。國(guó)內(nèi)重型車變速器產(chǎn)品的技術(shù)多源于美國(guó)、德國(guó)、日本等幾個(gè)國(guó)家,引進(jìn)技術(shù)多為國(guó)外80～90 年代的產(chǎn)品。作為汽車高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的重型汽車變速器在國(guó)內(nèi)通過(guò)漫長(zhǎng)的引進(jìn)消化過(guò)程,如今已有長(zhǎng)足的進(jìn)步,能夠在原有引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)改型或在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上自行開發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品,每年重型車變速器行業(yè)都能有十幾個(gè)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。但從當(dāng)今重型車變速器的發(fā)展情況來(lái)看,在新產(chǎn)品開發(fā)上國(guó)內(nèi)重型車變速器仍然走的是一般性的開發(fā)過(guò)程,沒有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品; 從國(guó)內(nèi)重型變速器市場(chǎng)容量來(lái)看, 有三分之一的產(chǎn)品來(lái)自進(jìn)口, 而另外三分之二的產(chǎn)品中有80 %以上的產(chǎn)品均源自國(guó)外的技術(shù),國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的重型變速器產(chǎn)品銷量很小。這說(shuō)明國(guó)內(nèi)重型變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱,應(yīng)對(duì)整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。2004 年年初我國(guó)出臺(tái)城市車輛重點(diǎn)發(fā)展13. 8m客車上使用的變速器, 目前只有ZF 一家能向國(guó)內(nèi)企業(yè)供應(yīng)。這足以說(shuō)明國(guó)內(nèi)的重型車變速器企業(yè)仍然很渺小,在技術(shù)方面仍然有很長(zhǎng)的路要走。國(guó)內(nèi)重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司、綦江齒輪傳動(dòng)有限公司、山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司及一汽哈爾濱變速箱廠等幾大家包攬。這些企業(yè)大多數(shù)變速器產(chǎn)品針對(duì)的市場(chǎng)各有側(cè)重, 像陜西法士特在8t 以上重型車市場(chǎng)占有率達(dá)到40 %以上, 并且在15t 以上重卡市場(chǎng)占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì), 擁有85 %以上的市場(chǎng)份額; 綦江齒輪傳動(dòng)有限公司主要為安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈門金龍等企業(yè)的7～12m高檔大、中型客車以及總質(zhì)量在14～50t 重型載貨車、鞍式牽引車、自卸車及各式專用車、特種車配套;山西大同齒輪集團(tuán)配套市場(chǎng)主要在8～10t 級(jí)的低噸位重型載貨車方面.隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的發(fā)育成長(zhǎng), 變速器產(chǎn)品型譜逐步細(xì)化,產(chǎn)品的針對(duì)性越來(lái)越強(qiáng)。因此,在保證現(xiàn)有變速器生產(chǎn)和改進(jìn)的同時(shí), 要充分認(rèn)識(shí)到加入WTO 后良好的合作開發(fā)機(jī)遇,取長(zhǎng)補(bǔ)短,同時(shí)更應(yīng)認(rèn)識(shí)到供方、買方、替代者、潛在入侵者、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)者的巨大壓力。要緊跟重型商用車行業(yè)向高檔、高技術(shù)含量和智能化方向發(fā)展的趨勢(shì), 緊跟客車低地板化、綠色環(huán)?；?、城市公交大型化的發(fā)展方向,開發(fā)和生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適合我國(guó)國(guó)情的重型汽車變速器。
1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)類容：小功率機(jī)械無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；比較和選擇合適的方案，
無(wú)級(jí)變速器變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核
設(shè)計(jì)要求：輸入功率P=1.1kw，輸入轉(zhuǎn)速n=1500 r/min，調(diào)速范圍
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便；外觀要?jiǎng)蚍Q，美觀；調(diào)速要靈活，調(diào)速過(guò)程中不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)調(diào)速；關(guān)鍵部件滿足強(qiáng)度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。
電機(jī)的選擇：經(jīng)計(jì)算可知選擇Y905——4型電機(jī)最匹配
第二章 無(wú)級(jí)變速器總體方案
2.1鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器
圖2-1 RC型變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2-2 RC型變速器的機(jī)械特性
鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器
如上圖2-1所示，為一種早期生產(chǎn)的鋼球長(zhǎng)推錐式無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，是利用鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動(dòng)加壓而無(wú)需加壓裝置。由于采用兩軸線平行的長(zhǎng)錐替代了兩對(duì)分離輪，并且通過(guò)移動(dòng)鋼環(huán)來(lái)進(jìn)行變速，所以結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單。但由于長(zhǎng)錐的錐度較小，故變速范圍受限制。
RC型變速器屬升、降速型，其機(jī)械特性如下圖所示。技術(shù)參數(shù)為：傳動(dòng)比 i21 = n2/n1 =2～0.5,變速比= 4,輸入功率P1=（0.1～2.2） kw ，輸入轉(zhuǎn)速 n1=1500 r/min ,傳動(dòng)效率η＜85% 。一般用于機(jī)床和紡織機(jī)械等.圖2-2為RC型變速器的機(jī)械特性
2.2鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器
圖2-3 鋼球外推式無(wú)級(jí)變速器
1,11-輸入，輸出軸 2，10-加壓裝置 3，9-主，從動(dòng)錐輪 4-傳動(dòng)鋼球
5-調(diào)速蝸輪 6-調(diào)速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動(dòng)鋼球軸 12，13-端蓋
圖2-1 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器
如圖2-3所示，動(dòng)力由軸1輸入，通過(guò)自動(dòng)加壓裝置2，帶動(dòng)主動(dòng)輪3同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一組（3～8）鋼球4利用摩擦力驅(qū)動(dòng)輸出軸11，最后將運(yùn)動(dòng)輸出。傳動(dòng)鋼球的支承軸8的兩端，嵌裝在殼體兩端蓋12和13的徑向弧行倒槽內(nèi)，并穿過(guò)調(diào)速渦輪5的曲線槽；調(diào)速時(shí)，通過(guò)蝸桿6和蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于曲線槽的作用使鋼球軸線的傾斜角發(fā)生變化，導(dǎo)致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。其動(dòng)力范圍為：Rn=9，Imax=1/Imin，P≤11 kw ，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 。此種變速器應(yīng)用廣泛。
從動(dòng)調(diào)速齒輪5的端面分布一組曲線槽，曲線槽數(shù)目與鋼球數(shù)相同。曲線槽可用阿基米德螺旋線，也可用圓弧。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪6使從動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)齒輪的曲線槽迫使傳動(dòng)鋼球軸8繞鋼球4的軸心線擺動(dòng)，傳動(dòng)輪3以及從動(dòng)輪9與鋼球4的接觸半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。具體變速分析如下
鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器變速如圖2-4所示：中間輪為一鋼球，主、從動(dòng)輪式母線均為直線的錐輪，接觸處為點(diǎn)接觸。主、從動(dòng)輪的軸線在一直線上，調(diào)速時(shí)主、從動(dòng)輪作半徑不變，而是通過(guò)改變中間輪的回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角θ籍以改變其兩側(cè)的工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)變速。
圖2-4 鋼球錐輪無(wú)級(jí)變速器的變速
圖2-5 鋼球錐輪無(wú)級(jí)變速器的變速曲線
2.3兩方案的比較與選擇
鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，且使用參數(shù)更符合我們此次設(shè)計(jì)的要求，但由于在調(diào)速過(guò)程中，怎樣使鋼環(huán)移動(dòng)有很大的難度，需要精密的裝置，顯得不合理。而鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，原理清晰，各項(xiàng)參數(shù)也比較符合設(shè)計(jì)要求，故選擇此變速器。只是字選用此變速器的同時(shí)須對(duì)該裝置進(jìn)行部分更改。須更改的部分是蝸輪蝸桿調(diào)速裝置部分。因?yàn)槲沂沁x用了8個(gè)鋼球，曲線槽設(shè)計(jì)見第三章，一個(gè)曲線槽跨度是900，也就是說(shuō)從最大傳動(dòng)比調(diào)到最小傳動(dòng)比，需要使其轉(zhuǎn)過(guò)900，而普通蝸輪蝸桿傳動(dòng)比是1/8，那么其結(jié)構(gòu)和尺寸將完全不符合我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。為此，我想到了將它們改為兩斜齒輪傳動(dòng)，以用來(lái)調(diào)速。選用斜齒輪是因?yàn)樾饼X輪傳動(dòng)比較平穩(wěn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將主動(dòng)斜齒輪的直徑設(shè)計(jì)成從動(dòng)斜齒輪的3/4，這樣只要主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)1200，那么從動(dòng)輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)900，符合設(shè)計(jì)要求。
第三章 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1鋼球與主﹑從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
試確定傳動(dòng)件的主要尺寸
1. 選材料：鋼球，錐輪，外環(huán)及加壓盤均用Gr15，表面硬度HR61，摩擦系數(shù)f=0.04，許用接觸應(yīng)力，傳動(dòng)件﹝σj﹞=2200～2500MPa加壓元件﹝σ﹞=4000～5000MPa。
2. 預(yù)選有關(guān)參數(shù)為：錐輪錐頂半角，傳動(dòng)鋼球個(gè)數(shù)為Z=6加壓鋼球數(shù)m=12，錐輪與鋼球c1==1.5,=1.25、η=0.8。
3.有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
由，
傳動(dòng)比，
鋼球支撐軸承的極限轉(zhuǎn)角：
（增速方向）
（減速方向）
4. 計(jì)算確定傳動(dòng)鋼球的直徑
曲率系數(shù)：
系數(shù)：據(jù)值查表25·2—20（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4—無(wú)級(jí)變速器） 得a=1.14,b=0.883 ，帶入公式
表3—1按傳遞功率N選取鋼球直徑 mm
N KW
10
7.5
5.5
4.0
3.0
2.2
1.5
1.1
0.75
0.50
Z
3
—
—
—
—
—
—
69.85
63.5
57.15
47.625
5
118.475
107.95
101.6
88.9
76.2
69.85
63.5
57.15
47.625
42
6
112.125
101.6
88.9
76.2
69.85
63.5
57.15
47.625
42
36.513
7
101.6
88.9
76.2
69.85
63.5
57.15
47.625
42
36.513
—
8
88.9
76.2
69.85
—
—
—
—
—
—
—
注：1.本表按，
計(jì)算，并按鋼球直徑規(guī)格進(jìn)行了圓整。
2.采用3個(gè)鋼球時(shí)，錐輪尺寸與6個(gè)鋼球時(shí)相同。
3. 應(yīng)將傳遞功率除以表中的折算系數(shù)，然后再查此表。
4.當(dāng)時(shí)應(yīng)將傳遞功率除以后再查此表。
按鋼球規(guī)格圓整取mm
圓錐工作直徑mm
圓整取
則
驗(yàn)算接觸應(yīng)力
應(yīng)此在許用接觸應(yīng)力范圍內(nèi)，故可用。
5. 計(jì)算尺寸
鋼球中心圓直徑
鋼球側(cè)隙
外環(huán)內(nèi)徑Dr
由公式
外環(huán)軸向截面圓弧半徑R
取
錐輪工作圓之間的軸向距離B
3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.鋼球式自動(dòng)加壓裝置
它由加壓盤4，加壓鋼球3，保持架2，調(diào)整墊圈蝶形彈簧6和摩擦輪與加壓盤相對(duì)端面上各有的幾條均布的V行槽。每個(gè)槽內(nèi)有一個(gè)鋼球，中間以保持架2保持鋼球的相對(duì)位置。摩擦輪與加壓盤之間還有預(yù)壓碟行彈簧并襯以調(diào)整墊圈。改變調(diào)整墊圈的厚度，即可調(diào)整彈簧的變形量及預(yù)壓力。如下圖下圖3-1所示
圖3-1 鋼球V行槽式加壓裝置
2.加壓裝置的主要參數(shù)確定
加壓盤作用直徑
式中D1——錐輪工作直徑。
加壓盤V行槽的槽傾角
取
式中 ——錐輪錐頂半角；
f——錐輪與鋼球的摩擦系數(shù)。
加壓鋼球按經(jīng)驗(yàn)公式取得
=
驗(yàn)算接觸強(qiáng)度均不足，故改用腰型滾子8個(gè)，取滾子軸向截面內(nèi)圓弧半徑=8cm，橫向中間截面半徑r=0.8cm?，F(xiàn)驗(yàn)其強(qiáng)度：
每個(gè)加壓滾子上法向壓緊力
加壓滾子曲率系數(shù)
根據(jù)，由表25·2—20（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4—無(wú)級(jí)變速器），查得系數(shù)a=2.38，b=0532。帶入公式得加壓盤處的最大接觸應(yīng)力為
式中
校核要求 均滿足要求。
3.3 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.調(diào)速渦輪槽型曲線及傳動(dòng)鋼球的尺寸如下圖所示
3-2調(diào)速渦輪的槽型曲線
整個(gè)調(diào)速過(guò)程通常在渦輪轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)完成，大多數(shù)取。槽型曲線可以為阿基米德螺旋線，也可以用圓弧代替，我選圓弧方法，變速槽中心線必須通過(guò)A,B,C三點(diǎn)，它們的極坐標(biāo)分別為：
定出A,B,C三點(diǎn)后，用作圖法作出A,B，C三點(diǎn)的圓弧半徑R及圓心，槽寬10mm。3.4輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.軸上零件的定位
為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向東相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置所以我采用定位軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和螺母等來(lái)保證。選取軸的材料為45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)制220~260HBS。
由設(shè)計(jì)要求知道，輸入功率n=1400r/min。
2.初步確定軸的最小軸徑
先按公式初步估算軸的最小直徑。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，取，于是得：
輸入軸
根據(jù)推薦值，我選擇d=15mm。并且輸入，輸出軸端最小軸徑相同。根據(jù)最小軸徑根據(jù)公式，計(jì)算出應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014——2003，選取了彈性柱銷聯(lián)軸器根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
I軸段對(duì)軸II上的軸承內(nèi)圈起定位作用并作為軸承座，取，，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑劑的要求，直接采用氈圈密封。Ⅱ軸段安裝一軸承，該段，。Ⅲ為軸肩， 。Ⅳ安裝加壓盤一側(cè)和軸承，加壓盤用花鍵移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)錐輪的加壓，取花鍵 GB/T1144-2001，。Ⅴ安裝錐輪，此為過(guò)盈配合，只需保證最小軸徑，故取，。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。其中，退刀槽的槽寬2mm,深2mm.平鍵截面Ⅰ: ，.為保證Ⅰ帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇Ⅰ帶輪輪轂與軸的配合為；取軸端倒角為。如下圖所示。
圖3-3
2. 輸出軸的設(shè)計(jì)
由于主、從動(dòng)錐輪一致，軸上零件布置也基本相同。同時(shí)主動(dòng)輪的最小軸徑估算為，為了節(jié)省工藝及成本，從動(dòng)輪采用與主動(dòng)輪相同。
初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，主、從動(dòng)軸軸Ⅰ段由于軸承到徑向力與周向力的作用，所以選用角接觸球軸承7305C GB/T292-1994。而軸IV只需深溝球軸承配合器徑向里就滿足要求了，故選取深溝球軸承6005 GB/T276-1994。
表3-2角接觸球軸承7305C GB/T292-1994
軸承代號(hào)
基本尺寸（mm）
安裝尺寸（mm）
70000AC
極限轉(zhuǎn)速
(r/min)
原軸承代號(hào)
d
D
B
r
min
d
min
D
r
a
(mm)
基本額定
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
max
動(dòng)載荷
靜載荷
(KN)
7305C
25
62
17
1.1
32
55
1
13.1
20.8
14.8
9500
14000
46305
表3-3深溝球軸承6005 GB/T276-1994
軸承代號(hào)
基本尺寸（mm）
安裝尺寸（mm）
基本額定
極限轉(zhuǎn)速
(r/min)
原軸承代號(hào)
d
D
B
r
min
d
min
D
r
動(dòng)載荷
靜載荷
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
max
(KN)
6005
25
47
12
0.6
30
42
0.6
10.0
5.85
13000
17000
105
3.5端蓋的設(shè)計(jì)
端蓋的寬度由變速器及軸承的結(jié)構(gòu)來(lái)決定，使其適合拆裝及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，及兩端的端蓋相同。
圖3-4 凸輪式軸承端蓋
3.6 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)的作用：根據(jù)工作要求以手動(dòng)或自動(dòng)控制方式，改變滾動(dòng)體(或脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的桿件)間的尺寸比例關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)通過(guò)速度表表盤上的指針直接指出任一調(diào)速位置時(shí)的輸出速度(或傳動(dòng)比)。
根據(jù)變速器中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)體形狀的不同，對(duì)應(yīng)的調(diào)速機(jī)構(gòu)也不同，但基本原理都是將其個(gè)某一個(gè)滾動(dòng)體沿另一個(gè)(或幾個(gè))滾動(dòng)體母線移動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)速。
一般滾動(dòng)體均是以直線或圓弧為母線的旋轉(zhuǎn)體；因此，調(diào)速時(shí)使?jié)L動(dòng)體沿另一滾動(dòng)體表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，只有直線移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)(擺動(dòng))兩種力式。這樣可將調(diào)速機(jī)構(gòu)分為下列兩大類：
1．通過(guò)使?jié)L動(dòng)體移動(dòng)來(lái)改變工作半徑的。主要用于兩滾動(dòng)體的切線均為直線的情況，且兩輪的回轉(zhuǎn)軸線平行或梢交，移動(dòng)的方向是兩輪的接觸線方向。
2．通過(guò)使?jié)L動(dòng)體的軸線偏轉(zhuǎn)來(lái)改變工作半徑的。主要用于兩滾動(dòng)體之一的母線為圓弧的情況。
鋼球外錐輪式無(wú)級(jí)變速器是采用第二種調(diào)速類型，通過(guò)渦輪-凸輪組合機(jī)構(gòu)，經(jīng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)再經(jīng)槽凸輪而使鋼球心軸繞其圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)鋼球主、從動(dòng)側(cè)工作半徑的改變。調(diào)速渦輪在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證避免與其它零件發(fā)生干涉，同時(shí)采用單頭蝸桿，以增加自鎖性，避免自動(dòng)變速而失穩(wěn)。
傳動(dòng)鋼球小軸擺角與手輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系為：
表3-4 蝸桿的基本尺寸
模數(shù)
mm
軸向齒距
mm
分度圓直徑
mm
頭數(shù)
直徑系數(shù)
mm
齒頂圓直徑
mm
齒根圓直徑
mm
值
分度圓柱導(dǎo)程角
2.5
7.899
45
1
18.00
50
37
281.25
表3-5 渦輪、蝸桿參數(shù)的匹配
中心距
mm
傳動(dòng)比
模數(shù)
(mm)
蝸桿分度圓直徑
(mm)
蝸桿頭數(shù)
渦輪齒數(shù)
渦輪變位系數(shù)
100
62
2.5
45
1
62
0
在制造時(shí)，蝸輪上的z條槽要保證其圓周不等分性不超過(guò)。否則會(huì)造成鋼球轉(zhuǎn)速不一，引起磨損、嗓聲過(guò)大及溫升過(guò)高等現(xiàn)象。支承軸與曲線槽的側(cè)隙約為0.05mm左右，過(guò)大會(huì)在開車時(shí)引起沖擊現(xiàn)象，易導(dǎo)致鋼球支承軸彎曲甚至折斷。
第四章 主要零件的校核
4.1 輸出，輸入軸的校核
圖4-1
1.判斷危險(xiǎn)截面，Ⅰ處與電機(jī)的鏈接，過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的 疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以，可不必校核；ⅡⅣ兩處顯然不用校核；Ⅴ處為間隙配合，故無(wú)須校核；而Ⅲ處為軸肩，承受兩邊的扭轉(zhuǎn)力最大，故需校核。
1. Ⅲ軸端兩邊的應(yīng)力計(jì)算
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面C左側(cè)的彎矩M為
截面C左側(cè)的扭矩為
截面上的彎曲應(yīng)力為
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由軸常用材料性能表查得：
截面上由于退刀槽而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按手冊(cè)查取。
因
，經(jīng)插值后可查得
又由手冊(cè)可得軸的材料的敏性系數(shù)為
故有應(yīng)力集中系數(shù)
由手冊(cè)得尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由手冊(cè)得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，按手冊(cè)得綜合系數(shù)為
又由手的得材料特性系數(shù)
于是，計(jì)算安全系數(shù)Sca值，按公式則得
故可知其安全。
3）截面C右側(cè)同理可的。安全。
故該軸在截面Ⅳ右側(cè)的強(qiáng)度也足夠的。本題因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。音癡，軸的設(shè)計(jì)校核結(jié)束。
4.2 軸承的校核
輸入、輸出軸采用相同設(shè)計(jì)，在此只要校核輸入軸的軸承是否滿足工程需要。
2)求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于70000AC型軸承，按手冊(cè)，軸承派生軸向力，其中，為判斷
系數(shù) ，其值由得大小來(lái)確定，但是現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先初取，
因此可估算
又得：
查手冊(cè)確定。
3）求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，由手冊(cè)進(jìn)行查表或插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為：
對(duì)軸承1 故 =2373
對(duì)軸承2 故=1950
4)驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)椋园摧S承1的受力大小來(lái)驗(yàn)算
綜合上述可得，該設(shè)計(jì)符合工程要求。
4.3．鍵的校核
設(shè)定輸入軸與V帶輪之間的鍵為1 ，加壓盤上的花鍵為鍵2。
普通平鍵的型式與尺寸如下圖：
圖4-2 普通型 平鍵 GB/T1096-79
矩形花鍵的連接
圖4-3 矩形花鍵尺寸 GB/T1144-87
由前面條件選取的鍵型號(hào)規(guī)格如下：
鍵1：圓頭普通平鍵（A型） b=6mm h=6mm L=28mm
鍵2: 矩形花鍵 6×21×25×5
受力分析：
鍵1受到的轉(zhuǎn)距
鍵2受到的轉(zhuǎn)矩
平鍵的材料為鋼，輕微沖擊，為100～120Mp，取=110 Mp
平鍵的校核公式： （k=0.5h l=L-b d為軸的直徑）
校核第一個(gè)鍵：
花鍵的材料為鋼，使用和制造情況良好，齒面經(jīng)熱處理，為120～200MPa,取=150MPa。
花鍵的校核公式： （一般取0.7～0.8，z為花鍵的齒數(shù)，l為齒的工作長(zhǎng)度，h為花鍵齒側(cè)的工作高度）
得出鍵的校核達(dá)到要求。
、
第五章 無(wú)級(jí)變速器的裝配
1.變速器的裝配
1）所有零件應(yīng)徹底清洗并用壓縮空氣吹凈或擦干。
2）各軸承及鍵槽在安裝前，應(yīng)涂以齒輪油或機(jī)械油。
3）裝入軸承前時(shí)，應(yīng)使用銅棒在軸承四周均勻敲入，避免用手錘直接敲擊軸承，以防止損傷軸承。也可將軸承在機(jī)械油中加熱到60-100℃后裝入。
4）殼體上的螺孔和軸承孔，在安裝軸承端蓋時(shí)，應(yīng)涂以密封膠以防漏油。
5）各緊固螺栓應(yīng)按規(guī)定鎖止方法進(jìn)行鎖止。
2.變速器在裝配中的調(diào)整
1）錐輪端面與渦輪之間的間隙，一般應(yīng)為0.10-0.35mm。
2）軸的軸向間隙一般為0.10-0.40mm，可在軸承蓋內(nèi)增減墊片進(jìn)行調(diào)整。
3）檢查蝸桿傳動(dòng)的嚙合與調(diào)速情況，各檔渦輪應(yīng)具備良好的自鎖性。齒的嚙合痕跡應(yīng)大于全齒工作面積的三分之一。
畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)
通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過(guò)程中也了解了許多課外知識(shí)，開拓了視野，認(rèn)識(shí)了將來(lái)機(jī)械的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對(duì)學(xué)校所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好開端，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)所學(xué)知識(shí)理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來(lái)說(shuō)，指導(dǎo)做畢業(yè)設(shè)計(jì)是老師對(duì)學(xué)生所做的最后一次執(zhí)手訓(xùn)練。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)是老師檢驗(yàn)其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機(jī)會(huì)。
畢業(yè)的時(shí)間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的大概總結(jié)，但是真的面對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯(cuò)誤的。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)太理論化了，面對(duì)單獨(dú)的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。
總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬(wàn)事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。
在此要感謝我們的指導(dǎo)老師聶松輝老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)
過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。
致 謝
近三個(gè)月時(shí)間的畢業(yè)課題設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活中忙碌而又充實(shí)一段時(shí)光。這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而又親切的老師，有互相幫助的同學(xué)，更有積極、向上、融洽的學(xué)習(xí)生活氛圍。短短的時(shí)間里，我學(xué)到了很多的東西。不僅學(xué)到就更多的理論知識(shí)，擴(kuò)展了知識(shí)面，提高了自己的實(shí)際操作能力；而且學(xué)會(huì)了如何去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，學(xué)會(huì)了面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)合作，互助互利。借此論文之際，向所有幫助、關(guān)心、支持我的老師、朋友同學(xué)，表達(dá)我最真誠(chéng)的謝意。
首先感謝指導(dǎo)老師。本論文是在老師耐心指導(dǎo)下多次修改完成的。在此，我對(duì)他們的耐心指導(dǎo)和幫助表達(dá)我最真誠(chéng)的謝意，感謝他們?cè)谶@幾個(gè)月來(lái)所付出的努力。在這段時(shí)間里，我從她們身上，不僅學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)，更感受到了她們工作中的兢兢業(yè)業(yè)，生活中的平易近人的精神。此外，他們的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學(xué)習(xí)。在此，請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)說(shuō)一聲：“老師，您辛苦了！”再次感謝您。
其次我要感謝同學(xué)們?cè)谖耶厴I(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)ξ业闹С趾蛶椭?，最后，我要感謝我的母?！嫣洞髮W(xué)對(duì)我的栽培，讓我變得更加強(qiáng)大。
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附錄：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
如何延長(zhǎng)軸承壽命
摘要： 自然界苛刻的工作條件會(huì)導(dǎo)致軸承的失效，但是如果遵循一些簡(jiǎn)單的規(guī)則，軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)是能夠被提高的。在軸承的使用過(guò)程當(dāng)中，過(guò)分的忽視會(huì)導(dǎo)致軸承的過(guò)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(gè)被損壞的軸承，會(huì)留下它為什么被損壞的線索。通過(guò)一些細(xì)致的偵察工作，我們可以采取行動(dòng)來(lái)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(rùn)滑劑使用不當(dāng)、裝卸或搬運(yùn)時(shí)的損傷及安裝誤差等。診斷失效的原因并不困難，因?yàn)楦鶕?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(shí)，最好首先通過(guò)正確地選定軸承來(lái)完全避免失效的發(fā)生。為了做到這一點(diǎn)，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(diǎn)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(huì)引起扭矩和噪聲的問(wèn)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(guò)簡(jiǎn)單的肉眼觀察是可以確定產(chǎn)生這類失效的原因。
通過(guò)失效后的分析可以得知對(duì)已經(jīng)失效的或?qū)⒁У妮S承應(yīng)該在哪些方面進(jìn)行查看。弄清諸如剝蝕和疲勞破壞一類失效的機(jī)理，有助于消除問(wèn)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(guò)材料屈服極限時(shí)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(huì)產(chǎn)生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會(huì)產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)和附加扭矩。
類似的一種缺陷是當(dāng)軸承不旋轉(zhuǎn)時(shí)由于滾珠在軸承圈間振動(dòng)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(yùn)輸中的設(shè)備和不工作時(shí)仍振動(dòng)的設(shè)備中都會(huì)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(huì)進(jìn)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(rùn)滑劑中會(huì)產(chǎn)生淡紅色。
消除振動(dòng)源并保持良好的軸承潤(rùn)滑可以防止低荷振蝕。給設(shè)備加隔離墊或?qū)Φ鬃M(jìn)行隔離可以減輕環(huán)境的振動(dòng)。另外在軸承上加一個(gè)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(duì)防止在設(shè)備運(yùn)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(rùn)滑不當(dāng)和載荷過(guò)大。在卡住之前，過(guò)大的摩擦和熱量使軸承鋼軟化。過(guò)熱的軸承通常會(huì)改變顏色，一般會(huì)變成藍(lán)黑色或淡黃色。摩擦還會(huì)使保持架受力，這會(huì)破壞支承架，并加速軸承的失效。
材料過(guò)早出現(xiàn)疲勞破壞是由重載后過(guò)大的預(yù)載引起的。如果這些條件不可避免，就應(yīng)仔細(xì)計(jì)算軸承壽命，以制定一個(gè)維護(hù)計(jì)劃。
另一個(gè)解決辦法是更換材料。若標(biāo)準(zhǔn)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(gè)問(wèn)題是由于載荷過(guò)大造成的，就應(yīng)該采用抗載能力更強(qiáng)或其他結(jié)構(gòu)的軸承。
蠕動(dòng)不象過(guò)早疲勞那樣普遍。軸承的蠕動(dòng)是由于軸和內(nèi)圈之間的間隙過(guò)大造成的。蠕動(dòng)的害處很大，它不僅損害軸承，也破壞其他零件。
蠕動(dòng)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(dòng)，應(yīng)該先用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。
蠕動(dòng)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(gè)非圓周軌道運(yùn)動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題是由于安裝不正確或公差不正確或軸承安裝現(xiàn)場(chǎng)的垂直度不夠造成的。如果偏斜超過(guò)0.25°，軸承就會(huì)過(guò)早地失效。
檢查潤(rùn)滑劑的污染比檢查裝配不正或蠕動(dòng)要困難得多。污染的特征是使軸承過(guò)早的出現(xiàn)磨損。潤(rùn)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(rùn)滑不良也會(huì)磨損并削弱保持架。在這種情況下，潤(rùn)滑對(duì)于完全加工形式的保持架來(lái)說(shuō)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?jié)櫥瑒┑竭_(dá)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(yàn)適合工作要求，那么防止生銹的最簡(jiǎn)單的方法是給軸承包裝起來(lái)，直到安裝使用時(shí)才打開包裝。
2 避免失效的方法
解決軸承失效問(wèn)題的最好辦法就是避免失效發(fā)生。這可以在選用過(guò)程中通過(guò)考慮關(guān)鍵性能特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些特征包括噪聲、起動(dòng)和運(yùn)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(rùn)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(hù)裝置來(lái)決定。潤(rùn)滑劑的粘度必須認(rèn)真加以選擇，因?yàn)椴贿m宜的潤(rùn)滑劑會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的扭矩，這在小型軸承中尤其如此。另外，不同的潤(rùn)滑劑的噪聲特性也不一樣。舉例來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑脂產(chǎn)生的噪聲比潤(rùn)滑油大一些。因此，要根據(jù)不同的用途來(lái)選用潤(rùn)滑劑。
在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，如果內(nèi)圈和外圈之間存在一個(gè)隨機(jī)的偏心距，就會(huì)產(chǎn)生與凸輪運(yùn)動(dòng)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(huì)引起NRR。和重復(fù)性振擺不同的是，NRR是沒有辦法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?
在工業(yè)中一般是根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)選擇不同類型和精度等級(jí)的軸承。例如，當(dāng)要求振擺最小時(shí)，軸承的非重復(fù)性振擺不能超過(guò)0.3微米。同樣，機(jī)床主軸只能容許最小的振擺，以保證切削精度。因此在機(jī)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(hù)裝置來(lái)保護(hù)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(yùn)動(dòng)，使軸承的密封不可能達(dá)到完美的程度，因此潤(rùn)滑油的泄漏和污染始終是一個(gè)未能解決的問(wèn)題。
一旦軸承受到污染，潤(rùn)滑劑就要變質(zhì)，運(yùn)行噪聲也隨之變大。如果軸承過(guò)熱，它將會(huì)卡住。當(dāng)污染物處于滾珠和軸承圈之間時(shí)，其作用和金屬表面之間的磨粒一樣，會(huì)使軸承磨損。采用密封和遮護(hù)裝置來(lái)?yè)蹰_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(gè)指標(biāo)。軸承的性能可以用不同的噪聲等級(jí)來(lái)表示。
噪聲的分析是用安德遜計(jì)進(jìn)行的，該儀器在軸承生產(chǎn)中可用來(lái)控制質(zhì)量，也可對(duì)失效的軸承進(jìn)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(cè)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(yàn)，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(guò)其頻率特性進(jìn)一步加以鑒定。通常軸承缺陷被分為低、中、高三個(gè)波段。缺陷還可以根據(jù)軸承每轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)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)1.6~10次，它們是由各種干涉（例如 軸承圈滾道上的凹坑）引起的?？刹煊X的凹坑是一種制造缺陷，它是在制造過(guò)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)10~60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(dòng)引起的。軸承每旋轉(zhuǎn)一周高頻不規(guī)則變化出現(xiàn)60~300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(duì)軸承進(jìn)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(zhǔn)外，還可確定軸承的噪聲等級(jí)。ABEC標(biāo)準(zhǔn)只定義了諸如孔、外徑、振擺等尺寸公差。隨著ABEC級(jí)別的增加（從3增到9），公差逐漸變小。但ABEC等級(jí)并不能反映其他軸承特性，如軸承圈質(zhì)量、粗糙度、噪聲等。因此，噪聲等級(jí)的劃分有助于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)。
附錄：畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 si
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