畢倡源 蔣東霖 邵麗穎 岳文斌 王營 宋捷

摘 要：為了提高人們對法蘭軸承領(lǐng)域的認(rèn)知度、準(zhǔn)確的測量法蘭軸承的工作性能和使用壽命，基于對《機(jī)械設(shè)計》、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》和《液壓與氣壓傳動》教材內(nèi)容的理解，以及對脹形技術(shù)的應(yīng)用，因此設(shè)計這種具有針對性法蘭軸承試驗機(jī)來解決現(xiàn)有試驗機(jī)還不能準(zhǔn)確地測量出在不同大小徑向力作用下法蘭軸承工作壽命的問題。

關(guān)鍵詞：法蘭軸承；試驗機(jī)；脹形；工作壽命

1 設(shè)計背景

隨著德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的提出，中國的機(jī)械產(chǎn)業(yè)未來將會受到更大的沖擊，所以必須有效地提高機(jī)械各領(lǐng)域的生產(chǎn)效率。在一些要求高精度快速移動的機(jī)械高端領(lǐng)域如機(jī)械傳動領(lǐng)域、工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域、檢測儀器領(lǐng)域、減速和變速裝置領(lǐng)域都開始應(yīng)用法蘭軸承。據(jù)調(diào)查，以往的試驗機(jī)不能很準(zhǔn)確地測試出法蘭軸承在不同大小徑向力作用下的工作壽命，而這種法蘭軸承試驗機(jī)是有針對性的試驗設(shè)備能夠彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的弊端，很好的服務(wù)于機(jī)械領(lǐng)域。

2 總體設(shè)計方案

如圖所示，圖1為研制的法蘭軸承試驗機(jī)的三維模型圖，法蘭軸承試驗機(jī)最主要的執(zhí)行部件是液壓伺服油缸部分（圖2），液壓伺服油缸通過傳動鏈部件與法蘭軸承相連接，隨著活塞桿的進(jìn)、出，帶動法蘭軸承在內(nèi)脹分割光杠上左右往復(fù)的移動，根據(jù)聲音傳感器和載荷傳感器上采集的數(shù)據(jù)分析、計算法蘭軸承的工作性能及使用壽命。

3 結(jié)構(gòu)原理分析

如圖3所示，左支架和右支架通過螺釘和梯形與主機(jī)座實現(xiàn)加緊連接，當(dāng)松開螺釘和梯形塊之后，左支架和右支架就可以分別在主機(jī)座上左右移動，再松開蘭軸承試樣與法蘭軸承連接板之間的連接螺釘，就可以實現(xiàn)換法蘭軸承試樣，或者更換切割光杠及內(nèi)部相關(guān)部件的工作。

如圖3中A部分放大剖視圖所示，當(dāng)用手順時針旋轉(zhuǎn)手輪，通過壓力螺桿和光桿右套之間的螺旋傳動作用，推動右壓塊向左移動，超彈芯棒將在右壓塊和左壓塊的軸向擠壓作用下，產(chǎn)生徑向的膨脹變形，從而產(chǎn)生一定軸向長度范圍內(nèi)的均勻的徑向力，進(jìn)而在徑向上從內(nèi)向外推動和與之接觸的內(nèi)脹套，而內(nèi)脹套通過接觸再次把所受的徑向力從內(nèi)向外擠與其緊密接觸的切割光桿，這樣切割光桿就將這個徑向力遞給了與之外表面接觸的法蘭軸承試樣，法蘭軸承試樣就在一定大小的徑向力作用下往復(fù)的左右移動。如圖3中B-B局部剖視圖所示，切割光桿和內(nèi)脹套都是被切成兩半的管狀零件。徑向力的大小是通過壓力傳感器測得的軸向壓力后，通過彈性力學(xué)原理計算獲得。

在設(shè)定好徑向力后，在控制系統(tǒng)的控制下，通過液壓油路和電液伺服閥使伺服作動器進(jìn)行左右的周期性的往返直線運動，進(jìn)而帶動法蘭軸承試樣在切割光桿上左右移動，直至試驗結(jié)束，其中如圖3中主視圖所示，聲音傳感器和載荷傳感器起到記錄實驗數(shù)據(jù)和向控制系統(tǒng)時時反饋實驗數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)接收實驗數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以判定實驗是否結(jié)束，即法蘭軸承試樣是否失效。

4 結(jié)束語

這種法蘭軸承試驗機(jī)能較為準(zhǔn)確地計算出軸承的使用壽命，有助于提高機(jī)器的使用效率，它還具有結(jié)構(gòu)新穎、操作簡便的優(yōu)點。這種法蘭軸承試樣機(jī)所施加的徑向力分布均勻，而且徑向力的范圍很廣，可以保證試驗環(huán)境與真實工作環(huán)境一致。該設(shè)備一定會得到市場的認(rèn)可，為法蘭軸承的研發(fā)和生產(chǎn)做貢獻(xiàn)。

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基金項目：

吉林省省級大創(chuàng)項目（吉教高字〔2015〕17號）。

作者簡介：

畢倡源（1991-），男，吉林長嶺人，長春師范大學(xué)工程學(xué)院，主要研究方向為機(jī)械設(shè)計。

通訊作者：蔣東霖（1979-），男，吉林長春人，長春師范大學(xué)工程學(xué)院，副教授/高級工程師，主要研究方向為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法及理論。

注：項目研究過程中成功申請國家專利一項，專利名稱：“一種法蘭軸承試驗機(jī)”，專利號：ZL201520156493.8。