基于虚拟仪器的尼龙轴承摩擦磨损实验机设计

　　由于水具有无污染,来源广泛、节省能源、安全性、难燃等特性,水润滑轴承在近些年来得到了迅速发展。尼龙轴承作为水润滑轴承的一种,不但具备以 上所有水润滑轴承的优点,还有材料便宜、易于合成等特点,所以在船舶机械中广泛运用,如水泵轴承、舵机轴承等,都可以采用水润滑轴承。

　　为了测定尼龙轴承的性能参数指标,本文作者研究设计了一种基于虚拟仪器技术的尼龙轴承摩擦磨损实验机,用于对尼龙轴承在各个转速下的极限载荷进行测量。

　　1　尼龙轴承主要参数

　　实验机主要就是为了测量尼龙轴承的极限pv值,也就是轴承的极限压强和滑动速度的乘积。极限压强根据公式(1)进行计算:

　　式中: p为尼龙轴承极限压强,即为所求值; W为尼龙轴承所能承受的极限载荷(N); d为尼龙轴承内径(mm); L为尼龙轴承长度(mm)。

　　滑动速度根据公式(2)计算:

　　式中: D为钢轴套外径(mm) ; n为主轴的转速(m/s)

　　判断尼龙轴承载荷是否到达极限主要有以下3个评断标准:轴承表面温度剧烈上升;摩擦力明显上升;磨损量超标。鉴于此,除以上数据外,尼龙轴承的 磨损实验还需要测量的参数有:尼龙轴承与钢套之间的摩擦力、尼龙轴承外表面的温度、尼龙轴承的磨损量以及电动机的电流和电压等。

　　2　摩擦磨损实验机的设计

　　2·1　硬件设计

　　实验机的主要摩擦副由尼龙轴承试样和钢套构成。加载时对试样施加径向载荷,从硬件结构来看,该实验机主要由图1所示的几个部分组成。

　　按照功能分类,整个实验机可以分为以下4个系统。

　　2·1·1　传动系统

　　传动系统的作用主要是保证轴套以给定的转速旋转,并要求转速精确到5%,钢轴套安装部位轴的径向跳动小于0·01 mm。传动系统设计主要就是动力装置的选择,转动装置之间连接器的选择以及调速装置的选择。

　　在考虑了实验机可能的最大载荷后,选择最大功率为6·5 kW,最大转速为3 000 r/min的三相交流异步电机作为整个实验机的动力装置。选用弹性联轴节作为连接设备以减少振动。实验机转速的调节依靠变频器来实现。以上选择经实践验证 可以符合传动系统对速度、稳定性以及动力输出的要求。

　　需要特别说明的是,为了降低整个系统的复杂程度,选择了直联作为电动机和主轴的连接方式,这样做的好处是结构比较简单。

　　2·1·2　加载系统

　　实验机对于加载系统的要求是能够对试样施加稳定的径向载荷,精确到2%以内。