LHHD智能滚动轴承实验实验指导书和实验报告

6LHHD智能滚动轴承实验LHHD智能滚动轴承实验台是用来验证滚动轴承工作时轴承元件上载荷的分布规律、载荷及应力的变化规律、成对使用的向心角接触轴承载荷分析及当量动载荷的计算等问题，这些问题属滚动轴承承载机理的重点内容，是“滚动轴承”一章的难点、重点教学内容。通过实验加以验证，并通过软件分析、处理实测数据，模拟载荷及应力分布曲线，对巩固、加深理论知识的认识，提高学生的实验动手能力，是非常必要的。一、实验目的1.轴承外圈分布载荷的测试。2.轴承外圈载荷及应力变化规律的测试验证，滚动体及内圈载荷应力变化规律的模拟。3.对成对组合安装的向心角接触轴承进行载荷分析及当量动载荷、轴承寿命的计算，观察不同载荷下内部轴向力引起的“放松”和“压紧”现象。二、实验设备1.滚动轴承实验台（图1示），主要配置有直流减速电机1台（150W，220V，输出转速0~100r/min）,径向加载传感器1个（量程0~10kN），轴向加载传感器1个（量程0~10kN），试验用轴承2个（30213）等。图1滚动轴承实验台2.专用软件光盘1张。三、实验台结构滚动轴承实验台结构如图2示，微型直流减速电机11驱动轴10回转，轴10由一对正装的圆锥滚子轴承41（型号30213）支承，该对轴承为测试实验轴承。轴10中部对称安装有三个径向加载轴承9（型号6014）、间距50mm,轴承9外圈与可移动的力传感器7接触。传感器7由托板21、弹簧23安装在滑块17上，转动手柄3可通过螺钉4与滑块17间的螺旋传动来调整传感器7对加载轴承9施加载荷的大小。转动手轮32可通过丝杆18与螺母6组成的螺旋传动来带动滑块17在两根滑杆28上移动，从而调整传感器7的位置。在轴10的右端板30上固定有支座33，支座33内装有力传感器7，转动手柄可调整通过心轴37对轴10施加的轴向载荷的大小。图2滚动轴承实验台结构图四、实验原理1、轴承外圈上的载荷分布以正装（面对面）无游隙圆锥滚子轴承（30213）为测试对象，轴承外圈上贴有均布的8个电阻应变片（图4示），由电阻应变仪测得各应变片的变形，从而得出均布各点的载荷分布。图4外圈上均布贴的应变片图5圆锥滚子轴承受载图轴承承载时，载荷通过轴颈作用于内圈上，再通过内外圈间的滚动体来传递，如图5示。径向载荷FR通过轴颈作用于内圈，位于上半圈的滚动体不会受力，内、外圈下半圈与滚动体接触处共同产生局部接触变形，在FR作用线上接触点处的变形量最大，向两边逐渐减小。因而接触载荷也是处于FR作用线上接触点处最大，向两边逐渐减小。所有滚动体作用在内圈上的接触力的向量和必定等于径向载荷FR。当径向载荷FR大小一定时，受载滚动体数目（即承载区大小）与轴承所受的轴向载荷FA大小有关。当轴向载荷FA逐渐增大时，轴承内接触的滚动体数目逐渐增多。当FA≈FRtanα时，仅有1~2个滚动体受载，FA逐渐加大，承载滚动体逐渐增多，如图6（a）示；当FA≈1.25FRtanα时，可达下半圈滚动体全部受载，如图6（b）示；当FA≈1.7FRtanα时，开始使全部滚动体受载，如图6（c）示，此时FR作用线上接触点处的接触载荷反而比(b)图的小了；当FA＞1.7FRtanα时，全部滚动体受载，图6(d)示。图6轴向载荷变化时受载滚动体数目的变化2、轴承工作时，轴承元件上的载荷及应力变化规律。轴承工作时各个元件上所受的载荷及产生的应力是时刻变化的，轴承的滚动体、内圈和外圈各自的载荷及应力变化律是各不相同的。滚动轴承工作时，对于滚动体上的某一点A而言（图7示），它的载荷以及应力是周期性变化的，当滚动体进入承载区后所受载荷由零逐渐增加到某一最大值，然后再逐渐降低到零，如图8（a）示。对于转动套圈（如内圈）上的某一点F，它会随着滚动体的运动而运动，与滚动体的受载情况类似。当和滚动体接触时就承受载荷，脱离接触时所受载荷就降为零，所受载荷也是周期性地不稳定变化的，但是和滚动体还是有区别的。如图8（b）示。对于固定套圈（如外圈）上的一个具体的点，每当一个滚动体滚过时，便承受一次载荷，其大小是不变的，也就是承受稳定的脉动循环载荷的作用，载荷变动频率的高低取决于滚动体中心的圆周速度。但是对不同的点其载荷大小又不同，如图7示，处于FR作用线上的点B将受到最大的载荷，向两边（C、D点）逐渐减少，在上半部（如E点），如果只是部分滚动全受载，上半部的点E及其左右就不受载荷，所以在不同的点就有一系列这样的脉动循环载荷的作用，如图8（c）示。图7滚动轴承承受力点五．测试软件使用说明及实验步骤该软件为与LHGD智能滚动轴承实验台配套测试软件，具有单台联机采集分析数据，和多台级联网络采集分析数据等功能，获取实验台传感器及应变片测的的数据能对滚动轴承受力分布，承载情况，环境温度等参数进行计算分析，通过绘制直观的数据曲线，数字、文字描述表达，得出系列实验报告，具有操作方便，处理效率高，等特点。使用方法及实验步骤运行软件，选取正确通讯端口，端口有记忆功能，如上次正确选择则不需要重复操作。点击读取在线设备按钮，可将连接设备联机，并按编号顺序排列，选择径向力Fr作用位置，即加载装置位置，默认为中间位置2/4位置，本实验台轴向力为左方向（见图5.1）。选择实验机器，选中后勾选机器号，即可出现如图5.2软件界面，此时选择实验方式，径向载荷与轴向载荷关系。图5.2实验界面截图1选择实验方式后，点击获取实验数据。在参数设置->设备参数调整->选择实验台->在“调零”选择“全部”点击确定清零应变数据（与设备操作面板“清零”按钮具有一致功能）后可进行实验了。图5.3实验界面截图2图5.4清零界面施加径向载荷3500N左右，缓慢调节调速旋钮，是电机运转，控制速度在30r/min左右。之后根据提示缓慢施加轴向载荷，如满足实验条件轴向载荷数据框会由红色变为正常色。图5.5获取实验数据确定实验数据，会在右边数据列表里列出采集到的实验数据。点击单轴承载荷及应力分布曲线，显示轴承外圈应力及载荷分布曲线。图5.6单轴承载荷及应力分布曲线图点击单点载荷及应力分布曲线。显示滚子载荷及应力曲线。图5.7单点载荷及应力分布曲线图点击成对安装轴承计算结果，显示轴承“工作寿命”分析结果。图5.8单点载荷及应力分布曲线图重复选择实验方式，依次点击后面三种实验方式，重复4-9步骤，此时径向力不需改变。点击“实验报告”生成Word格式实验报告（请确认操作系统中安装有微软公司的Word软件否则无法正常生成报告）。如需再次实验，完全卸载和停止电机后，点击实验清零按钮，完全清空实验数据，可重新进行实验。软件使用注意事项1、通讯设置、实验参数设置设置好后勿随意修改！2、系统操作前请详细阅读“软件使用帮助”。3、注意系统平台的病毒防护，防止软件被病毒感染！六、注意事项1、实验台放置平稳，电器接线应正确无误，接地保护可靠。2、机械部分转动灵活，电机无卡死现象。3、对传感器加力时，传感器不产生较大晃动，应能从径向或轴向将力传到轴承上，并且在退出加载时，传感器能脱离轴承，显示窗口上显示的力应为零或很小。七、说明1、【成对轴承实验选项设置】中的轴承内部轴向力、当量动载荷及基本额定寿命都是根据所加的径向、轴向外载荷计算出来的，不是测试值。2、建议：转轴的实验转速选在15～35r/min之间。3、因轴承外圈上各应变片粘贴位置不可能完全一致，且各测点因受残余应力的影响，数据栏反映的各应变片的应变值与理论值会有一定的偏离。4、因受残余应力的影响，非承载区测点的应变值可能不为零。5滚动轴承性能实验报告实验日期审阅成绩：预习课堂报告总成绩一、轴承外圈上的载荷分布轴上径向载荷FR=N，作用点l1=l/2轴承上径向载荷Fr1=Fr2=N轴承派生轴向力S1=S2=Fr=（2Y）=N轴上轴向载荷FA（N）轴承上轴承向载荷（N）A1A2应变片应变值号Ⅰ轴承Ⅱ轴承Ⅰ轴承Ⅱ轴承Ⅰ轴承Ⅱ轴承Ⅰ轴承Ⅱ轴承12345678Ⅰ轴承载区图二、轴承元件上的载荷及应力变化规律轴上径向载荷FR