内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1前言铁路货车滚动轴承是关系到铁路运输安全的关键部件，由于轴承故障引发的车辆热轴、切轴事故是威胁行车安全的重要因素，因此铁路部门对轴承的检修非常重视。货车无轴箱滚动轴承检修工作规定，货车滚动轴承检修分为一般检修和大修两级修程。车辆段对货车滚动轴承定期维修，货车进入车辆段进行一般检修时，先作不分解诊断，诊断结果为分解和不分解，对于需分解的轴承，退卸、清洗、分解后，对照铁道部制定的标准图谱，用人工凭目测、手感、经验来判断轴承内、外圈及滚子的表面缺陷类型及损伤程度。特别是作一般检修时，不允许分解内圈组件，要在滚子与保持架的缝隙中观察内圈滚动面，很容易造成漏检。滚动轴承工件的表面缺陷主要包括麻点、擦伤、压痕、电蚀、剥离、裂损等。这种检测方法依赖于检测人员的经验和责任心，劳动强度大，工作效率低，长时间重复作业易引起视觉疲劳，检测结果随意性大，给铁路运输生产埋下了一定的隐患。为解决人工目视检测方式存在的问题，满足生产的需要，有必要设计一种新的检测方法“滚动轴承表面缺陷自动检测” 。通过本次的设计，实现轴承工件表面缺陷检测的自动化，代替人工目测。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）2第一章绪论1.1 滚动轴承的应用与检测1.1.1 滚动轴承的发展史自 1880 年英国率先生产轴承至今，世界轴承工业已经走过了漫长的 122 年（1880 年-2002 年）的历程。随着人类文明的不断进化和科学技术的高速发展，世界轴承工业从弱小起步，艰难创业，激烈竞争，曲折发展，由昔日少数几家小厂发展到现今遍布全球、年销量额达 300 亿美元的规模，取得了惊人的成就。可以毫不愧色地说，世界轴承工业在不断自我完善和壮大中，为世界的工业、农业、国防和科学技术的发展以及为人类生产的改善和提高都做出了巨大的贡献。在人类迈进二十一世纪的激动人心的时刻，回顾世界轴承工业的形成、发展以及对未来的预测，对于振兴轴承工业、推动世界经济建设和科技的发展都具有重大的意义。轴承（西方人写作“Bearing”，日本人称“轴受” ）是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它的主要功能是支承旋转轴或其它运动体，引导转动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。滚动轴承是采用滚动摩擦原理工作的支承件，具有摩擦力小、易于启动、升速迅速、结构紧凑、 “三化 ”（标准化、系列化、通用化）水平高、适应现代各种机械要求的工作性能和使用寿命以及维护保养简便等特点。它广泛应用于工业（机床、矿山、冶金、石化、轻纺、电机、医疗、工程等机械和各类仪器、仪表上） 、农业（拖拉机等农业机械） 、交通运输（铁路机车、汽车、摩托车、船舶、飞机等） 、国防（舰船、坦克、导弹等） 、航空航天（卫星、火箭、宇宙飞船等） 、家用电器（电风扇、洗衣机、吸尘器、录像机等） 、办公机械（复印机、电脑硬盘驱动器等）和高科技（原子能、核反应堆等）等领域，与国计民生息息相关。全世界大约有 80%的轴承应用于工农业机械、汽车、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）3火车、飞机等运输设备中。各类主机的工作精度、性能、寿命、可靠性和各项经济指标，都与轴承有着密切的关系；尤其是学技术的发展，各类主机对轴承提出了很多特殊的要求，这些要求反过来又促进了轴承工业的发展，研制和生产出许多特殊种类的轴承。轴承在国民经济发展和国防建设中正起着越来越突出的作用，因此可以毫不夸张地说：轴承技术代表着世界整个工业的发展水平。1.1.2 滚动轴承的检测车辆段对货车滚动轴承定期维修，用人工凭目测、手感、经验来判断轴承内、外圈及滚子的表面缺陷类型及损伤程度。这种检测方法依赖于检测人员的经验和责任心，劳动强度大，工作效率低，长时间重复作业易引起视觉疲劳，检测结果随意性大，给铁路运输生产埋下了一定的隐患。为解决人工目视检测方式存在的问题，满足生产的需要，有必要设计一种新的检测方法“滚动轴承表面缺陷自动检测” 。常用的滚动轴承表面缺陷检测方法1、漏磁检测法在直流磁场作用下，工件被磁化并接近饱和状态，此时在缺陷部位有几乎与缺陷的体积成比例的磁场向外泄漏，通过磁传感器可以把泄漏的磁场检测出来，信号处理后可测定缺陷的大小。漏磁检测法的主要优点有：（1）不仅能检测表面缺陷，而且还能检测内部微小缺陷。（2）检测精度高，可检测到 510-4mm3 的微小内部缺陷。（3）造价比较低廉。（4）漏磁检测法的主要缺点有：（5）只能用于金属材料的检测。（6）无法识别缺陷的形状。（7）抗干扰能力差，对检测环境要求高。2、红外检测法3、光学检测法开始于 70 年代中期，在 30 多年的发展历程中，根据其采用的扫描装置不同，光学检测法可以分为三个发展阶段：激光点扫描器、线阵 CCD 摄像头、面阵 CCD 摄像头阶段。与轴承表面缺陷的计算机自动检测与识别相关的方法和技术在以下领域有着广泛的应用与研究：（1）冷轧带钢表面缺陷实时在线检测印刷电路板缺陷检测（2）焊缝缺陷检测内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）4（3）玻璃制品裂纹检测（4）磁粉探伤中磁痕图像的处理与识别（5）汽车发动机缸孔表面缺陷检测（6）列车轮对踏面缺陷检测新的检测方法要求必须不拆卸支撑架的条件下，进行滚动轴承内圈滚道面的磨损检测，并且提供故障数据库。由于肉眼观察内圈滚道面容易疲劳，我们提出采用 CCD摄像头来代替肉眼，用工控机代替人脑分析，并且将拍摄图像存入数据库系统。通过机械装置夹紧支撑架，使其不转动，通过背光源，用 CCD 相机两个滚珠之间的缝隙，形成图片，转动内圈，由于滚珠不动，镜头不动，拍摄出内圈的另一段表面，内圈旋转一周则可拍摄出整个内圈外表面，并通过工控机输入数据库。将拆卸并清洗干净的轴承工件安装到转速可控的旋转台上，通过扫描方式用图像传感器获取轴承工件表面图像并输入到计算机，经过计算机分析得出轴承工件的缺陷类型。下图是系统工作流程图。图 1.1 系统工作流程图这种检测方法简化了工人的操作，减小了劳动强度，改善了劳动条件。节省时间，缩短了检测时间，工作效率显著提高了。这是一种机械自动化检测方法，技术复杂，成本高。在我国目前阶段，大多数工厂仍采用人工目视检测滚动轴承磨损情况。随着计算机系统与微型计算机的迅速发展，这种新的检测技术正在不断地扩展。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）5第二章设计整体方案本次的设计题目为滚动轴承滚道面装夹系统传动设计，该设计主要是用于检测滚动轴承滚道面的磨损情况，其传动方案为：电动机联轴器减速器锥齿轮传动转台转动。本设计传动部分采用了机械传动，机械传动具有结构紧凑、传动平稳、效率高的特点。 驱动装置采用的是步进电动机，减速器采用的是单级蜗杆减速器，夹紧装置采用的是液压系统夹紧装置。 2.1 传动装置的设计和特点本设计传动部分采用了机械传动，驱动装置采用的是步进电动机。步进电动机是一种利用电磁铁的作用将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电机，近年来在数字控制装置中的应用日益广泛。步进电机具有结构简单、维护方便、精确度高、启动灵敏、控制十分方便等性能。步进电动机具有的特点归纳起来有： (1)可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。 (2)位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有定精度的开环控制系统，也可在要求更高招度时组成闲环控制系统。 (3)无刷，电动机本体部件少，可靠性高。 (4)易于起动、停止、正反转及变速响应性也好 (5)停止时，可有自锁能力。 (6)步距角选择范围大，可在几角分至 180 度大范围内选择。在小步距情况下通常可以在超低速下高转矩稳定运行、通常可以不经减速器直接驱动负载。 (7)速度可在相当宽范围内平滑调节。同时用一台控制器控制几台步进电动机 可使它们完全同步运行。 (8)步进电动机带惯性负载的能力较差。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）6(9)由于存在失步和共振，因此步进电动机的加减速方法根据利用状态的不向 而复杂化。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机.。反应式步进电动机，步距角小，运行频率高，价格较低，但功耗较大。永磁式步进电动机，功耗 较小，断电后仍有制动力矩，但步距角较大，启动运行频率低。混合式步进电动机，它具备上述两种电动机的优点，但价格较高。所以选用的是反应式步进电机。减速器采用的是单级蜗杆减速器，其特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声比较小。2.2 夹紧装置的设计和特点夹紧装置采用的是液压系统控制的夹紧装置，其特点是体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，操作方便，易于实现频繁的换向，易于实现自动化，工作比较平稳。由于液压原件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。但同时液压系统也有不可避免的问题：易泄漏、对油温敏感、制造精度高，找故障难。液压传动 12.3 设计参数1、被测滚动轴承内圈的内径 r=130mm，高度 65hm2、被测滚动轴承内圈的外径 ，150r2170r3、被测滚动轴承每转动一次的角度 。.8内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）7第三章 设计计算根据上文中的设计参数进行以下计算：传动装置总效率 滚动轴承的效率 ,蜗杆传动效率 ,联轴器效率 ，锥齿轮传动效10.9820.730.9率 。故40.96124.96.143.1 电动机的选型与计算3.1.1 计算折算到电机轴上的负载惯量（1）计算联轴器的转动惯量 ,已知联轴器的密度（材料为钢） 。0J 337.810/kgcm（31）34.7810DL42(6.).kgc2.6kgcm（2）计算减速器的蜗轮与蜗杆的转动惯量 zJ3210.784zJkgc264kgcm3422.zJkc215kc（3）滚动轴承的转动惯量 rJ内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）8（32）4()32rJDdL340.78125kgcm（4）转台转动惯量 RJ（33）340.781RJDL.252kgcm（5）由式 ,计算折算到电动机轴上总的负荷转动惯量。0dLJ（34）201zRd rJJi25.610.4.533987kgcm3.1.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩（1）计算折算到电动机轴上的摩擦负载力矩 T已知滚动轴承内圈的摩擦系数为 0.015故 （35）0.150.7TNN