淺析汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方法

摘? 要：軸承作為機(jī)械傳動(dòng)的重要基礎(chǔ)構(gòu)件，在實(shí)際工程實(shí)踐及前沿科學(xué)研究當(dāng)中都極為重要。伴隨著汽車的普及，與之相關(guān)軸承行業(yè)的發(fā)展也得到了極大推動(dòng)。但是，軸承制造行業(yè)水平的參差不齊直接導(dǎo)致軸承質(zhì)量的高低差異。為了能夠在軸承投入市場(chǎng)之前對(duì)軸承樣本進(jìn)行一定程度上的抽樣檢測(cè)，技術(shù)人員逐漸開始研發(fā)制作軸承試驗(yàn)機(jī)。研究表明軸承在研發(fā)過程中，需對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)軸承結(jié)構(gòu)對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性。縱觀整個(gè)軸承研制過程，軸承試驗(yàn)是設(shè)計(jì)研發(fā)及制造的重要組成部分，是設(shè)計(jì)成果高質(zhì)量的基本保障。

關(guān)鍵詞：軸承試驗(yàn)機(jī);實(shí)驗(yàn)軸系;SolidWorks;Autocad

中圖分類號(hào)：THl33? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）02-0000-00

軸承試驗(yàn)機(jī)根據(jù)其對(duì)材料性能實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)不同，可分為壽命試驗(yàn)機(jī)、模擬試驗(yàn)機(jī)、性能試驗(yàn)機(jī)、零部件試驗(yàn)機(jī)等;根據(jù)試驗(yàn)軸系及傳動(dòng)軸系安裝方式不同，軸承試驗(yàn)機(jī)又可分為橋式結(jié)構(gòu)、懸臂結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。雖然針對(duì)試驗(yàn)測(cè)試對(duì)象不同，但是他們的基本結(jié)構(gòu)框架都包含主體結(jié)構(gòu)、測(cè)試技術(shù)、加載技術(shù)、控制技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

1國內(nèi)汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)發(fā)展歷程

目前，我國軸承行業(yè)的整體水平與國際先進(jìn)軸承加工制造水平基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，但是國內(nèi)的軸承檢測(cè)水平卻非常滯后。為確保檢測(cè)技術(shù)水平與軸承行業(yè)水平相匹配，我國針對(duì)該行業(yè)先后進(jìn)行了多次自主研發(fā)、技術(shù)革新。

我國的軸承試驗(yàn)機(jī)在經(jīng)歷引進(jìn)到自主研發(fā)的歷程之后，已經(jīng)基本形成一系列壽命試驗(yàn)機(jī)和完善的軸承壽命理論。我國最早的疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)機(jī)型是參考前蘇聯(lián)的ΓΚБ系列而研發(fā)的ZS系列軸承壽命試驗(yàn)機(jī)，該系列機(jī)型由長春、石家莊以及濟(jì)南三地的軸承試驗(yàn)機(jī)廠家研發(fā)制造。而后的另一種是ABLT系列，他的設(shè)計(jì)仿照強(qiáng)化軸承壽命試驗(yàn)機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，跨距調(diào)整范圍大，試驗(yàn)載荷變化范圍大，加載系統(tǒng)響應(yīng)快，拆裝方便等優(yōu)勢(shì)。

新時(shí)代，綜合以上三種機(jī)型特點(diǎn)，國內(nèi)逐漸研發(fā)出GQZS系列的軸承壽命試驗(yàn)機(jī)，該系列的機(jī)型相比之前的三種機(jī)型，具有試驗(yàn)跨距調(diào)整范圍大、可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出、試驗(yàn)控制精度高及試驗(yàn)過程保壓準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

2試驗(yàn)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

2.1理論基礎(chǔ)

構(gòu)件是工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)各組成部分的統(tǒng)稱，汽車輪轂軸承試驗(yàn)的力學(xué)理論基礎(chǔ)主要依托靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、彈性力學(xué)及四大強(qiáng)度理論。

2.2總體結(jié)構(gòu)布局方案

試驗(yàn)機(jī)主體結(jié)構(gòu)包括試驗(yàn)軸承、軸系及支撐部分，是試驗(yàn)機(jī)的核心，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣決定試驗(yàn)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和承受的最大載荷，軸系的精度決定了試驗(yàn)機(jī)的精度，進(jìn)而確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。常見的試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)布局方式根據(jù)其使用工況、檢測(cè)對(duì)象的不同可分為橋式結(jié)構(gòu)、懸臂結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)三種。

本次設(shè)計(jì)分析的汽車輪轂軸承壽命試驗(yàn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局采用臥式結(jié)構(gòu)，主要由試驗(yàn)軸系和傳動(dòng)部分構(gòu)成（圖1）。

2.3模型建立

模型的建立采取先建立三維模型后形成二維工業(yè)圖紙的設(shè)計(jì)建模方式，通過三維建模進(jìn)行各項(xiàng)碰撞、干涉分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析，使整個(gè)汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)軸系設(shè)計(jì)流程更加簡(jiǎn)化。

三維模型的建立采用Solid Works公司旗下的專業(yè)工程機(jī)械設(shè)計(jì)建模軟件Solid Works，模型的碰撞、干涉分析則采用Ansys公司旗下的Ansys Workbench進(jìn)行處理。完成干涉分析及模型優(yōu)化后，從三維模型映射形成加工圖紙，在AutoCAD工作界面下進(jìn)行模型的裝配制圖，從而形成能夠進(jìn)行工業(yè)化加工制作的機(jī)械圖紙，如圖2所示。

3設(shè)計(jì)對(duì)加工制造過程的指導(dǎo)

3.1 AutoCAD設(shè)計(jì)模型解讀

基于AutoCAD建立的汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)裝配圖紙，主要分為試驗(yàn)軸系（液壓加載機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）、動(dòng)力輸入集成（動(dòng)力機(jī)構(gòu)）以及支撐集成三大塊，是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的基本組成。試驗(yàn)軸系主要是試驗(yàn)軸承的裝載和外力加載的機(jī)械組成，是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)加載條件改變的重要部分;動(dòng)力輸入集成，通過齒輪、帶輪變速的雙重調(diào)和，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)軸系轉(zhuǎn)速大范圍、多級(jí)次調(diào)節(jié);支撐集成部分是確保試驗(yàn)機(jī)器軸系運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定的重要保障，能有效避免軸系在空間上因高頻波動(dòng)而帶來的軸系構(gòu)件的形變。

3.2 AutoCAD設(shè)計(jì)模型的指導(dǎo)作用

通過設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化分析處理，輸出設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)于加工制造業(yè)，在一定程度上能夠起到參考與回溯的作用。對(duì)于預(yù)建立的模型，在工業(yè)加工過程中，設(shè)計(jì)人員、加工人員能通過該設(shè)計(jì)圖紙對(duì)汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)的加載方式、裝配順序有清晰的指導(dǎo)，從而極大縮短設(shè)計(jì)、加工及裝配進(jìn)程，最大限度上促進(jìn)機(jī)械進(jìn)程的功能化、信息化。

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，傳統(tǒng)軸承加工行業(yè)水準(zhǔn)也在不斷提升，而對(duì)于汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)精度的要求也越來越高，本文通過簡(jiǎn)要分析汽車輪轂軸承試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)過程，以期為實(shí)際加工制造業(yè)提供一定參考。

收稿日期：2020-01-03

作者簡(jiǎn)介：覃安松（1993—），男，貴州黔西南州人，本科，設(shè)備工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。