滚动轴承故障振动检测实验台的机械结构设计论文编号:JX473 有设计图，论文字数:24694,页数:65 摘 要
本文利用传感器检测滚动轴承的振动信号进行故障检测与诊断，可以研究不同的滚动轴承的不同的故障所表现的出来的不同的振动信号。本文主要以外圈直径是50㎜、60㎜的深沟球轴承为例设计了滚动轴承故障振动检测实验台的机械结构部分，该实验台由动力源、减速装置、传动装置、装卡装置几部分组成。其工作原理是通过传感器采集轴承运转时被检测点的振动信号，对每个监测点画出频谱图,与开始建立的参考频谱图数据库比较,分析在哪些频率点振动级值增加,从而判断其故障所在。该实验台可以让学生通过实验对故障诊断这门新兴学科建立更深刻的认识，特别是对滚动轴承故障的振动诊断技术有深刻的认识和了解，进一步认识到故障诊断技术的重要性。
关键词 滚动轴承 故障检测与诊断 振动诊断技术 传感器
Abstract
This paper use sensor to diagnose antifriction bearings’ vibration signal for failure examination and diagnosis. It can study different kinds of vibration signals of different bearings which expressed out. This text mainly take the diameter of antifriction bearings are 50mm and 60mm for example to design the experiment pedestal. It contains motive source, gearbox, transfer device and charge equipments. Its’ work principle is to gather vibration signals of the examined points by sensor when antifriction bearing is wheeling, and then draw a frequency chart, then compare with the already built database. Analyze where the vibration value is increased, then judge the failure places and kinds. The pedestal can show more about the discipline of failure diagnosis, especially about the subject of antifriction bearings’ failure diagnosis. And acquaintance the importance of failure diagnosis subject.
Key words antifriction bearings failure examination and diagnosis vibrate diagnosis technique sensor
目 录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 课题来源及研究的目的和意义 1
1.1.2 故障诊断技术的发展现状 1
1.1.3 滚动轴承故障诊断技术 2
1.2 本文研究的内容 3
1.3 本章小结 3
第2章 滚动轴承故障检测实验台总体设计 4
2.1 实验台的功能需求分析 4
2.2 振动检测实验台方案提出及评价 4
2.1.1 基本参数的确定 4
2.1.2 设计方案的确定与评价 4
2.3 本章小结 5
第3章 检测实验台传动部件设计 6
3.1 电动机的选择 6
3.1.1 选择电动机的类型和结构型式 6
3.1.2 确定电动机的容量 6
3.2 减速器的设计 8
3.2.1 齿轮的设计 8
3.2.2 减速器的润滑、密封以及附件的选择 16
3.3 联轴器的选择与法兰盘的设计 17
3.3.1 联轴器类型的选择 17
3.3.2 联轴器尺寸型号的选择 17
3.3.3 法兰盘的设计 17
3.4 本章小结 18
第4章 检测实验台的装卡机构结构设计 19
4.1 轴承箱的结构设计 19
4.1.1 支承部分的刚性和同心度 19
4.1.2 被检测滚动轴承的轴向紧固 19
4.1.3 被检测轴承游隙的调整 20
4.1.4 被检测滚动轴承的预紧. 20
4.1.5 被检测滚动轴承的润滑 20
4.1.6 被检测滚动轴承的密封装置 21
4.1.7 被检测滚动轴承安装轴的加载装置设计 22
4.1.8 被检测滚动轴承安装轴的设计与校核 22
4.1.9 导轨的设计 24
4.2 卡盘的设计 25
4.3 本章小结 26
第5章 传感器的选用与安装 27
5.1 传感器的选用 27
5.2 传感器安装 29
5.3 本章小结 34
第6章 检测实验台的经济技术性分析 35
6.1 系统结构设计的合理性 35
6.2 系统设计的经济性 35
6.2.1 选材方面 35
6.2.2 动力源方面 35
6.2.3 使用、保养、与维护方面 36
6.3 本章小结 36
结论 37
致谢 38
参考文献 49
附录1 40
附录2 49以上回答来自:
【英文题名】 Vibration Test Fixture Design and Frequency Response Analysis
【作者】 孙忠涛;
【导师】 车英;
【学位授予单位】 长春理工大学;
【学科专业名称】 仪器科学与技术
【学位年度】 2010
【论文级别】 硕士
【网络出版投稿人】 长春理工大学
【网络出版投稿时间】 2010-06-17
【关键词】 振动试验; 夹具; 有限元分析; 响应频率; 结构优化; 扫频试验;
【英文关键词】 Vibration test; General-purpose fixture; Finite element analysis; Analysis of responsed-frequency; Structure-optimized; Frequency-scanning test;
【中文摘要】 本文以振动试验台通用试验夹具为主要研究对象,介绍了国内外振动试验夹具的研究现状其发展趋势,对有限元法在结构动态设计中的应用情况,以及夹具设计规范以及典型夹具的设计方法、设计步骤及需要注意的若干问题进行了深入研究。根据项目的要求,采用计算机辅助设计,对振动台试验夹具进行了三维有限元建模,并根据试验夹具在振动台上的使用形式,对其有限元模型边界条件进行了合理的模拟。通过使用Ansys有限元分析软件对该夹具进行了模态计算和频响分析,对其结构进行了反复修正。修正过程中考虑了夹具总体高度和结构外型的差异对响应频率的影响,计算出了改变参数后的各阶响应频率。最终确定了最佳响应频率所对应的结构模型,从而达到了指导结构设计的目的。经过实际振动试验测得,修正后的模型响应频率与设计状态的响应频率比较接近,满足了该项目的使用要求。振动台试验夹具的修正模型整体结构发生一阶共振的频率为1318Hz。
【英文摘要】 Taking a general-purpose fixture of vibration test-bed as the main research object, this paper introduces domestic and international research status of vibration test fixture and trend of its development, describes the finite element method in structural dynamic design application situation, and give a research of the application of fixture design standard、typical fixture design method、design steps and some problems needing attention. According to the requirements of project, using computer aided desi...
【DOI】 CNKI:CDMD:2.2010.080366
【更新日期】 2010-06-28
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对包装产品质量进行最后把关的包装测试技术,是包装这是我为大家整理的包装测试技术论文，仅供参考!
[摘要]以培养应用型人才为教学目的，本文首先分析了包装工程专业学生的基础素质和测试技术课程的特点，然后从教学目的、教学内容与教学方法和实践环节三个方面进行了教学改革探索，通过三年的教学实践，提出了本课程未来教学改革的发展方向。
[关键词]测试技术 包装工程 教学改革
[中图分类号]G 642 [文献标识码]A
《包装测试技术》是包装工程专业大学四年制学生的专业必修课程，随着包装产业的自动化程度越来越高、产品包装的标准化程度提高，掌握该课程的知识显得尤为重要，为取得教学效果，我们对本课程进行了教学改革的探索。本文首先分析包装工程专业学生的基础素质和测试技术课程的特点，然后在教学目的、教学内容与教学方法和实践环节三个层次上介绍了教学改革探索的进展和思考。
一、 学生素质和课程特点
包装工程专业的学生基本上来自中学阶段成绩中等的学生，学习的主动性、理解能力、动手能力较弱，但思想活跃、表现欲望较强;此外，女生较其他工科专业多，男女生比例接近于1：1，女生在学习的主动性与认真程度上高于男生。宽基础、厚专业是我校教学的主导教学方针，着力于培养学生宽广的知识、更多的专业积淀。《测试技术》在机械、能源、化工等专业均属于专业基础课程，内容涉及信号分析处理、系统的动态特性、传感器原理、工程量的测试、测试仪器的原理等等，知识面广，既有理论性很强的频谱分析知识，也有实践性很强的传感器与信号处理的应用知识。综合学生的基础素质和学校的教学指导方针，我校本课程的课堂教学减少到36学时，实验、实践环节仍维持为18学时。
二、 教学改革的探索
《测试技术》作为一门广泛开设的课程，广大教学工作者一直在进行教学教研的改革。郭建亮等[1]将虚拟仪器Labview为课程的突破口，结合测试的概念、测试的方法进行教学改进;朱春梅[2]对课程的教学进阶作了调整，强调了学习的实践性与生产应用的结合;王雪[3]采用了创新实验的方法，即学生自己构思实验、设计实验方案，进行实验数据的描述，并通过答辩评分，变“要我学”为“我要学”。徐巧玉等[4]通过让学生参加科研提高其实践动手能力;吴世雄等[5]采用应用型实验改善学生的主动性;化春键等[6]通过引入新传感器、新测试方法激发学生的学习热情。可见，所有的教学改革都以提高学生的学习主动性、培养实践动手能力为主要目的，下面介绍我们在本课程进行的教学改革探索。
(一)教学目的的改革
明确教学目的是首要的任务。包装工程专业面向包装机电装备、包装材料、印刷包装设计、运输物流等行业培养人才，行业跨度大，各专业课程的学习方法和思维特征差别大，若以有限的课时平均分配这些潜在就业岗位所对应的课程，则将面临教师教学无特色、学生无所适从的困境。我校的包装工程专业隶属于机电学院，在机械设计、机电一体化方面的师资配备与教学仪器上具备特色，结合学生的特点与社会的人才的需求，在办学过程中逐渐明确本专业的教学目的是培养包装机电装备的设计和包装材料的应用型研发人才，要求学生具备开发包装设备、设计包装材料测试方案并具有动手能力。
(二)教学内容与方法的改革
根据教学目的，首先制定教学内容的重点，即讲授传感器在包装工业中的应用方法，并以此为核心，介绍误差的处理、动态频率特性的概念和包装测试方法与标准。例如，电涡流式接近开关是包装设备中应用最多的一种传感器，其基本原理与内部的调制电路涉及复杂的线性放大、调制电路，学生较难理解，而且作为成熟的产品，已经全部封装到产品内部，就只介绍其原理，不作理解上的要求;而把其输出信号的采集作为重点，针对NPN集电极开路输出，讲授输出需接上拉电阻的原理，并在课堂上演示，用万用电表观察其输出电平的变化。
其次，从课堂内容的真实感和调动学生学习的主动性与积极性入手。现在学生每人一部手机，随时都想玩手机，除强调课堂纪律外，主要靠教师的课堂内容吸引其注意力。教学既要强调知识的系统性与理论性，也要强调实用性。如果纯粹为了知识的完整性，必定会比较枯燥乏味，课堂缺乏生动性，而应用性的视频、实物、实验、动手编程等都是吸引学生，变被动学习为主动操作，并能吸引全班同学的注意力。例如，在讲授测试系统的频率特性时，让学生回忆电工电子的知识，引出电容、电感的阻抗计算方法，采用板书的方法推导一阶阻容串联回路的频率特性，然后适当进行电路的变形，让学生上讲台现场解答，接着，拿出信号发生器和示波器，在阻容回路的输入端变化正弦信号的频率，用示波器观察输出信号的变化。
针对80后、90后学生表现欲望强烈的特点，在传感器的工程应用讲授完之后，让学生观察身边的事物、查阅文献资料，分小组攥写传感器应用的报告，教师评阅这些报告后，留出一堂课的时间，让优秀的报告获得上台讲述的机会，并进行名次的评比，评分与期末成绩挂钩，促进学生主动学习，掌握查阅文献的一般方法，培养学生表述专题知识的能力、幻灯片设计与团队合作能力。
再次，课程内容前后联系、理论与软件联系的方法，加深学生对理论知识的理解。例如传感器、滤波器与先前讲述的频率特性进行关联讲解;结合运用美国微芯公司提供的滤波器设计软件FilterLab，设计一阶、二级、三阶滤波器，让学生感受到滤波器的设计并不是那么高深莫测;再运用信号发生器和示波器，观察传感器和测试系统的频率特性，发现频率特性的测试目的;进一步运用Matlab的传递函数分析工具性，观察Bode图，顺便引入Matlab软件，让学生掌握一种新的数据分析软件，培养他们科学分析数据的能力。
最后，结合包装行业的特征，讲授包装物测试、包装容器测试、运输包装测试等应用性测试方法与相关的国家标准，引导学生把课程知识与专业应用结合。为避免讲述的枯燥性，通过观看视频、设计包装测试方案的作业，促进其对测试技术在生产应用中的了解，为今后工作中快速上手培养基础。 (三)实践环节的改革
实践是突出传感器应用为重点的课程设计思想的重要抓手。把课程实践分为两个层次，第一层次是实验环节，利用CSY-3000传感器实验台，让学生感受电阻应变片、电涡流传感器、光电传感器和电桥、滤波电路的特点，并培养误差数据的处理能力;利用包装测试实验室的瓦楞纸测试仪器和密封测试仪器，理解包装行业的测试项目和测试标准。通过这一层次的实践，初步把理论与实践进行了关联。第二层次是针对有学习自觉性强、求知欲强烈的学生，开设实践兴趣小组，进行项目教学。由学生上报感兴趣的测试项目，通过教师筛选，选择一个和专业联系紧密，但又能满足短期内可实现的项目进行知识应用能力的培养。指导学生设计项目的实现方案，然后开始传感器、电子元器件的采购、电路的焊接与调试，要求进行数据的测量，培养数据处理能力。
通过各个环节的教学改革，已经使学生初步具备了设计包装机械测试系统、自动检测传感单元的能力，并在随后的《包装机电控制》、《液压与气动》等课程中，坚持进行项目教学，通过持续的培养与努力，最终实现专业教学的目的。
三、 存在的问题与未来教学改革的方向
《测试技术》的教学方法已经通过了3年的实践，培养了一部分学生的学习兴趣与动手能力，测试的概念与方法在毕业设计环节获得了应用，但还存在一些问题，例如某些学生的学习兴趣还没有调动起来，项目教学的教学效果还不甚理想，原因是多方面的，例如我们中小学推行的压迫式的应试教学，挫伤了不少学生的学习主动性和创造性。我们认为教学改革是一项系统工程，需要多门课程协调推进。本课程未来本课程教学改革的方向包括：
1)创新教材体系，使之适应时代的发展;
2)统筹规划，不仅设计好实践环节，而且要在师资配备、师生的奖励环节进行改进;
3)开展全国性的学科竞赛，增进不同高校之间的交流。
[参考文献]
[1]郭建亮，郑书华.地方高校《机械工程测试技术》课程的改革[J].宁波工程学院学报，2009，Vol.21(1)：118-120
[2]朱春梅，黄民.机械类专业“测试技术”课程教学改革初探[J].中国电力教育，2009，139：89-90
[3]王雪，王伯雄，罗秀芝.《测试与检测技术基础》课程的教学改革与创新[J].理工高教研究，2009，Vol.28(04)：130-132
[4]徐巧玉，蔡海潮，尚振东，武充沛，杨建玺.测试技术实验教学改革的研究与实践[J].中国现代教育装备.2009，81：107-108
[5]吴世雄，王成勇.“机械工程测试技术”教学改革的探索[J].广东工业大学学报(社会科学版).2007，7(增刊1)：108-109
[6]化春键，尤丽华，周一届.测试技术类课程的教学改革与创新研究[J].江南大学学报(教育科学版).2008，Vol.28(01)：69-72
(作者单位：浙江大学宁波理工学院)
【摘 要】产品的包装在产品运输过程中起着重要的作用，为了保证运输过程的可靠性，包装件有很多测试标准。本文主要解读了联邦快递FEDEX包装测试标准，解析了该标准中包装件的分类以及超过和不超过150磅包装件的测试项目及方法，并且与ISTA包装测试标准中的一些异同点进行对比分析。
【关键词】包装 测试 标准 FEDEX ISTA
引言
在产品运输流通过程中，产品的包装有至关重要的意义[1]，它不仅起到方便运输的作用，而且还能起到保护产品的作用[2]。如果产品的包装在运输环境中失效，则产品就可能因为运输过程中受到的强烈冲击作用而发生异常甚至报废[3]。为了保证运输包装件产品在运输过程中的可靠性，需要在运输之前就提前对包装件进行运输包装测试[4]。目前包装测试标准很多，本文主要解读联邦快递FEDEX包装测试标准，并与ISTA包装测试标准中的一些异同点进行对比分析。
1 FEDEX包装测试标准中包装件的分类
FEDEX包装测试标准分为两部分，第一部分适用于大于150磅(68kg)的包装件，第二部分适用于不超过150磅的包装件，该标准中这类包装件又分为3种：扁平形包装件、长条形包装件、标准型包装件，不同类型包装件的测试要求有所不同。几种包装件具体区别如表1所示。
相比FEDEX包装测试标准中包装件的分类，ISTA包装测试标准中也规定了包装件的分类。但是ISTA除以上三种类别之外，还规定了一类为小型包装件。具体参数为：最长棱小于35cm(14in)，体积小于13110cm3(800in3)，质量不大于4.5kg(10磅)。
2 FEDEX包装测试标准中大于150磅(68kg)的包装件的测试要求
FEDEX包装测试标准中，对于大于150磅的包装件，根据表2，不同类别包装件要进行各自需要的测试。
表2中具体测试项目的测试参数及流程如下。
(1)斜面冲击试验(Side impact test)：斜面冲击最慢速率为175cm/s(5.75 ft/s)，包装件的每个面都进行试验。
(2)底部冲击试验(Bottom impact test)：将试验样品底部升高到冲击面以上20.3cm(8in)，然后释放样品进行跌落。
(3)22度角冲击试验(Tip test)：把试验样品底面沿一条棱倾斜，使底面与冲击面形成22°，然后释放回到最初角度。然后沿底面其他三条棱重复以上试验。
(4)卷边冲击试验(Raised edge impact test)：把试验样品底面沿一条棱倾斜，使底面相对棱高于冲击面25.4cm(10in)，然后释放回到初始位置。然后沿底面其他三条棱重复以上试验。
(5)卷角冲击试验(Raised corner impact test)：将试验样品底面沿一角升高使样品由该角被冲击面支撑，使样品底面的对角线的边角距冲击面25.4cm(10in)，接着释放使样品回到冲击面上。然后沿底面其他四个边角重复以上试验。
(6)抗压试验(compression test)：在动态压缩试验机上进行，压缩速率为12.7cm/min(0.5in/min)，当达到以下条件之一时结束试验：①达到停止载荷F(磅)=0.007×(108-H)×L×W×F，其中H、L、W为高、长、宽，F为湿度、时间、堆叠因子;②屈服检测比例达到15%时;③偏差为2.54cm(1in)时。
(7)正弦振动试验(Rotary vibration test)：①将试验样品放到竖直振动台上，竖直方向上不进行固定，水平方向可能安装防样品掉落装置，然后从要求最低频率开始振动，保持振动位移为25.4mm(1in)，然后缓慢增加频率，直至试验样品有瞬间离开振动台的情况，停止试验记录该频率;②在该频率下对样品的某一方向进行正弦振动试验，固定位移为25.4mm，试验时间t(min)=14200/(f×60);③对其他两个方向进行同样的正弦振动试验。对于长条型的包装件，则可只进行最长棱和最短棱的正弦振动试验。
(8)随机振动试验(Random vibration test)：在竖直振动台上对样品某方向进行随机振动试验。第一步先按卡车随机振动程序进行振动(Grms取0.52)，第二步按飞行器随机振动程序(Grms取1.06)进行振动，最后再按卡车随机振动程序进行振动。两种振动程序图如图1和图2所示。对于国内运货的货物，每步振动15min;对于国际运货的货物，每步振动30min。然后对其他两个方向进行同样的试验。
大于150磅(68kg)的包装件，FEDEX标准与ISTA标准有一定异同点。主要如下：ISTA标准中需要进行的测试包括：①固定位移振动试验;②底部冲击试验、斜面冲击、水平冲击试验任选其一;③若顶面不能冲击时还需选旋转棱跌落试验，测试项目没有FEDEX标准中测试项目多。ISTA标准中固定位移振动试验与FEDEX标准中正弦振动试验相同。底部冲击试验中，ISTA标准中样品被升高至离地面15.2cm(6in)，这与FEDEX标准中20.3cm(8in)不同。ISTA标准中旋转棱跌落试验与FEDEX标准中卷边冲击试验主要区别是，旋转棱跌落试验中底面一条棱被一个垫木支起，而卷边冲击试验中底面一条棱直接被冲击面支撑。
3 FEDEX包装测试标准中不超过150磅(68kg)的包装件的测试要求
FEDEX包装测试标准中，对于不超过150磅的包装件，根据表3，不同类别包装件要进行各自需要进行的测试。
(1)自由跌落试验(Free-fall drop test)：把包装件按以下次序依次进行自由跌落到钢质冲击面上，最易碎边角着地→该边角处最短棱着地→该边角处次短棱着地→该边角处最长棱着地→某一最小面着地→另一相对最小面着地→某中等面积面着地→另一相对中等面积面着地→某一最大面着地→另一相对最大面着地。跌落高度由包装件的质量决定，具体如下：不大于75磅(34kg)对应高度76.2cm(30in)，75磅到100磅(45.4kg)对应高度为61cm(24in)，100磅到150磅(68kg)对应高度为45.7cm(18in)。 (2)集中冲击试验(Concentrated impact test)：将一长宽高各为30.5cm(12in)的木质箱子内装上沙袋，使其重21磅(9.5kg)，底部某棱上包裹角铁。将扁平形包装件平放在钢质面上。标出包装件正中心及木质盒子带角铁棱的中心，将木质箱沿底部角铁棱倾斜并升高到76.2cm(30in)且箱子与包装件最长边平行，然后自然跌落使带角铁的棱跌落到包装件上，并且跌落后带角铁的棱中心与包装件正中心重合。具体冲击示意图如图3所示。
(3)桥架冲击试验(Bridge impact test)：将长条形包装件的两端垫在两个10.1cm(4in)高的积木上，找出包装件的正中心。将一长宽高各为30.5cm(12in)的木质箱子内装上沙袋，使其重21磅(9.5kg)，底部某棱上包裹角铁，并找出棱的中心。将木质箱子沿底部带角铁棱倾斜并升高到76.2cm(30 in)且箱子与包装件最长边垂直，然后自然跌落使带角铁的棱跌落到包装件上，并且跌落后带角铁棱中心与包装件正中心重合。具体冲击示意图如图4所示。
(4)抗压试验：与超过150磅的包装件抗压试验相同。
(5)正弦振动试验：与超过150磅的包装件正弦振动试验相同。
(6)随机振动试验：与超过150磅的包装件随机振动试验相同。
(7)重复自由跌落试验(Second free-fall drop test)：对于国际运输的货物，在振动测试之后还要进行第二次自由跌落试验。
可见FEDEX包装测试标准中不超过150磅的包装件与超过150磅的包装件主要区别在于冲击测试的种类有所不同，超过150磅的包装件的冲击测试种类明显多于不超过150磅的包装件，这正说明了更重的包装件其冲击测试的严酷性。对于不超过150磅的包装件，FEDEX标准与ISTA标准也有一定异同点。主要如下：ISTA标准中，包装件的类型还包括小型包装件;两个标准中的冲击测试项目有所不同，FEDEX标准和ISTA标准的冲击测试对于长条形包装件都包括集中冲击试验，对于扁平形包装件都包括桥架冲击试验，但是两个标准中冲击的高度不同，FEDEX标准中高度为76.2cm(30in)，而ISTA标准中高度为40.6cm(16in)。此外，FEDEX标准中冲击测试还有两角两棱六面次序的自由跌落，而ISTA标准中冲击测试还有三棱两角两棱两面次序的自由跌落试验、倾翻试验、旋转跌落试验;ISTA标准中有温湿度试验的预处理，FEDEX标准中则没有该预处理;振动试验方面两个标准也差别较大，而且ISTA标准中还有低气压随机振动试验。
结语
本文主要解读了FEDEX包装测试标准，并与ISTA包装测试标准进行了对比。由以上解读分析可见，包装件的测试项目很多，不同标准的测试流程及参数也会有差异[5]。但是对于不同标准要求的包装件，相关测试完成后，该包装件就能达到所要求的运输环境的可靠性。
参考文献
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[2]金国斌.物流链中的运输包装优化问题[J].包装工程，2005， 26(3)：93-95.
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[5]金国斌.物流链中的运输包装优化问题[J].包装工程，2005，26(3)：93-95.
[6]向红.《包装设计工程基础》[M].国防科技大学出版社，2002：34-38.
