淺析汽車輪轂軸承試驗機設(shè)計方法

摘? 要：軸承作為機械傳動的重要基礎(chǔ)構(gòu)件，在實際工程實踐及前沿科學(xué)研究當中都極為重要。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。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之前對軸承樣本進行一定程度上的抽樣檢測，技術(shù)人員逐漸開始研發(fā)制作軸承試驗機。研究表明軸承在研發(fā)過程中，需對軸承結(jié)構(gòu)進行試驗，檢測軸承結(jié)構(gòu)對工作環(huán)境的適應(yīng)性?？v觀整個軸承研制過程，軸承試驗是設(shè)計研發(fā)及制造的重要組成部分，是設(shè)計成果高質(zhì)量的基本保障。

關(guān)鍵詞：軸承試驗機;實驗軸系;SolidWorks;Autocad

中圖分類號：THl33? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

軸承試驗機根據(jù)其對材料性能實驗的側(cè)重點不同，可分為壽命試驗機、模擬試驗機、性能試驗機、零部件試驗機等;根據(jù)試驗軸系及傳動軸系安裝方式不同，軸承試驗機又可分為橋式結(jié)構(gòu)、懸臂結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。雖然針對試驗測試對象不同，但是他們的基本結(jié)構(gòu)框架都包含主體結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)、加載技術(shù)、控制技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)。

1國內(nèi)汽車輪轂軸承試驗機發(fā)展歷程

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

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

新時代，綜合以上三種機型特點，國內(nèi)逐漸研發(fā)出GQZS系列的軸承壽命試驗機，該系列的機型相比之前的三種機型，具有試驗跨距調(diào)整范圍大、可實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)、試驗數(shù)據(jù)實時輸出、試驗控制精度高及試驗過程保壓準確等優(yōu)點。

2試驗系統(tǒng)的分析與設(shè)計

2.1理論基礎(chǔ)

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

2.2總體結(jié)構(gòu)布局方案

試驗機主體結(jié)構(gòu)包括試驗軸承、軸系及支撐部分，是試驗機的核心，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣決定試驗機的最高轉(zhuǎn)速和承受的最大載荷，軸系的精度決定了試驗機的精度，進而確定試驗數(shù)據(jù)的準確度。常見的試驗機結(jié)構(gòu)布局方式根據(jù)其使用工況、檢測對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)計分析的汽車輪轂軸承壽命試驗機的總體結(jié)構(gòu)布局采用臥式結(jié)構(gòu)，主要由試驗軸系和傳動部分構(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)計建模方式，通過三維建模進行各項碰撞、干涉分析，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與分析，使整個汽車輪轂軸承試驗機實驗軸系設(shè)計流程更加簡化。

三維模型的建立采用Solid Works公司旗下的專業(yè)工程機械設(shè)計建模軟件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工作界面下進行模型的裝配制圖，從而形成能夠進行工業(yè)化加工制作的機械圖紙，如圖2所示。

3設(shè)計對加工制造過程的指導(dǎo)

3.1 AutoCAD設(shè)計模型解讀

基于AutoCAD建立的汽車輪轂軸承試驗機裝配圖紙，主要分為試驗軸系（液壓加載機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)）、動力輸入集成（動力機構(gòu)）以及支撐集成三大塊，是整個試驗機的基本組成。試驗軸系主要是試驗軸承的裝載和外力加載的機械組成，是實現(xiàn)試驗機加載條件改變的重要部分;動力輸入集成，通過齒輪、帶輪變速的雙重調(diào)和，實現(xiàn)試驗軸系轉(zhuǎn)速大范圍、多級次調(diào)節(jié);支撐集成部分是確保試驗機器軸系運轉(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而帶來的軸系構(gòu)件的形變。

3.2 AutoCAD設(shè)計模型的指導(dǎo)作用

通過設(shè)計模型的優(yōu)化分析處理，輸出設(shè)計圖紙，對于加工制造業(yè)，在一定程度上能夠起到參考與回溯的作用。對于預(yù)建立的模型，在工業(yè)加工過程中，設(shè)計人員、加工人員能通過該設(shè)計圖紙對汽車輪轂軸承試驗機的加載方式、裝配順序有清晰的指導(dǎo)，從而極大縮短設(shè)計、加工及裝配進程，最大限度上促進機械進程的功能化、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)水準也在不斷提升，而對于汽車輪轂軸承試驗機試驗精度的要求也越來越高，本文通過簡要分析汽車輪轂軸承試驗機的設(shè)計過程，以期為實際加工制造業(yè)提供一定參考。

收稿日期：2020-01-03

作者簡介：覃安松（1993—），男，貴州黔西南州人，本科，設(shè)備工程師，研究方向：機械設(shè)計制造及其自動化。