小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)初探畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說明書

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 小型環(huán)塊式 磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 袁 亮 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-2班 學(xué) 號(hào) 200802010252 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 向國(guó)權(quán)副教授 完成時(shí)間 2012 年 5 月 30 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目 小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào)主要內(nèi)容（一） 試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（二） 摩擦副的結(jié)構(gòu)、尺寸和裝配設(shè)計(jì)；（三） 實(shí)驗(yàn)機(jī)加載部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（四） 編寫設(shè)計(jì)說明書?；疽螅?. 實(shí)驗(yàn)機(jī)原理簡(jiǎn)明，簡(jiǎn)單易用； 2. 傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。主要參考資料：1. 機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)；

2、2. 通用機(jī)械零件有關(guān)資料；3. 摩擦學(xué)、磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)相關(guān)資料。指導(dǎo)老師簽章: 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 完成期限： 2012.6.1 目 錄摘 要IABSTRACTII1 引言12 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)概述12.1 四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)12.2 端面摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)22.3 環(huán)塊摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)32.4 永劫摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)32.5 往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)43 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)方法44 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展55 小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)初步探索65.1 環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和工作原理65.2 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖76 環(huán)塊式摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)86.1 試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì)86.2 試驗(yàn)機(jī)電機(jī)選

3、擇96.2.1 電機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇96.2.2 選擇電機(jī)功率106.2.3 選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速116.2.4 選擇電機(jī)型號(hào)126.2.5 電機(jī)的安裝126.3 主軸設(shè)計(jì)，校核以及聯(lián)軸器選擇136.3.1 主軸材料選擇136.3.2 估算軸徑和選擇聯(lián)軸器136.3.3 軸承的選擇及潤(rùn)滑146.3.4 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)156.3.5 軸上受力分析166.3.6 軸的精確校核186.4 環(huán)塊夾具裝置設(shè)計(jì)206.5 平衡裝置設(shè)計(jì)與校核206.5.1 平衡裝置的總體設(shè)計(jì)206.5.2 平衡杠桿裝置尺寸設(shè)計(jì)216.5.3 驗(yàn)證平衡杠桿的平衡216.5.4 平衡杠桿校核226.5.5 校核銷軸的強(qiáng)度246.6 加

4、載方式選擇246.7 試驗(yàn)機(jī)其它部分裝置設(shè)計(jì)266.7.1 支點(diǎn)設(shè)計(jì)266.7.2 軸承箱體設(shè)計(jì)266.8 本章小結(jié)277 結(jié) 論28結(jié)束語(yǔ)29致 謝30參考文獻(xiàn)31附 錄32小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)摘 要 考慮到滾動(dòng)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)中摩擦系數(shù)和摩擦力是影響摩擦的重要參數(shù)，以及根據(jù)現(xiàn)代磨損試驗(yàn)機(jī)存在的現(xiàn)狀，為了能更方便在辦公桌面上來測(cè)量實(shí)驗(yàn)材料的摩擦特性，我們擬定設(shè)計(jì)了小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了、杠桿加載原理以及摩擦學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，基本完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。該實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，可以滿足在不同載荷、速度、摩擦材料等條件下進(jìn)行摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。關(guān)鍵詞 環(huán)塊/磨損/試驗(yàn)機(jī)/

5、設(shè)計(jì)Small ring-block wear testing machineABSTRACT Taking into account the coefficient of friction and friction rolling friction wear test is an important parameter affecting friction，and the status of the wear test machine.In order to be more up in the office desktop measurement of the friction charac

6、teristics of the experimental material, this month we designed a small ring-block wear testing machine.Use in the design, loading lever principle, knowledge of the mechanics and tribology and materials,the basic completion of the design goals.The experimental machine structure is simple, stable, eas

7、y to operate and to meet the needs of the tribological experiments under different conditions of load, speed, friction materials.KEY WORDS central block，wear，test ，design1 引言在摩擦磨損性能試驗(yàn)中，需要測(cè)定摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、磨損量及磨損率等參數(shù)。通常試驗(yàn)方法有兩種：一種是按試驗(yàn)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法(四球法)；一種是在相同的模擬工作條件下，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)1。前一種方法試驗(yàn)規(guī)范、數(shù)據(jù)可靠，但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要

8、求高，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備昂貴；后一種方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)靈活，試驗(yàn)環(huán)境與設(shè)備的選擇有一定的自主性，可以根據(jù)具體要求，模擬工作條件，自己研制儀器設(shè)備。我們?cè)诖四p性能試驗(yàn)研究中，充分利用已有儀器設(shè)備，動(dòng)手設(shè)計(jì)了一種小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制作費(fèi)用低廉?，F(xiàn)階段的磨損試驗(yàn)機(jī)種類繁多，其中最常見的磨損試驗(yàn)機(jī)，如環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)，銷盤式磨損試驗(yàn)機(jī)和往復(fù)式磨損試驗(yàn)機(jī)等已經(jīng)得到初步的完善。借以前車之鑒，來初步探索我們實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)是必不可少的過程。2 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)概述摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，又稱摩擦試驗(yàn)機(jī)，磨損試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)摩擦副可分為球盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，盤盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，

9、四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，缸套活塞環(huán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，高頻摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，真空摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。2.1 四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)系列依照GB/T3142光滑劑承載才能測(cè)定法（四球法）的請(qǐng)求，評(píng)定光滑劑的承載才能，即最大無卡咬負(fù)荷PB、燃結(jié)負(fù)荷PD、綜合磨損值ZMZ等。圖2-1四球摩擦試驗(yàn)機(jī)原理圖 1）屏顯式四球摩擦試驗(yàn)機(jī)2）極壓四球摩擦試驗(yàn)機(jī) 3）杠桿四球摩擦試驗(yàn)機(jī) 4）微機(jī)控制電液伺服四球摩擦試驗(yàn)機(jī) 四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作原理：由四球（1個(gè)上球3個(gè)下球）組成摩擦副，上球卡在夾頭內(nèi)，下球組固定不動(dòng)，上球與下球組相接觸。工作時(shí)，上球由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過加載系統(tǒng)向下求租加載。

10、主要用于評(píng)定潤(rùn)滑劑的性能。2.2 端面摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)端面摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)系列，常溫（低溫）在浸光滑油和無光滑油前提下，對(duì)環(huán)狀試樣施加較高的端口試驗(yàn)力，用于評(píng)定資料的摩擦磨損功能。1）屏顯式斷面摩損試驗(yàn)機(jī)2）屏顯式低溫端面摩損試驗(yàn)機(jī)圖2-2 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.3 環(huán)塊摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)環(huán)塊摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)系列，依照SY-2685光滑油抗擦傷功能測(cè)定法（梯姆肯法）的請(qǐng)求，在浸油光滑前提下，評(píng)定種種光滑劑及資料的光滑功能，特別實(shí)用于中高等汽車齒輪油的抗擦傷功能的模仿評(píng)定。環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)包含有：1）高速環(huán)塊摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)2）數(shù)顯環(huán)塊摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作原理：圖2-3環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)

11、原理主動(dòng)件是標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)，被動(dòng)件是被固定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸矩形塊。通過測(cè)量不同載荷下，被動(dòng)試件矩形塊上出現(xiàn)的條形磨痕寬度，以及摩擦副材料間的摩擦力、摩擦系數(shù)，來評(píng)定潤(rùn)滑劑的承載能力以及摩擦副材料的摩擦磨損性能。2.4 永劫摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)永劫摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)系列，依照Z(yǔ)B-E34007光滑油抗磨損功能測(cè)定法（四球法）的請(qǐng)求，以銷盤滑動(dòng)摩擦方式，在浸光滑和無油光滑前提下，選擇差別的摩擦副方式，模仿評(píng)定光滑劑和資料的摩擦磨損功能。永劫摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)包含有：1）立式全能摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)2）銷盤摩擦摩損試驗(yàn)機(jī)3）四球永劫摩損試驗(yàn)機(jī)其中銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的工作原理為：試驗(yàn)時(shí)，銷固定不動(dòng)，盤做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過力傳感器采集

12、試驗(yàn)過程總摩擦力和載荷的變化，通過位移傳感器對(duì)試樣的總磨損進(jìn)行測(cè)量。主要用于在滑動(dòng)條件下，評(píng)價(jià)材料的摩擦磨損系數(shù)和磨損率，研究工況參數(shù)對(duì)摩擦性能和磨損機(jī)理的影響，是目前用途最廣泛的摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備。2.5 往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，通過測(cè)量實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的摩擦力、摩擦系數(shù)和磨損量的變化來研究材料的摩擦磨損性能2。為提高測(cè)試系統(tǒng)的精確性和實(shí)時(shí)性，將計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用到摩擦學(xué)試驗(yàn)當(dāng)中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)試軟件系統(tǒng)完成摩擦磨損數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試，從根本上改變了傳統(tǒng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的缺點(diǎn)。該試驗(yàn)機(jī)可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)行程、載荷、速度、溫度、潤(rùn)滑的單因素或多因素控制，并可同時(shí)定性和定量

13、顯示運(yùn)動(dòng)中的摩擦力、磨損量、摩擦系數(shù)大小。3圖2-4 往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)3 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)方法1.對(duì)比實(shí)驗(yàn)法在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)，即是將幾種試樣或者將要實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)與已知標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以比較其摩擦磨損功用，從而選擇或一定具有較好的摩擦、磨損功用的材料和結(jié)構(gòu)。2.標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法目前正在擬訂各種材料的標(biāo)準(zhǔn)化摩擦磨損實(shí)行方法，用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)行方法，測(cè)量和鉆研出各種材料的摩擦磨損功用目的，以便對(duì)各種材料在差異工況條件下的摩擦磨損性能進(jìn)行比較和選擇。3.運(yùn)用領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)法將試樣在廣泛條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以便求得他的最大運(yùn)用領(lǐng)域或最高運(yùn)用條件，如壓力、速度、溫度和壽命等條件。實(shí)行常以摩擦磨損功用的突出點(diǎn)

14、來表示。此方法多為鉆研新的耐磨、減摩和摩阻材料及新的表面處理工藝。4.使用性能實(shí)驗(yàn)法按照理論運(yùn)用情況進(jìn)行試驗(yàn)，以便失掉理論情況的摩擦磨損功用目的。此方法平常多為應(yīng)用部門使用。4 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 劉振虎、韓靜濤、劉靖等人針對(duì)高溫滑動(dòng)磨損及接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)要求并結(jié)合熱軋板帶的實(shí)際生產(chǎn)工況,開發(fā)設(shè)計(jì)了高溫滑動(dòng)磨損及熱接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)的冷卻及潤(rùn)滑系統(tǒng),由于現(xiàn)已開發(fā)的各種試驗(yàn)機(jī)的工作條件與實(shí)際軋制工況存在較大的差異,為了更好的模擬實(shí)際工況下的軋輥材料的磨損行為和進(jìn)一步擴(kuò)大模擬試驗(yàn)范圍,在綜合考慮了軋制壓力、軋制溫度、軋制速度和前后滑等條件下,劉振虎所在團(tuán)隊(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)了一套材料高溫

15、磨損和熱接觸疲勞材料試驗(yàn)機(jī)并已申請(qǐng)國(guó)家專利,該試驗(yàn)裝置比其它熱磨損試驗(yàn)機(jī)更能夠模擬熱軋狀態(tài)下的帶鋼和軋輥的磨損行為,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)更具有指導(dǎo)意義。該試驗(yàn)機(jī)提供了一種金屬在高溫狀態(tài)下,材料間的滑動(dòng)磨損及接觸疲勞測(cè)試方式，主要用于模擬軋制過程中,前滑、潤(rùn)滑等對(duì)高溫滑動(dòng)磨損及熱接觸疲勞對(duì)軋輥使用壽命、軋件表面質(zhì)量的影響程度。4徐海洋,袁武華等針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的MM11000試驗(yàn)機(jī)存在發(fā)展相對(duì)滯后諸多問題,如還在采用機(jī)械測(cè)量法、砝碼式或彈簧式測(cè)量法等等,由于存在數(shù)據(jù)不能及時(shí)采集、存儲(chǔ)和顯示以及數(shù)據(jù)測(cè)量不精確等問題,顯然這已不能滿足發(fā)展的需要。為了解決試驗(yàn)測(cè)試問題,湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院結(jié)合國(guó)家“863”項(xiàng)

16、目高速列車用鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤研制自行設(shè)計(jì)制作了1臺(tái)MM11000試驗(yàn)機(jī),該機(jī)應(yīng)用了傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)基本克服了前述試驗(yàn)機(jī)存在的不足5。此研究更加完善了磨損試驗(yàn)機(jī)的一些精確性問題。2011年，由中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所與長(zhǎng)春智能儀器設(shè)備有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的正交雙向往復(fù)式銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研制成功，目前該設(shè)備已落戶寧波材料所并投入使用。作為開展人工關(guān)節(jié)材料研究的關(guān)鍵設(shè)備，該試驗(yàn)機(jī)采用雙軸、雙向(即總共四個(gè)方向)運(yùn)動(dòng)模式，能夠更加逼真地模擬人體關(guān)節(jié)的多向運(yùn)動(dòng)和摩擦方式，為人工關(guān)節(jié)材料進(jìn)行體外摩擦磨損性能評(píng)價(jià)提供了可靠的技術(shù)保障。試驗(yàn)機(jī)采用了多工位完全同步的設(shè)計(jì)理念，最多可同時(shí)測(cè)試6個(gè)樣品

17、，顯著提高工作效率和可靠性，節(jié)省運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能降耗的目的6。由上述一些學(xué)者所闡述的文章以及其研制的作品，我們得到了一些啟示。5 小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)初步探索由此我們以市面上的環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)為藍(lán)本，先分析市面上的試驗(yàn)機(jī)的主要傳動(dòng)系統(tǒng)，后根據(jù)自身課題的需要，擬簡(jiǎn)便設(shè)定一小型環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)。5.1 環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和工作原理主機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。主機(jī)主要有主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)油腔與溫度測(cè)量裝置、摩擦力測(cè)量裝置、施力杠桿及試驗(yàn)力測(cè)量裝置等部分等組成，它們都是安裝于一焊接機(jī)座上的。圖5-1主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖5.2 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖該機(jī)的摩擦副形式為一環(huán)和塊，試環(huán)（4）裝于

18、主軸（15）前端，可隨主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。主軸通過圓弧齒形帶（13）及從動(dòng)帶輪（9）、主動(dòng)帶輪（14）由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)由變頻調(diào)速器控制，其轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)。件（12）為張緊輪，用于調(diào)節(jié)齒形帶松緊。 裝于主軸后端的磁電傳感器（11）用于測(cè)量主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)，并在控制箱上的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)表上顯示出來。 主軸軸承（18）和（19）一般用鋰基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，當(dāng)使用2：1升速裝置時(shí)，一定要用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。 5.3 試驗(yàn)油腔及溫度測(cè)量裝置 磨損試驗(yàn)是在油腔內(nèi)完成的。油腔腔體（6）上面為注油口，注油量可從隨機(jī)配帶的量杯中盛取，一般超過摩擦面即可。試驗(yàn)完畢后，可從下面的放油嘴（3）處將油液放出11。

19、常溫試驗(yàn)時(shí)，腔體門（16 ）是透明有機(jī)玻璃，可清晰看到里面的試驗(yàn)情況。高溫試驗(yàn)時(shí)，不銹鋼腔體門上裝有加熱器用于加熱試驗(yàn)油，裝于腔體下面的鉑電阻傳感器（2）用于測(cè)量試驗(yàn)油溫，并通過溫控表實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)閉環(huán)控制。5.3 摩擦力測(cè)量測(cè)量裝置 當(dāng)試環(huán)隨主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，試環(huán)與試塊之間產(chǎn)生摩擦力，通過頂桿（10）壓迫摩擦力傳感器(8)，并在摩擦力儀表上顯示出來。6 環(huán)塊式摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)6.1 試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的小型環(huán)塊式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)主要有幾個(gè)部分組成：試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)，摩擦副的結(jié)構(gòu)尺寸和裝配設(shè)計(jì)，試驗(yàn)機(jī)加載及平衡裝置設(shè)計(jì)等。調(diào)節(jié)平衡螺母來平衡杠桿，然后通過砝碼加載來改變接觸部分的正壓力，由調(diào)速

20、電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使軸上旋轉(zhuǎn)圓環(huán)和矩形試塊摩擦，通過測(cè)量被動(dòng)試件矩形塊上出現(xiàn)的條狀磨痕寬度，評(píng)定潤(rùn)滑劑或矩形試件材料的摩擦磨損性能?？傮w設(shè)計(jì)要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：（1） 環(huán)-塊接觸，塊的尺寸：10mmx10mmx20 mm；環(huán)的外徑：40mm。（2）轉(zhuǎn)速：5001000 r/min。（3）最大正壓力：200N。圖6-1 試驗(yàn)機(jī)原理圖根據(jù)原理圖，設(shè)想總體方案圖，如下圖3-2圖6-2 總體方案圖6.2 試驗(yàn)機(jī)電機(jī)選擇6.2.1 電機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇考慮到速度的多級(jí)變化，故在滿足其機(jī)械性能情況下選擇可以速度變化的電機(jī)。 選擇電機(jī)功率 （1）試環(huán)所需功率 試環(huán)所需功率由工作阻力和摩擦系數(shù)計(jì)算確定。由任務(wù)書

21、所給最大正壓力:200N；轉(zhuǎn)速:5001000r/min；試環(huán)的最大直徑：40mm。故轉(zhuǎn)盤所需功率： (3-1)其中為電機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表7.26，表7.2-7得：常見材料摩擦副的動(dòng)摩擦系數(shù)在0.0141.3之間，由于本試驗(yàn)機(jī)是對(duì)普通材料進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，故取常用值=0.6由古典摩擦公式： f = ×N 其中N =200N (3-2) f = ×N =0.6×200 =120 N則加載于電機(jī)上的扭矩最大值為： = f × R (3-3) = 120×0.02 =2.4 估算軸承阻尼對(duì)電機(jī)的扭矩的影響由原理圖知，軸為水平安裝，故徑向載

22、荷為其主要載荷，選角接觸系列軸承，有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表28.2-1查得：角接觸系列軸承的摩擦系數(shù)在0.0020.005之間，由軸承摩擦力矩近似計(jì)算公式:= 估算得0 可忽略不計(jì)。故電機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)矩 = + (3-4) = 2.4電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 r / min(2)電機(jī)的輸出功率則電機(jī)所需功率為： = kw = 0.251 kw聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率取0.98。(3)確定電機(jī)的額定功率則取電機(jī)額定功率: (3-5)6.2.3 選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)任務(wù)書給定的試環(huán)速為5001000rmin，由于聯(lián)軸器不具有調(diào)速作用，故選取轉(zhuǎn)速大于等于1000rmin的可調(diào)速電機(jī)。6.2.4 選擇電機(jī)型號(hào)根據(jù)電機(jī)類型，結(jié)構(gòu)形式，

23、功率和轉(zhuǎn)速，選取JX-7112型單相電容異步運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)，有良好的起動(dòng)和運(yùn)行性能，性能指標(biāo)高、體積小、噪音低。表6-1 電機(jī)參數(shù)型號(hào)輸出功率(w)電壓(v)轉(zhuǎn)速(r/min)電流效率電容器JX-711237022028003.007286.2.5 電機(jī)的安裝根據(jù)系統(tǒng)原理圖，軸為水平安裝，為了安裝方便，結(jié)構(gòu)盡可能的緊湊，電機(jī)采用臥式安裝（如圖3-3A），安裝尺寸見下表。A B圖6-3 電機(jī)安裝類型表6-2電機(jī)安裝尺寸機(jī)座號(hào)安裝尺寸（mm)ABCDEFGHKPMNeSLJ7111290451640512.8711014485701M625592A是IMB3型機(jī)座有底腳

24、,端蓋上無凸緣,即臥式安裝。B是IMB14型機(jī)座有底腳,端蓋上無凸緣,軸伸在凸緣端,即小法蘭立式安裝。選取JX-7112型單相電容異步運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)：2-極數(shù)：表示2極1-鐵心長(zhǎng)度代號(hào)：表示1號(hào)鐵心71-機(jī)座號(hào)：表示中心高71毫米JX(YY-T)-系列代號(hào)：?jiǎn)蜗嚯娙葸\(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)6.3 主軸設(shè)計(jì)，校核以及聯(lián)軸器選擇6.3.1 主軸材料選擇由于試驗(yàn)機(jī)的小尺寸以及未振動(dòng)特性，軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.1-1查得其材料的機(jī)械性能數(shù)據(jù)如下： 抗拉強(qiáng)度： = 650 Mpa 屈服強(qiáng)度： = 360 Mpa 彎曲疲勞極限： = 270 Mpa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限： = 155 Mpa6.3.

25、2 估算軸徑和選擇聯(lián)軸器 1）初步估算軸徑由于材料為45鋼，則軸最小直徑為： (3-6)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-2，取 A = 115其中 P =0.254KW N = 1000 r/min = mm= 7.283 mm因軸上有鍵槽和聯(lián)軸器相連，且徑向力較大，需要將軸徑增加，則取 d = 16 mm。2）聯(lián)軸器的選擇考慮到試驗(yàn)機(jī)加載情況的變化，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 29.1-1查得，聯(lián)軸器的工作情況系數(shù) K = 1.5，則其計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： = k T (3-7)= 1.5 2.4= 3.6 N.m由于主軸和電機(jī)是水平安裝且試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)為微振動(dòng)狀態(tài)，故在選取連軸器時(shí)應(yīng)考慮其減振和補(bǔ)償兩相對(duì)偏移性能

26、。綜上因素，選擇LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便，具有一定的彈性和緩沖性能，補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移。 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩以及電機(jī)的尺寸選擇聯(lián)軸器型號(hào)為：LT2聯(lián)軸器 6.3.3 軸承的選擇及潤(rùn)滑由于軸為水平安裝，故其徑向力為主要受力，故初選7006C型圓錐滾子軸承，其主要尺寸參數(shù)有：d = 30mm ；D = 55 mm ；B = 13 mm。因?yàn)樵跓o潤(rùn)滑磨損實(shí)驗(yàn)中，要求環(huán)上絕對(duì)不能帶有油類物質(zhì)，若選用潤(rùn)滑油來潤(rùn)滑軸承，就可能濺到試環(huán)上，而且若進(jìn)行潤(rùn)滑油性能測(cè)試極易干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故此處選用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑10。6.3.4 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖6-4 軸的結(jié)構(gòu)與裝配（1）擬定軸上的裝配方案如圖

27、3-4。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個(gè)段直徑和長(zhǎng)度1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，L1段右端制出一軸肩，故取=25mm.。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度42mm，L1段比其略小，現(xiàn)取。2）初步選擇滾動(dòng)軸承，因軸承主要受到徑向力，故選角接觸軸承，參照工作要求=25mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選擇角接觸軸承7006C，其尺寸為。故；而。軸承采用軸肩定位，查手冊(cè)知7006C型軸承定位軸肩高，因此取。3）軸承端蓋的總寬度為18mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端距離為30mm,故取。4)軸右端裝試環(huán)，試環(huán)尺寸要求：，故。試環(huán)右端用彈簧墊圈及螺母緊固。根據(jù)彈

28、簧墊圈及螺母緊固的標(biāo)準(zhǔn)確定L7段長(zhǎng)度，取。6.3.5 軸上受力分析 由于主軸水平安裝，試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，主軸只受到扭矩的作用，軸向作用力很小，可忽略不計(jì)。 6-5 軸的載荷分析圖（1）在做計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力，如圖3-5a所示。然后求出各支撐處的水平反力和垂直反力。（2）根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并計(jì)算結(jié)果分別做出水平上的彎矩圖（圖2-4b）和垂直面上的彎矩圖（圖3-5c）；然后計(jì)算總彎矩并做出M圖（圖3-5d）。 (3-8)水平上的彎矩 (3-9)垂直面上的彎矩 (3-10)總彎矩M (3-11)(3)做出扭矩圖扭矩圖

29、如圖3-5e所示。軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為： (3-12)（4）校核軸的強(qiáng)度已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)危險(xiǎn)截面（C截面）做彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力： (3-13)對(duì)于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力為,扭矩切應(yīng)力,其中抗扭截面系數(shù)，考慮啟動(dòng)、停車等的影響，彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力可視為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取。則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為: (3-14)所以軸滿足強(qiáng)度要求。6.3.6 軸的精確校核 由于軸為水平安裝，對(duì)其進(jìn)行扭矩校核： (3-15)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.1-1查得，45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度極限:由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-6查得，45鋼剪截有效應(yīng)力集中系數(shù)= 1.54 T= 2.4 N.m

30、圖 6-6 主軸扭矩圖由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-8查得，45鋼表面質(zhì)量系數(shù)ß = 0.90由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-11查得，45鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)= 0.89由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-13查得，45鋼扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力折算系數(shù) ¢ = 0.21由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-12查得，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力副和平均應(yīng)力， = = = 0其中 T = 2.4 N.m 為軸危險(xiǎn)截面抗扭截面系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表26.3-15得， (3-16)已知，d = 16mm ; b = 5 mm; t = 3mm 代入上式得： = 9.86由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表26.3-4查得，S= 1.32.5故 S >

31、 S 安全6.4 環(huán)塊夾具裝置設(shè)計(jì)環(huán)塊裝置的總體設(shè)計(jì)思路如圖3-7。根據(jù)任務(wù)書，矩形塊的尺寸：10mmx10mmx20 mm；摩擦環(huán)的外徑：40mm。圖6-7 環(huán)塊裝置示意圖為了使塊試樣在實(shí)驗(yàn)前后方便加載與卸載，支點(diǎn)處用滾動(dòng)軸與杠桿連接，裝夾矩形塊時(shí)可以抬起杠桿，有足夠的空間操作。先用螺釘把夾具與游碼固定在一起，再裝夾矩形塊。6.5 平衡裝置設(shè)計(jì)與校核6.5.1 平衡裝置的總體設(shè)計(jì)平衡杠裝置的總體設(shè)計(jì)思路如圖3-8。通過平衡螺母的調(diào)節(jié)使平衡杠達(dá)到平衡，然后可用已知一直質(zhì)量的砝碼進(jìn)行加載，計(jì)算出正壓力，即可得到需要的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。圖6-8 平衡杠以及調(diào)節(jié)裝置由于，則試驗(yàn)力杠桿比：5:1 即托盤D處加

32、1N的力加力點(diǎn)C處載荷為5N。6.5.2 平衡杠桿裝置尺寸設(shè)計(jì)如圖3-8所示，杠端面為長(zhǎng)a=10mm，寬b=8mm的矩形，總長(zhǎng)度L=300mm，從左端至杠桿支點(diǎn)長(zhǎng)度L=200mm。平衡螺母尺寸為ø70mm12mm，平衡杠和滑塊的材料均選用45鋼.托盤與支點(diǎn)處銷軸選用GB882-86-5×38，公稱直徑5mm，長(zhǎng)度38mm，材料為35鋼，HRC2838，表面處理的A型銷軸。6.5.3 驗(yàn)證平衡杠桿的平衡圖6-9 未加載時(shí)杠桿平衡受力圖(1) 平衡螺母的重量G (3-17)(2)計(jì)算游碼夾具及其試塊的重量G (3)計(jì)算杠桿的重量G平衡條件： (3-18)，即： (3-19)得：

33、=80mm <100mm所以試驗(yàn)力杠桿比：5:1時(shí)，平衡螺母的大小和杠桿的長(zhǎng)度合適。調(diào)整游碼的位置可以得到不同的杠桿比。6.5.4 平衡杠桿校核杠桿受力彎矩情況： 圖6-10 杠桿受力分析B截面彎矩：C截面彎矩:D截面彎矩:由圖27可知，杠桿危險(xiǎn)截面在C處，其 (3-20)= 其中，為抗彎截面系數(shù)，已知梁式杠桿尺寸為10mm×8 mm, (3-21)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表得， =60 Mpa 所以安全。6.5.5 校核銷軸的強(qiáng)度由計(jì)算得的數(shù)據(jù)知,杠桿支點(diǎn)B處（圖3-10）受力最大，只要此處滿足條件即可。故只需計(jì)算此處是否安全。 (3-22) 安全6.6 加載方式選擇加載方式為整個(gè)機(jī)

34、械設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)考慮的對(duì)象，它直接關(guān)系到試驗(yàn)機(jī)的最后參數(shù)的準(zhǔn)確性。本文考慮了兩種加載方式：（1）直壓式（圖311）力直接加在試塊上方。圖 6-11 直壓式加載（2）壓桿與試環(huán)一體式（圖6-12） 利用杠桿原理，是壓桿與試塊上方受力件以柱面接觸施力，壓桿連同試環(huán)以及夾具固定一體，壓力直接傳到銷柱上。圖6-12 壓桿與分離式加載第一種方案的共同優(yōu)點(diǎn)是試塊在磨損過程中始終向下移動(dòng)，滑動(dòng)可能較小，但是第一種方案要求壓力與載荷相等，這樣在做較大壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)，顯然疲勞強(qiáng)度較大，特別是這種方案在工作時(shí)支承處的阻力是經(jīng)常變化不好掌握的。第二種方案與前種方案的不同之處在于試塊連同夾具一起固定在杠桿上，這樣根本不存在

35、下移時(shí)的阻力，而且只需加較小的力就獲得所需載荷，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但這中方案的不足之處在于試塊磨損時(shí)有滑動(dòng)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響。6.7 試驗(yàn)機(jī)其它部分裝置設(shè)計(jì) 支點(diǎn)設(shè)計(jì)為方便杠桿加載，要求杠桿能在空間一定角度位置內(nèi)旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)樣式如下圖313。由于杠桿加載很小，故支點(diǎn)上端用滑動(dòng)軸承與杠桿連接，杠桿即可在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 6-13 杠桿支點(diǎn)6.7.2 軸承箱體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)機(jī)箱體的外形見圖2-12，為了方便拆卸上箱體加吊環(huán)，保證上下箱體合箱后邊緣平齊，需要設(shè)計(jì)定位銷。箱體兩端需要軸承端蓋，為了減少加工面需要做成凸臺(tái)狀。 圖6-14 軸承箱體外形圖6.8 本章小結(jié)本章論述了試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分的工作原理，實(shí)驗(yàn)機(jī)機(jī)械部

36、分的特點(diǎn)，完成了實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，小型調(diào)速電機(jī)的選取和環(huán)塊的摩擦裝置的設(shè)計(jì)。以及部分安裝要求，加載及平衡裝置的設(shè)計(jì)，重要軸的校核及平衡裝置的驗(yàn)算。在機(jī)器制造時(shí)應(yīng)保證制造的精度。7 結(jié) 論現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，將有力地推動(dòng)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。隨著技術(shù)進(jìn)步和科研及生產(chǎn)發(fā)展，現(xiàn)代控制、檢測(cè)技術(shù)在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)方面應(yīng)用也越來越多，比較先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)機(jī)甚至具有適時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和反饋控制等功能，其實(shí)驗(yàn)可靠性、檢測(cè)精度和準(zhǔn)確性也大大提高。根據(jù)環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，本文提出了實(shí)驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，主要完成了加載及平衡裝置的方案設(shè)計(jì)，另小型調(diào)速電機(jī)的型號(hào)選擇，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核

37、和軸承箱體的方案設(shè)計(jì)，達(dá)到了任務(wù)書所規(guī)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在研究的過程中得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論。(1)實(shí)驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)采用環(huán)塊式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是試件制作簡(jiǎn)單，便于不同材料的實(shí)驗(yàn)。(2) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)機(jī)的外形尺寸和對(duì)電機(jī)的性能要求，選擇了滿足要求的調(diào)速電機(jī)，可以減小實(shí)驗(yàn)機(jī)的外形尺寸，使實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加合理。(3)利用杠桿機(jī)構(gòu)為試件的摩擦實(shí)驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)壓力，具有簡(jiǎn)單易行、加載準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)。本試驗(yàn)機(jī)原理簡(jiǎn)明正確,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,結(jié)構(gòu)緊湊,實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)便可行，達(dá)到了規(guī)定的要求。但同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)機(jī)的以下幾個(gè)方面還有待改進(jìn)：（1） 局部結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步調(diào)整改進(jìn)，使整個(gè)布局更加科學(xué)緊湊。（2） 實(shí)驗(yàn)的精度和實(shí)驗(yàn)機(jī)的可

38、靠度，需要進(jìn)一步提高和檢驗(yàn)。（3） 需要設(shè)計(jì)傳感系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)實(shí)時(shí)原位動(dòng)態(tài)采集，并可通過閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)設(shè)定摩擦試驗(yàn)機(jī)的工作方式和運(yùn)行參數(shù)。隨著現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)將向小型，多功能，數(shù)據(jù)高準(zhǔn)確性，低價(jià)位，集電子顯示、遠(yuǎn)紅外輻射測(cè)試、遠(yuǎn)程遙控操作等高技術(shù)含量方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)工作站等將引入摩擦測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理，并可以對(duì)摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)矩、速度、行程等關(guān)鍵參量自動(dòng)數(shù)值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)和打印。以解決工程技術(shù)中遇到的一系列問題。結(jié)束語(yǔ)歷經(jīng)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，我的大學(xué)生活也即將結(jié)束，我們將分別走上自己的工作崗位，畢業(yè)設(shè)計(jì)成為我們進(jìn)入社會(huì)前的最后一次練兵，對(duì)我們以后的工作和生活將產(chǎn)生不可忽視的影響。在這一學(xué)期里，我基本上完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以說我們運(yùn)用了我們大學(xué)期間所學(xué)到的大部分專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)。是我們對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械零件的選擇，機(jī)械設(shè)計(jì)方法，機(jī)械制圖，機(jī)械制造等都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并且鞏固大學(xué)四年來所累計(jì)的專業(yè)知識(shí)。本設(shè)計(jì)之前，我參閱了大量的相關(guān)資料和書籍，由于涉及該方面的知識(shí)比較少，只能通過互聯(lián)網(wǎng)、國(guó)內(nèi)外期刊雜志查詢一些有用的信息，認(rèn)真學(xué)習(xí)了一些關(guān)于摩擦學(xué)等方面的知識(shí)。其次，我學(xué)會(huì)了如何查找和選