小型環(huán)塊式磨損試驗機設計初探畢業(yè)設計

1、<p><b>　　鄭州輕工業(yè)學院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題 目 小型環(huán)塊式 </p><p>　　磨損試驗機設計 </p><p>　　學生姓名 袁 亮 </p

2、><p>　　專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　08-2班 </p><p>　　學 號 200802010252 </p><p>　　院 （系） 機電工程學院 </p><p>

3、;　　指導教師(職稱) 向國權副教授 </p><p>　　完成時間 2012 年 5 月 30 日 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目 小型環(huán)塊式磨損試驗機設計 </p><p>　　姓名 專業(yè)班級

4、 學號</p><p><b>　　主要內容</b></p><p>　　試驗機傳動部分結構設計；</p><p>　　摩擦副的結構、尺寸和裝配設計；</p><p>　　實驗機加載部分結構設計；</p><p><b>　　編寫設計說明書。</b></p

5、><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　實驗機原理簡明，簡單易用； </p><p>　　傳動部分結構簡單，運行穩(wěn)定可靠。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　《機械原理》，《機械設計》；</p><p

6、>　　通用機械零件有關資料；</p><p>　　摩擦學、磨損實驗機相關資料。</p><p>　　指導老師簽章: </p><p>　　專業(yè)負責人簽章： </p><p>　　完成期限： 2012.3.1——2012.6.1 </p><p><b>　　目 錄

7、</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 摩擦磨損試驗機概述1</p><p>　　2.1 四球摩擦磨損試驗機1</p

8、><p>　　2.2 端面摩擦摩損試驗機2</p><p>　　2.3 環(huán)塊摩擦摩損試驗機2</p><p>　　2.4 永劫摩擦摩損試驗機3</p><p>　　2.5 往復式摩擦磨損試驗機3</p><p>　　3 摩擦磨損試驗機實驗方法4</p><p>　　4 摩擦磨損實驗機研究現(xiàn)

9、狀及其發(fā)展5</p><p>　　5 小型環(huán)塊式磨損試驗機設計初步探索6</p><p>　　5.1 環(huán)塊摩擦磨損試驗機的結構特征和工作原理6</p><p>　　5.2 主軸驅動系統(tǒng)結構及工作原理圖6</p><p>　　6 環(huán)塊式摩擦實驗機7</p><p>　　6.1 試驗機機械部分的總體設計7<

10、;/p><p>　　6.2 試驗機電機選擇8</p><p>　　6.2.1 電機類型和結構形式選擇8</p><p>　　6.2.2 選擇電機功率9</p><p>　　6.2.3 選擇電機轉速10</p><p>　　6.2.4 選擇電機型號10</p><p>　　6.2.5 電機的

11、安裝11</p><p>　　6.3 主軸設計，校核以及聯(lián)軸器選擇12</p><p>　　6.3.1 主軸材料選擇12</p><p>　　6.3.2 估算軸徑和選擇聯(lián)軸器12</p><p>　　6.3.3 軸承的選擇及潤滑13</p><p>　　6.3.4 軸結構的設計13</p>&

12、lt;p>　　6.3.5 軸上受力分析14</p><p>　　6.3.6 軸的精確校核17</p><p>　　6.4 環(huán)塊夾具裝置設計18</p><p>　　6.5 平衡裝置設計與校核19</p><p>　　6.5.1 平衡裝置的總體設計19</p><p>　　6.5.2 平衡杠桿裝置尺寸設計

13、20</p><p>　　6.5.3 驗證平衡杠桿的平衡20</p><p>　　6.5.4 平衡杠桿校核21</p><p>　　6.5.5 校核銷軸的強度23</p><p>　　6.6 加載方式選擇23</p><p>　　6.7 試驗機其它部分裝置設計24</p><p>　

14、　6.7.1 支點設計24</p><p>　　6.7.2 軸承箱體設計25</p><p>　　6.8 本章小結25</p><p><b>　　7 結 論26</b></p><p><b>　　結束語28</b></p><p><b>　　致 謝

15、29</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　附 錄31</b></p><p>　　小型環(huán)塊式磨損試驗機</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　考慮到滾動摩擦

16、磨損實驗技術中摩擦系數(shù)和摩擦力是影響摩擦的重要參數(shù)，以及根據(jù)現(xiàn)代磨損試驗機存在的現(xiàn)狀，為了能更方便在辦公桌面上來測量實驗材料的摩擦特性，我們擬定設計了小型環(huán)塊式磨損試驗機。在設計中運用了、杠桿加載原理以及摩擦學和材料力學的相關知識，基本完成了設計目標。該實驗機結構簡單，運行穩(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行摩擦學實驗的需要。</p><p>　　關鍵詞 環(huán)塊/磨損/試驗機/設計<

17、;/p><p>　　Small ring-block wear testing machine</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Taking into account the coefficient of friction and friction rolling friction wear test is

18、 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 characteristics of the experimental material, this month we desi

19、gned 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 e</p><p>　　KEY WOR

20、DS central block，wear，test ，design</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　在摩擦磨損性能試驗中，需要測定摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、磨損量及磨損率等參數(shù)。通常試驗方法有兩種：一種是按試驗規(guī)范或標準進行，如潤滑劑承載能力測定法(四球法)；一種是在相同的模擬工作條件下，進行對比試驗[1]。前一種方法試驗規(guī)范、

21、數(shù)據(jù)可靠，但對實驗條件要求高，標準設備昂貴；后一種方法試驗設計靈活，試驗環(huán)境與設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，自己研制儀器設備。我們在此磨損性能試驗研究中，充分利用已有儀器設備，動手設計了一種小型環(huán)塊式磨損試驗機，其結構簡單、工作可靠、制作費用低廉。</p><p>　　現(xiàn)階段的磨損試驗機種類繁多，其中最常見的磨損試驗機，如環(huán)塊式磨損試驗機，銷盤式磨損試驗機和往復式磨損試驗機等已經(jīng)得到初

22、步的完善。借以前車之鑒，來初步探索我們實驗機的設計是必不可少的過程。</p><p>　　2 摩擦磨損試驗機概述</p><p>　　摩擦磨損試驗機，又稱摩擦試驗機，磨損試驗機。根據(jù)摩擦副可分為球盤摩擦磨損試驗機，銷盤摩擦磨損試驗機，盤盤摩擦磨損試驗機，環(huán)塊摩擦磨損試驗機，四球摩擦磨損試驗機，缸套活塞環(huán)摩擦磨損試驗機，高頻摩擦磨損試驗機，高溫摩擦磨損試驗機，真空摩擦磨損試驗機。</p

23、><p>　　2.1 四球摩擦磨損試驗機</p><p>　　四球摩擦磨損試驗機系列依照GB/T3142《光滑劑承載才能測定法》（四球法）的請求，評定光滑劑的承載才能，即最大無卡咬負荷PB、燃結負荷PD、綜合磨損值ZMZ等。</p><p>　　1）屏顯式四球摩擦試驗機</p><p>　　2）極壓四球摩擦試驗機 </p><

24、p>　　3）杠桿四球摩擦試驗機 </p><p>　　4）微機控制電液伺服四球摩擦試驗機 </p><p>　　四球摩擦磨損試驗機工作原理：</p><p>　　由四球（1個上球3個下球）組成摩擦副，上球卡在夾頭內，下球組固定不動，上球與下球組相接觸。工作時，上球由主軸帶動旋轉，通過加載系統(tǒng)向下求租加載。主要用于評定潤滑劑的性能。</p><

25、;p>　　2.2 端面摩擦摩損試驗機</p><p>　　端面摩擦摩損試驗機系列，常溫（低溫）在浸光滑油和無光滑油前提下，對環(huán)狀試樣施加較高的端口試驗力，用于評定資料的摩擦磨損功能。</p><p>　　1）屏顯式斷面摩損試驗機</p><p>　　2）屏顯式低溫端面摩損試驗機</p><p>　　圖2-2 摩擦磨損試驗機結構圖<

26、/p><p>　　2.3 環(huán)塊摩擦摩損試驗機</p><p>　　環(huán)塊摩擦摩損試驗機系列，依照SY-2685《光滑油抗擦傷功能測定法（梯姆肯法）的請求，在浸油光滑前提下，評定種種光滑劑及資料的光滑功能，特別實用于中高等汽車齒輪油的抗擦傷功能的模仿評定。</p><p>　　環(huán)塊摩擦磨損試驗機包含有：</p><p>　　1）高速環(huán)塊摩擦摩損試驗機

27、</p><p>　　2）數(shù)顯環(huán)塊摩擦摩損試驗機</p><p>　　環(huán)塊摩擦磨損試驗機工作原理：</p><p>　　主動件是標準旋轉圓環(huán)，被動件是被固定的標準尺寸矩形塊。通過測量不同載荷下，被動試件矩形塊上出現(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)，來評定潤滑劑的承載能力以及摩擦副材料的摩擦磨損性能。</p><p>　　2.

28、4 永劫摩擦摩損試驗機</p><p>　　永劫摩擦摩損試驗機系列，依照ZB-E34007《光滑油抗磨損功能測定法（四球法）》的請求，以銷盤滑動摩擦方式，在浸光滑和無油光滑前提下，選擇差別的摩擦副方式，模仿評定光滑劑和資料的摩擦磨損功能。</p><p>　　永劫摩擦摩損試驗機包含有：</p><p>　　1）立式全能摩擦摩損試驗機</p><p

29、>　　2）銷盤摩擦摩損試驗機</p><p>　　3）四球永劫摩損試驗機</p><p>　　其中銷盤摩擦磨損試驗機的工作原理為：</p><p>　　試驗時，銷固定不動，盤做旋轉運動。通過力傳感器采集試驗過程總摩擦力和載荷的變化，通過位移傳感器對試樣的總磨損進行測量。主要用于在滑動條件下，評價材料的摩擦磨損系數(shù)和磨損率，研究工況參數(shù)對摩擦性能和磨損機理的影響

30、，是目前用途最廣泛的摩擦磨損試驗設備。</p><p>　　2.5 往復式摩擦磨損試驗機</p><p>　　往復式摩擦磨損試驗機，通過測量實驗中產(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]。為提高測試系統(tǒng)的精確性和實時性，將計算機輔助測試系統(tǒng)應用到摩擦學試驗當中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測試軟件系統(tǒng)完成摩擦磨損數(shù)據(jù)的實時動態(tài)測試，從根本上改變了傳統(tǒng)摩擦磨損試驗機的缺點。該

31、試驗機可在一定范圍內實現(xiàn)往復行程、載荷、速度、溫度、潤滑的單因素或多因素控制，并可同時定性和定量顯示運動中的摩擦力、磨損量、摩擦系數(shù)大小。[3]</p><p>　　圖2-4 往復式摩擦磨損試驗機</p><p>　　3 摩擦磨損試驗機實驗方法</p><p><b>　　1.對比實驗法</b></p><p>　　在相

32、同條件下進行試驗，即是將幾種試樣或者將要實驗的實驗與已知標準試樣進行對比實驗，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構。</p><p><b>　　2.標準實驗法</b></p><p>　　目前正在擬訂各種材料的標準化摩擦磨損實行方法，用統(tǒng)一的標準化實行方法，測量和鉆研出各種材料的摩擦磨損功用目的，以便對各種材料在差異工況條件下的摩

33、擦磨損性能進行比較和選擇。</p><p><b>　　3.運用領域實驗法</b></p><p>　　將試樣在廣泛條件下進行試驗，以便求得他的最大運用領域或最高運用條件，如壓力、速度、溫度和壽命等條件。實行常以摩擦磨損功用的突出點來表示。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。</p><p><b>　　4.使用

34、性能實驗法</b></p><p>　　按照理論運用情況進行試驗，以便失掉理論情況的摩擦磨損功用目的。此方法平常多為應用部門使用。</p><p>　　4 摩擦磨損實驗機研究現(xiàn)狀及其發(fā)展</p><p>　　劉振虎、韓靜濤、劉靖等人針對高溫滑動磨損及接觸疲勞試驗機實際運行的實驗要求并結合熱軋板帶的實際生產(chǎn)工況,開發(fā)設計了高溫滑動磨損及熱接觸疲勞試驗機的冷

35、卻及潤滑系統(tǒng),由于現(xiàn)已開發(fā)的各種試驗機的工作條件與實際軋制工況存在較大的差異,為了更好的模擬實際工況下的軋輥材料的磨損行為和進一步擴大模擬試驗范圍,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,劉振虎所在團隊開發(fā)設計了一套材料高溫磨損和熱接觸疲勞材料試驗機并已申請國家專利,該試驗裝置比其它熱磨損試驗機更能夠模擬熱軋狀態(tài)下的帶鋼和軋輥的磨損行為,對實際生產(chǎn)更具有指導意義。該試驗機提供了一種金屬在高溫狀態(tài)下,材料間的滑動磨損及接

36、觸疲勞測試方式，主要用于模擬軋制過程中,前滑、潤滑等對高溫滑動磨損及熱接觸疲勞對軋輥使用壽命、軋件表面質量的影響程度。[4]</p><p>　　徐海洋,袁武華等針對目前國內的MM1∶1000試驗機存在發(fā)展相對滯后諸多問題,如還在采用機械測量法、砝碼式或彈簧式測量法等等,由于存在數(shù)據(jù)不能及時采集、存儲和顯示以及數(shù)據(jù)測量不精確等問題,顯然這已不能滿足發(fā)展的需要。為了解決試驗測試問題,湖南大學材料科學與工程學院結合國

37、家“863”項目《高速列車用鋁基復合材料制動盤研制》自行設計制作了1臺MM1∶1000試驗機,該機應用了傳感技術和計算機技術基本克服了前述試驗機存在的不足[5]。此研究更加完善了磨損試驗機的一些精確性問題。</p><p>　　2011年，由中科院寧波材料技術與工程研究所與長春智能儀器設備有限公司聯(lián)合設計制造的正交雙向往復式銷盤摩擦磨損試驗機研制成功，目前該設備已落戶寧波材料所并投入使用。作為開展人工關節(jié)材料研究

38、的關鍵設備，該試驗機采用雙軸、雙向(即總共四個方向)運動模式，能夠更加逼真地模擬人體關節(jié)的多向運動和摩擦方式，為人工關節(jié)材料進行體外摩擦磨損性能評價提供了可靠的技術保障。試驗機采用了多工位完全同步的設計理念，最多可同時測試6個樣品，顯著提高工作效率和可靠性，節(jié)省運行成本，達到節(jié)能降耗的目的[6]。</p><p>　　由上述一些學者所闡述的文章以及其研制的作品，我們得到了一些啟示。</p><

39、p>　　5 小型環(huán)塊式磨損試驗機設計初步探索</p><p>　　由此我們以市面上的環(huán)塊式摩擦磨損試驗機為藍本，先分析市面上的試驗機的主要傳動系統(tǒng)，后根據(jù)自身課題的需要，擬簡便設定一小型環(huán)塊式磨損試驗機。</p><p>　　5.1 環(huán)塊摩擦磨損試驗機的結構特征和工作原理</p><p>　　主機結構如下圖所示。主機主要有主軸驅動系統(tǒng)、試驗油腔與溫度測量裝置、

40、摩擦力測量裝置、施力杠桿及試驗力測量裝置等部分等組成，它們都是安裝于一焊接機座上的。</p><p>　　圖5-1主軸傳動結構圖</p><p>　　5.2 主軸驅動系統(tǒng)結構及工作原理圖</p><p>　　該機的摩擦副形式為一環(huán)和塊，試環(huán)（4）裝于主軸（15）前端，可隨主軸以一定的轉速旋轉。主軸通過圓弧齒形帶（13）及從動帶輪（9）、主動帶輪（14）由三相異步電機

41、驅動。電機由變頻調速器控制，其轉速在一定范圍內無級調節(jié)。件（12）為張緊輪，用于調節(jié)齒形帶松緊。 </p><p>　　裝于主軸后端的磁電傳感器（11）用于測量主軸的轉速和轉數(shù)，并在控制箱上的轉速和轉數(shù)表上顯示出來。 </p><p>　　主軸軸承（18）和（19）一般用鋰基潤滑脂潤滑，當使用2：1升速裝置時，一定要用潤滑油潤滑。 </p><p>　　5.3 試驗

42、油腔及溫度測量裝置 </p><p>　　磨損試驗是在油腔內完成的。油腔腔體（6）上面為注油口，注油量可從隨機配帶的量杯中盛取，一般超過摩擦面即可。試驗完畢后，可從下面的放油嘴（3）處將油液放出[11]。 </p><p>　　常溫試驗時，腔體門（16 ）是透明有機玻璃，可清晰看到里面的試驗情況。高溫試驗時，不銹鋼腔體門上裝有加熱器用于加熱試驗油，裝于腔體下面的鉑電阻傳感器（2）用于測量試

43、驗油溫，并通過溫控表實現(xiàn)溫度的自動閉環(huán)控制。</p><p>　　5.3 摩擦力測量測量裝置 </p><p>　　當試環(huán)隨主軸旋轉時，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。</p><p>　　6 環(huán)塊式摩擦實驗機</p><p>　　6.1 試驗機機械部分的總體設計</p>

44、<p>　　本文設計的小型環(huán)塊式摩擦磨損實驗機主要有幾個部分組成：試驗機傳動部分設計，摩擦副的結構尺寸和裝配設計，試驗機加載及平衡裝置設計等。</p><p>　　調節(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，由調速電機帶動軸轉動，使軸上旋轉圓環(huán)和矩形試塊摩擦，通過測量被動試件矩形塊上出現(xiàn)的條狀磨痕寬度，評定潤滑劑或矩形試件材料的摩擦磨損性能。</p><p&g

45、t;　　總體設計要達到的技術指標：</p><p>　?。?） 環(huán)-塊接觸，塊的尺寸：10mmx10mmx20 mm；環(huán)的外徑：40mm。</p><p>　　（2）轉速：500～1000 r/min。</p><p>　?。?）最大正壓力：200N。</p><p>　　圖6-1 試驗機原理圖</p><p>　　根

46、據(jù)原理圖，設想總體方案圖，如下圖3-2</p><p>　　圖6-2 總體方案圖</p><p>　　6.2 試驗機電機選擇</p><p>　　6.2.1 電機類型和結構形式選擇</p><p>　　考慮到速度的多級變化，故在滿足其機械性能情況下選擇可以速度變化的電機。</p><p>　　6.2.2 選擇電機功率

47、</p><p><b>　?。?）試環(huán)所需功率</b></p><p>　　試環(huán)所需功率由工作阻力和摩擦系數(shù)計算確定。由任務書所給最大正壓力:200N；轉速:500～1000r/min；試環(huán)的最大直徑：40mm。</p><p>　　故轉盤所需功率： </p><p><b>　　(3-1)</b&

48、gt;</p><p>　?、倨渲袨殡姍C的計算轉矩</p><p>　　根據(jù)《機械設計手冊①》表7.2—6，表7.2-7得：</p><p>　　常見材料摩擦副的動摩擦系數(shù)在0.014~1.3之間，由于本試驗機是對普通材料進行摩擦磨損實驗，故取常用值=0.6</p><p><b>　　由古典摩擦公式：</b></

49、p><p>　　f = ×N 其中N =200N (3-2)</p><p><b>　　f = ×N</b></p><p><b>　　=0.6×200</b></p><p><b>　　=120

50、N</b></p><p>　　則加載于電機上的扭矩最大值為：</p><p>　　= f × R (3-3)</p><p>　　= 120×0.02</p><p><b>　　=2.4</b></p&

51、gt;<p>　?、?估算軸承阻尼對電機的扭矩的影響</p><p>　　由原理圖知，軸為水平安裝，故徑向載荷為其主要載荷，選角接觸系列軸承，有《機械設計手冊④》表28.2-1查得：</p><p>　　角接觸系列軸承的摩擦系數(shù)在0.002～0.005之間，由軸承摩擦力矩近似計算公式:</p><p><b>　　= </b>&l

52、t;/p><p>　　估算得→0 可忽略不計。</p><p>　　故電機計算轉矩 </p><p>　　= + (3-4)</p><p><b>　　= 2.4</b></p><p>　　電機轉速為1000 r / m

53、in</p><p>　　(2)電機的輸出功率</p><p><b>　　則電機所需功率為：</b></p><p><b>　　= kw</b></p><p>　　= 0.251 kw</p><p>　　聯(lián)軸器的傳動效率取0.98。</p><p&

54、gt;　　(3)確定電機的額定功率</p><p><b>　　則取電機額定功率:</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　6.2.3 選擇電機轉速</p><p>　　根據(jù)任務書給定的試環(huán)速為500～1000r／min，由于聯(lián)軸器不具有調速作用，故選取轉速大于等

55、于1000r／min的可調速電機。</p><p>　　6.2.4 選擇電機型號</p><p>　　根據(jù)電機類型，結構形式，功率和轉速，選取JX-7112型單相電容異步運轉電動機。它具有結構簡單、維修方便等特點，有良好的起動和運行性能，性能指標高、體積小、噪音低。</p><p><b>　　表6-1 電機參數(shù)</b></p>

56、<p>　　6.2.5 電機的安裝</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)原理圖，軸為水平安裝，為了安裝方便，結構盡可能的緊湊，電機采用臥式安裝（如圖3-3A），安裝尺寸見下表。</p><p>　　A B</p><p>　　圖6-3 電機安裝類型</p><p>　　

57、表6-2電機安裝尺寸</p><p>　　A是IMB3型機座有底腳,端蓋上無凸緣,即臥式安裝。</p><p>　　B是IMB14型機座有底腳,端蓋上無凸緣,軸伸在凸緣端,即小法蘭立式安裝。</p><p>　　選取JX-7112型單相電容異步運轉電動機：</p><p>　　2--------------極數(shù)：表示2極1---------

58、-----鐵心長度代號：表示1號鐵心71-------------機座號：表示中心高71毫米JX(YY-T)-------------系列代號：單相電容運轉異步電動機</p><p>　　6.3 主軸設計，校核以及聯(lián)軸器選擇</p><p>　　6.3.1 主軸材料選擇</p><p>　　由于試驗機的小尺寸以及未振動特性，軸材料選用45鋼，調質處理。有《機械設

59、計手冊④》表26.1-1查得其材料的機械性能數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　抗拉強度： = 650 Mpa </p><p>　　屈服強度： = 360 Mpa</p><p>　　彎曲疲勞極限： = 270 Mpa</p><p>　　扭轉疲勞極限： = 155 Mpa</p><p>　　6.3

60、.2 估算軸徑和選擇聯(lián)軸器</p><p><b>　　1）初步估算軸徑</b></p><p>　　由于材料為45鋼，則軸最小直徑為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-2，取 A = 115</p><p>

61、;　　其中 P =0.254KW N = 1000 r/min </p><p><b>　　= mm</b></p><p>　　= 7.283 mm</p><p>　　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。</p><p><b>　　2）聯(lián)軸器的選擇<

62、;/b></p><p>　　考慮到試驗機加載情況的變化，由《機械設計手冊④》表 29.1-1查得，聯(lián)軸器的工作情況系數(shù) K = 1.5，則其計算轉矩為：</p><p>　　= k T (3-7)</p><p>　　= 1.5 2.4</p><p><b>　　= 3.6

63、N.m</b></p><p>　　由于主軸和電機是水平安裝且試驗機工作狀態(tài)為微振動狀態(tài)，故在選取連軸器時應考慮其減振和補償兩相對偏移性能。綜上因素，選擇LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器結構緊湊，裝配方便，具有一定的彈性和緩沖性能，補償兩軸相對位移。</p><p>　　根據(jù)主軸轉矩以及電機的尺寸選擇聯(lián)軸器型號為：</p><p><b&g

64、t;　　LT2聯(lián)軸器 </b></p><p>　　6.3.3 軸承的選擇及潤滑</p><p>　　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。</p><p>　　因為在無潤滑磨損實驗中，要求環(huán)上絕對不能帶有油類物質，若選用潤滑油來潤滑軸承，就

65、可能濺到試環(huán)上，而且若進行潤滑油性能測試極易干擾實驗結果，故此處選用潤滑脂潤滑[10]。</p><p>　　6.3.4 軸結構的設計</p><p>　　圖6-4 軸的結構與裝配</p><p>　?。?）擬定軸上的裝配方案如圖3-4。</p><p>　　（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個段直徑和長度</p><p&g

66、t;　　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度42mm，L1段比其略小，現(xiàn)取。</p><p>　　2）初步選擇滾動軸承，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，查手冊知7006C型軸承定位軸肩高，因此取。</p><p>

67、　　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軸承加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端距離為30mm,故取。</p><p>　　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)彈簧墊圈及螺母緊固的標準確定L7段長度，取。</p><p>　　6.3.5 軸上受力分析</p><p>　　由于主軸水平安裝，試驗機工作時

68、，主軸只受到扭矩的作用，軸向作用力很小，可忽略不計。</p><p>　　6-5 軸的載荷分析圖</p><p>　　（1）在做計算簡圖時，應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。</p><p>　?。?）根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，并計算結果分別做出水平上的彎矩

69、圖（圖2-4b）和垂直面上的彎矩圖（圖3-5c）；然后計算總彎矩并做出M圖（圖3-5d）。</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p><b>　　水平上的彎矩</b></p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　垂

70、直面上的彎矩</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　總彎矩M</b></p><p><b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　(3)做出扭矩圖</b></p>

71、<p>　　扭矩圖如圖3-5e所示。軸所傳遞的轉矩為：</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p><b>　?。?）校核軸的強度</b></p><p>　　已知軸的彎矩和扭矩后，可針對危險截面（C截面）做彎矩合成強度校核計算。按第三強度理論計算應力：</p><p&g

72、t;<b>　　(3-13)</b></p><p>　　對于直徑為d的圓軸，彎曲應力為,扭矩切應力,其中抗扭截面系數(shù)，考慮啟動、停車等的影響，彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循環(huán)應力，取。則軸的彎扭合成強度條件為:</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　所以軸滿足強度要求。</p

73、><p>　　6.3.6 軸的精確校核</p><p>　　由于軸為水平安裝，對其進行扭矩校核：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.1-1查得，</p><p>　　45鋼扭轉疲勞強度極限:</p><p>　　由

74、《機械設計手冊④》表26.3-6查得，</p><p>　　45鋼剪截有效應力集中系數(shù)= 1.54</p><p>　　T= 2.4 N.m</p><p>　　圖 6-6 主軸扭矩圖</p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-8查得，</p><p>　　45鋼表面質量系數(shù)ß = 0.90<

75、/p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-11查得，</p><p>　　45鋼扭轉時的尺寸影響系數(shù)= 0.89</p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-13查得，</p><p>　　45鋼扭轉平均應力折算系數(shù) ¢ = 0.21</p><p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-12查得，

76、</p><p>　　扭轉應力副和平均應力，</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= 0</b></p><p>　　其中 T = 2.4 N.m</p><

77、;p>　　為軸危險截面抗扭截面系數(shù)</p><p>　　由《機械設計手冊④》查表26.3-15得，</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　已知，d = 16mm ; b = 5 mm; t = 3mm 代入上式得：</p><p>　　∴ = 9.86</p>

78、;<p>　　由《機械設計手冊④》表26.3-4查得，</p><p>　　〈S〉= 1.3～2.5</p><p>　　故 S > 〈S〉 ∴ 安全</p><p>　　6.4 環(huán)塊夾具裝置設計</p><p>　　環(huán)塊裝置的總體設計思路如圖3-7。根據(jù)任務書，矩形塊的尺寸：10mmx

79、10mmx20 mm；摩擦環(huán)的外徑：40mm。</p><p>　　圖6-7 環(huán)塊裝置示意圖</p><p>　　為了使塊試樣在實驗前后方便加載與卸載，支點處用滾動軸與杠桿連接，裝夾矩形塊時可以抬起杠桿，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。</p><p>　　6.5 平衡裝置設計與校核</p><p>　　6.5

80、.1 平衡裝置的總體設計</p><p>　　平衡杠裝置的總體設計思路如圖3-8。通過平衡螺母的調節(jié)使平衡杠達到平衡，然后可用已知一直質量的砝碼進行加載，計算出正壓力，即可得到需要的實驗參數(shù)。</p><p>　　圖6-8 平衡杠以及調節(jié)裝置</p><p>　　由于，則試驗力杠桿比：5:1 即托盤D處加1N的力加力點C處載荷為5N。</p><

81、p>　　6.5.2 平衡杠桿裝置尺寸設計</p><p>　　如圖3-8所示，杠端面為長a=10mm，寬b=8mm的矩形，總長度L=300mm，從左端至杠桿支點長度L=200mm。平衡螺母尺寸為ø70mm12mm，平衡杠和滑塊的材料均選用45鋼.</p><p>　　托盤與支點處銷軸選用GB882-86-5×38，公稱直徑5mm，長度38mm，材料為35鋼，HRC

82、28～38，表面處理的A型銷軸。</p><p>　　6.5.3 驗證平衡杠桿的平衡</p><p>　　圖6-9 未加載時杠桿平衡受力圖</p><p>　　(1) 平衡螺母的重量G</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　(2)計算游碼夾具及其試塊的重量G<

83、/p><p>　　(3)計算杠桿的重量G</p><p><b>　　平衡條件：</b></p><p><b>　　(3-18)</b></p><p><b>　　，即：</b></p><p><b>　　(3-19)</b>&l

84、t;/p><p>　　得：=80mm <100mm</p><p>　　所以試驗力杠桿比：5:1時，平衡螺母的大小和杠桿的長度合適。調整游碼的位置可以得到不同的杠桿比。</p><p>　　6.5.4 平衡杠桿校核</p><p><b>　　杠桿受力彎矩情況：</b></p><p>　　圖6

85、-10 杠桿受力分析</p><p><b>　　B截面彎矩：</b></p><p><b>　　C截面彎矩:</b></p><p><b>　　D截面彎矩:</b></p><p>　　由圖2—7可知，杠桿危險截面在C處，其= 6578.84N.mm</p>

86、<p><b>　　(3-20)</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　其中，為抗彎截面系數(shù)，已知梁式杠桿尺寸為10mm×8 mm,</p><p>　　∴ (3-21)</p><p>　　由《機械設計手冊④》查

87、表得， =60 Mpa＞ 所以安全。</p><p>　　6.5.5 校核銷軸的強度</p><p>　　由計算得的數(shù)據(jù)知,杠桿支點B處（圖3-10）受力最大，只要此處滿足條件即可。故只需計算此處是否安全。</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p><b>　　∴ 安全</b

88、></p><p>　　6.6 加載方式選擇</p><p>　　加載方式為整個機械設計部分重點考慮的對象，它直接關系到試驗機的最后參數(shù)的準確性。</p><p>　　本文考慮了兩種加載方式：</p><p>　　（1）直壓式（圖3—11）</p><p>　　力直接加在試塊上方。</p><

89、p>　　圖 6-11 直壓式加載</p><p>　?。?）壓桿與試環(huán)一體式（圖6-12） </p><p>　　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。</p><p>　　圖6-12 壓桿與分離式加載</p><p>　　第一種方案的共同優(yōu)點是試塊在磨損過程

90、中始終向下移動，滑動可能較小，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驗時，顯然疲勞強度較大，特別是這種方案在工作時支承處的阻力是經(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，這樣根本不存在下移時的阻力，而且只需加較小的力就獲得所需載荷，結構相對簡單。但這中方案的不足之處在于試塊磨損時有滑動，對試驗結果有影響。</p><p>　　6.7 試驗機其它部分裝置設計&

91、lt;/p><p>　　6.7.1 支點設計</p><p>　　為方便杠桿加載，要求杠桿能在空間一定角度位置內旋轉，設計樣式如下圖3—13。由于杠桿加載很小，故支點上端用滑動軸承與杠桿連接，杠桿即可在垂直平面內旋轉。 </p><p><b>　　6-13 杠桿支點</b></p><p>　　6.7.2 軸承箱體設計

92、</p><p>　　實驗機箱體的外形見圖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，需要設計定位銷。箱體兩端需要軸承端蓋，為了減少加工面需要做成凸臺狀。</p><p>　　圖6-14 軸承箱體外形圖</p><p><b>　　6.8 本章小結</b></p><p>　　本章論述了試驗機機械部

93、分的工作原理，實驗機機械部分的特點，完成了實驗機的設計，小型調速電機的選取和環(huán)塊的摩擦裝置的設計。以及部分安裝要求，加載及平衡裝置的設計，重要軸的校核及平衡裝置的驗算。在機器制造時應保證制造的精度。</p><p><b>　　7 結 論</b></p><p>　　現(xiàn)代自動化測試技術和計算機技術在摩擦學實驗中的應用，將有力地推動摩擦學實驗技術的發(fā)展。隨著技術進步和科

94、研及生產(chǎn)發(fā)展，現(xiàn)代控制、檢測技術在摩擦磨損實驗機方面應用也越來越多，比較先進的實驗機甚至具有適時動態(tài)檢測和反饋控制等功能，其實驗可靠性、檢測精度和準確性也大大提高。</p><p>　　根據(jù)環(huán)塊式摩擦磨損試驗機總體設計目標，本文提出了實驗機的總體設計方案，主要完成了加載及平衡裝置的方案設計，另小型調速電機的型號選擇，主軸的結構設計及校核和軸承箱體的方案設計，達到了任務書所規(guī)定的設計目標。在研究的過程中得出了以下幾

95、點結論。</p><p>　　(1)實驗機機械部分的設計采用環(huán)塊式結構，這種結構的特點是試件制作簡單，便于不同材料的實驗。</p><p>　　(2) 根據(jù)實驗機的外形尺寸和對電機的性能要求，選擇了滿足要求的調速電機，可以減小實驗機的外形尺寸，使實驗機的結構更加合理。</p><p>　　(3)利用杠桿機構為試件的摩擦實驗提供標準壓力，具有簡單易行、加載準確可靠的優(yōu)

96、點。</p><p>　　本試驗機原理簡明正確,運行穩(wěn)定可靠,結構緊湊,實驗方法簡便可行，達到了規(guī)定的要求。但同時，該實驗機的以下幾個方面還有待改進：</p><p>　　局部結構還需要進一步調整改進，使整個布局更加科學緊湊。</p><p>　　實驗的精度和實驗機的可靠度，需要進一步提高和檢驗。</p><p>　　需要設計傳感系統(tǒng)可以實現(xiàn)

97、多種信號實時原位動態(tài)采集，并可通過閉環(huán)反饋調節(jié)系統(tǒng)，動態(tài)設定摩擦試驗機的工作方式和運行參數(shù)。</p><p>　　隨著現(xiàn)代自動化測試技術和計算機技術的不斷發(fā)展，環(huán)塊式摩擦磨損試驗機將向小型，多功能，數(shù)據(jù)高準確性，低價位，集電子顯示、遠紅外輻射測試、遠程遙控操作等高技術含量方向發(fā)展。計算機工作站等將引入摩擦測試系統(tǒng)中，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動采集、處理，并可以對摩擦系數(shù)、轉矩、速度、行程等關鍵參量自動數(shù)值計算，實現(xiàn)相關數(shù)

98、據(jù)的動態(tài)顯示、存儲和打印。以解決工程技術中遇到的一系列問題。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　歷經(jīng)一個學期的畢業(yè)設計結束了，我的大學生活也即將結束，我們將分別走上自己的工作崗位，畢業(yè)設計成為我們進入社會前的最后一次練兵，對我們以后的工作和生活將產(chǎn)生不可忽視的影響。</p><p>　　在這一學期里，我基本上完成了

99、畢業(yè)設計任務書的要求。。這次畢業(yè)設計，可以說我們運用了我們大學期間所學到的大部分專業(yè)知識和基礎知識。是我們對機械系統(tǒng)的設計，機構的設計，機械零件的選擇，機械設計方法，機械制圖，機械制造等都有了進一步的認識，并且鞏固大學四年來所累計的專業(yè)知識。</p><p>　　本設計之前，我參閱了大量的相關資料和書籍，由于涉及該方面的知識比較少，只能通過互聯(lián)網(wǎng)、國內外期刊雜志查詢一些有用的信息，認真學習了一些關于摩擦學等方面的

100、知識。其次，我學會了如何查找和選擇資料來獲取我所需要信息的能力，體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，為今后的工作和學習打下了堅實的基礎。。</p><p>　　在設計中我發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，以前好多學過的東西都遺忘了，有一些東西在學習的時候根本就沒有注意到過，因此在設計當中遇到過許多麻煩。在指導老師的幫助下，進程才得以發(fā)展，最終完成設計。</p><p>　　設計終于完成了，論文也撰寫完了，大

101、學四年生活即將結束，我們也即將離校了。此刻，我感慨萬千！時光飛逝，大學四年如過眼云煙，我真實的感覺到了那句老話：時間不等人，是的，和時間相比，我們顯得那么的短暫。正因如此，我們更應該抓緊時間，和時間賽跑，盡量少蹉跎光陰，在有限的時間內，多做點事情，使自己變成一個對國家，對社會有用的人。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌和

102、工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，這也意味著大學四年生活即將過去?；仡櫞髮W四年生活,我感慨頗多。我曾經(jīng)認真學習過，曾經(jīng)虛度過，曾經(jīng)彷徨過，但是最終在老師們和同學們的幫助和支持下，我才能順利完成學業(yè)。老師們含辛茹苦，敬業(yè)奉獻，幫助我們打下扎實的專業(yè)基礎知識；同學們互勉互勵，互撥迷霧，幫助我走向更遠的道路。因此，我要向關心和支持我的所有老師們表示誠摯的謝意！我要向在生活上給予我的關心和幫助以及學業(yè)上的切磋和指點的同學們表示誠摯的謝意！感謝全班

103、同學的幫助和勉勵！感謝他們對我的關心、關注和支持！借此，再次向向國權老師表示衷心的感謝！ </p><p>　　同窗之誼如手足之情，我將終生難忘！再次感謝和我一起搞好本次設計的同學們！最后感謝一直幸苦指導我的向老師！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 林復生．摩擦學［M］．重慶：重慶大學出版社，1987

104、．219-221．</p><p>　　[2] 劉永平，龔俊，辛舟，侯運豐．往復式摩擦磨損試驗機及其計算機控制系統(tǒng)設計[J]．儀 器 儀 表 學 報，2010年8月．</p><p>　　[3]　李建芳,楊士強,沈璟.往復摩擦磨損試驗機測試系統(tǒng)的設計[J].潤滑與密封, 2008, 33 (10). 85-87.</p><p>　　[4] 劉振虎、韓靜濤、劉靖.

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107、t;<p>　　[11] Tischer A. construction of A New Tester for elevated Temperatures and First Results of Sliding Abrasion Tests. Wear of Materials 1989,Colorado, USA.1989.729—734.</p><p><b>　　附 錄<

108、;/b></p><p>　　1.試驗機裝配圖（A0）1張</p><p>　　2.軸承箱體（A1）1張</p><p>　　3.支撐體（A1）1張</p><p><b>　　4.軸（A3）1張</b></p><p>　　5.夾具（A3）1張</p><p>