2711 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計,高溫,高速,摩擦,磨擦,磨損,試驗,實驗,設計 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）工作中期檢查表系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 2 班 姓 名 馬滔 學 號 2008963112 指導教師 周后明 指導教師職稱 講師題目名稱 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計題目來源 科研 企業(yè) √ 其它 課題名稱題目性質 工程設計 理論研究 科學實驗 軟件開發(fā) √ 綜合應用 其它1、選題是否有變化 有 √ 否 2、設計任務書 √ 有 否資料情況3、文獻綜述是否完成 √ 完成 未完成 4、外文翻譯 完成 √ 未完成由學生填寫目前研究設計到何階段、進度狀況：完成了資料的檢索和查詢、系統(tǒng)總體方案的構思及設計、系統(tǒng)方案的選擇設計。現(xiàn)在處于系統(tǒng)詳細階段。工作進度預測（按照任務書中時間計劃）提前完成 √ 按計劃完成 拖后完成 無法完成工作態(tài)度（學生對畢業(yè)論文的認真程度、紀律及出勤情況）：認真 √ 較認真 一般 不認真質量評價（學生前期已完成的工作的質量情況）由老師填寫優(yōu) √ 良 中 差存在的問題與建議：1、利用計算機輔助設計的能力有待提高；2、借助文獻資料的能力有待提高；3、實際工程技能有待鍛煉和提高；4、綜合運用專業(yè)知識分析問題的能力有待培養(yǎng)的加強。指導教師（簽名）：年 月 日建議檢查結果： √ 通過 限期整改 緩答辯系意見： 簽名：年 月 日注：1、該表由指導教師和學生填寫。2、此表作為附件裝入畢業(yè)設計（論文）資料袋存檔。湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目：高溫高速摩擦磨損試驗機的設計 學號： 2008963112 姓名： 馬滔 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內容及基本要求設計高溫高速摩擦磨損試驗機的機械部分。主要技術指標如下： 1、最大試驗力：20N 2、主軸速度范圍：0~3000r/min 3、工作的最高溫度 1000 ℃ 4、加載范圍：0~20 N，采用砝碼加載 5、樣品盤最大尺寸為 Φ80 mm，最大厚度 10 mm 設計要求： 1、完成方案設計和選擇 2、繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫設計說明書，關鍵零件應進行強度和剛度計算，說明書字數(shù)不少于 1~5 萬 4、完成資料查閱和 3000 字的文獻翻譯 二、重點研究的問題銷盤式高溫高速摩擦磨損試驗機的結構設計及相關強度校核。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 查閱資料、調研 第 1，2 周2 制訂設計方案 第 3，4 周3 分析與計算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫設計說明書 第 12，13 周7 準備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應收集的資料及主要參考文獻[1] 桂長林，沈健。摩擦磨損試驗機設計的基礎：II 摩擦磨損試驗機設計方法的研究。合肥：固體潤滑。1990，10（2） ，120～136[2] 楊學軍，趙浩峰，趙昕月。高溫銷盤磨損試驗機的研制。太原：太原理工大學學報，2005，36（4） ，477～479[3] 李霞，許志慶，楊永。高速摩擦磨損試驗機的總體設計。北京：中國儀器儀表，2003，19～21[4] ?？烧?，金志浩。MPX —2000 型盤銷式摩擦磨損試驗機的改裝。北京：機械科學與技術。1999。18（3） ，470～471，474[5] 何國仁，曾漢民，楊桂成。高溫摩擦磨損試驗機的研制。北京：北京：試驗技術與試驗機。1991，31（5） ，11～16[6] 成大先。機械設計手冊。北京：化學工業(yè)出版社。2004 年 1 月 湘 潭 大 學（興湘學院）畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 2008963112 姓名 馬 滔 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計 評價項目 評 價 內 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價作者的畢業(yè)設計為高溫高速摩檫磨損實驗機的設計，論文選題符合培養(yǎng)目標要求，能體現(xiàn)學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生具有較強的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設計工作中較熟練運用所學知識，畢業(yè)設計技術方案可行，工作量適當，設計思路較清晰，研究內容具有一定的實際應用價值，論文質量較好，同意參加答辯評閱人： 2012 年 5 月 日湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）工作中期檢查表系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 2 班 姓 名 馬滔 學 號 2008963112 指導教師 周后明 指導教師職稱 講師題目名稱 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計題目來源 科研 企業(yè) √ 其它 課題名稱題目性質 工程設計 理論研究 科學實驗 軟件開發(fā) √ 綜合應用 其它1、選題是否有變化 有 √ 否 2、設計任務書 √ 有 否資料情況3、文獻綜述是否完成 √ 完成 未完成 4、外文翻譯 完成 √ 未完成由學生填寫目前研究設計到何階段、進度狀況：完成了資料的檢索和查詢、系統(tǒng)總體方案的構思及設計、系統(tǒng)方案的選擇設計?，F(xiàn)在處于系統(tǒng)詳細階段。工作進度預測（按照任務書中時間計劃）提前完成 √ 按計劃完成 拖后完成 無法完成工作態(tài)度（學生對畢業(yè)論文的認真程度、紀律及出勤情況）：認真 √ 較認真 一般 不認真質量評價（學生前期已完成的工作的質量情況）由老師填寫優(yōu) √ 良 中 差存在的問題與建議：1、利用計算機輔助設計的能力有待提高；2、借助文獻資料的能力有待提高；3、實際工程技能有待鍛煉和提高；4、綜合運用專業(yè)知識分析問題的能力有待培養(yǎng)的加強。指導教師（簽名）：年 月 日建議檢查結果： √ 通過 限期整改 緩答辯系意見： 簽名：年 月 日注：1、該表由指導教師和學生填寫。2、此表作為附件裝入畢業(yè)設計（論文）資料袋存檔。湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目：高溫高速摩擦磨損試驗機的設計 學號： 2008963112 姓名： 馬滔 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內容及基本要求設計高溫高速摩擦磨損試驗機的機械部分。主要技術指標如下： 1、最大試驗力：20N 2、主軸速度范圍：0~3000r/min 3、工作的最高溫度 1000 ℃ 4、加載范圍：0~20 N，采用砝碼加載 5、樣品盤最大尺寸為 Φ80 mm，最大厚度 10 mm 設計要求： 1、完成方案設計和選擇 2、繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫設計說明書，關鍵零件應進行強度和剛度計算，說明書字數(shù)不少于 1~5 萬 4、完成資料查閱和 3000 字的文獻翻譯 二、重點研究的問題銷盤式高溫高速摩擦磨損試驗機的結構設計及相關強度校核。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 查閱資料、調研 第 1，2 周2 制訂設計方案 第 3，4 周3 分析與計算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫設計說明書 第 12，13 周7 準備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應收集的資料及主要參考文獻[1] 桂長林，沈健。摩擦磨損試驗機設計的基礎：II 摩擦磨損試驗機設計方法的研究。合肥：固體潤滑。1990，10（2） ，120～136[2] 楊學軍，趙浩峰，趙昕月。高溫銷盤磨損試驗機的研制。太原：太原理工大學學報，2005，36（4） ，477～479[3] 李霞，許志慶，楊永。高速摩擦磨損試驗機的總體設計。北京：中國儀器儀表，2003，19～21[4] ?？烧鹬竞?。MPX —2000 型盤銷式摩擦磨損試驗機的改裝。北京：機械科學與技術。1999。18（3） ，470～471，474[5] 何國仁，曾漢民，楊桂成。高溫摩擦磨損試驗機的研制。北京：北京：試驗技術與試驗機。1991，31（5） ，11～16[6] 成大先。機械設計手冊。北京：化學工業(yè)出版社。2004 年 1 月 湘 潭 大 學（興湘學院）畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 2008963112 姓名 馬 滔 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計 評價項目 評 價 內 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價作者的畢業(yè)設計為高溫高速摩檫磨損實驗機的設計，論文選題符合培養(yǎng)目標要求，能體現(xiàn)學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生具有較強的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設計工作中較熟練運用所學知識，畢業(yè)設計技術方案可行，工作量適當，設計思路較清晰，研究內容具有一定的實際應用價值，論文質量較好，同意參加答辯評閱人： 2012 年 5 月 日 湘 潭 大 學（興湘學院）畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： 2008963112 姓名： 馬 滔 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 40 頁 圖 表 7 張論文（設計）題目： 高溫高速摩擦磨損試驗機的設計 內容提要： 摩擦磨損試驗機廣泛用于表面工程（如薄膜、涂層）等領域的摩擦磨損測試。具有銷盤（pin-on-disk） 、球盤（ball-on-disk) 摩擦磨損等多種模式?？稍谛D運動模式、線性往復運動模式下，記錄材料的摩擦系數(shù)隨摩擦時間（或距離）的變化，從而評估材料的磨損壽命。通過潤滑條件、接觸方式、試驗載荷、運動速度和試驗頻率的變化，可以獲得不同條件下的試驗結果，支持點、線面等接觸形式，從而確定符合使用要求的摩擦副元件的最優(yōu)參數(shù)。高溫高速摩擦磨損試驗機是進行高溫高速摩擦磨損試驗的有效設備，廣泛運用于對各種高速刀具的高溫摩擦磨損性能進行測試和評價，是高速切削和新型刀具材料研制開發(fā)和應用的必備設備。該設備是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基礎設備，該設備可以擴展該學科的研究領域和提高研究水平。指導教師評語馬滔同學在畢業(yè)設計過程中，態(tài)度比較認真，其畢業(yè)設計的內容為高溫高速摩檫磨損實驗機的設計，在認真閱讀國內外相關參考文獻基礎上，基本了解相關領域的研究現(xiàn)狀。在畢業(yè)設計期間，對高溫高速摩檫磨損實驗機的機械部分進行了結構設計及相關的設計計算。通過畢業(yè)設計馬滔同學對機械設計的相關技巧、以及機械設制造相關領域的基礎知識的掌握有了較大的進步，初步掌握了相關制圖軟件在機械設計中的應用。論文立論正確，論述清楚，圖紙基本符合設計要求，論文達到畢業(yè)設計要求，同意參加答辯，推薦畢業(yè)設計成績?yōu)椤爸小?。指導教師： 2012 年 5 月 日答辯簡要情況及評語能夠較好的回答老師提出的問題。根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為 。答辯小組組長： 2012 年 5 月 日答辯委員會意見經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為答辯委員會主任： 2012 年 5 月 日湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文題 目：高溫高速摩擦磨損試驗機的設計學 院： 興湘學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化學 號： 2008963112 姓 名： 馬 滔 指導教師： 周后明 完成日期： 2012 年 5 月 目錄1第一章 摩擦磨損試驗機簡介 ..............................................................................31.1 摩擦磨損試驗機的發(fā)展過程研究意義 .............................................................................31.2 兩種國際公認摩擦磨損試驗機的分類方法 ....................................................................41.3 現(xiàn)階段國內國際研究最新成果及今后發(fā)展方向 ............................................................61.4 本次設計相關指標 ..........................................................................................................11第二章 摩擦磨損試驗機摩擦系數(shù)的影響因素 ..............................................122.1 表面膜對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響 ...............................................................122.3 載荷對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響 ...................................................................132.4 滑動速度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響 ...........................................................132.5 溫度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響 ...................................................................132.6 表面粗糙度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響 .......................................................14第三章 整體方案的初步比較與確定 ................................................................153.1 摩擦磨損試驗機的整體分析 ..........................................................................................153.2 多種方案的設計 ..............................................................................................................153.3 方案的優(yōu)劣比較與最終確定 ..........................................................................................18第四章 試驗機的主要零件強度校核及零部件選用 ........................................214.1 本設計要求的主要性能指標的確定 ..............................................................................214.2 方案中主傳動系統(tǒng)的計算 ................................................................................................214.2.1 動力源的選 擇： ..........................................................................................................214.2.2 傳動方式的計算： ......................................................................................................234.2.3 軸的受力分析： ..........................................................................................................274.2.4 主軸上鍵的強度校核計算： ......................................................................................294.2.5 橫梁的受力分析及強度校核： ..................................................................................294.2.6 絲杠螺母副的尺寸計算： ..........................................................................................294.2.7 軸承的選用： ..............................................................................................................30第五章 根據(jù)校核結果進行非標準件的結構設計 ..........................................335.1、整體結構的確定 ...............................................................................................................335.2、箱體的結構設計 ..............................................................................................................345.3、橫梁的結構設計 ..............................................................................................................345.4、支架的結構設計： ..........................................................................................................355.5、摩擦銷的結構設計： ......................................................................................................365.6、摩擦盤夾持器的結構設計： ..........................................................................................36第六章 論文總結 ................................................................................................37感謝 ......................................................................................................................38參考文獻 ..............................................................................................................392高溫高速摩擦磨損試驗機摘要：摩擦磨損試驗機廣泛用于表面工程（如薄膜、涂層）等領域的摩擦磨損測試。具有銷盤（pin-on-disk） 、球盤（ball-on-disk)摩擦磨損等多種模式?？稍谛D運動模式、線性往復運動模式下，記錄材料的摩擦系數(shù)隨摩擦時間（或距離）的變化，從而評估材料的磨損壽命。通過潤滑條件、接觸方式、試驗載荷、運動速度和試驗頻率的變化，可以獲得不同條件下的試驗結果，支持點、線面等接觸形式，從而確定符合使用要求的摩擦副元件的最優(yōu)參數(shù)。高溫高速摩擦磨損試驗機是進行高溫高速摩擦磨損試驗的有效設備，廣泛運用于對各種高速刀具的高溫摩擦磨損性能進行測試和評價，是高速切削和新型刀具材料研制開發(fā)和應用的必備設備。該設備是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基礎設備，該設備可以擴展該學科的研究領域和提高研究水平。關鍵詞：摩擦、磨損、試驗機、高溫、高速3Pin-on-disk temperature and high friction and wear testerAbstract: Friction and wear testing machine is widely used for surface engineering (such as film, coating) and other areas of friction and wear test. Has the bolt plate (pin-on-disk), ball plate (ball-on-disk) friction and wear, as a model. Support the rotary motion mode, linear reciprocating motion mode, can record material of the friction coefficient with the frictional time (or the distance) changes to evaluate the material wear life. Through the lubricating condition, contact method, test load, movement speed and test frequency changes, can get test results under different conditions, and support the face of point, line contact form, so as to determine comply with requirements of the use of friction pair of components of the optimal parameter. Temperature and high friction and wear tester of high temperature is high speed friction and wear of the test of effective equipment, widely used in all kinds of high speed cutting tools for the high temperature frictional wear performance testing and evaluation, is high speed cutting and new cutting tool materials development and application of the necessary equipment. The equipment is high speed processing and the cutting tool material research direction of the research work are in urgent need of infrastructure, the equipment can expand the subject field of study and improve research level. Key words: friction testing machine, high temperature, high-speed 4第一章 摩擦磨損試驗機簡介1.1 摩擦磨損試驗機的發(fā)展過程及研究意義隨著機械行業(yè)的發(fā)展，人們對磨損危害的認識有了更大的提高。為了弄清磨損機理以減少有害的磨損，各國學者對材料在常溫下的各種磨損問題均進行了大量的研究，但對于材料在高溫下的磨損問題至今卻研究的較少，這和高溫磨損試驗裝置的缺乏不無關系。從 1910 年第一臺磨料磨損試驗機即以問世，到 1975 年美國潤滑工程師學會（ALSE）編著的“摩擦磨損裝置”一書中所公布的不同類型的摩擦磨損試驗機已達上百種，但其中大部分都是常溫磨損試驗機[1]。近幾十年來，磨損試驗機和試驗方法雖然有了較大的發(fā)展，但這些試驗機大多還是由企業(yè)和研究工作者根據(jù)工作需要和實際工況自行設計制造的，如高溫磨料磨損試驗機，適合高分子及其復合材料試驗用的高溫摩擦磨損試驗機等。只有少數(shù)試驗機是由專門的試驗機廠或儀器制造公司制造和供應的，而且這些試驗機大都結構復雜，價格較貴，這說明了磨損問題的復雜性和進行實驗室磨損試驗研究的困難所在。摩擦磨損問題存在于人類物質活動的各個方面。在汽車、發(fā)電、設備、冶金、鐵道、宇航、電子和農機等各方面的機械都大量存在著摩擦學的問題。據(jù)估計，全世界約有 1/2- 1/3 的能源以各種形式消耗在摩擦上，如果從摩擦學方面采取正確的措施，就可以大大節(jié)約能源消耗。磨損是機械零部件 3 種主要的失效形式之一，所導致的經(jīng)濟損失是巨大的，大約有 80%的機械零件由于各種磨損導致失效。特別是隨著物質文明的進步和工業(yè)技術現(xiàn)代化的發(fā)展，機械設備的開發(fā)使用普遍趨于重載、高速、高效率化，如何控制和改善機械的摩擦磨損狀況、提高其使用壽命和工作可靠性，已成為機械工業(yè)技術人員必須關注的問題，并促使其研究不斷的深入和發(fā)展。這些摩擦試驗機多采用靜態(tài)選位法觀察摩擦試件，雖然簡單易行，但不能獲得摩擦過程的動態(tài)信息，更不能對磨損（摩擦）過程進行動態(tài)觀測及動態(tài)數(shù)據(jù)記錄；另外由于受到試驗機轉速的限制，摩擦副相對運動的速度大多較低（一般不超過 10m/s ） 。然而現(xiàn)代機械裝備中許多摩擦副的相對滑動速度相當高，如高速 列車運行時的速度約為 300km/h，制動時制動盤與剎車片之間摩擦速度為 60～70m/s.而目前還未曾見到可用于高速條件下數(shù)據(jù)動態(tài)測量所需的商用摩擦磨損試驗機。摩擦磨損試驗的目的是為了對摩擦磨損現(xiàn)象及其本質進行研究，正確地評價各種因素對摩擦磨損性能的影響，從而確定符合使用要求的摩擦副元件的最優(yōu)參數(shù)。摩擦磨損試驗研究的內容非常廣泛，如探討摩擦、磨損和潤滑機理以及影響摩擦、磨損的諸因素，對新的耐磨、減磨及摩擦材料和潤滑劑進行評定等。5由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復雜，摩擦磨損條件不同，試驗方法和裝置種類繁多，如何準確地獲取摩擦磨損過程中的參數(shù)變化成為一個十分重要的研究課題。為了探索和驗證機械工程中摩擦磨損問題的機理以及有關影響因素，在摩擦學研究中開展摩擦磨損測試技術和數(shù)據(jù)分析研究具有非常重要的作用。高溫高速摩擦磨損試驗機是進行高溫高速摩擦磨損試驗的有效設備，廣泛運用于對各種高速刀具的高溫摩擦磨損性能進行測試和評價，是高速切削和新型刀具材料研制開發(fā)和應用的必備設備。該設備是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基礎設備，該設備可以擴展該學科的研究領域和提高研究水平。1.2 兩種國際公認摩擦磨損試驗機的分類方法：摩擦磨損試驗機的種類很多 [2]，人們對其分類的方式也不相同，最有代表性額兩種是前蘇聯(lián) И.В.КрагелЬскид 的分類法和美國潤滑工程師協(xié)會的分類法。前者為了模擬摩擦面的破壞形式，便于查明各種影響因素，將摩擦磨損試驗機分成 8 種類型；后者則是根據(jù)摩擦副的幾何形狀而將試驗機分成 12 大類，以便于在選定了摩擦副的形式之后去查找相應的試驗裝置和了解該裝置的主要技術指標,如表 1-1。表 1-1 摩擦磨損試驗機的分類6這是參照磨損類型的分類提出的一種按摩擦系統(tǒng)的結構和摩擦副的相對運動形式對摩擦磨損試驗機進行分類的新方法。這種分類方法突出摩擦元素的特點和對試驗的特殊功能要求，從而便于采用設計方法學原理對試驗機進行設計。由 表 1-1 可見，這種方法將摩擦磨損試驗機分成了五大類。第一類是固體－固體摩擦磨損試驗機。這類試驗機又分為 5 小類，即單向滑動，往復運動、旋轉滑動（含滾滑） ，沖擊和微動摩擦磨損試驗機（根據(jù)需要可以在摩擦元素間加或不加潤滑劑） 。每一小類試驗機的摩擦副形式又有很多種，因而它們也各含有許多種試驗機。可以認為，大部分摩擦磨損試驗機都屬于這一大類，它們可以重現(xiàn)粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損和摩擦化學磨損。從設計的角度來看，這一大類試驗機體現(xiàn)了摩擦磨損試驗機的基本結構特點。第二類是固體－固體加磨粒（或固體－磨粒）的試驗機，統(tǒng)稱為磨粒磨損試驗機。根據(jù)試件的磨損特性和運動特性又可以將其分為三小類，即三體磨粒磨損、二體磨粒磨損和動載磨粒磨損試驗機。與第一類試驗機相比，三體磨粒磨損試驗機的不同點是要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨損試驗機的摩擦副一方是固定磨粒（一般都采用砂布盤） ，另一方則可設計成各種形式，其特例是研究單個磨粒磨損的試驗機。在這一小類試驗機中，摩擦副多為銷-盤式（轉動）或銷- 板式（往復運動） 。為了防止偏磨，銷最好能夠自旋，但是摩擦路跡一般不重復。自由磨粒磨損試驗機可以設計成試件運動、磨粒運動和試件與磨粒同時運動的三種形式。第三類是固體－液體加磨粒（或固體－液體）的試驗機，其特殊功能是使含磨粒（或不含磨粒）的液體沖刷固體表面，因而關鍵是要形成有一定流速的液流。利用泵、勢能和離心力均可達到這種目的。從相對運動的原理出發(fā)，也可以讓試件相對于液體運動。液流和試件形成的沖擊角是一個重要參數(shù),通常要求可調。第四類是固體－氣體加磨粒的試驗機，其功能是使含磨粒的氣流去沖刷固體表面。作為這類試驗機的特例是單顆磨粒沖擊裝置。這種試驗機有以下三種形式： (1) 供氣系統(tǒng)加磨粒加噴咀加試件；(2) 高速運動的試件加供給的磨粒。這種試驗機一般都要抽真空，以避免轉子旋轉時所產(chǎn)生的空氣動力學現(xiàn)象對磨損的影響；7(3) 利用離心力拋出磨粒。對于這類試驗機來說，磨粒向試件的沖擊角也是一個重要參數(shù)，同樣要求可調。第五類是除了以上所述之外的特殊摩擦磨損試驗機?？煽剌d荷、可控氣氛、高溫或低溫摩擦磨損試驗機均可歸入此類。其中，可控載荷指的是在摩擦過程中摩擦元素所受的載荷是變化的?？煽貧夥漳Σ聊p試驗機的特殊要求是抽真空、通入或不通入特種氣體和控制或不控制濕度等。密封問題對其十分重要。非接觸式傳動——力傳動在這類試驗機上可以得到充分的應用。高溫或低溫摩擦磨損試驗機要求產(chǎn)生高溫或低溫，因而需要考慮高溫隔熱和低溫防護，其選材也要能夠滿足高溫或低溫的要求。1.3 現(xiàn)階段國內國際研究最新成果及今后發(fā)展方向目前，世界只有美國、日本、瑞士等少數(shù)幾個國家有摩擦磨損試驗機的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，而濟南試金集團是國內最早研制和生產(chǎn)摩擦磨損試驗機的廠家。早在 1964 年為了滿足我國石油工業(yè)和材料工業(yè)的發(fā)展需要，濟南試金集團開始研制 MQ-12 型四球摩擦試驗機，1965 年研制成功并投入生產(chǎn)，1966 年又研制成功 MM-200 型磨損試驗機，兩種試驗機的研制成功標志著我國已有了自行研制摩擦磨損試驗機的能力。1.3.1 濟南試金集團產(chǎn)品（圖 1-1）圖 1-1 屏顯式材料端面高溫摩擦磨損試驗機 MM-U5G該試驗機主要用途：8該系列試驗機是以滑動摩擦形式，在室溫或高溫以及改變潤滑狀態(tài)（無油潤滑或浸油潤滑） 、負荷、速度、摩擦配偶材料、摩擦副表面粗糙度、硬度等參數(shù)的各種情況下，對環(huán)狀試樣施加較高的端面試驗力進行試驗。主要用于評定工程塑料、粉末冶金、合金軸承等材料在不同條件下的摩擦性能，可應用于選擇摩擦副配對材料及材料抗磨損性能的研究。表 1-2 是該公司試驗機的主要技術規(guī)格及參數(shù)：表 1-2 濟南試金集團試驗機的主要規(guī)格和技術參數(shù)主要技術參數(shù) MM-U5G MM-U10G力范圍 1~5 kN 10 kN驗力精度 ±1% ±1%主軸轉速范圍 10~2000 r/min 300~2800 r/min主軸轉速測量精度 ± 10 r/min ± 10 r/min最大摩擦力 300 N 500 N摩擦力精度 ±2% ±3%溫度測控范圍 室溫~600 ℃ 室溫~600 ℃溫度測控精度 ±2 ℃時間設定 1 s~9999 min試驗機外形尺寸 （長×寬×高）1200×870×1700試驗機凈重 850 kg試驗機在下列條件下正常工作：(1) 在室溫 10 ℃~35 ℃的范圍內；(2) 相對濕度不大于 80%的環(huán)境中；(3) 周圍無震動，無腐蝕性和無強電磁干擾的環(huán)境中；(4) 電源電壓的波動范圍不應超過額定電壓的±10%；頻率的波動不應超過額定頻率的±2%；(5) 地面安裝，水平度為 0.2/1000 1.3.2 美國 CETR 公司產(chǎn)品圖 1-2 是美國 CETR 公司的多功能磨損試驗機的實物圖：9圖 1-2 多功能摩擦磨損實驗機/ UMT TESTER生產(chǎn)廠家：CETR(Center of trobology)，美國 規(guī)格指標：(1) 最大垂直移動距離：100 mm；定位精度：0.5 μm；速度：0.001~10 mm/s； (2) 最大橫向移動距離：75 mm； 定位精度：2 μm； 速度：0.0~10 mm/s； (3) 上試件旋轉速度：1~50 RPM； (4) 最大載荷：25 kg (0.25 kN)；力傳感器測量范圍： 0.2~20 N(0.02 ~2 kg )；(5) 分辨率：0.05 N (5 g) ； (6) 溫度測量范圍：0 ℃ ~100 ℃； (7) 聲發(fā)射傳感器響應頻率：0.5~5.5 MHz 功能介紹：試驗機的主要功能可進行多功能微摩擦試驗和拋光試驗。前者可作為多功能微摩擦試驗機，可以在較大的載荷范圍內進行銷-盤式、往復式、四球式等摩擦磨損試驗，還可以用來進行刻劃試驗以評價薄膜與基體的結合強度，也可以用來測量材料的微觀硬度。后者可以模擬實際拋光的各種條件，如溫度、壓力、轉速、被拋光材料、拋光墊材料、拋光液等等，可以用來研究以上多個工藝參數(shù)對拋光速率及拋光質量的影響。1.3.3 瑞士 CSM 公司產(chǎn)品圖 1-3 是瑞士 CSM 公司的摩擦磨損試驗機。10圖 1-3 瑞士 CSM 公司的摩擦磨損試驗機瑞士 CSM 公司是世界知名的表面力學性能測試設備制造商，數(shù)十年中，為世界范圍的科研院所、工業(yè)用戶提供了最先進的技術與應用服務。CSM 公司提供多種功能的摩擦磨損實驗設備，按不同的載荷以及使用條件可分為以下幾類：(1) 納米摩擦測試儀 NTR（Nano-tribometer） ；(2) 摩擦試驗機 TRB（ Tribometer pin-on-disk） ，可升級為真空摩擦試驗機；(3) 高溫摩擦試驗機 THT（High temperature tribometer） ，可升級為高溫真空摩擦試驗機；(4) 磨損測試儀 CAW（Calowear） ；(5) 膜厚測試儀 CAT（Calotest） ，分為工業(yè)與實驗室用 2 種型號。CSM 公司的摩擦試驗機主要用于測定自潤滑涂層的使用壽命，以及表征固體材料或硬質涂層在不同條件下的摩擦磨損行為，用戶可通過改變摩擦時間、接觸壓力、運動速率、環(huán)境溫度、濕度、潤滑劑等參數(shù)得到材料的一系列性能指標。圖 1-4 是該試驗機的測試原理示意圖。11圖 1-4 CSM 公司摩擦磨損試驗機測試原理。試驗機的測試原理是：(1) 平頭或圓形壓頭安放在被測樣品上，用精確測定質量的砝碼施加載荷；(2) 針或球安裝在一支倔強系數(shù)很大的杠桿上，該杠桿被設計為無摩擦切向力傳感器；(3) 當盤式樣品旋轉時，壓頭和樣品間產(chǎn)生的摩擦力會使杠桿發(fā)生輕微的彎曲，該形變程度可被固定在一起的線性差分位移傳感器檢測，并由此計算摩擦力的具體數(shù)值；通過測量材料的損失體積可計算壓頭和樣品的磨損系數(shù)隨著現(xiàn)代科學技術的進步，摩擦磨損測試技術呈快速發(fā)展之勢，摩擦磨損試驗機呈以下發(fā)展趨勢：（1） 、以高性能的電機系統(tǒng)取代機械變速系統(tǒng)：目前，高性能的電機系統(tǒng)己經(jīng)比較成熟，調速比可以達到一比幾百、幾千甚至更高。利用這種系統(tǒng)既可以實現(xiàn)轉動，也可以實現(xiàn)擺動和直線運動。由高性能電機直接驅動主軸，不僅能使機械結構大大簡化，而且還能降低試驗機的摩擦損耗，提高整機的壽命和可靠性。但高性能電機系統(tǒng)價格比較昂貴。（2） 、在摩擦磨損試驗機上應用微型計算機：微型計算機的價格低廉，操作簡單，性能穩(wěn)定，不僅可以取代以往的二次儀表對試驗機進行控制，而且還可以對測試參數(shù)進行自動采集和數(shù)據(jù)處理，因而能使試驗機的功能大大加強。12（3） 、改進測試手段；（4） 、提高穩(wěn)定性、測試精度，以使試驗結果具有更好的重復性和再現(xiàn)性。1.4 本次設計相關指標在這一章我主要介紹了摩擦磨損試驗機研究的意義及國內外此類試驗機發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，并分別例舉了國外國內的幾款試驗機的主要參數(shù)，最后總結了今后的發(fā)展趨勢，本設計主要對銷盤式高溫高速摩擦磨損試驗機進行機械結構部分的設計與二維圖的繪制。所設計的試驗機主要技術指標如下：1、最大試驗力：20N 2、主軸速度范圍：0~3000r/min 3、工作的最高溫度 1000 ℃ 4、加載范圍：0~20 N，采用砝碼加載 5、樣品盤最大尺寸為 Φ80 mm，最大厚度 10 mm 本設計要求設計出實現(xiàn)上述要求的較為合理的方案，并進行相關計算。最后對整個試驗機進行機械結構設計，并用繪制整個試驗機的總裝配圖及主要零部件圖。13第二章 摩擦磨損試驗機摩擦系數(shù)的影響因素進行摩擦磨損試驗的目的是要模擬實際的摩擦系統(tǒng)，在實驗室再現(xiàn)摩擦磨損現(xiàn)象及其規(guī)律性，以便通過選定參數(shù)的測量分析考察圖 2-1 所示的工作運轉變量、潤滑變量和氣氛變量等對特定摩擦磨損試驗系統(tǒng)摩擦元素的影響。因此，摩擦磨損試驗機的設計就是要依據(jù)這種目的和既定的具體任務要求，構思形成圖 2-1 所示的基木系統(tǒng)，其工作運轉變量一般要求在一定范圍內可調，對于測試參數(shù)應當根據(jù)需要選定.圖 2-1 摩擦磨損試驗機的基本系統(tǒng)1、2 ——摩擦元素 3、——潤滑劑 4——氣氛2.1 表面膜對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響具有表面氧化膜的摩擦副，摩擦主要發(fā)生在膜層內。對于金屬的摩擦來說，由于表面氧化膜的塑性和機械強度比金屬材料差，在摩擦過程中，膜先被破壞，金屬摩擦表面不易發(fā)生粘著，使摩擦系數(shù)降低，磨損減少。在金屬摩擦表面涂覆軟金屬能有效地降低摩擦系數(shù)。其中以鎘對摩擦系數(shù)的影響最為明顯，但鎘與基體金屬的結合力較弱，容易在摩擦時被擦掉。142.2 材料性質對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響摩擦副的摩擦系數(shù)，隨配對材料性質的不同而不同。分子或原子結構相同或相近的兩種材料互溶性大，互溶性較大的材料組成摩擦副，易發(fā)生粘著，摩擦系數(shù)增高；反之，分子或原子結構差別大則互溶性小，互溶性較小的材料組成摩擦副，不易發(fā)生粘著，摩擦系數(shù)一般都比較低。因此，在設計摩擦副時，應盡可能地選擇分子結構或原子晶格差別大，互溶性小的材料組成摩擦副，以降低其摩擦系數(shù)。如果條件允許的話，應盡可能選擇金屬與非金屬(工程塑料、復合材料等)組成摩擦副。2.3 載荷對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響載荷的大小直接影響摩擦副的接觸狀態(tài)，在不同的接觸狀態(tài)下，摩擦副所表現(xiàn)出來的摩擦特性也就不一樣一般情況下，摩擦系數(shù)將隨載荷的增加而增大，當載荷足夠大時越過一極大值，隨著載荷的繼續(xù)增大而摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定或減小。2.4 滑動速度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響在一般情況下，摩擦系數(shù)隨滑動速度增加而升高，越過一極大值后，又隨滑動速度的增加而減少?；瑒铀俣葘δΣ料禂?shù)的影響，主要是它引起溫度的變化所至?；瑒铀俣纫鸬陌l(fā)熱和溫度的變化，改變了摩擦表面層的性質和接觸狀況，因而摩擦系數(shù)必將隨之變化。對溫度不敏感的材料（如石墨） ，摩擦系數(shù)實際上幾乎與滑動速度無關。2.5 溫度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響在摩擦過程中,溫度的變化使摩擦副表面材料的性質發(fā)生改變,從而影響摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)隨摩擦副工作條件的不同而變化。具體情況需用試驗方法測定。2.5.1 對于大多數(shù)金屬摩擦副而言，其摩擦系數(shù)均隨溫度的升高而降低，極少數(shù)（如金-金）的摩擦系數(shù)均隨溫度的升高而升高。2.5.2 對于散熱性比較差的材料，特別是由熱塑性工程塑料組成的摩擦副，15開始摩擦系數(shù)將隨著溫度的升高而增大，當表面溫度達到一定值，材料表面將被熔化。所以,一般工程塑料都只能在 一定的溫度范圍內使用，超過這個溫度范圍，摩擦副材料將喪失其工作能力。2.5.3 對于金屬與復合材料組成的摩擦副，其摩擦系數(shù)在一定的范圍內受溫度的影響較小，但是，當溫度超過某一極限值時，摩擦系數(shù)將隨溫度的升高而顯著下降。通常把這種現(xiàn)象稱為材料的熱衰退性。對于制動摩擦副，尤其應控制在熱衰退的臨界溫度以下工作，以保證其具有足夠的制動能力。2.6 表面粗糙度對摩擦磨損試驗機的摩擦系數(shù)的影響根據(jù)摩擦的分子—機械理論，當表面粗糙度值大于 50μm 時，分子分量可以忽略不計，因此，摩擦系數(shù)隨著表面粗糙度值的減小而降低；當表面粗糙度值特別小，小于 20μm 時，摩擦系數(shù)中的分子分量起主要作用，機械分量可以忽略不計，因此，摩擦系數(shù)隨著表面粗糙度值的減小而增大；表面粗糙度值愈小，實際接觸面積愈大，因而摩擦系數(shù)也就愈大；在一般情況下，即 20μm ＜Ra＜ 50μm 范圍內，表面粗糙度對摩擦系數(shù)的影響不大。16第三章 整體方案的初步比較與確定3.1 摩擦磨損試驗機的整體分析根據(jù)上一章的介紹不難確定，試驗機的機械結構部分可以分為如下幾個主要的系統(tǒng)：主傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、摩擦盤夾持系統(tǒng)、摩擦銷軸向和徑向進給系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)等主要部分。對上述各個部分不同的方案進行組合，就可以得到不同的整體設計方案方案。3.2 多種方案的設計通過分析，制定下面四種方案：設計方案一：圖 3-1 是設計方案一的方案圖。圖 3-1 設計方案一設計方案一各部分的組成：(1) 主傳動系統(tǒng)：變頻器和三相異步電動機通過齒輪驅動主軸，帶動摩擦17盤旋轉；(2) 加載系統(tǒng)：采用伺服控制連續(xù)加載；(3) 摩擦盤夾持系統(tǒng)：采用特制的摩擦盤夾持器夾持摩擦盤，摩擦盤和夾持器一起隨主軸轉動；(4) 摩擦銷軸向和徑向進給系統(tǒng)：通過手動旋轉手輪和分度盤帶動橫梁內的一根絲杠，經(jīng)過絲杠螺母的相互運動控制摩擦銷的沿摩擦盤的軸向進給；通過步進電機和編碼器帶動立柱上的絲杠旋轉，通過絲杠螺母副改變橫梁的豎直方向的位置，來控制摩擦銷的軸向位置；(5) 加熱及冷卻系統(tǒng)：加熱爐外采用隔熱層，加熱爐和主軸箱之間采用石棉隔熱層。設計方案二：圖 3-2 是設計方案二的方案圖：圖 3-2 設計方案二設計方案二各部分的組成：(1) 主傳動系統(tǒng)：變頻器和三相異步電動機通過連軸器和主軸直接相連，帶動摩擦盤旋轉；(2) 加載系統(tǒng)：采用彈簧加載；(3) 摩擦盤夾持系統(tǒng)：采用螺栓螺母副將摩擦盤固定到主軸的上端；18(4) 摩擦銷軸向和徑向進給系統(tǒng)：通過手動旋轉手輪和分度盤帶動橫梁內的一根絲杠，經(jīng)過絲杠螺母的相互運動控制摩擦銷的沿摩擦盤的軸向進給；通過步進電機和編碼器帶動立柱上的絲杠旋轉，通過絲杠螺母副改變橫梁的豎直方向的位置，來控制摩擦銷的軸向移動；(5) 加熱及冷卻系統(tǒng)：加熱爐外采用隔熱層，加熱爐和主軸箱之間采用石棉隔熱層。此外，主軸外用螺旋銅制冷卻管包裹，冷卻管內通入冷卻水，對主軸進行冷卻。設計方案三：圖 3-3 是設計方案三的方案圖。圖 3-3 設計方案三設計方案三各部分的組成：(1) 主傳動系統(tǒng)：變頻器和三相異步電動機通過通過 V 帶和帶輪驅動主軸，帶動摩擦盤旋轉；(2) 加載系統(tǒng)：采用傳統(tǒng)的彈簧加載；(3) 摩擦盤夾持系統(tǒng)：采用特制的摩擦盤夾持器夾持摩擦盤，摩擦盤和夾持器一起隨主軸轉動；(4) 摩擦銷軸向和徑向進給系統(tǒng)：通過步進電機和編碼器帶動底座支架上的絲杠旋轉，通過絲杠螺母副帶動立柱和橫梁一起水平運動，來控制摩擦銷19的沿摩擦盤的軸向進給；通過手動旋轉手輪和分度盤帶動立柱內的一根絲杠，經(jīng)過絲杠螺母的相互運動帶動橫梁的豎直方向的位置，來控制摩擦銷的徑向進給；(5) 加熱及冷卻系統(tǒng)：加熱爐外采用隔熱層，加熱爐和主軸箱之間采用石棉隔熱層。設計方案四：圖 3-4 是設計方案四的方案圖。圖 3-4 設計方案四設計方案四各部分的組成：(1) 主傳動系統(tǒng)：變頻器和三相異步電動機通過 V 帶和帶輪驅動主軸，帶動摩擦盤旋轉；(2) 加載系統(tǒng)：采用傳統(tǒng)的砝碼加載；(3) 摩擦盤夾持系統(tǒng)：采用特制的摩擦盤夾持器夾持摩擦盤，摩擦盤和夾持器一起隨主軸轉動；(4) 摩擦銷軸向和徑向進給系統(tǒng)：通過手動旋轉手輪和分度盤帶動底座內的一根絲杠，絲杠螺母的相互運動控制橫梁和立柱的整體的水平位置，來控制摩擦銷的沿摩擦盤的軸向進給；通過立柱結構上的可旋轉結構，使得橫梁可以沿立柱上的某一點旋轉一定的角度，用旋轉來代替移動控制摩擦銷的豎直位置；20(5) 加熱及冷卻系統(tǒng)：加熱爐外采用隔熱層，加熱爐和主軸箱之間采用石棉隔熱層。3.3 方案的優(yōu)劣比較與最終確定方案一采用齒輪，可以保證傳動比，制造安裝精度要求不是很嚴格，并且可以防止過載時對電機的損壞。但是齒輪傳動噪音大，震動劇烈，況且由于齒輪的金屬質地使電動機的產(chǎn)熱影響到實驗精度。主軸外無冷卻裝置，使得主軸在工作狀態(tài)的高溫下容易發(fā)生變形和損壞，降低了主軸的壽命和裝置的測量精度。伺服控制連續(xù)加載雖然精確但設備復雜且成本很高，安裝維修也不方便。手輪和分度盤控制銷子沿盤的徑向位移，結構簡單，但是橫梁剛性較差，對結果誤差有較大的影響。立柱上采用步進電機帶動絲杠螺母，結構復雜，成本高，降低了整個系統(tǒng)的剛度，但對系統(tǒng)測量精度的作用不大。方案二電機通過連軸器直接和主軸相連，結構簡單且緊湊。但減震性能不好，系統(tǒng)的震動較大。而且主軸和電機之間有直接的熱量傳遞，降低了系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。主軸外有冷卻裝置，但由于上述的熱傳遞作用，使得其作用不是很明顯，而且由于空間較小，對主軸的冷卻無法有效進行，安裝維修也不方便。摩擦盤通過中間的螺栓孔與主軸上端直接相連，不易保持盤的整體性和運動的平穩(wěn)性，而且對于尺寸不大的陶瓷等脆性材料，在摩擦盤的中間打孔也很難實現(xiàn)，并且盤的剛性大大降低。彈簧加載結構簡單，但加載不精確，容易受到彈簧性能等外部因素的干擾，對實驗結果影響很大。手輪和分度盤控制銷子沿盤的徑向位移，結構簡單，但是橫梁剛性較差，對結果誤差有較大的影響。立柱上采用步進電機帶動絲杠螺母，結構復雜，成本高，降低了系統(tǒng)的剛度，但對系統(tǒng)測量精度的作用不大。方案三電機通過 V 帶傳動，可以緩和載荷沖擊而且運行平穩(wěn)，無噪聲，制造安裝精度要求不是很嚴格，并且可以防止過載時對電機的損壞。但是帶傳動有彈性滑動和打滑，效率低而且不能保持準確的傳動比，也就是不能保持主軸以一定的速度轉動。而且主軸外無冷卻系統(tǒng)，使得在工作情況下，加熱爐內的熱量通過主軸連軸器直接傳遞給電機，主傳動系統(tǒng)整體的溫度較高，不易散熱，對系統(tǒng)的剛度和壽命影響大，而且對測量結果會產(chǎn)生很大的誤差。采用專用的摩擦盤夾持器結構較為合理。彈簧加載結構簡單，但加載不精確，容易受到彈簧性能等外部因素的干擾，對實驗結果影響很大。手輪和分度盤控制銷子的軸向位移，效率低，速度慢，而且結構復雜。步進電機控制銷子沿摩擦盤的軸向位移，結構復雜，成本較高，安裝維修不方便。方案四采用電機通過同步帶帶動主軸，可以緩和載荷沖擊而且運行平穩(wěn)，無噪聲，且同步帶傳動無彈性滑動和打滑，效率高而且能保持準確的傳動比，21也就是能保持主軸以某一速度穩(wěn)定地轉動。主軸和電機之間的熱影響很小。專用的摩擦盤夾持器保證了摩擦盤旋轉時的精度，又可以保證其整體性，對于例如三角形硬質合金可專位車刀刀片等尺寸小、性脆、不易打中心孔等的試件的夾持又有很大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的砝碼加載簡單易行而且加載準確，誤差較小。左邊立柱和橫梁是相對固定的，可以繞一個軸旋轉一定的角度，使系統(tǒng)穩(wěn)定性好，測量結果較精確，結構簡單，而且工作效率比較高。手輪和分度盤控制橫梁和立柱的整體位移來控制摩擦銷沿摩擦盤的徑向位移，結構簡單，成本低，維修方便，而且有足夠高的精度。設計方案的確定通過上面對四種設計方案的優(yōu)缺點的分析比較，可以得出結論：方案四是這四種設計方案中比較合理的一種方案。該方案既可以滿足設計精度的要求，又具有成本低，結構簡單，安裝維修方便等特點。22第四章 試驗機的主要零件強度校核及零部件選用4.1、本設計要求的主要性能指標的確定參考第一章中的各種試驗機的參數(shù)，結合設計要求，確定該試驗機的主要性能指標如下：主軸轉速范圍：0~3000 r/min，無級調速；工作最高溫度：1000 ℃；加載力的范圍：0~20 N,采用砝碼加載；摩擦球尺寸：Ф3 mm~Ф6 mm；摩擦盤尺寸：最大直徑 d=80 mm,最大厚度 h=10 mm 。4.2 方案中主傳動系統(tǒng)的計算實現(xiàn)。因此該試驗機的主傳動路線為：變頻調速三相異步電動機→同步帶和帶輪→主軸→摩擦盤夾持由試驗機的主軸轉速范圍和變速方式，可以選擇變頻調速三相異步交流電動機來器→摩擦盤。4.2.1 動力源的選擇：取摩擦盤和摩擦銷之間的動摩擦系數(shù) f=fmax=1，則摩擦產(chǎn)生的最大功率 Pm=Fv= (4-1)fFn2/60R??其中： Pm 是摩擦產(chǎn)生的最大功率(Kw)； F 是相互作用力(N)； v:是相對運動速度(m/s)；f 是滑動摩擦系數(shù)； Fn 是正壓力（N） ； R:是摩擦力作用電相對旋轉軸的距離（m） ；Pm＝ ＝ ＝0.251 KwaxfFn2/60R??120.43/60???同步帶的傳動效率 ： η 1＝95%滾動軸承的傳動效率 ： η 2＝98%則總傳動效率： η 總 ＝η 1 η 2＝0.931 ?電動機的輸出功率 P 出 ＝ (4-2)總?m故 ＝ ＝0.2696 Kw出P95.0821?為使電動機的功率留有余量，負荷率?。?.85P＝P 出/0.85＝0.261/0.85＝0.317 Kw根據(jù)參考資料可知，選擇的電機型號為： YVF280M1-4(摘自 JB/T 7118-2004)該電機的主要參數(shù)為： 額定功率 P=0.55Kw ；額定轉矩 3.5 N?m；23同步轉速 1500 r/min ；電機軸：D=19mm。結構圖如圖 4-1、4-2 所示圖 4-1圖 4-2機座號: 80M凸緣號: FF165安裝尺寸及公差|A|基本尺寸: 125mm安裝尺寸及公差|A/2|基本尺寸: 62.5mm安裝尺寸及公差|A/2|極限偏差: ±0.50mm安裝尺寸及公差|B|基本尺寸: 100mm安裝尺寸及公差|C|基本尺寸: 50mm安裝尺寸及公差|C|極限偏差: ±1.5mm安裝尺寸及公差|D|基本尺寸: 19mm安裝尺寸及公差|D|極限偏差: (+0.009,-0.004)mm安裝尺寸及公差|E|基本尺寸: 40mm安裝尺寸及公差|E|極限偏差: ±0.310mm24安裝尺寸及公差|F|基本尺寸: 6mm安裝尺寸及公差|F|極限偏差: (0,-0.030)mm安裝尺寸及公差|G①|基本尺寸: 5.5mm安裝尺寸及公差|G①|極限偏差: (0,-0.10)mm安裝尺寸及公差|H|基本尺寸: 80mm安裝尺寸及公差|H|極限偏差: (0,-0.5)mm安裝尺寸及公差|K②|基本尺寸: 10mm安裝尺寸及公差|K②|極限偏差: (+0.360,0)mm安裝尺寸及公差|K②|位置度公差: φ1.0mm安裝尺寸及公差|M: 165mm 安裝尺寸及公差|N|基本尺寸: 130mm安裝尺寸及公差|N|極限偏差: (+0.014,-0.011)mm安裝尺寸及公差|P③: 200mm安裝尺寸及公差|R④|基本尺寸: 0mm安裝尺寸及公差|R④|極限偏差: ±1.5mm安裝尺寸及公差|S②|基本尺寸: 12mm安裝尺寸及公差|S②|極限偏差: (+0.430,0)mm安裝尺寸及公差|S②|位置度公差: φ1.0mm安裝尺寸及公差|T|基本尺寸: 3.5mm安裝尺寸及公差|T|極限偏差: (0,-0.120)mm安裝尺寸及公差|凸緣孔數(shù): 4mm外形尺寸|AB: 165mm外形尺寸|AC: 175mm外形尺寸|AD: 145mm外形尺寸|HD: 220mm外形尺寸|L: 370mm4.2.2 傳動方式的計算：1、計算功率：Pｄ＝ (4-3) Ak?Pｄ= =0.36Kw )98.0251.(4.?式中： 是同步帶傳動的工作情況系數(shù)，據(jù)機械設計手冊可取 1.40Ak2、選擇帶型和節(jié)距：根據(jù)計算功率 Pd和 n1,選擇 L 型同步帶。齒形如圖所示（圖 4-4）25周節(jié)制其節(jié)距 Pb＝9.525 mm ；齒形角 2β°: 40齒根厚 s: 4.65mm齒高 ht: 1.91mm帶高②hs: 3.6mm齒根圓角半徑 rr: 0.51mm齒頂圓角半徑 ra: 0.51mm圖 4-4 齒形圖3、小帶輪齒數(shù) Z1：根據(jù)國標(JB/T 7512.2-1994),查取 Zmin=20根據(jù)設計方案 Z1＝25；min1Z?4、小帶輪節(jié)圓直徑：何以由公式 （4-4）?bPd1?計算，也可查詢機械設計手冊。得小帶輪直徑為 mm8.751?d5、大帶輪齒數(shù)：根據(jù)設計方案，同步帶只起傳動作用，不改變速度，故令兩帶輪的齒數(shù) Z1、Z2等，取 Z1＝Z2＝25；6、大帶輪節(jié)圓直徑：由公式 mdPb8.7512??7、帶速計算：（4-5）106??ndvs/91.38.5?通常 L 型 ，則 符合要求。mv/axmaxv?268、初定軸間距：根據(jù)機械手冊知（4-6）)(2)(7.02121dad???即 ，取 a= =151.2mm.306219、計算帶長及齒數(shù)：帶長 ：0L（4-7）??0212104)(2adda????mL9.53..50 ??查機械設計手冊得 ，齒數(shù) ；Lp664?Z10、實際軸間距計算：實際軸間距計算分為兩種情況，軸間距可調整時（4-8）200ap??軸間距不可調時（4-9）??2cos12?d（4-10）1211tan2dLivp???根據(jù)設計要求，軸間距可調則 mp 05.1869.536.0.50 ????11、小帶輪嚙合齒數(shù)：（4-11）?????????1211ZaPZentbm?02??12、基本額定功率：（4-12）??100vTPa基本額定功率是個帶型基準寬度 的額定功率， (摘自 GB/T 11362-1989)0sb0sb——寬度為 的帶的需用工作拉力（N） ，查機械手冊a0sb27——寬度為 的帶單位長度的質量（ ） ，查機械手冊m0sbmkg/則 ????KWvTPa 75.21091..95.46.2120 ?????13、計算帶寬：（4-13）14.0ozbsKb?——嚙合齒數(shù)系數(shù)，查機械設計手冊z應按表 4.4 選取標準值，一般小于sb 1d則 mPKozds 27.4.3604.25114.0 ???式中： mm .sb按照以上設計要求要求確定公稱帶寬 12.7mm，代號 05014、作用在軸上的力：（4-14）vPFdr10?則 Ndr 327.091.6??15、帶輪的結構和尺寸：圖 4-5 直邊齒帶輪的尺寸和公差根據(jù)直邊齒帶輪的尺寸和公差(摘自 GB/T 11361-1989)如圖 4-5 查的槽型: L齒槽底寬 bw: 3.05±0.10齒高 hg: 2.67(0,-0.10)槽半角 φ±1.5°: 2028齒根圓角半徑 rf: 1.19齒頂圓角半徑 ra: 1.17(+0.13,0)節(jié)頂距 2δ: 0.762外圓直徑 da: da＝d-2δ外圓節(jié)距 pa: pa＝π·da/z(z──帶輪齒數(shù))根圓直徑 df: df＝da-2hg4.2.3 軸的受力分析：1、主軸輸出功率，轉速，轉矩計算：根據(jù)第一部分電機計算可以得出 ，KWPm256.0?min/30rn?則轉矩 NnTm.79395950??2、軸的最小直徑計算：計算公式為 （4-15）??3032.0nPAdT???主軸的材料選擇為 ，查設計手冊可得rC4??16,250?AT?則 ，取md5.3.??d6?即主軸上直徑最小處： mm3、軸的結構設計：（1） 擬定軸上的零件裝配方案，見圖 4-6圖 4-6 軸上零件的裝配方案（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：見圖 4-729圖 4-7 主軸結構設計1）為了滿足帶輪的尺寸要求 ，mL172??d241??2）初步選擇滾動軸承。因軸承受有徑向力和軸向力的作用，故選取深溝球軸承和推力球軸承，初步選取 0 基本游隙組，標準精度級的深溝球軸承 6206 和推力球軸承 51206，其尺寸分別為 、mBDd630??，故 ， 。mBDd75230???4??L5043??3）根據(jù)結構要求擬定 ， ；mL36??283， ；1054d054?， ；6?6?， 。mL327?27?（3） 、軸的強度校核：按鈕局強度條件計算，公式如下（4-16）??TTdnPW?????32.095已知 ，??25min,/0,56. ??TmrK?則 32.09814dT??根據(jù)設計軸的最小直徑為 ，d2076??30??TT ??????509.2.03814min則其他各段也符合要求。4.2.4、主軸上鍵的強度校核計算：根據(jù)主軸設計，鍵所在軸的直徑為 2