毕业设计（论文）-往复式摩擦磨损实验台的设计.doc

各专业完整优秀毕业论文设计图纸 目目 录录 contentcontent 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 课题研究的现状 .1 1.2 摩擦磨损实验的目的.3 1.3 发展趋势.3 1.4 摩擦磨损试验机测控技术及其发展.4 1.5 小结5 第第 2 章章 摩擦磨损试验机的影响因素摩擦磨损试验机的影响因素.6 2.1 试验条件的影响.6 2.2 测量参数的影响.6 第第 3 章章 摩擦磨损实验台结构设计的相关计算摩擦磨损实验台结构设计的相关计算7 3.1 往复式摩擦磨损试验台的工作原理7 3.2 传动的计算7 3.3 主要零部件的分析和校核8 3.3.1 电机和减速器的选择及其主要参数8 3.3.2 齿轮 1 和齿轮 2 的分析和校核8 3.3.3 同步带的传送和计算9 3.3.4 主轴的计算11 3.3.5 主轴的强度校核11 3.3.6 主轴上键的强度校核12 3.3.7 摩擦销的结构设计.12 .第第 4 章磨损量的测量章磨损量的测量.12 4.1.常用的磨损量的测量方法12 4.2 摩擦系数测试部分13 小结.15 致谢.16 参考文献.17 附录一 外文原文.28 附录二 中文翻译34 1 往复式摩擦磨损试验台的设计 第第 1 章章 绪论绪论 1.11.1 课题研究的现状课题研究的现状 1910 年第一台磨料磨损试验机问世，1975 年美国润滑工程学会（alse）编著的 “摩擦磨损装置”一书中所公布的不同类型摩擦磨损试验机已有上百种，仅几十年来， 摩擦磨损试验机和试验方法有了较大发展，但价格都比较昂贵。 80 年代初美国的 soemantei s 等人1最早从事高温磨损试验机的研究，共研制了三 台高温磨料磨损试验机。并在这些试验机上研究了纯铝和纯铜在室温到 400范围内 大气气氛下磨料磨损的特性。 80 年代末德国的 fischer a 等人2在总结前人对试验机研究的基础上，研制一台 气氛可控的高温三体磨损试验机。该机最大的优点是气氛可控、严格保证试验的主要 因素（温度、磨料、再喝等）恒定，实验数据重现性好。主要缺点是：耐高温工作部 位未设冷却系统，影响设备精度；同时由于该机未考虑高温氧化对磨损的影响，在该 机测定高温氧化与磨损的交互作用时误差较大。 90 年代西交大的邢建东等人3(研制的高温磨损试验机在电阻炉中的磨损室内装有 一水平放置的砂轮，砂轮上有一定的松散磨料。试样夹上相同成分的 3 个试样受载荷 作用于表面铺有松散磨料的砂轮上，由于试样和砂轮及其松散磨料间的相对运动而产 生两体和三体混合磨料磨损。该机即可严格控制温度，一次 3 个试样可减少重复试验 次数。但其主要不足是：(1)试样总在同一轨迹上反复磨损，摩屑潜入砂轮间隙，使砂 轮研磨能力逐渐下降；（2）气氛不易控制；（3）这种混合磨损与实际工矿相差较远。 近年来，西交大吴文忠、邢建东等人在 fischer a 的高温氧化磨损试验机的基础上， 研制一台高温氧化三体磨损试验机，该机的主要优点是：摩擦学系统设计合理；气氛 可控，温度可控；关键部件设有冷却系统。主要不足是：密封还存在一些问题；冷却 系统还不够完善；气氛成分不能定量测定等。 太原理工大学的杨学军等研制了一台高温销盘磨损试验机，该机结构简单，操作 方便，加热温度可控，能在 1000范围内对各种金属材料的摩擦磨损特性进行研究， 摩擦速度可调，所加载荷稳定，试验磨损均匀，对试验参数的变化反应敏感4。 北方交大的李霞等5研制的高速摩擦磨损试验机，其最大滑动速度可达 70ms， 可以测量高速状态下的摩擦学参数；可以模拟高速列车制动；可以实现多个测试数据 的显示与同步记录。 崔周平等人6研制的 m-1 型真空摩擦磨损试验机。该机可以提供从大气 6.710- 3pa 的压力环境；测量的参数较多，除了测力和速度等参数外，还可以测量温度和摩 擦引起的震动频率等；同时具有较为完善的数据采集和处理系统；只须改变夹具及其 附件，便可实现多种接触形势和相对运动形式，以及不同的系统刚度和震度特性，拓 宽了试验机的应用范围。 2 哈工大的宋宝玉等人7研究的 sy-型真空摩擦磨损试验机，可以提供 410-3pa 的压力环境，速度在 02800rmin 范围内可调，并且可以自动进行数据采集和处理。 该机可以在真空、不同气候环境、加热及冷却等多种条件下测定材料的摩擦性能。 北方交大的徐双满等人8为了研究机车柴油机缸套-活塞环材料的摩擦学性能研制 一台往复式销块摩擦磨损试验机，该试验机可以在一定范围内实行载荷、速度、润滑 脂的单因素控制，但该试验机磨损量的测量采用的是不连续的称重法。 以上这些摩擦试验机多采用静态选位法观察试件，虽然简单易行，但不能获得摩 擦过程的动态信息，更不能对磨损（摩擦）过程进行动态观测及动态数据记录。 参考文献： 1s. soemantri, at al. some aspects of abrasive wear at elevated temperaturesj.wear. 1985, 104(1):7791. 2tischer a. construction of a new tester for elevated temperatures and first result of sliding abrasion test.）,wear .1989.25(2):729-734. 3邢建东等，含碳量对 20%de cr 合金氧化和高温磨损性能的影响j.机械工程学 报，2002，28(6):31-37. 4杨学军，赵浩峰，赵昕月，高温销盘磨损试验机的研制j.太原理工大学学报， 2005，36(4):477-499. 5李霞，许志庆，杨勇，高速摩擦磨损试验台的总体设计j.中国仪器仪，2003, 10（3）：22-33. 6崔周平，宋期，mt-1 型真空摩擦磨损试验机的研制j.固体润滑， 2000，10（1）：61-62. 7宋宝玉，吉乐，张峰等，sy-1 型摩擦磨损试验机的研制j.润滑与密封， 2004,1,61-64. 8杨双满，往复式摩擦磨损试验机的研制j.机车车辆工艺，2007，6,22-24. 1.21.2 摩擦磨损实验的目的摩擦磨损实验的目的 摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确的评价各种 因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦 磨损试验研究的内容非常广泛，如讨论摩擦、磨损个润滑机理以及影响摩擦、磨损的 诸因素，对新的耐磨、减摩及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分 复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，如何准确地获取摩擦磨损过程 中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问 题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研究中展开摩擦磨损测试技术和数据分析研究 具有非常重要的作用。 1.31.3 发展趋势发展趋势 随着现代科学技术的进步，摩擦磨损测试技术呈快速发展之势，摩擦磨损试验机 呈一下发展趋势： 3 1、以高性能的电机系统取代机械变速系统 目前，高性能的电机系统已经比较成熟，调速比可以达到一比几百、几千甚至更 高。利用这种系统既可以实现转动，也可以实现摆动和直线运动。由高性能电机直接 驱动主轴，不仅能使机械结构大大简化，而且还能降低试验机的摩擦损耗，提高整机 的寿命和可靠性。但高性能电机系统价格比较昂贵。 2、在摩擦磨损试验机上应用微型计算机 微型计算机的价格低廉，操作简单，性能稳定，不仅可以取代以往的二次仪表对 试验机进行控制，而且还可以对测试参数进行自动采集和数据处理，因而能使试验机 的功能大大加强。 3、改进测试手段 4、提高稳定性，提高测试精度 提高试验机的稳定性，以使试验结果具有更好的重复性和再现性 1.41.4 摩擦磨损试验机测控技术及其发展摩擦磨损试验机测控技术及其发展 摩擦磨损测试技术的发展与测试技术和测量仪器仪表的发展密不可分。在现代仪 器仪表高度自动化和信息管理现代化的过程中，大量涌现出以计算机为核心的信息处 理与控制相结合的实用系统，同时由于计算机网络技术和通信技术的迅猛发展，控制 网络技术已成为自动化测控领域的发展热点。这些技术的出现与发展有力的促进了摩 擦磨损试验技术和智能化摩擦磨损试验机的发展。传统的摩擦磨损试验机的测试原理 是基于传统的测试系统理论，测试方法采用不连续测定法，如试验前后称量试样的重 量，测定体积变化等等，即使采用了一定的测试设备，如模拟技术的记录仪等，但测 量仪器多采用基于系统抗干扰性能较差，摩擦磨损测试往往不能体现摩擦学的系统性 和时变性，其测量结果也无法反映极短周期内发生的变化（例如动静摩擦系数过渡变 化、擦伤、咬死等） 。电气调速方面多采用基于大功率晶体管、晶匣管和大功率整流技 术甚至直流发电机-直流电动机技术的直流调速系统。逻辑控制部分，最初采用按钮和 开关进行手动控制，后来出现了继电器、接触器及其控制系统，用于控制试验机的启 动、停止和有级变速，由于这种控制装置结构简单、直观易懂、维护方便、价格低廉， 所以在摩擦磨损试验机控制上得以广泛应用，但控制系统难以改变控制程序，由机械 触点实现开、关控制，触点容易出现松动和电磨损，可靠性较低。 随着摩擦学研究的不断深入，对摩擦磨损试验机的要求也越来越高。人们根据摩 擦磨损的特点制造了具有通用意义的摩擦磨损试验机，用来研究不同状态下摩擦磨损 过程中的速度、温度、摩擦力、摩擦系数、磨损量等参数的变化，根据参数的变化判 断实验材料、润滑剂等性能。 随着计算机的普及，出现了利用计算机辅助摩擦磨损试验机的试验机，这种试验 机多采用“传感器信号调理数据采集卡软件”这样一种基于模数采集卡的基本 形式。来着传感器的微弱信号经过后面配接的信号调理电路的放大和预虑后输出标准 的模拟电压或电流信号，经过输导线送入计算机中的数据采集卡采样、a/d 转换后， 存储于计算机中进行运算分析与处理，以适当的形式输出、显示或记录测量结果。但 由于试验机的拖动设备电动机和交流变频调速设备一般为交流强电设备，易产生强大 的内部干扰，同时工业环境、供电系统也会带来各种外部干扰，虽可采用各种软硬件 抗干扰措施在一定程度上抑制这些干扰，但这些干扰扔会使以模拟形式传输的信号产 生不稳定的非正常波动，甚至会引起较大的跳跃，影响摩擦学测量结果的准确性和可 靠性，同时这种形式的试验系统，信号经过多次转换，会带来一定的转换误差。但由 4 于模拟信号传输速度快，采用这种形式的摩擦磨损试验机在速度要求极高的场合，往 往是必须的选择。电气调速方面由于脉宽调制技术和矢量控制技术的发展及其在交流 调速系统中的应用，以交流异步电动机为对象和以交流变频调速器为控制器的交流调 速系统得到广泛的应用。逻辑控制方面出现了以微处理器为核心的可编程控制器。自 动控制理论与计算机技术的结合产生了计算机控制技术，计算机在工业领域正成为不 可缺少和不可替代的强有力的控制工具。由于计算机控制系统的应用，许多传统的控 制结构和方法被替代，信息利用率大大提高，从繁重的试验工作中解放出来，可以实 现人工最少参与的情况下，按预先编制好的测试程序，完成摩擦磨损测试、分析处理、 显示或输出结果。系统一旦正常工作，各种操作一般都可以系统自动完成，可以完成 长时间定时或不间断测试。 1.51.5 小结小结 本设计主要是对往复式摩擦磨损实验台进行机械结构部分的设计及二维图的绘画。 所设计的实验机满足下面的性能要求: 试样的尺寸：504。 选用小功率、可连续工作及速度可调的电机。 可实现对试样的摩擦系数进行测试，摩擦磨损时间可控。 5 第第 2 章章 摩擦磨损试验机的影响因素摩擦磨损试验机的影响因素 进行摩擦磨损实验的目的是模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及 规律，以便通过选定参数的测量所示的工作运转变量，润滑变量和气氛变量等对特定 摩擦磨损元素的影响。因此摩擦磨损试验机的设计就是要依据这种目的和既定的具体 任务要求。 2.12.1 试验条件的影响试验条件的影响 (1) 运动形式的影响 运动形式与试验机的摩擦副结构有关，二者都是由所要模拟的摩擦副决定的，试 验机的摩擦副结构和运动形式均可通过添加附件面而加以改变。例如，美国 faex 公司 的多功能试样测试机在添加附件以后，就可以形成一个平面、四球、液体侵蚀、针一 盘和滚动四球等多种摩擦副形式。试验机上摩擦副的最基本运动形式一般有以下 4 种， 即滑动、滚动、自旋和冲击。在试验机上，对运动形式都有明确的规定，但对运动的 位置精度却要求不高，因此这方面可以忽略。 （2） 负荷的影响 负荷是摩擦磨损试验机的一个重要参数，其在试验过程中一般应保持稳定。试 验机对负荷的要求精度很高，在国内试验机负荷示值的相对误差为 11%要求满足负荷 精度要求，就必须考虑在试验机上减小加载系统的摩擦阻力。目前摩擦磨损试验机比 较常用的加载方式有机械式、液压式、和电磁式三种。其中机械式加载又可以分为杠 杆加载、弹簧加载和重物直接加载或以上三种加载形式的组合，杠杆加载和重物加载 系统结构简单，载荷稳定，不存在负荷保持的问题，加载精度高，但当摩擦副运动不 稳定时却会引起振动和冲击；弹簧加载产生的振动较小，但是，弹簧加载精度不高， 难于实现负荷精度调整。液压式加载包括动压加载和静压加载两种，但液压加载很难 保持负荷稳定。电磁加载易于实现负荷的自动控制，但其是弱点是控制的成分较高， 而且在已有摩擦磨损试验机上使用还比较少。 （3） 滑动速度的影响 滑动速度的大小对摩擦磨损往往具有关键性的意义。因而也是摩擦磨损实验的一 个重要参数。往复式可以分为两种分别为摆动式和往复直线式。在试验机上即可以采 用机械式方式(如凸轮机构和曲柄摇杆机构等）实现摆动，也可以由电机（如伺服电机 和步进电机)来实现摆动。往复直线运动通常是用曲柄滑块等往复直线运动机构来实现。 试验机的速度大小一般都要求可调，所能采用的方式有级调速和无极调速两种。无极 调速可通过两种方式来实现：一种是机械式无极调速（如摩擦轮和差动轮系） ，但其调 速范围不大，另一种是使用无极调速电机进行，这种方式的调速范围很大，如直流伺 6 服电机的调速范围可达 12000 人 r/min（下限还可以更低） 。当采用电机无极调速时， 一般要求速度稳定，因而常采用速度控制环节实现速度的闭环控制。 （4) 试验时间的影响 试验时间一般是依据具体情况而定，大多数试验机没有配备定时装置。要在试验 机上实现时间的控制，可以采用定时器控制动力源，也有的是根据摩擦力或摩擦力矩 的极限值来控制停机。这种控制方法是对试验机也起着过载保护作用。 2.22.2 测量参数的影响测量参数的影响 （1）试验负荷的影响 试验机一般都要对试验负荷进行测量，所采用的测量方式往往随加载方式的不同 而不同。机械式杠杆一玛法加载可以直接根据砝码得到负荷值，机械式弹簧加载可以 根据游标显示的弹簧变形确定负荷值，液压加载可以通过加载油缸的压力换算得到负 荷值。然而，不论在哪种加载方式下。都可以利用负荷传感器直接测量到负荷值。复 合传感器应当安装在尽量靠近摩擦副的位置上，以避免或减小导向部分摩擦力引起的 测量误差。 （2) 摩擦力摩擦系数的影响 在试验机上，摩擦力或摩擦力矩和摩擦系数一般只测一项。例如，在已知负荷 p 的情况下，只要测出摩擦力 f，就可以根据公式求出摩擦系数的数值。这可以 p f 利用微机或者数字电路实现运算处理。测量摩擦力常用的方法一般有两种，机测量作 用在驱动轴上的扭矩，或者是借助于弹性元件测定作用在固定件上的力。在采用第二 种测量方法测量摩擦力时，由于固定件在沿摩擦力方向自由运动时必然要传递法向力， 所以当其安装在滚动轴承之类的低摩擦装置上，以使附加的摩擦力尽可能的减小，从 而保证摩擦力的测量精度。摩擦扭矩可以采用扭矩传感器进行测量，其安装位置既可 以作用在运动轴上，也可以是在固定轴上。当把扭矩传感器安装在运动轴上时，需要 确保传感器的信号输出良好。在试验机上，通常是将摩擦扭矩换成拉力或者压力进行 测量。 (3) 速度的影响 在有些试验机上还要求对速度进行测量，可以采用的测速装置有测速发电机和光 电传感器等。记录转数最长用的是机械式计数器。 (4) 磨损量的影响 磨损量是磨损试验机中都要测量的一个参数。目前，磨损量的再线检测尚有困难， 以往都是将试件取下再测量磨痕或者称量失重而得之。现在，有人采用电测量法或光 7 栅对摩擦副在磨损过程中的相对位移进行测量，以此实现磨损量的在线检测。 (5) 重复性和再现性 摩擦磨损试验机能否给出重复性和再现性都比较好的试验结果，取决于每次试验 用的试杆和试验环境条件（包括仪器的工作状态）是否都能保持一致。西德公司的 srv 型标准化激动式摩擦磨损测试机之所以能够给说较好的重复性和再现性的试验结 果，就是因为它的关键部位一震动系统和力监测系统的工作状态非常稳定。为了使试 验条件稳定，同时还需要测试系统稳定，应能准确地测出工况参数，以便于调整。此 外，合理的摩擦副接触形式也是取得较好的重复性和再现性实验结果的重要因素之一。 一般说来，点接触比面接触受外界的影响较小，因而在相同条件下，点线接触有利于 再现摩擦副的接触状态。 第第 3 3 章章 摩擦磨损试验台结构设计的相关计算摩擦磨损试验台结构设计的相关计算 3.13.1 往复式摩擦磨损试验台的工作原理往复式摩擦磨损试验台的工作原理 主动齿轮 1 通过联轴器，减速器与驱动机相连进行动力输入，当从动齿轮 2 转动 时，连杆 3 带动齿条 4 水平运动，此时齿条四便带动齿轮 6 运动，齿条的水平运动由 轴承 5 支撑控制。由于齿轮 2，连杆 3，齿条 4 与机架构成四杆机构，故存在极为夹角， 故齿条存在急回运动。 图 1 往复运动偏心齿条齿轮的复合机构简图 结构组成1 主动齿轮、2 从动齿轮、3 连杆、4 齿条、5 滚动轴承、6 齿轮组 成。 条件输出齿轮 6 的扭矩为 20kn.m。 3.23.2 传动的计算传动的计算 （1）输出齿轮扭矩 t=20kn.m,模数 m=14，查齿轮设计计算手册齿数 z=18， 8 其分度圆直径 d=252mm，齿条受水平方向的力 f=t/(d/2)=158.73kn 经计算得连杆在齿轮最大最小与水平方向夹角为 9.05 和 49.21。 可计算连杆（二力杆） 最大力 fmax=fxcos9.05=156.754kn 最小力 fmin=fxcos49.21=103.696kn 在齿轮 2 上的两个极限位置上的水平分力为 =cos9.05=154.802kn1fmaxf =fmin cos49.21=67.743kn2f 连杆与齿轮 2 连接处的直径为 d=690mm，故可算出齿轮的最大扭矩 mkn d ft.40.53 2 1 齿轮 1（主动齿）与齿轮 2 传动比为 19:62。则可知齿轮 1 的扭矩为 16.37kn.m。 根据查表得知，齿轮间的传动效率为 0.96。 最终算的通过减速器传给齿轮 1 的扭矩为 17.76kn.m。 由公式，可得齿轮 1 的功率为=24kw ntp95500001p 齿轮 2 的功率为=23.3kw。齿轮 6 的功率为 8.4kw2p （2）齿条长度不得小于 790mm，为了保证齿条在极限位置不与齿轮 2 接触发 生碰撞。考虑齿轮 2 与齿轮 6 的水平距离。拟定齿条长 1200mm，拟定齿条行程为 790mm。 （3）齿轮 2 与齿轮 6 水平距离 1550mm。四杆机构中曲柄长 345mm。连杆长 1150mm。连杆设计成方形杆。材料选 45 号钢。 由得出方形连杆边长 a=21mm s a f （4）根据输出齿轮 1 所需的功率选定电动机型号，查机械设计简明手册 电动机选 200l1 型，功率 30kw，转速 1000r/min.。减速器比 1000/13=77。故选择 zxy 型（低速级） 3.33.3 要零部件的分析和校核要零部件的分析和校核 3.313.31 电机和减速器的选择及其主要参数电机和减速器的选择及其主要参数 电机的选择,根据主动齿轮 1 所需的功率 24kw，选定电机为 y2 系列三相异步 电动机 y2200l12 型号。减速器选择，根据减速比 1000/13=77。确定减速器类型 为 zsy 型齿轮减速器。 3.323.32 齿轮齿轮 1 和齿轮和齿轮 2 的分析和校核的分析和校核 因传动尺寸无严格要求。故小齿轮用 40cr，调质处理，硬度 241-386hb，平 均取 260hb，大齿用 45 钢，调质处理，硬度 229hb-286hb，平均取 240hb。 齿轮 1 和齿轮 2 啮合，初步定为模数 14.传动比 i=3.25。 传动功率为 p=24kw 查机械设计图 12.17c 得接触疲劳极限=710mpa，=580mpa1limh2limh 9 初步计算的许用接触应力 1lim19 . 0hh=0.9 710=639mpa， =0.9 580=522mpa2lim29 . 0hh 齿轮 1 转速为=13（r/min)1n 齿轮 2 转速为=4(r/min) 2n 齿轮 1 齿数=19，齿宽=1451z1b 齿轮 2 齿数=62，齿轮=130mm2z2b 使用系数查机械设计表 12.9 得=1.5 akak 动载系数查,机械设计图 12.9 得=1.2vkvk a=1.66 21 11 2 . 388 . 1 zz =0.88z 3 66. 14 齿向载荷分布系数由机械设计表 12.11 得 =a+b 2+c =1.353hk 1d b 14510 3 c 载荷系数 k=3.14kkkkhva353 . 1 29 . 1 2 . 15 . 1 接触寿命系数由机械设计图 12.18 得nz 1nz=1.18，=1.25.2nz 许用接触应力=798mpa1h hlim 1n1hlim s z 05 . 1 18 . 1 710 =690mpa2h hmin 22lim s zh 05 . 1 25 . 1 580 验算=hzzzhe 12 2 1 1 bd kt =189.888 . 0 5 . 2 25 . 3 266145 42537.1614. 32 2 =417.56mpa2h 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。 分度圆直径：d =14=266mm，d =14=868 119262 3.333.33 同步带的传送和计算同步带的传送和计算 1、设计功率由机械设计手册22.1-50 查的，是同步带 dp 2 . 1ak ak 传动的工作情况系数， 10 kwpkpad36302 . 1 2、选定带型和节距 根据和转速，由机械设计 kwpd36min/10001rn 手册图 22.1-12 确定为 xh 型，节距mm 225.22bp 3、小带轮齿数根据带型 xh 和带轮转速，由机械设计手册表 22.1-51z1n 查的小带轮的最小齿数=24min1z 此处取=251z 4、小带轮节圆直径1d mm pz d b 86.176 225.2225 1 1 由表 22.1-56 查的外径mmda07.1741 5、大带轮齿数2z 5022512 izz 6、大带轮节圆直径2d mm pz d b 9 . 353 225.22502 2 7、带速 9.25m/s 100060 100086.176 100060 11nd v 8、初定轴间距0a 21212)(7 . 0ddadd 9 . 35386.176 9 . 35386.1767 . 0a 52.10615 .371 a 取76.53021dda 9、带长及其齿数 0 2 12 2100 42 2 a dd ddal = 76.5304 177 76.530 2 76.5302 2 =1908mm 由机械设计手册表 22.1-47 查的应选用带长代号为 770 的 xh 型的同步带， 其节线长，节线长上的齿数。1955pl02. 1z 10、实际轴间距 a 此结构的轴间距可调整 mm llp aa 5 . 553 2 19081955 530 2 0 0 11、小带轮啮合齿数mz )( 22 12 2 11 zz a zpz entz b m 11 11 12、基本额定功率0p 1000 2 0 vmvt p a 由机械设计手册表 22.1-53 查的 4050at484 . 1 m =36.28kw 25 . 9 1000 25. 94050 0 2 p 13 、所需带宽sb 14. 1 0 0 pk p bb z d ss 由机械设计手册表 22.1-52 查的 xh =101.6mm，=1 sbzk 99.6 mm 14. 1 8 .36 36 bs 由表 22.1-48 查的，应选带宽代号为 770 的 xh 型号 14、带轮结构和尺寸 小带轮： 251z86.1761d 大带轮： 502z 9 . 3532d 3.343.34 主轴计算：主轴计算： 主轴 1 的最小直径计算： 主轴的材料为 40，查机械设计手册得rc 25，,16 r0a 则155mm 13 24 1263d 主轴 2 的最小直径： 226.7.取 250mm 4 3 . 23 1263d 3.353.35 轴的强度校核轴的强度校核 轴 1 按扭转强度条件计算，公式如下; rr d n p w t t 3 1 2 . 0 9550000 已知 25,13,24rmnpp 则23.67，则符合要求。r 25 12 轴 2 按扭转强度条件计算，已知。公式如下： 25, 4, 3 .23rnp =17.80mm，则符合要求。 3 2 2502 . 0 4 3 . 23 9550000 w t tr 25 3.363.36 主轴上键的强度校核主轴上键的强度校核 根据主轴的设计，键所在轴 1 的直径为 155mm，查机械设计手册 （摘自 gb/t1096-2003）选取键的尺寸为，普通平键连接的强度条件为：1002240 ，式中 d 是轴的直径，l 是键的工作长度，h 是键的高度 pp kld d t 3 10 2 2 则，故键 1 的强度满足要求。07 . 1 10040 2 22 67.232 1 p p ，故键 2 的强度满足要求。 15056 2 32 3 . 232 2 p p 3.373.37 摩擦销的结构设计摩擦销的结构设计 适合摩擦磨损试验测试仪的测试球尺寸有 1.5 毫米、3 毫米、6 毫米、10 毫米(均 为直径)。可以为不同直径的摩擦球配备不同的内径夹持器。夹持器为中空结构，后面 有螺纹，只需将测试球从夹具的后端放入并用配套的零件旋紧即可。 3.383.38 试样夹持器的设计试样夹持器的设计 用螺栓将试样夹持器固定在齿条上，使之随齿条一起做往复运动。在试样夹持器 的下面加上一垫片，直径大小和试样夹持器相当，但厚度可调，装卸方便，是这个夹 持器更加通用化。 第第 4 4 章章 磨损量的测量磨损量的测量 4.14.1 常用的磨损量的测量方法常用的磨损量的测量方法 机械零件的磨损量通常用磨损件的质量，体积减少量或者磨去厚度来表示。磨损 质量和磨损体积是整个磨损件表面质量和体积减少量的总和，而磨损厚度能够反映磨 损沿表面的分布情况。 常用的磨损量测量方法如下： 1 称量法 13 通常利用天平称出磨损前后的试件质量的变化，因此也叫失重法。对所用天平的 精密度要求取决于磨损量的数量级。由于测量范围的限制，称量法仅适用于较小的试 件。 2 测量法 使用千分尺、测长仪和万能工具显微镜等测量试件在实验前后磨损表面的法向尺 寸的变化或者磨损表面与某基准面距离的变化。 3 表面轮廓或粗糙度法 用表面轮廓仪可以直接测量磨损前后表面轮廓的变化来确定磨损量，即磨损厚度 不超过表面粗糙峰高度的磨损。它实际反映了磨损表面的微观变化，也可以直接从其 粗糙度等级的变化，特别是磨损前后加工痕迹的减少来判断磨损的程度。 表面轮廓法可以记录表面轮廓在磨损过程中的变化和磨损分布，但是轮廓法测量 手续复杂，被测零件的形状和尺寸受量程范围限制。 4 压痕或切槽法 人为的在摩擦表面上压痕或者切槽作为测量基准，用基准尺寸沿深度变化的规律 度量磨损厚度。如果在摩擦表面上不同部位布置基准，还可以测量磨损表面的分布。 但这种方法对试样表面有损害，不利于研究摩擦磨损过程中表层组织结构的变化。 5 沉淀法或化学分析法 沉淀法是将润滑油中所含的磨屑经过过滤或者沉淀分离出来，再由称重法测量磨 屑质量。也可以采用定量化学分析的方法测量润滑油中所含磨屑的组成和质量，这不 仅可以测量各种元素的质量，还可以根据材料使用情况来判断磨损的部位。 4.24.2 摩擦系数测试部分摩擦系数测试部分 如图作用在试件的载荷上（正压力)p 由法码重力产生，作用在摩擦副间的摩擦力为 f，若两个试件间的摩擦系数为，则有。故只需要预先确定砝码的重力，在测 p f 出传感器受力大小，即可计算出摩擦系数 p 正压力 磨头 下试件 f 摩擦力 14 正压力由人工根据需要通过法码施加，是一个稳定值。摩擦力是两个相对运动产 生的，是一个变化值，可通过测量求得。 15 小结小结 摩擦磨损试验机是进行摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的 摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制和应用的必要设备。 因此本文对往复式摩擦磨损试验机的原理和结构进行介绍，给出了试验机的基本参数， 并对试验机的机械结构部分进行了相关设计和计算，为试验机的设计和实际制作提供 了一定的依据和参考。 该设计在满足设计要求的前提下，力求结构简单，制造成本低廉，没有一味的追 求高精度，适合进行实际的生产。设计中采用了较为简单的方法实现了相同的功能。 该设计只是针对摩擦磨损试验机的机械结构部分进行了相关的设计计算和仿真，而电 气控制系统和检测系统还需要进一步的补充。 通过老师的讲解和查阅资料让我有了初步的认识。在毕业设计中期阶段主要是完 成自己部分机构和零件的设计。在翻阅书本的过程中，此过程的应用到了我在大三时 所学的机械设计和互换性等课程。从前我对机械的认识很是肤浅，只是会做一些课程 设计。却没有把整个机械课程联系起来，其实各个专业课都是有相互联系的，而这些 基础课也不容忽视，它们是我们完成设计的基础，更是进一步在机械领域发展的前提。 在 cad 图形绘制过程中，我用到了机械制图这门课程。同时，我也掌握了一门画 图软件。 此次毕业设计真是让我收获颇丰，不仅让我对专业课有了新的认识而且得到了许 多书本上没有的东西。我一直在思考的问题，如何学好我的专业，并将它自如的应用 到以后的工作中，似乎在本次毕业设计中有了答案。 16 致谢致谢 大学四年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我 的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持；感 谢我的母校太原理工大学给了我在大学四年深造的机会，让我能继续学习和提高；感 谢老师和同学们四年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲； 同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。 这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师宋金 鹏老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向老师寻求帮助， 而老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。老师平日 里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中 期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以 来，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此 谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助 的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！ 17 参考文献参考文献 1 张嗣伟.摩擦学的进展与展望j.摩擦学学报，2004，1:44-45. 对摩擦学近10多年来在润滑与润滑剂和摩擦与磨损这两个方面的进展作了综合介 绍与评述，指出最引人注目的是采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜和超薄膜干涉仪 等先进仪器设备对边界润滑和边界膜进行原位研究，以及纳米摩擦学、陶瓷摩擦学、 空间摩擦学、核反应系统摩擦学、微观摩擦学和表面工程等的发展与各种新型摩擦学 材料的开发。同时，还对本世纪末和下世纪初摩擦学的发展前景作了展望，认为在摩 擦学设计、新的摩擦学系统、特殊的摩擦学材料、新的表面技术和用于极端工况或特 殊工况下的润滑剂等方面都将取得新的进展，并且结合国内实际，提出了加速我国摩 擦学学科发展和推动我国摩擦学工业应用的建议。 2陈海燕，王成国.分形理论及其在摩擦学研究中的应用j.材料导报，2002，12:10-11. 介绍了分形的概念以及分形维数的计算方法,重点讨论了分形理论在摩擦学研究,如 摩擦表面分析、摩擦磨损问题研究和滑动摩擦温度分布的分形模型等方面的应用。 3陈国安，葛世荣，王军祥.分析理论在摩擦学研究中的应用j.摩擦学学报， 2008，5（2）：15-18. 采用尺度独立的分形参数可使粗糙表面和磨屑形貌的表征简单明了，并使表征具 有唯一性，易于识别；基于分形参数所建立的摩擦学研究模型的预测结果可望不受测 量仪器分辨率和取样长度的影响，因而比传统的基于统计分析的模型更为合理和有 效综述了分形几何在粗糙表面的表征、接触、磨损预测和摩擦温度分布以及磨屑定 量分析等方面的应用现状和发展，指出了用分形理论研究摩擦学问题时应注意的着重 点 4戴振东，薛群基，王珉.试论摩擦学研究中的科学方法问题j.南京航天航空大学报， 2008，12:55-58. 摩擦学是工程先导性的学科高度交叉综合的前沿研究领域，是尚未成熟和最具活 力的学科之一，它具有用户要求多样的特点。近年来的大量实验结果对摩擦学理论产 生了巨大的冲击。为迎接挑战并更好地指导工业设计，须重新探讨摩擦学的研究方法， 表征量的选择及其思想方法。作者认为在继续开展摩擦学实验研究的同时，须大力推 进理论研究，非平衡态热力学可做为该研究的基础，熵可用作为表征量。研究中应特 18 别重视过程非线性、可逆性和混沌性，并积极探讨摩擦自组织结构的形成条件及其工 业应用的可能。 5谢友柏，摩擦学的三个公理j. 摩擦学学报 ，2003，3:15-16. 讨论了摩擦学发展中存在的问题 .指出作为一门非常重要的应用基础学科 ,摩擦学 在继承摩擦、磨损和润滑几千年来积累起来的理论成果和应用成果的基础上 ,没有建 立与摩擦、磨损和润滑相比有所发展且与自身的定义和性质相适应并可以支持自身独 立发展的理论体系和方法体系 .提出摩擦学中存在 3个基本公理 :即第一公理摩擦 学行为是系统依赖的 ;第二公理摩擦学元素的特性是时间依赖的 ;第三公理摩 擦学行为是多个学科行为之间强耦合的结果 .由这些公理可以推导出一系列定理和相 应的系 .同时还讨论了用系统的状态方程和输出方程描述含有摩擦副的系统的特性的 方法 ,并给出了应用举例 6桂长林，沈健.摩擦磨损试验机设计的基础 .固体润滑j，2000，1:5-8. 本讲介绍采用设计方法学的方法对摩擦磨损试验机设计进行研究的结果,建立了摩 擦磨损试验机的要求明细表,功能结构图、设计模幅箱和方案评价目标树。根据本讲所 阐述的方法,既可使摩擦磨损试验机的设计程序和方案评价建立在一套比较科学的和行 之有效的方法上,又能作为建立摩擦磨损试验机 cad(计算机辅助设计)系统的基础。 7桂长林，沈健 .摩擦磨损试验机设计的基础.固体润滑，2000，1:9-10. 本讲提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进 行分类的新方法(这种分类法将摩擦磨损试验机分为五大类),阐述了摩擦磨损试验的目 的和摩擦磨损试验机为实现此目的所应有的基本系统,分析了基本系统中各组成单元的 每个要素在摩擦磨损试验机中的特殊性,最后还就摩擦磨损试验机的发展方向作了简要 的探讨。 8桂长林，沈健.摩擦磨损试验机设计的基础.固体润滑，2000,1;12-15. 将设计方法学的一般方法应用于摩擦磨损试验机的设计,这对确定设计方案是科学 的和行之有效的。本讲通过一个设计实例说明了设计方法学在摩擦磨损试验机设计中 的具体应用问题,并以举例的形式详细地介绍了在方案设计阶段的各个主要工作步骤的 实施方法,即建立要求明细表-功能分析-建立设计模幅箱-方案选择-方案评价。其中,关 键的是进行功能分析、建立设计模幅箱和方案评价。 9周枫，邱宪波，袁景淇.摩擦磨损试验机试验数据处理系统的设计.测控技术， 2004，4;14-16. 介绍了在 labview 开发平台下 ,摩擦磨损试验机数据处理系统的设计方法 ,实现 了试验数据的实时采集、历史曲线绘制和试验报告自动生成等功能。 10李建芳，杨世强，沈璟.往复摩擦磨损试验机测试系统的设计j.润滑与密封 2008，10:36-39. 设计了一种可用于模拟和检测车辆减振器中导向套-活塞杆摩擦副动态摩擦学特性 的往复摩擦磨损试验机测试系统。在分析减振器往复运动的结构和功能的基础上给出 了往复摩擦磨损试验机测试系统的总体模型,建立了往复运动的数学模型。使用结果表 明,该测试系统可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力以及摩擦因数等参数信息, 并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、 19 量化的评估。 11刘毅斌，王毅.摩擦磨损试验机在线检测系统j.仪器标准化与测量， 2004，6:17- 19. 现代摩擦学的试验研究对摩擦磨损试验机的测量系统提出了更高的要求。本文介 绍了自行设计的强电流摩擦磨损试验机及其实时在线检测系统,主要包括试验中各参量 信号的获取,a/d 转换,以及对测量数据误差的软件处理方法。 12刘永平，龚俊，辛舟，侯运丰.往复式摩擦磨损试验机及其计算机控制系统设计.仪 器仪表学报，2010 ,8:55-58. 针对不同固体材料在不同条件下的摩擦磨损实验要求,开发设计了一种往复式摩擦 磨损试验机,通过测量实验中产生的摩擦力、摩擦系数和磨损量的变化来研究材料的摩 擦磨损性能。为提高测试系统的精确性和实时性,将计算机辅助测试系统应用到摩擦学 试验当中,通过数据采集系统和测试软件系统完成摩擦磨损数据的实时动态测试,从根本 上改变了传统摩擦磨损试验机的缺点。通过对聚四氟乙烯材料的摩擦磨损性能进行实 验,证明该试验机性能稳定,测试系统准确可靠。 13denis v. some problems of computer-aided testing and “interview-like tests”j. computers ndi, waterloo, canada). as shown in fig. 2, the path was a straight line in the region from y = 2 mm to y = 8 mm; noise in the x-direction had a root mean square error of approximately 175 m. the velocity profile shown in fig. 3 showed an average speed in the forward direction of29.6 mm/s with a standard deviation of 4.71 and an average speed in the reverse direction of 28.5 mm/s with a standard deviation of 4.47. high standard deviations in the velocity measurements are expected when noisy position data are differentiated with respect to time; averaging 100 measurements, for example, would result in a standard error of this mean that 3. experimental protocol 3.1. pin polishing three tests were conducted for each experimental condition using three different stations. the cocr pins were polished prior to each test to a mirror finish. three different slurries were used in polishing the pins: a 6 micron diamond spray, followed by a 0.05 26 micron alumina slurry, then followed by a colloidal silica solution.each slurry was sprayed on cotton cloth-wrapped rotating discs, and the pins were polished against the rotating discs for 35 min. following each