四球摩擦磨损实验机的设计-

1、PAGE PAGE - 17 - 四球摩擦磨损实验机的设计姓 名 院 系 专 业 年 级 学 号 指导教师 职 称 答辩日期 答辩成绩 内容摘要本设计主要讨论接触疲劳试验机的结构设计。摩擦磨损实验的目的是考察工作实际情况条件下的特征和变化，揭示各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用条件的最优化设计参数。根据摩擦磨损实验和实验教学的要求，这种摇臂式结构的摩擦磨损试验机体积小、传动结构简单、试件装夹方便。实验所用上试件可利用滚动轴承的标准球体，这种球体价格低，可以直接在市场购买；实验所用下试件为圆盘，它对任何材料都可采用车削加工，加工成本低，便于不同材料的摩擦学性能测试，这是接触疲劳试验机

2、的最大特点。本设计不仅详尽地叙述了双盘式摩擦磨损实验机的设计过程：试验机的总体设计原则，工作原理，试验机的基本结构：并且叙述了试验机试验参数的选择的技术特性。为了分析不同的相对运动条件下的摩擦学特性以及在不同的载荷以及滚动速度条件下，分析各种材料的摩擦学特性，设计双盘式摩擦磨损试验机，使在机械以及航空领域中，得到广泛，充分的应用。关键词: 接触疲劳 摩擦 试验机AbstractRub to wear away experience of the purpose is an influence to investigate actual work term descend their chara

3、cteristic and change, announce to public every kind of factor to rub the wear and tear function. From but make sure to mateh the usage the conditonal and superior turning design the parameter. In many tests method, a dish contact fatigue test machine uses in the world more and more widespread a kind

4、 of friction wears away to experiment the method, and have Chiens, accurate etc.This design not only described in details a dish contact fatigue tries the design process that check the machine : Experiment the total design principle, work principle of the machine and experiment the basic constructio

5、n of the machine ; And describe the on trial machine experiment the choice of the parameter with the technique characteristic . Still collected to design the reference browsed in the process in the appendix. Learn the characteristic for the sake of the friction of the different and opposite sport in

6、 analysis term bottom and at carry the and roll over the flat-out term differently next, analyze the friction of every kind of material learn the characteristic, designing a pair of dishses contact the fatigue tries to check the machine,making in machine and aviation etc. Key words：realms ,get exten

7、sive ,well of application.目 录第一章实验机总体设计原则3（一）实验机的材料性能5（二）实验机性能5（三）实验机的设计和选择原则5（四）经济性 5第二章实验条件因素6第三章实验机的结构（一）驱动部分10（二）传动部分10（三）摩擦盘11（四）加力机构12（五）箱体13（六）实验参数的选择13（七）试验件加装部分14第四章结论参考文献16谢词17附录18需要全套图纸等资料联系，QQ：1047713170第一章 实验机总体设计原则（一）实验机的材料性能实验摩擦副的材料要尽可能使实验的几何形状简单，容易制造。实验润滑材料的性能则要求使用标准摩擦副式样，便与大批量生产，如钢球

8、，环块或块状。（二）实验机性能1试件接触形式和运动状态试件的接触形式和运动状态要和实际零件工作情况相同，实际的工作零件可能出现的运动方式有滑动，滚动，滚动兼滑动，冲击，其中有连续运动和往复运动。接触形式分为只有一个设计表面和有两个设计表面。其中有点接触，面接触和线接触。不同的接触形式对摩擦磨损产生不同的影响，我们这里设计的两试件的接触为点接触，是滑动现象，示意图如下： 调节试件的能力实验设备必须具有足够的机械稳定性，在摩擦磨损实验机上，测定摩擦系数时，由于机构内的摩阻，常常导致数值不稳定。实验机的精度不够，影响数据的正确性；寿命短，影响实验的长期进行；有震动，使得测得的数据之间误差较大。试件的

9、调节能力，对实验参数选择很重要。实验机应调节方便，实验结果的分散度很小，重复性很高，实验精度也就很高。（三）实验机的设计和选择原则实验机的种类很多，目前还没有标准化。模拟性的实验根据试验目的和要求来设计和选择。一般性的接触疲劳实验已倾向标准化，但看法还不完全一致，一般必须遵守的基本原则如下：接触疲劳试件的接触条件和运动形式要与实际零件工作情况相同。（2）实际的工作零件可能出现的运动形式有滑动、滚动、滚动兼滑动，冲击，其中有连续运动（如转动）和往复运动（大振幅和小振幅运动）。接触形式分为只有一个设计表面（如受液体或固体颗粒冲击的零件）和有两个设计表面。其中有点接触，线接触和面接触。不同的接触形式

10、对摩擦磨损产生不同的影响。（四）经济性 在分析设计高真空摩擦实验机的同时，还必须要考虑各种零部件的造价，尽量在节约资金的同时，完成研究任务。第二章 试验条件因素试样的表面性质：包括材料种类（化学成分及组织）、机械性能和表面光洁度，它们明显的影响磨损。试样的形状和尺寸：它影响试样的接触型式和重迭系数，而且它们还对润滑状态、压力大小、相对运动速度以及磨损量等都有影响。有些试样试验机规定了试样的形状和尺寸。试样中的固定件与运动件材料不同时，一般不宜倒转装配，特别是在干摩擦或固体润滑的情况下。运动形式：试样相对运动所形成的滑动、滚动或复合摩擦形式不同，对润滑状态或破坏特征等都有影响。速度：速度对磨损影

11、响比较复杂，速度改变，摩擦系数一般发生变化；摩擦材料变形速度和接触区的温度也发生变化；甚至改变了磨损形式和润滑状态。温度：温度与速度一样，对磨损影响同样是比较复杂的。温度升高到一定程度，材料的摩擦系数和磨损量都将变化；温度升高，润滑油的粘度下降，严重时甚至破坏油膜，改变润滑状态。压力：压力改变，摩擦副的摩擦磨损特性随之改变，润滑状态也随之改变。周围环境介质：周围环境的水汽、空气、灰尘以及其它气体的改变，对摩擦副材料和润滑材料都有影响。摩擦表面的状态控制不严，将引起摩擦磨损测量结果无规律的变化。因此，试验过程应防止摩擦表面被异物污染，防止微粒侵入，以及在装卸试件时保证重装的位置精度。润滑方式：不

12、仅润滑剂种类和数量有影响。而且润滑条件（全浸、滴油、飞溅）以及给油方式（开式、闭式、有否过滤器等）对摩擦副都有直接影响。第三章 实验机的机构（一）驱动部分本实验机采用调压调速电机作为原动机，电机转速:综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和减速器的传动比，选择转速为1500的电动机。 参看机械零件设计手册选择Y123M-4号电动机。所以选Y123M-4调速电动机。 （二）传动部分传动轴是将齿轮减速电动机和摩擦盘连接的环节，有联轴器带动轴承，使而者同功率转动。查机械零件设计手册，根据轴空直径尺寸和电动机转速等条件选择合适的规格。 联轴器 GB5843-86 （三）摩擦盘 摩擦盘的材料选用滚动

13、轴承钢，简图如下：（四）加力机构加力机构采用杠杆原理，简图如下：（五）箱体1、设计方法：箱体的结构设计通常采用结构包容法，即根据箱体内部零件尺寸和它们之间的相互关系，采用包容的方法来构造箱体的结构形状及确定其结构尺寸。与此同时，还应考虑外部有关零部件对箱体和尺寸的要求。然后从美学角度进行修正。2、箱体主要结构参数的选择：箱体的一些结构参数，如壁厚、凸台及孔等对箱体的工作能力、材料消耗、质量及成本影响很大，设计时须处理好。壁厚、凸台的布置和尺寸的确定可采用类比法，对同类产品进行比较，并参照设计手册等资料提供的经验数据及设计者的经验。本试验机为小型摩擦磨损试验机，设计的机座质量较大，以减少试验时震

14、动对实验数据的影响。箱体用于安装电动机，承载试验装置以及在其表面附带线路控制板。其大小尺寸参考试验仪器及使用方便而定。 3、轴的计算 （1）轴的选择与强度校核（连接大齿轮与摩擦盘的轴）（a）选择轴的材料轴的材料选择45号钢，调质处理（b）按转距初算轴径D= 16 mm（c）轴的强度校核与计算 Ft=3183.3 Ft= Fttg20=1158.6 62F-42 Ft=0 F=2156.4 F= Ft-FH2=1027.9 M=1027.920=20558N.mm M=373.7=7474N.mmM=21874.5N.mm（2）判断危险截面截面 I.IV. V.VI.A.B.D 只受扭距作用。无

15、需校核，截面III和IV处过映配合引起的应力最严重，两截面中的应力集中影响相近，但截面IV不受扭距作用。同时轴径也比较大所以不需要校核。因此只需要校核截面III左右两侧即可。（3）截面III左侧抗弯截面系数 w=0.1d=0.1153=337.5mm抗扭截面系数 WT=0.2 d=675 mm截面弯曲切应力 b=64.8Mpa扭距切应力 =283 Mpa又=640 Mpa =275 Mpa =155 Mpa应力集中系数 a=2.0 a=1.31轴的材料敏性系数为 q=0.82 q=0.85有效应力集中系数 k=1+q(a-1)=1.82 k=1+q(a-1)=1.26尺寸系数 =0.67 扭转

16、尺寸系数 r=0.82表面质量系数为 =0.92轴没经表面强化处理 q=1所以 k=+-1=2.80k=+-1=1.62材料特性系数 =0.1 =0.05（4）截面III左侧抗弯截面系数 W=0.1d=0.117=491.3mm抗扭截面系数 W=0.2d=982.6mm=194.4Mpa弯距M以及弯曲应力为 M=21874.5Nmm =44.5Mpa过应配合处的k/=3.16 =0.8=2.52表面质量系数为 =0.92所以 k=+-1=3.25 k=+-1=2.62所以轴在接III右侧的安全系数为S=+=21.75 S=8.29S=7.75S=1.5所以轴在截面III右侧的强度也是足够的。（

17、六）实验参数的选择1 .实验时间 选择合适的滚动摩擦实验机之后，要先对时间与磨损之间进行细致分析，作出他们的关系曲线，特别要注意精确度，这可以作为确定实验时间的依据。还要考虑到传感器等各种测量仪器的精确程度，为了使测定磨损的精度在合理范围内，实验获取的磨损量要比测量仪可能的误差大的多。 2 实验载荷和摩擦盘转速 对于模拟性的实验室实验，载荷和速度要根据实际摩擦副情况而定。速度对温度，速度对润滑条件影响比较大，在实验试件中，经常采用比实际系统高的载荷和速度进行加速实验。显然，这只有在对磨损过程没有太大影响时才是使用的。3实验次数 因为摩擦磨损实验的离散性很大，实验所取得的数据之间往往存在误差，主

18、要是系统误差造成的，多次重复一种实验是必要的。一般取35次测量的算术平均值作为实验的结果，必要时可增加实验次数，或用统计方法进行数据处理，根据实验要求，确定有效数字，得出实验结果。4控制试件摩擦表面所处的状态 摩擦表面的状态控制不严，引起摩擦磨损测量结果无规律的变化。因此，实验过程应防止摩擦表面被子异物污染，防止磨粒侵入，以及在装卸试件时保证重装位置精度。（七） 实验条件与摩擦的测定 1、载荷：520千克，主轴转速：300转/分2、摩擦的测定 式中 F 作用与接触面上的总压力 B 初始接触长度 和 分别为上盘和下盘的接触线出的曲率半径 和分别为上盘和下盘的泊松比 E1和E2分别为上盘和下盘的弹

19、性模量 第四章 结论本课题的主要特色就是为了研究在不同的载荷以及滑动速度条件下，分析各种材料的疲劳强度的特性。双盘接触疲劳实验机，其结构原理简明，调试和操作简单方便、结构新颖、测试实验数据容易。如果加以应用，可以培养学生实际动手能力，巩固所学专业知识，锻炼学生分析问题和解决问题的能力。该试验机可用于实验教学，又可用于教师科研试验使用。希望该实验机能对教学质量的提高起到推动作用。我是第一次接触这种机器。因此，感觉不知道怎么做，我的指导老师给予我很大的帮助。题目要求：通过设计双盘接触疲劳实验机，了解摩擦磨损原理，摩擦副结构特点以及运动关系。从而揭示接触疲劳实验机的工作原理和使用方法以及重要性。根据之一要求将整个研究工作分成了几个阶段完成。第一阶段：调研，收集摩擦学，摩擦磨损实验机的资料，分析各种材料。第二阶段：学习摩擦磨损原理及有关知识。我又重新学习了机械设计（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）中的第四章摩擦磨损概述，翻阅了摩擦学原理等书籍。第三阶段：考虑实验机的功能和制造要求实用性等。总之，可以归纳为首先规划实验大致轮廓，分析销盘式摩擦磨损实验机的原理，