四球摩擦磨損實驗機的設(shè)計-

1、PAGE PAGE - 17 - 四球摩擦磨損實驗機的設(shè)計姓 名 院 系 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 答辯日期 答辯成績 內(nèi)容摘要本設(shè)計主要討論接觸疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。摩擦磨損實驗的目的是考察工作實際情況條件下的特征和變化，揭示各種因素對摩擦磨損性能的影響，從而確定符合使用條件的最優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。根據(jù)摩擦磨損實驗和實驗教學(xué)的要求，這種搖臂式結(jié)構(gòu)的摩擦磨損試驗機體積小、傳動結(jié)構(gòu)簡單、試件裝夾方便。實驗所用上試件可利用滾動軸承的標準球體，這種球體價格低，可以直接在市場購買；實驗所用下試件為圓盤，它對任何材料都可采用車削加工，加工成本低，便于不同材料的摩擦學(xué)性能測試，這是接觸疲勞試驗機

2、的最大特點。本設(shè)計不僅詳盡地敘述了雙盤式摩擦磨損實驗機的設(shè)計過程：試驗機的總體設(shè)計原則，工作原理，試驗機的基本結(jié)構(gòu)：并且敘述了試驗機試驗參數(shù)的選擇的技術(shù)特性。為了分析不同的相對運動條件下的摩擦學(xué)特性以及在不同的載荷以及滾動速度條件下，分析各種材料的摩擦學(xué)特性，設(shè)計雙盤式摩擦磨損試驗機，使在機械以及航空領(lǐng)域中，得到廣泛，充分的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 接觸疲勞 摩擦 試驗機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 錄第一章實驗機總體設(shè)計原則3（一）實驗機的材料性能5（二）實驗機性能5（三）實驗機的設(shè)計和選擇原則5（四）經(jīng)濟性 5第二章實驗條件因素6第三章實驗機的結(jié)構(gòu)（一）驅(qū)動部分10（二）傳動部分10（三）摩擦盤11（四）加力機構(gòu)12（五）箱體13（六）實驗參數(shù)的選擇13（七）試驗件加裝部分14第四章結(jié)論參考文獻16謝詞17附錄18需要全套圖紙等資料聯(lián)系，QQ：1047713170第一章 實驗機總體設(shè)計原則（一）實驗機的材料性能實驗?zāi)Σ粮钡牟牧弦M可能使實驗的幾何形狀簡單，容易制造。實驗潤滑材料的性能則要求使用標準摩擦副式樣，便與大批量生產(chǎn)，如鋼球

8、，環(huán)塊或塊狀。（二）實驗機性能1試件接觸形式和運動狀態(tài)試件的接觸形式和運動狀態(tài)要和實際零件工作情況相同，實際的工作零件可能出現(xiàn)的運動方式有滑動，滾動，滾動兼滑動，沖擊，其中有連續(xù)運動和往復(fù)運動。接觸形式分為只有一個設(shè)計表面和有兩個設(shè)計表面。其中有點接觸，面接觸和線接觸。不同的接觸形式對摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響，我們這里設(shè)計的兩試件的接觸為點接觸，是滑動現(xiàn)象，示意圖如下： 調(diào)節(jié)試件的能力實驗設(shè)備必須具有足夠的機械穩(wěn)定性，在摩擦磨損實驗機上，測定摩擦系數(shù)時，由于機構(gòu)內(nèi)的摩阻，常常導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定。實驗機的精度不夠，影響數(shù)據(jù)的正確性；壽命短，影響實驗的長期進行；有震動，使得測得的數(shù)據(jù)之間誤差較大。試件的

9、調(diào)節(jié)能力，對實驗參數(shù)選擇很重要。實驗機應(yīng)調(diào)節(jié)方便，實驗結(jié)果的分散度很小，重復(fù)性很高，實驗精度也就很高。（三）實驗機的設(shè)計和選擇原則實驗機的種類很多，目前還沒有標準化。模擬性的實驗根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵髞碓O(shè)計和選擇。一般性的接觸疲勞實驗已傾向標準化，但看法還不完全一致，一般必須遵守的基本原則如下：接觸疲勞試件的接觸條件和運動形式要與實際零件工作情況相同。（2）實際的工作零件可能出現(xiàn)的運動形式有滑動、滾動、滾動兼滑動，沖擊，其中有連續(xù)運動（如轉(zhuǎn)動）和往復(fù)運動（大振幅和小振幅運動）。接觸形式分為只有一個設(shè)計表面（如受液體或固體顆粒沖擊的零件）和有兩個設(shè)計表面。其中有點接觸，線接觸和面接觸。不同的接觸形式

10、對摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響。（四）經(jīng)濟性 在分析設(shè)計高真空摩擦實驗機的同時，還必須要考慮各種零部件的造價，盡量在節(jié)約資金的同時，完成研究任務(wù)。第二章 試驗條件因素試樣的表面性質(zhì)：包括材料種類（化學(xué)成分及組織）、機械性能和表面光潔度，它們明顯的影響磨損。試樣的形狀和尺寸：它影響試樣的接觸型式和重迭系數(shù)，而且它們還對潤滑狀態(tài)、壓力大小、相對運動速度以及磨損量等都有影響。有些試樣試驗機規(guī)定了試樣的形狀和尺寸。試樣中的固定件與運動件材料不同時，一般不宜倒轉(zhuǎn)裝配，特別是在干摩擦或固體潤滑的情況下。運動形式：試樣相對運動所形成的滑動、滾動或復(fù)合摩擦形式不同，對潤滑狀態(tài)或破壞特征等都有影響。速度：速度對磨損影

11、響比較復(fù)雜，速度改變，摩擦系數(shù)一般發(fā)生變化；摩擦材料變形速度和接觸區(qū)的溫度也發(fā)生變化；甚至改變了磨損形式和潤滑狀態(tài)。溫度：溫度與速度一樣，對磨損影響同樣是比較復(fù)雜的。溫度升高到一定程度，材料的摩擦系數(shù)和磨損量都將變化；溫度升高，潤滑油的粘度下降，嚴重時甚至破壞油膜，改變潤滑狀態(tài)。壓力：壓力改變，摩擦副的摩擦磨損特性隨之改變，潤滑狀態(tài)也隨之改變。周圍環(huán)境介質(zhì)：周圍環(huán)境的水汽、空氣、灰塵以及其它氣體的改變，對摩擦副材料和潤滑材料都有影響。摩擦表面的狀態(tài)控制不嚴，將引起摩擦磨損測量結(jié)果無規(guī)律的變化。因此，試驗過程應(yīng)防止摩擦表面被異物污染，防止微粒侵入，以及在裝卸試件時保證重裝的位置精度。潤滑方式：不

12、僅潤滑劑種類和數(shù)量有影響。而且潤滑條件（全浸、滴油、飛濺）以及給油方式（開式、閉式、有否過濾器等）對摩擦副都有直接影響。第三章 實驗機的機構(gòu)（一）驅(qū)動部分本實驗機采用調(diào)壓調(diào)速電機作為原動機，電機轉(zhuǎn)速:綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，重量，價格和減速器的傳動比，選擇轉(zhuǎn)速為1500的電動機。 參看機械零件設(shè)計手冊選擇Y123M-4號電動機。所以選Y123M-4調(diào)速電動機。 （二）傳動部分傳動軸是將齒輪減速電動機和摩擦盤連接的環(huán)節(jié)，有聯(lián)軸器帶動軸承，使而者同功率轉(zhuǎn)動。查機械零件設(shè)計手冊，根據(jù)軸空直徑尺寸和電動機轉(zhuǎn)速等條件選擇合適的規(guī)格。 聯(lián)軸器 GB5843-86 （三）摩擦盤 摩擦盤的材料選用滾動

13、軸承鋼，簡圖如下：（四）加力機構(gòu)加力機構(gòu)采用杠桿原理，簡圖如下：（五）箱體1、設(shè)計方法：箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計通常采用結(jié)構(gòu)包容法，即根據(jù)箱體內(nèi)部零件尺寸和它們之間的相互關(guān)系，采用包容的方法來構(gòu)造箱體的結(jié)構(gòu)形狀及確定其結(jié)構(gòu)尺寸。與此同時，還應(yīng)考慮外部有關(guān)零部件對箱體和尺寸的要求。然后從美學(xué)角度進行修正。2、箱體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇：箱體的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，如壁厚、凸臺及孔等對箱體的工作能力、材料消耗、質(zhì)量及成本影響很大，設(shè)計時須處理好。壁厚、凸臺的布置和尺寸的確定可采用類比法，對同類產(chǎn)品進行比較，并參照設(shè)計手冊等資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及設(shè)計者的經(jīng)驗。本試驗機為小型摩擦磨損試驗機，設(shè)計的機座質(zhì)量較大，以減少試驗時震

14、動對實驗數(shù)據(jù)的影響。箱體用于安裝電動機，承載試驗裝置以及在其表面附帶線路控制板。其大小尺寸參考試驗儀器及使用方便而定。 3、軸的計算 （1）軸的選擇與強度校核（連接大齒輪與摩擦盤的軸）（a）選擇軸的材料軸的材料選擇45號鋼，調(diào)質(zhì)處理（b）按轉(zhuǎn)距初算軸徑D= 16 mm（c）軸的強度校核與計算 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）判斷危險截面截面 I.IV. V.VI.A.B.D 只受扭距作用。無

15、需校核，截面III和IV處過映配合引起的應(yīng)力最嚴重，兩截面中的應(yīng)力集中影響相近，但截面IV不受扭距作用。同時軸徑也比較大所以不需要校核。因此只需要校核截面III左右兩側(cè)即可。（3）截面III左側(cè)抗彎截面系數(shù) w=0.1d=0.1153=337.5mm抗扭截面系數(shù) WT=0.2 d=675 mm截面彎曲切應(yīng)力 b=64.8Mpa扭距切應(yīng)力 =283 Mpa又=640 Mpa =275 Mpa =155 Mpa應(yīng)力集中系數(shù) a=2.0 a=1.31軸的材料敏性系數(shù)為 q=0.82 q=0.85有效應(yīng)力集中系數(shù) k=1+q(a-1)=1.82 k=1+q(a-1)=1.26尺寸系數(shù) =0.67 扭轉(zhuǎn)

16、尺寸系數(shù) r=0.82表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92軸沒經(jīng)表面強化處理 q=1所以 k=+-1=2.80k=+-1=1.62材料特性系數(shù) =0.1 =0.05（4）截面III左側(cè)抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.117=491.3mm抗扭截面系數(shù) W=0.2d=982.6mm=194.4Mpa彎距M以及彎曲應(yīng)力為 M=21874.5Nmm =44.5Mpa過應(yīng)配合處的k/=3.16 =0.8=2.52表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92所以 k=+-1=3.25 k=+-1=2.62所以軸在接III右側(cè)的安全系數(shù)為S=+=21.75 S=8.29S=7.75S=1.5所以軸在截面III右側(cè)的強度也是足夠的。（

17、六）實驗參數(shù)的選擇1 .實驗時間 選擇合適的滾動摩擦實驗機之后，要先對時間與磨損之間進行細致分析，作出他們的關(guān)系曲線，特別要注意精確度，這可以作為確定實驗時間的依據(jù)。還要考慮到傳感器等各種測量儀器的精確程度，為了使測定磨損的精度在合理范圍內(nèi)，實驗獲取的磨損量要比測量儀可能的誤差大的多。 2 實驗載荷和摩擦盤轉(zhuǎn)速 對于模擬性的實驗室實驗，載荷和速度要根據(jù)實際摩擦副情況而定。速度對溫度，速度對潤滑條件影響比較大，在實驗試件中，經(jīng)常采用比實際系統(tǒng)高的載荷和速度進行加速實驗。顯然，這只有在對磨損過程沒有太大影響時才是使用的。3實驗次數(shù) 因為摩擦磨損實驗的離散性很大，實驗所取得的數(shù)據(jù)之間往往存在誤差，主

18、要是系統(tǒng)誤差造成的，多次重復(fù)一種實驗是必要的。一般取35次測量的算術(shù)平均值作為實驗的結(jié)果，必要時可增加實驗次數(shù)，或用統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)實驗要求，確定有效數(shù)字，得出實驗結(jié)果。4控制試件摩擦表面所處的狀態(tài) 摩擦表面的狀態(tài)控制不嚴，引起摩擦磨損測量結(jié)果無規(guī)律的變化。因此，實驗過程應(yīng)防止摩擦表面被子異物污染，防止磨粒侵入，以及在裝卸試件時保證重裝位置精度。（七） 實驗條件與摩擦的測定 1、載荷：520千克，主軸轉(zhuǎn)速：300轉(zhuǎn)/分2、摩擦的測定 式中 F 作用與接觸面上的總壓力 B 初始接觸長度 和 分別為上盤和下盤的接觸線出的曲率半徑 和分別為上盤和下盤的泊松比 E1和E2分別為上盤和下盤的彈

19、性模量 第四章 結(jié)論本課題的主要特色就是為了研究在不同的載荷以及滑動速度條件下，分析各種材料的疲勞強度的特性。雙盤接觸疲勞實驗機，其結(jié)構(gòu)原理簡明，調(diào)試和操作簡單方便、結(jié)構(gòu)新穎、測試實驗數(shù)據(jù)容易。如果加以應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力，鞏固所學(xué)專業(yè)知識，鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力。該試驗機可用于實驗教學(xué)，又可用于教師科研試驗使用。希望該實驗機能對教學(xué)質(zhì)量的提高起到推動作用。我是第一次接觸這種機器。因此，感覺不知道怎么做，我的指導(dǎo)老師給予我很大的幫助。題目要求：通過設(shè)計雙盤接觸疲勞實驗機，了解摩擦磨損原理，摩擦副結(jié)構(gòu)特點以及運動關(guān)系。從而揭示接觸疲勞實驗機的工作原理和使用方法以及重要性。根據(jù)之一要求將整個研究工作分成了幾個階段完成。第一階段：調(diào)研，收集摩擦學(xué)，摩擦磨損實驗機的資料，分析各種材料。第二階段：學(xué)習(xí)摩擦磨損原理及有關(guān)知識。我又重新學(xué)習(xí)了機械設(shè)計（西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編）中的第四章摩擦磨損概述，翻閱了摩擦學(xué)原理等書籍。第三階段：考慮實驗機的功能和制造要求實用性等?？傊梢詺w納為首先規(guī)劃實驗大致輪廓，分析銷盤式摩擦磨損實驗機的原理，