銷盤摩擦磨損試驗機設(shè)計

1、PAGE PAGE 34銷盤摩擦磨損試驗機設(shè)計 摘 要本設(shè)計主要內(nèi)容是銷盤式摩擦磨損機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)對銷盤式摩擦磨損機的要求，這種銷盤式結(jié)構(gòu)的摩擦磨損機體積小、傳動結(jié)構(gòu)簡單、試件裝夾方便。試驗時所用上試件為圓柱銷，這種試件價格低廉，加工簡便；實驗所用下試件為圓盤，加工成本低，簡單；便于測量不同材料的摩擦學性能，這是銷盤式摩擦磨損機的最大特點。關(guān)鍵詞：摩擦； 磨損；試驗機AbstractThis design is the main content of friction and wear-selling disc of the structural design. According to

2、the friction and wear-selling disc of the requirements of this disc sales of friction and wear of small, simple transmission structure, the specimen clamping convenience. By the use of test specimens for the cylindrical pin, this specimen low price, simple processing, experimental use of specimens f

3、or the disc, processing costs low, simple, easy measurement of the tribological properties of different materials, which is selling disc friction The most important feature of wear. Keywords：friction；wears；testing machine 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200938759 引 言 PAGEREF _Toc200938759 h 4 HY

4、PERLINK l _Toc200938760 第一章 試驗機設(shè)計和選擇原則 PAGEREF _Toc200938760 h 6 HYPERLINK l _Toc200938761 1.1 確定摩擦磨損類型 PAGEREF _Toc200938761 h 6 HYPERLINK l _Toc200938762 1.2 摩擦磨損試件的接觸條件和運動形式要與現(xiàn)實零件工作狀況相同 PAGEREF _Toc200938762 h 8 HYPERLINK l _Toc200938763 1.3 試驗設(shè)備必須有足夠的機械穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)試件的能力 PAGEREF _Toc200938763 h 12 HYPE

5、RLINK l _Toc200938764 1.4 摩擦磨損機應(yīng)調(diào)整方便，試驗結(jié)果的分度小，重復性好，試驗精度高 PAGEREF _Toc200938764 h 13 HYPERLINK l _Toc200938765 1.5 試驗方法 PAGEREF _Toc200938765 h 13 HYPERLINK l _Toc200938766 第二章 實驗條件及試驗參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc200938766 h 15 HYPERLINK l _Toc200938767 2.1 試驗條件的確定原則 PAGEREF _Toc200938767 h 15 HYPERLINK l _Toc2

6、00938768 2.2 試驗條件因素 PAGEREF _Toc200938768 h 15 HYPERLINK l _Toc200938769 2.3 試驗時間參數(shù) PAGEREF _Toc200938769 h 16 HYPERLINK l _Toc200938770 2.4 摩擦溫度參數(shù) PAGEREF _Toc200938770 h 16 HYPERLINK l _Toc200938771 2.5 摩擦參數(shù)的測量 PAGEREF _Toc200938771 h 16 HYPERLINK l _Toc200938772 2.6 磨損量的測量 PAGEREF _Toc200938772 h

7、 17 HYPERLINK l _Toc200938773 2.7 載荷和速度 PAGEREF _Toc200938773 h 17 HYPERLINK l _Toc200938774 2.8 控制試件摩擦表面所處的狀態(tài) PAGEREF _Toc200938774 h 17 HYPERLINK l _Toc200938775 2.9 試驗次數(shù) PAGEREF _Toc200938775 h 17 HYPERLINK l _Toc200938776 2.10 摩擦磨損機工作條件 PAGEREF _Toc200938776 h 17 HYPERLINK l _Toc200938777 2.11 試

8、驗材料 PAGEREF _Toc200938777 h 18 HYPERLINK l _Toc200938778 第三章 試驗機機構(gòu)的工作原理及簡圖 PAGEREF _Toc200938778 h 19 HYPERLINK l _Toc200938779 3.1 摩擦機的工作原理 PAGEREF _Toc200938779 h 19 HYPERLINK l _Toc200938780 3.2 摩擦機的標定 PAGEREF _Toc200938780 h 19 HYPERLINK l _Toc200938781 第四章 試驗機的傳動設(shè)計 PAGEREF _Toc200938781 h 22 HY

9、PERLINK l _Toc200938782 4.1 電動機的選擇 PAGEREF _Toc200938782 h 22 HYPERLINK l _Toc200938783 4.2 V帶的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc200938783 h 22 HYPERLINK l _Toc200938784 4.3 軸的計算 PAGEREF _Toc200938784 h 24 HYPERLINK l _Toc200938785 第五章 試驗機主要零部件的設(shè)計 PAGEREF _Toc200938785 h 26 HYPERLINK l _Toc200938786 5.1摩擦盤的設(shè)計 PAGERE

10、F _Toc200938786 h 26 HYPERLINK l _Toc200938787 5.2 銷的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc200938787 h 26 HYPERLINK l _Toc200938788 5.3杠桿的設(shè)計 PAGEREF _Toc200938788 h 28 HYPERLINK l _Toc200938789 第六章 砝碼裝置的設(shè)計 PAGEREF _Toc200938789 h 29 HYPERLINK l _Toc200938790 第七章 軸承及傳感器的選擇 PAGEREF _Toc200938790 h 31 HYPERLINK l _Toc20093

11、8791 結(jié) 論 PAGEREF _Toc200938791 h 32 HYPERLINK l _Toc200938792 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc200938792 h 33 HYPERLINK l _Toc200938793 謝 辭 PAGEREF _Toc200938793 h 34需要全套圖紙資料聯(lián)系，QQ：1047713170引 言摩擦 、 磨損與潤滑是一種普遍地存在于生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)象，對人類的物質(zhì)生產(chǎn)和生活有極其深遠的影響。人類運用摩擦、磨損、潤滑方面知識的記載，可以追溯到公元前3000多年。然而發(fā)展成為Tribology,還是1966年的事。中譯Tribolog

12、y為“摩擦學”，在1980年冬才被正式確定。美國接受以Tribology代替Lubrication的地位，始于1984年，而日本則更晚1。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對機械設(shè)備可靠性的要求也越來越高，因而設(shè)備的摩擦、磨損、潤滑狀況也引起了越來越多的重視。實踐證明，導致機器失效的主要原因，不是機器零件的損壞，而是活動構(gòu)件或者聯(lián)結(jié)件在摩擦力的作用下產(chǎn)生的磨損.工程人員在設(shè)計機械時，必然會對重要的零件進行強度計算，然而，幾乎很少對任何活動構(gòu)件或者聯(lián)結(jié)件進行必要的摩擦學設(shè)計。據(jù)估計，全世界大約有1/3-1/2的能源以各種形式消耗。在摩擦上，而摩擦導致的磨損是機械設(shè)備失效的最主要原因，大約有8

13、0%的損壞零件是由于各種形式的磨損引起的2。但是在很長一段時間內(nèi)，研究摩擦、磨損、潤滑的現(xiàn)象往往只是從各個側(cè)面孤立地進行的，經(jīng)驗和數(shù)據(jù)幾乎是分散在機械學的所有分支中，研究者們都是從力學角度來解釋摩擦過程。只是近些年來，由于科學和技術(shù)的發(fā)展才形成一門獨立的科學摩擦學。實踐表明，接觸表面相對運動就產(chǎn)生摩擦，運動表面在摩擦過程中將發(fā)生一系列的物理，化學及力學等方面的變化。因而摩擦學是涉及數(shù)學、力學、物理學、化學、冶金學、機械工程以及材料學、石油化工等多種學科領(lǐng)域 的一門綜合性的邊緣學科。正如國際摩擦學學會主席喬斯特教授指出：“忽視這門科學的主要原因之一是這門學科是一門邊緣學科，另外是各行各業(yè)的人們僅

14、從他們自己從事工作的那個側(cè)面去理解問題。例如從狹義上去理解潤滑二字，認為不過是給機器加點油，看不到它在機械工程中的普遍性、重要性和復雜性，從而妨礙了許多人去充分理解這門學科的經(jīng)濟意義和技術(shù)意義，也妨礙了在更廣泛的范圍和各種現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系中去深入進行研究?！闭_認識摩擦學并對其進行深入的研究2。摩擦現(xiàn)象在自然界中是普遍存在的，這一自然現(xiàn)象的結(jié)果使摩擦表面的物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移，即發(fā)生磨損。過度磨損會使機器喪失應(yīng)有的精度，產(chǎn)生振動和噪聲，縮短使用壽命。如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備的維修次數(shù)和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。摩擦磨損實驗是摩擦學的重要內(nèi)容。為此，我們研究在銷盤摩擦磨損試驗機

15、的工作原理，確定各種因素對摩擦磨損的影響以及評價各種材料的機理特性。銷盤摩擦磨損試驗機的設(shè)計目的就是考查實際工作條件下，他們的特征與變化，揭示各種因素對試件材料的摩擦磨損性能的影響，從而來確定符合使用條件的最優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。銷盤試驗機是世界上使用最多、最普遍的一種摩擦磨損實驗方法，且具有簡捷、精確的特點。通過對試驗機的設(shè)計，了解其工作原理及工作條件。從而，使之在機械及航空等領(lǐng)域中，得到廣泛、充分的應(yīng)用2。摩擦磨損試驗在摩擦學的研究中是很重要的,了解摩擦磨損過程中摩擦系數(shù)變化特征對于分析和評價摩擦磨損特性很有意義,因此，出于對無潤滑條件下材料摩擦磨損特性研究的需要,開發(fā)了一臺銷盤摩擦磨損機,并就其

16、測試系統(tǒng)做出論述。第一章 試驗機設(shè)計和選擇原則1.1 確定摩擦磨損類型這是設(shè)計和選擇試驗機的主要根據(jù)之一。作為銷盤摩擦磨損機的設(shè)計，我們針對的是固體的研究，固體中主要的材料為金屬，因此了解和研究摩擦表面的接觸原理是非常重要的，例如計算摩擦力時要知道實際的接觸面積的大小，還要考慮到接觸的性質(zhì)。首先我們來說明摩擦的分類。（1）按摩擦副表面的潤滑狀況分：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。（2）按摩擦副的運動形式分：滑動摩擦、滾動摩擦。（3）按摩擦副的材質(zhì)分：金屬材料的摩擦、非金屬材料的摩擦。（4）按摩擦副的工況條件分：一般工況下的摩擦、特殊工況下的摩擦。還有兩個固體摩擦時相互接觸作用的一些特點：第一.摩擦

17、副中承載材料的體積是變化的，它隨壓力大小、兩個摩擦體的粗糙度和摩擦面上的生成膜而改變；第二.兩固體的真實接觸點是離散的，材料的微體積發(fā)生變形，嚴格來說，經(jīng)典的變形體力學中所常用的關(guān)于物體均質(zhì)而各向同性的假設(shè)對這種情況是不使用的；第三.與強度（物體不發(fā)生破壞的條件）計算不同，磨損計算實質(zhì)上就是評定物體破壞程度的特性；第四.摩擦材料的性能往往與原材料的性能顯著不同，前者在摩擦過程中 不斷改變，因而材料的破壞條件也不斷改變1820?，F(xiàn)在我們來說明表面接觸時的相互作用：當兩個固體表面接觸時，其金屬固體表面的變化是很復雜的，由于表面凹凸不平。隨著壓力的增大，其微凸表面的高度不一樣，則在每一時刻同一表面不

18、同高度的微凸體變形也不同。在接觸表面滑動時，開始時跑和過程，其接觸時大部分為塑性變形。而在穩(wěn)定磨損階段，主要是表面微凸體的彈性變形。表面相對運動時對表面的摩擦和磨損過程起著決定性作用?？梢哉J為，每一個實際接觸點的發(fā)展可分為三個階段：相互作用，變化，破裂。另外還有兩固體的接觸面積與接觸模型：接觸面積一般采用三種不同的接觸面積，a、（名義）幾何接觸面積，b、輪廓接觸面積，c、實際接觸面積。為了便于研究通常采用三種粗糙表面微凸體模型（即球形、圓柱形、圓錐形）。其中球形微凸體模型是比較廣泛采用的，它便于計算實際接觸面積，能較客觀地反映出摩擦各向同性，有利于從力學角度來考慮接觸的相互作用問題19。關(guān)于磨

19、損分類的見解頗不一至，大體上可概括為兩種：一種是根據(jù)磨損結(jié)果著重對磨損表面外觀的描述，如點蝕磨損、膠合磨損、擦傷磨損；另一種則是根據(jù)磨損 機理來分類，如粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、流體磨粒磨損、流體侵蝕磨損、機械化磨損、微動磨損等。（1）粘著磨損，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處發(fā)生“冷焊”后，在相對滑動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成了粘著磨損。這種被遷移的材料，有時候也會再附著到原先的表面上去，出現(xiàn)逆遷移，或脫離所粘附的表面而成為游離顆粒。嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。這種磨損是金屬摩擦之間最普遍的一種磨損形式。（2）磨粒磨損，外部進入摩擦面間的游離硬磨?；蛴驳妮喞寮庠?/p>

20、較軟材料表面上犁刨出很多溝紋時，被移去的材料，一部分流動到溝紋的兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的 游離顆粒，這樣的微切削過程就叫磨粒磨損。（3）疲勞磨損，疲勞磨損是指由于摩擦表面材料微體積在重復變形是疲勞破壞而引起的機械磨損。（4）流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損，流體磨粒磨損是指由流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒作用引起的機械磨損。流體侵蝕磨損是指由液流或氣流的沖蝕作用引起的機械磨損。（5）機械化學磨損，是指由機械作用及材料與環(huán)境的化學作用或電化學作用共同引起的磨損。以上摩擦磨損類型可導致機械和機構(gòu)的損壞，其百分比高達75%，因此，提高機器的耐磨性是延長其壽命的主要潛力。

21、在本次設(shè)計中，我們考慮接觸條件和各個方面的因素，上試件既可以采用圓形的，也可以采用圓柱型的，這樣大大方便了我們將來進行試驗時候試件的加工過程，節(jié)約了成本，提高實驗效率2 3。1.2 摩擦磨損試件的接觸條件和運動形式要與現(xiàn)實零件工作狀況相同第一，摩擦磨損試件的接觸條件和很多因素有關(guān)，如載荷、速度、溫度、表面光潔度、表面膜等五個因素對摩擦磨損的影響比較大。同一種摩擦副在不同的因素的影響下可能具有極不相同的摩擦系數(shù)。下面對摩擦系數(shù)的影響參數(shù)進行分析首先我們介紹一下庫侖定律，庫侖定律最先是由意大利科學家達芬奇在1508年提出，并且最后由阿蒙頓以及庫侖經(jīng)過實驗后確定的。由于當時的條件有限，庫侖定律的表達

22、式為F=N. 它不可能預計到其它許多因素對摩擦的影響，因爾我們稱庫侖定律為古典摩擦理論?，F(xiàn)在我們進行兩大部分的分析如下：一、靜摩擦系數(shù)F靜試驗表明，對固體靜摩擦系數(shù)有重要影響的是法向壓力和靜止接觸時間。1、法向壓力的影響，根據(jù)資料查如下圖，由圖1可以知道45鋼和銅在干摩擦狀態(tài)下的摩擦系數(shù)與壓力的關(guān)系由圖2可以知道45鋼和鑄鐵在干摩擦狀態(tài)下的摩擦系數(shù)與壓力的關(guān)系為了更好的說明問題，這里引用沙（SHAW）在真空條件下所測得的摩擦系數(shù)與壓力的關(guān)系和柯諾那（KOPONA）在各種不同的加工方法所得到的表面上測得的摩擦系數(shù)與壓力的關(guān)系（圖4）。上實驗表明靜摩擦系數(shù)隨著法向壓力的增加而下降。為什么會產(chǎn)生與庫

23、侖定律不一致的結(jié)果呢？ 其原因在于當法向壓力增大時，摩擦面的實際接觸面積增大之故。2、靜止接觸時間的影響實踐表明，在測量靜摩擦系數(shù)之前，物體靜止接觸時間越長，靜摩擦系數(shù)就越大。（圖5）為水工閘門上使用膠木滑道的摩擦系數(shù)隨靜止承壓時間變化的曲線。由圖可知，隨著靜止接觸時間的延長，摩擦系數(shù)f增大。表列出幾種材料的摩擦系數(shù)與靜止接觸延續(xù)時間的關(guān)系。其原因是在法向壓力所引起的高的應(yīng)力作用下，接觸的地方發(fā)生塑性變形，這種變形引起了實際接觸面積的增加（分子吸附力增強）和接觸物體表面的相互交錯接觸（機械變形阻力增大），因而引起了摩擦系數(shù)的增大。 二、動摩擦系數(shù)F動 1、壓力、滑動速度的影響動摩擦系數(shù)的情況要

24、比靜摩擦系數(shù)復雜，因為除壓力之外它還涉及到滑動速度，以及由于滑動速度而引進的其它一些參數(shù)的影響。這些雖在庫侖式里未預到，但實際上是存在的，必須考慮。國外的學者對這個問題進行了大量的研究， 概括起來有以下幾種觀點。（1）波列（POIREE）等人認為摩擦系數(shù)隨著滑動速度的增加而減少如圖（6）（2）多勃洛沃里斯里等人認為摩擦系數(shù)將隨著滑動速度增加而增大。（如圖7）（3）克那蓋里斯基等人認為摩擦系數(shù)隨著滑動速度增加將出現(xiàn)一個最大值，并且低、中、高三種載荷下摩擦系數(shù)隨滑動速度增大都通過最大值，而且載荷越大最大值越向縱坐標方向靠近。如圖8。以上三個觀點都有他們自己的摩擦系數(shù)的近似計算式。但是上?？萍汲霭嫔?/p>

25、出版的摩擦學基礎(chǔ)里通過實驗得出的摩擦磨損的對壓力、滑動速度與摩擦系數(shù)這三者之間的結(jié)論如下圖。從圖9和圖10看到，盡管摩擦副配對材料不同，一為45鋼-青銅，另一個為45鋼-鑄鐵，但摩擦系數(shù)都是隨著法向壓力的增加而減少。并且在相同的情況下，45鋼-蠕墨鑄鐵的摩擦系數(shù)低于45鋼-青銅摩擦副。 從圖11和圖12可以看出，在相同速度下，施以 不同載荷時的摩擦系數(shù)變化的情況。因此我們認為滑動速度、法向壓力、摩擦系數(shù)這三者之間的關(guān)系為：a、摩擦系數(shù)隨滑動速度的改變而改變；b、摩擦系數(shù)隨滑動速度的關(guān)系還受壓力的影響；c、摩擦系數(shù)隨滑動速度、法向壓力變化的形式是不固定的，可能增加也可能減少，也可能是通過一個或兩

26、個最大值 。（4）溫度的影響，溫度是影響摩擦過程的一個重要參數(shù)。當摩擦副相互滑動時，溫度的變化使表面材料的性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響摩擦系數(shù)，并隨摩擦副工作條件的不同而變化。我們知道，兩個運動物體表面之間所產(chǎn)生的摩擦能量損失，主要是以熱的形式表現(xiàn)出來，實際接觸處在很短的時間內(nèi)就能產(chǎn)生相當高的溫度，并且很快由表層向內(nèi)層散播。溫度場的分布情況與接觸物體表面幾何形狀，摩擦副材料的熱物理性能，結(jié)構(gòu)尺寸，工況條件以及散熱條件等有關(guān)。為了描述摩擦時溫升或摩擦熱對摩擦性能的影響，常采用閃點溫度、表面平均溫度、體積平均溫度、溫度梯度、熱量分布系數(shù)等參數(shù)來進行研究。摩擦時的溫度可以通過 直接測量（接觸電阻，電容法，

27、熱電偶等），模擬或經(jīng)驗計算以及分析材料與周圍介質(zhì)，潤滑劑的化學反應(yīng)產(chǎn)物或材料表層的金相結(jié)構(gòu)變化等間接方法來定量或定性評定。（5）材質(zhì)的影響，金屬摩擦副的摩擦系數(shù)，隨配對材料性質(zhì)的不同而不同。（6）表面光潔度的影響，經(jīng)過實驗表明，在塑性接觸情況下，由于表面光潔度對實際面積的影響不大，故對摩擦系數(shù)影響也不大。但是對于彈性或彈塑性接觸的干摩擦情況，表面光潔度越高，實際接觸面積也愈大，以及由于表面分子吸引力有效地放生作用，使得摩擦系數(shù)增大。對于混合摩擦，光潔度愈高，潤滑劑所覆蓋的面積就愈大，摩擦系數(shù)就相對地變小。而動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)隨表面光潔度的變化規(guī)律是不一樣的。動摩擦系數(shù)隨表面粗糙度減少而通過

28、一個最小值，并且滑動速度越大最小值越接近縱坐標的起點?？梢哉J為，表面粗糙，則機械變形起作用，使得摩擦系數(shù)增大；反之，表面光滑，則分子吸引起作用，也使摩擦系數(shù)變大，所以有一個摩擦系數(shù)值最小的表面光潔度12。（7）本設(shè)計對銷盤摩擦磨損機的設(shè)計采用的磨損試件其中的工作條件在實際情況中工作零件可能出現(xiàn)的運動形式有滑動、沖擊等。第二，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、面接觸。不同的接觸形式對摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響，本設(shè)計重點為面接觸.滑動摩擦。1.3 試驗設(shè)備必須有足夠的機械穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)試件的能力在摩擦磨損機上出現(xiàn)的情況直接影響試驗設(shè)備的

29、穩(wěn)定性，其中主要由以下幾個因素：第一，外界機械作用是確定磨損過程的重要因素。它包括三個方面，即：1、摩擦類型（滑動，滾動等）；2、摩擦表面相對移動速度3、摩擦時載荷的大小和特性。第二，摩擦副材質(zhì)的影響。研究磨損形式與材料的變化規(guī)律是消除某些嚴重磨損，獲得最大耐磨性的依據(jù)；是研究新的耐磨、減磨合金，新的加工方法和表面強化的理論基礎(chǔ)，也是材料選用的根據(jù)。摩擦和磨損時與之有關(guān)的金屬性能包括：（1）金屬與氧的化學親和力程度和金屬化合物與氧的氧化能力；（2）在常溫和高溫時金屬的抗粘著能力；（3）金屬的機械性能（如屈服強度，硬度，沖擊韌性，塑性，疲勞強度等）；（4） 金屬的耐熱性；（5）金屬與潤滑劑相互作

30、用的能力。第三，環(huán)境介質(zhì)的影響，在機器零件中最廣泛存在的氧化磨損是與空氣介質(zhì)及其中的氧有聯(lián)系的。 不論是在干摩擦條件下，還是穩(wěn)定的邊界潤滑時氣體介質(zhì)的作用都是很大的。大多數(shù)機器零件的摩擦和磨損狀況都與液體介質(zhì)潤滑劑有關(guān)。在某些特定摩擦條件下還應(yīng)有固體潤滑材料，如石墨，二氧化鉬 等等。此外許多機器零件出現(xiàn)磨料磨損則是與摩擦區(qū)域存在著硬的磨料介質(zhì)有關(guān)。第四，測量傳感器也受各個方面的影響，致使測量的數(shù)據(jù)會偏離實際的數(shù)據(jù)結(jié)果。以上四個因素是影響試驗機械設(shè)備穩(wěn)定性的主要因素。本次設(shè)計要充分考慮到這四點因素對其的影響。其次測量摩擦系數(shù)時，由于機構(gòu)內(nèi)的摩擦，常常導致數(shù)值不穩(wěn)定11 13。試件的調(diào)節(jié)能力，對實

31、驗參數(shù)的選擇很重要。本設(shè)計采用朗斯測試技術(shù)有限公司的LC0501型壓力傳感器。其特點是：（1）自生電荷、結(jié)構(gòu)簡單、堅固，安裝方便；（2）尺寸小、重量輕（最輕僅為0.2克）、壽命長；（3）頻率響應(yīng)范圍寬（可高達100kHz）、量程范圍大；（4）穩(wěn)定性好，耐高溫可達700。1.4 摩擦磨損機應(yīng)調(diào)整方便，試驗結(jié)果的分度小，重復性好，試驗精度高用試驗機作試驗時。為了節(jié)省時間，提高工作效率，我們要求試驗機在一些方面的調(diào)整要方便，如試件的更換，位置的移動等。提高試驗精度就必須考慮其工作環(huán)境，溫度等的影響，材料的穩(wěn)定性，耐腐蝕性等，還和傳感器的靈敏度有很大的關(guān)系。1.5 試驗方法試驗類型決定后，就要決定試驗

32、方法。常用的試驗方法有：對比試驗法在相同條件下進行試驗，即是將幾種試樣或者將要試驗的試樣與已知標準式樣進行對比試驗，以比較其摩擦磨損性能，從而選擇或確定具有較好的摩擦，磨損性能的材料和結(jié)構(gòu)。標準試驗法目前正在努力制定各種材料的標準化摩擦磨損試驗方法，用統(tǒng)一的標準化試驗方法測量和研究出各種材料的摩擦磨損性能指標，以便對各種材料在不同工況條件下的摩擦磨損性能進行比較和選擇。使用范圍試驗法將試樣在廣泛條件下進行試驗，以便求得它的最大使用范圍 或最高使用條件，如壓力、速度、溫度和壽命等條件。試驗時常以摩擦磨損性能的突變點來表示。此方法多為研究新的耐磨、減磨和摩阻材料及新的耐磨表面處理工藝所采用。（4）

33、使用性能試驗法按照實際使用情況進行試驗，以便得到實際情況的摩擦磨損性能指標。我們主要采用的是第二種方法，來測量標準化材料的摩擦和磨損程度。摩擦磨損機的種類很多，目前還沒有標準化。模擬性的試驗應(yīng)根據(jù)實驗的目的和要求來設(shè)計和選擇，一般性的銷盤摩擦磨損機已傾向標準化，但看法還不完全一致，一般必須遵守基本原則。第二章 實驗條件及試驗參數(shù)的選擇2.1 試驗條件的確定原則試驗條件的確定原則就是要模擬出零件實際使用條件，具體要求是：（1）模擬出機器零件的實際使用條件下的摩擦、磨損和潤滑基本狀態(tài)。（2）模擬出機器零件的實際使用條件和破壞形態(tài)一致性。2.2 試驗條件因素試驗時，要注意下面試驗條件的因素： 1.

34、試樣的表面性質(zhì)：包括材料種類（化學成分及組織）、機械性能和表面光潔度，它們明顯地影響磨損。2. 試樣的形狀和尺寸：它影響試樣的接觸形式和重迭系數(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有影響。3. 試樣中的固定件和運動件：試樣中的固定件與運動材料不同時，一般不宜倒裝裝配，特別是在干摩擦或固體潤滑的情況下。以上三點必須根據(jù)實際摩擦副結(jié)構(gòu)相應(yīng)地確定。4. 運動形式：試樣相對運動所形成的滑動、滾動或復合摩擦形式不同，對潤滑狀態(tài)或破壞特征都有影響。5. 速度：速度對磨損影響比較復雜，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)

35、。6. 溫度：溫度與速度一樣，對磨損影響同樣是比較復雜的。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)。7. 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。8. 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。9. 潤滑方式：不僅潤滑劑種類和數(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）對摩擦副都有直接的影響。10. 試驗時間：在一定的試驗條件下，要確定試驗時間時，應(yīng)注意不同材料在不同磨損階段發(fā)生的急劇改變，不能片面地強化試驗

36、條件，以求縮短試驗時間，否則有可能改變破壞狀態(tài)。2.3 試驗時間參數(shù)選定合適的試驗機后，試驗時間要認真選取。試驗時間一般應(yīng)取80分鐘到100分鐘為好，再摩擦過程中每隔10分鐘采集一次摩擦力和摩擦震動信號，再由其關(guān)系式先做出時間與磨損的關(guān)系曲線，作為正確確定試驗時間的根據(jù)。但是由于各種材料的不同，如塑料等，可根據(jù)具體的要求確定實驗時間。2.4 摩擦溫度參數(shù)測量溫度一般采用的是熱電偶測溫和遠紅外輻射測溫。遠紅外輻射測溫是利用物體輻射強度隨溫度變化的物理現(xiàn)象測量溫度。它是一種非接觸式測溫，因為它與摩擦表面不接觸，而且反應(yīng)速度快，靈敏度高，有利于測量運動件表面溫度，有利于測量摩擦副的表面溫升特性及摩擦

37、溫度的分布，不過，它只能應(yīng)用于摩擦副表面暴露的場合。2.5 摩擦參數(shù)的測量摩擦系數(shù)大小是表示摩擦材料特性的主要參數(shù)之一。 本設(shè)計主要是測量動摩擦系，動摩擦系數(shù)的測定用間接測量方法。根據(jù)動摩擦系數(shù)公式， 通過測出摩擦力F或摩擦力矩M和正壓力P，便可計算出動摩擦系數(shù)。常用的測量摩擦力或摩擦力矩的方法有機械法和電測法。1. 機械法：有杠桿法和彈簧法兩種。杠桿法就是用杠桿加砝碼來平衡摩擦過程所產(chǎn)生的摩擦力矩，根據(jù)杠桿原理來計算出摩擦力或摩擦力矩。彈簧法是用彈簧直接或間接地拉住摩擦副一方，然后根據(jù)彈簧的彈性變形力求出摩擦力。2. 電測法：把壓力傳感器附加在測力元件上， 將摩擦力或摩擦力矩轉(zhuǎn)換成電量，輸入

38、到測量和記錄儀上，自動記錄下摩擦過程中摩擦系數(shù)的變化。2.6 磨損量的測量磨損量是評定摩擦材料的耐磨性，控制產(chǎn)品質(zhì)量和研究摩擦磨損機理的一個重要指標。它可以用間接測量和直接測定方法來測定。間接測定法只能確定各個摩擦表面磨損量的總值，而不能確定磨損量在摩擦表面的分布情況和由于磨損造成的零件尺寸的變化。直接測定法是專門測定某一工作表面的磨損量的方法，它能測出摩擦表面尺寸的變化和磨損量在摩擦表面的分布情況。各類方法都有自己的特點，不能互相代替而只能相互補充。2.7 載荷和速度對于模擬性的試驗室試驗，載荷和速度要根據(jù)實際摩擦副情況而定。速度對溫度的影響比較大，在試驗實踐中，經(jīng)常采用比實際系統(tǒng)高的載荷和

39、速度進行“加速”試驗。顯然，這只有在對磨損過程沒有太大影響時才是實用的。相對于實際工作而定，這樣可能受到的實際影響比較小，試驗中的摩擦磨損可以忽略不計。2.8 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，試驗過程應(yīng)防止摩擦表面被異物污染，防止磨粒侵入，以及在裝卸試件時要保證再一次安裝的位置精度。2.9 試驗次數(shù)因為摩擦磨損試驗的離散性很大，多次重復一種試驗是必須的（至少要重復三次）。然后，對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出試驗結(jié)果。2.10 摩擦磨損機工作條件（1）在室溫1035的范圍內(nèi)；（2）相對濕度不大于30的環(huán)境中；（3）周圍無震動，無腐蝕性介質(zhì)和無強

40、電磁干擾的環(huán)境中；（4）電源電壓的波動范圍不超過額定電壓的10，頻率的波動不超過額定頻率的2%；（5）在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上正確安裝，水平度為0.5/1000。2.11 試驗材料被測物體的每一部分必須物質(zhì)均勻，出現(xiàn)試件表面和里面的不同將會影響結(jié)果，引起摩擦磨損無規(guī)律變化。因此，在試驗前，要使試件表面充分外顯，排除異物污染，保證試驗精度10 13。第三章 試驗機機構(gòu)的工作原理及簡圖3.1 摩擦機的工作原理本試驗機工作時上試樣（銷樣）固定，通過下試樣（盤樣）的相對運動進行材料的摩擦學試驗。工作時設(shè)定下試樣的轉(zhuǎn)速，通過摩擦半徑換算成線速度，加載通過銷樣座上添加砝碼來完成。試驗過程中將傳感器的輸出電壓換算出摩

41、擦因數(shù)（），材料的磨損率通過電子天平測量磨損質(zhì)量計算得出。試驗時，電動機在設(shè)定的速度下運轉(zhuǎn)，帶動下盤一起運轉(zhuǎn)，下盤中的盤樣隨其一起轉(zhuǎn)動，使其與上銷樣發(fā)生相對滑動，銷樣所受得的摩擦力傳到壓電傳感器上，測出電壓，換算成摩擦因數(shù)。3.2 摩擦機的標定 試樣與對摩擦盤之間的摩擦力對支撐杠桿產(chǎn)生一個力矩，使支撐杠桿產(chǎn)生一個力矩，是支撐杠桿壓在壓電傳感器上，受力簡圖如圖所示。銷盤式摩擦磨損試驗機受力簡圖壓電傳感器將力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，得到電壓。在軌道半徑為230mm下標定值的標定數(shù)據(jù)如下表所示。實際上軌道半徑改變時測力杠桿的短臂d不變，只有長臂長度改變了，而且長臂長度的改變量也就是軌道半徑的改變量，故

42、而可以將某一半徑時的電壓與摩擦力標定值作為標準，其余標定值可根據(jù)標準標定值計算得出，本實驗中取軌道半徑為230mm下的標定值作為標準標定。 N0 -測力傳感器上標定壓力值，NX 不同軌道半徑時傳感器所受壓力值，f-摩擦力值。 L0-測力杠桿長臂標定長度，Lx-不同軌道半徑的測力杠桿長臂長度Lx= L0+Lx， Lx=Rx=(Rx-試驗軌道半徑 R0 標定軌道半徑值)測力傳感器所受壓力值N與傳感器輸出電壓值U成正比，設(shè)N=tU ，同樣壓力值反應(yīng)的摩擦力值f與U也成正比，設(shè)f=Ku ,由杠桿原理： = (其中L0=230mm)最后所求的值為KX，由標定表計算出標定K0=0.043,計算KX.如下所

43、示：=代入K0和L0 的值。KX=0.043（1+） 即f=0.043(1+ 摩擦因數(shù)計算公式其中為載荷。第四章 試驗機的傳動設(shè)計4.1 電動機的選擇 本實驗載荷載荷平穩(wěn)，受力不大，且需要改變電動機速度。選用YCTL160-4A可調(diào)速電動機。其外形尺寸如圖：4.2 V帶的設(shè)計計算1 確定計算功率Pca 計算功率Pca 是根據(jù)傳遞的功率P,并考慮到載荷性質(zhì)和每天旋轉(zhuǎn)時間長短等因素的影響確定的。即Pca=KAP式中Pca-計算功率，單位KW;P-傳遞的額定功率（例如電動機的額定功率），單位KW;KA-工作情況系數(shù)。根據(jù)機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006

44、重印）151頁表8-6取KA=1所以Pca=1X2.2=2.2KW.2.選擇帶型 根據(jù)計算功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。?52頁圖8-8 選A型帶。3.確定帶輪的基準直徑和1）初選小帶輪的基準直徑，根據(jù)V帶截型，參考機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）表8-3及表8-7選取。取=80mm2)驗算帶速 由=5.23m/s25m/s,帶速合適。3）計算從動輪的基準直徑 =取=1，所以 =80mm。4.確定中心距a帶的基準直徑Ld 由式0.7（+得 出，初步確定 =300

45、mm根據(jù)機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。?54頁式（8-20）計算帶所需的基準長度。由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。?42頁表8-2選帶的基準長度Ld=900mm。按機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。┦剑?-21）計算實際中心距a , 5.驗算主動輪上的包角 由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。?-26）得，= 主動輪上的包角合適。6.計算V帶的根數(shù) 由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編

46、，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）式（8-22）知 由 查機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）148頁8-5a和8-5d得，查表8-8得表8-2得 式中：-考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)。 -考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù) -單根V帶的基本額定功率 -計入傳動比影響時，單根V帶額定功率的增量。 取z=3 根。7.計算預緊力 由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）155頁（8-23）知 =500查機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版

47、社，2001（2006重?。┍恚?-4）得q=0.10kg/m.故8.計算作用在軸上的壓軸力 由機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。┦剑?-24） 得 9皮帶輪的結(jié)構(gòu)4.3 軸的計算1 軸徑的估算 ，所以查機械設(shè)計/濮良貴，紀名剛主編，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重?。┍?5-3得=103,所以 考慮到鍵槽的影響，取mm 圓整為22mm。2.軸各段直徑及長度的確定軸的結(jié)構(gòu)簡圖段用于安裝皮帶輪 ，取長度為48mm； III段根據(jù)所選的軸承確定； V 段根據(jù)所選用的軸承確定； 段根據(jù)摩擦盤高度確定3.軸的校核由于軸承受扭矩較大

48、，幾乎不承受彎矩。所以按軸的扭轉(zhuǎn)強度校核。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為式中： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa; T 軸所受的扭矩，單位為Nmm； 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為； n 軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； P 軸傳遞的功率，單位為KW; d 計算截面處軸的直徑，單位為mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa.經(jīng)查表15-3 =45MPa.P=2.2=2.20.9=1.98kw.所以45MPa.所以所選軸合格。第五章 試驗機主要零部件的設(shè)計5.1摩擦盤的設(shè)計摩擦盤選用45號鋼，其簡圖如下:5.2 銷的設(shè)計計算1）首先確定最大摩擦力f和壓力。由所以f=444.9N.根據(jù)中國機械設(shè)計大典2.中國機械工程協(xié)會。中國設(shè)計

49、大典編委會。江西科學技術(shù)出版社。1352頁。取=0.3 所以N=1.5KN.初步估算銷的直徑為12mm,高40mm，材料為45號鋼。其簡圖如下：2）銷的校核最大壓力為N=1.5KN,摩擦力f=0.4KN ,簡化為壓桿。如圖所示：由材料力學第四版劉鴻文主編296頁公式9.5 Fcr為臨界壓力。式中（材料力學297頁）I=(材料力學83頁)。查機械工程手冊第四卷 機械設(shè)計（一）機械工業(yè)出版社第19-138頁。E=2.12所以Fcr= 1.5KN1063.3KN所以所選合格。此外銷所受最大摩擦力為444.9N，上端固定。所以根據(jù)材料力學143頁，按照懸臂梁校核。，所以,因為f=444.9N2.5KN

50、，所以 所設(shè)計銷合格。5.3杠桿的設(shè)計其簡圖如下：第六章 砝碼裝置的設(shè)計砝碼裝置由托盤底座、托盤架和托盤組成。其簡圖如下：托盤底座 托盤架托盤第七章 軸承及傳感器的選擇 由以上所設(shè)計得，軸承主要承受軸向力，所以選用向心軸承和推力軸承配合使用。傳感器選用朗斯測試技術(shù)有限公司的LC0501型壓力傳感器。其特點是：（1）自生電荷、結(jié)構(gòu)簡單、堅固，安裝方便；（2）尺寸小、重量輕（最輕僅為0.2克）、壽命長；（3）頻率響應(yīng)范圍寬（可高達100kHz）、量程范圍大；（4）穩(wěn)定性好，耐高溫可達700。結(jié) 論經(jīng)過兩個多月的時間，終于完成了對銷盤摩擦磨損試驗機的設(shè)計?；仡欉@兩個多月的研究工作也算是很艱辛的。我設(shè)

51、計的課題是銷盤摩擦磨損試驗機，對于我來說，銷盤摩擦磨損試驗機很陌生，我第一次接觸這種機器。因此，感覺不知道怎么做，我的指導老師任靖日副教授給予我很大的幫助。題目要求：通過設(shè)計銷盤摩擦磨損試驗機，了解摩擦磨損原理、摩擦副結(jié)構(gòu)特點以及運動關(guān)系。從而揭示銷盤摩擦磨損試驗機的工作原理和使用方法以及重要性。根據(jù)這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、摩擦磨損試驗機的資料，分析各種材料。第二階段：學習摩擦磨損原理及有關(guān)知識。我又重新學習了機械設(shè)計（西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編）中的第四章摩擦、磨損概述，翻閱了摩擦學原理、摩擦學導論等書籍。第三階段：考慮試驗機的功能、制造要求及實用性等。第四階段：設(shè)計原理圖，根據(jù)原理圖繪制零件圖和裝配圖?？傊梢詺w納為首先規(guī)劃試驗大致輪廓，分析銷盤式摩擦磨損試驗機的原理，根據(jù)銷盤摩擦磨損試驗機的工作原理，選擇銷盤摩擦磨損試驗機的結(jié)構(gòu)及各種零件結(jié)構(gòu)，分析實際工作原理并考慮材料的經(jīng)濟性和實用性等。經(jīng)過以上幾個階段的研究工作，終于完成了對銷盤式摩擦磨損試驗機的設(shè)計。 雖然完成了對銷盤摩擦磨損試驗機的設(shè)計，但是對于它的實際工作情況就不知曉了，它是否可以模擬實際工作條件，只有完成的制造出來才可以知道。因此只能是通過設(shè)計銷盤摩擦磨損試驗機，來了解摩擦磨損原理、摩擦副結(jié)構(gòu)特