【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接觸摩擦等多種狀態(tài)下的耐磨性能試驗(yàn)，用于評(píng)定材料的摩擦機(jī)理和測(cè)定材料的摩擦系數(shù)。并可模擬各種材料在干摩擦、濕摩擦、磨料磨損等不同工況下摩擦磨損試驗(yàn)。該機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)力、摩擦力矩、摩擦系數(shù)、 試驗(yàn)時(shí)間等參數(shù)，并可記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中摩擦系數(shù) — 時(shí)間曲線。滾動(dòng)摩擦試驗(yàn)?zāi)苷{(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同的滑差率；該產(chǎn)品所做結(jié)果符合 GB/ 金屬磨損試驗(yàn)方法 — MM 型磨損試驗(yàn)； GB/T3960— 83 塑料滑動(dòng)摩擦系數(shù)試驗(yàn)方法。由于該機(jī)功能多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，使用方便，有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法建立在該機(jī)型上，且在國(guó)外使用較多，所以在國(guó)內(nèi)摩擦學(xué)研究領(lǐng)域也有非常廣泛的應(yīng)用。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 本課題的研究目的及意義 這些摩擦試驗(yàn)機(jī)多采用靜態(tài)選位法觀察摩擦試件，雖然簡(jiǎn)單易行，但不能獲得摩擦過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息，更不能對(duì)磨損（摩擦）過(guò)程進(jìn)行 動(dòng)態(tài)觀測(cè)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄；另外由于受到試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大多較低（一般不超過(guò) 10m/s ）。然而現(xiàn)代機(jī)械裝備中許多摩擦副的相對(duì)滑動(dòng)速度相當(dāng)高，如高速 列車(chē)運(yùn)行時(shí)的速度約為 300km/h，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤(pán)與剎車(chē)片之間摩擦速度為 60～70m/試驗(yàn)機(jī)。 摩擦磨損試驗(yàn)的目的是為了對(duì)摩擦磨損現(xiàn)象及其本質(zhì)進(jìn)行研究，正確地評(píng)價(jià)各種因素對(duì)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(yàn)研究的內(nèi)容非常廣泛，如探討摩擦、 磨損和潤(rùn)滑機(jī)理以及影響摩擦、磨損的諸因素，對(duì)新的耐磨、減磨及摩擦材料和潤(rùn)滑劑進(jìn)行評(píng)定等。由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復(fù)雜，摩擦磨損條件不同，試驗(yàn)方法和裝置種類(lèi)繁多，如何準(zhǔn)確地獲取摩擦磨損過(guò)程中的參數(shù)變化成為一個(gè)十分重要的研究課題。為了探索和驗(yàn)證機(jī)械工程中摩擦磨損問(wèn)題的機(jī)理以及有關(guān)影響因素，在摩擦學(xué)研究中開(kāi)展摩擦磨損測(cè)試技術(shù)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(yàn)機(jī)是進(jìn)行高溫高速摩擦磨損試驗(yàn)的有效設(shè)備，廣泛運(yùn)用于對(duì)各種高速刀具的高溫摩擦磨損性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，是高速切削和新型刀具材料研制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的必 備設(shè)備。該設(shè)備是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基礎(chǔ)設(shè)備，該設(shè)備可以擴(kuò)展該學(xué)科的研究領(lǐng)域和提高研究水平。 本章小結(jié) 本章介紹了 摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，論述了研究 摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)的意義與重要性。 由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復(fù)雜，摩擦磨損條件不同，試驗(yàn)方法和裝置種類(lèi)繁多，如何準(zhǔn)確地獲取摩擦磨損過(guò)程中的參數(shù)變化成為一個(gè)十分重要的研究課題。為了探索和驗(yàn)證機(jī)械工程中摩擦磨損問(wèn)題的機(jī)理以及有關(guān)影響因素，在摩擦學(xué)研究中開(kāi)展摩擦磨損測(cè)試技術(shù)和數(shù)據(jù)分析研究具有非常重要的作 用。 2 總體設(shè)計(jì)方案 5 2 總體設(shè)計(jì)方案 高溫環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析 高溫環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 結(jié) 構(gòu) 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括主傳動(dòng)系統(tǒng) 主傳動(dòng)系統(tǒng)：三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò) 聯(lián)軸器減速器 驅(qū)動(dòng)主軸，帶動(dòng) 摩擦環(huán)塊 旋轉(zhuǎn)；加載系統(tǒng)：采用 液壓缸實(shí)現(xiàn)持續(xù) 加載； 夾 持系統(tǒng)： 在油池設(shè)計(jì)凹槽使滑塊橫向固定于有池內(nèi)，因?yàn)樵噳K縱向有液壓加載以及與試環(huán)的接觸摩擦使其定位。摩擦環(huán)的固定， 摩擦 環(huán) 隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng) ，其左端頂在軸肩上右端通過(guò)套筒頂著軸承與軸承端蓋，摩擦環(huán)由軸肩實(shí)現(xiàn)與主軸的旋轉(zhuǎn)，其他各處均用螺紋連接實(shí)現(xiàn)其加載 ；進(jìn)給系統(tǒng)： 該摩擦 副形式為一環(huán)和塊，環(huán)裝于主軸前段可隨主軸以一定速度旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)軸由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)有減速器控制轉(zhuǎn)速。 試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn) 特性分析 試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)滿足在高溫高速及加載重壓的條件下工作，溫度的控制通過(guò)繞在試塊上的電阻絲實(shí)現(xiàn)對(duì)試塊的加熱，并通過(guò)紅外熱傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的溫度條件。速度通過(guò)電機(jī)以及減速器控制其主軸的轉(zhuǎn)速。壓力的控制通過(guò)液壓缸對(duì)油池底部施加縱向的的壓力并通過(guò)壓敏電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)摩擦接觸面的正壓力，還有橫向摩擦力傳感器測(cè)量摩擦力。 試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，又稱摩擦試驗(yàn)機(jī)，磨損試驗(yàn) 機(jī)。根據(jù)摩擦副可分為球盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，銷(xiāo)盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，盤(pán)盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，缸套活塞環(huán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，高頻摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，真空摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 即為環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) ， 該機(jī)械設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)及液壓技術(shù)的 試驗(yàn)設(shè)備。該試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要因素是使其在試驗(yàn)室環(huán)境中能夠 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的要求，即滿足溫控 范圍 工作的最高溫度 280 ℃；摩擦副：環(huán)塊接觸最大正壓力 300N，轉(zhuǎn)速 5001000rpm。 該試驗(yàn)設(shè)備主要有機(jī)械傳動(dòng)部分和液壓加載系統(tǒng)組成 。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 機(jī)械傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)特性分析 試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理圖如下： 1：箱體 2： 電機(jī) 3： 聯(lián)軸器 4： 減速器 5： 摩擦塊 6:摩擦環(huán) 7：軸 8：絲杠傳遞裝置 9：液壓缸 圖 21 試驗(yàn)機(jī)運(yùn)動(dòng)原理圖 摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有 三 個(gè)原動(dòng)件，即電機(jī)帶動(dòng) 主軸 和液壓缸 加載還有手輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠即電機(jī)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，減速器在光滑導(dǎo)軌上方便安裝時(shí)的微調(diào)。 本章小結(jié) 本章首先介紹了 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特性，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性提出試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)機(jī)運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行分析，最后 做出試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。 試驗(yàn)機(jī)初步設(shè)計(jì) 7 3 摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 初步設(shè)計(jì) 初選電機(jī) 初選電機(jī)功率 （ 1） 試環(huán)所需功率 wp 試環(huán)所需功率 WP 由工作阻力和摩擦系數(shù)計(jì)算確定。由任務(wù)書(shū)所給最大正壓力 :300N；轉(zhuǎn)速 :500～ 1000r/min；試環(huán)的最大直徑： ? 40mm。 故轉(zhuǎn)盤(pán)所需功率： 9550DDW nTP ? (31) ① 其中 DT 為電機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ① 》表 — 6，表 ： 常見(jiàn)材料摩擦副的動(dòng)摩擦系數(shù) ? 在 ~，由于本試驗(yàn)機(jī)是對(duì)普通材料進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，故取常用值 ? = 由古典摩擦公式： f = ? N 其中 N =300N (32) f = ? N = 300 =180 N 則加載于電機(jī)上的扭矩最大值為： fT = f R (33) = 180 = mN? ② 估算軸承阻尼對(duì)電機(jī)的扭矩的影響 由原理圖知，軸為水平安裝，故徑向載荷為其主要載荷，選角接觸系列軸承，有《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ④ 》表 ： 角接觸系列軸承的摩擦系數(shù) ? 在 ～ ，由軸承摩擦力矩近似計(jì)算公式 : 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 fM = 2Fdn ?? (34) 估算得 fM → 0 可忽略不計(jì)。 故電機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)矩 DT = fT + fM （ 35） = mN? 電機(jī)轉(zhuǎn)速 Dn 為 1000 r / min (2)電機(jī)的輸出功率 wP 則電機(jī)所需功率為： 9550DDW nTP ? = ?kw = kw 聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率取 。 (3)確定電機(jī)的額定功率 edP 則取電機(jī)額定功率 : kwkwPP eded??? ? (36) 選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)任務(wù)書(shū)給定的試環(huán)速為 500～ 1000r／ min， 因?yàn)殡姍C(jī)輸出軸添加有減速器，所以 選取轉(zhuǎn)速為 2840r／ min的調(diào)速電機(jī)。 選擇電機(jī)型號(hào) 根據(jù)電機(jī)類(lèi)型，結(jié)構(gòu)形式，功率和轉(zhuǎn)速，選取 Y90S2電動(dòng)機(jī)。 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)，有良好的起動(dòng)和運(yùn)行性能，性能指標(biāo)高、體積小、噪音低。 Y90S2 總長(zhǎng)度是 365mm 中心高是 90mm 軸伸尺寸 40mm 機(jī)座中心距 140mm 機(jī)座最大外距 180mm，機(jī)座前后中心距 100mm 機(jī)座 中心距到軸伸臺(tái)間距 50mm 軸徑 24mm 鍵口 8。 表 31 電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 輸出功率 (kw) 電壓 (v) 轉(zhuǎn)速(r/min) 電流 (A) 最大轉(zhuǎn)矩 重量（ kg） 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 Y90s2 380 2840 22 電機(jī)的安裝 根據(jù)系統(tǒng)原理圖，軸為水平安裝，為了安裝方便，結(jié)構(gòu)盡可能的緊湊，電機(jī)采用臥式安裝（如圖 31A），安裝尺寸見(jiàn)下表。 A B 圖 31 電機(jī)安裝類(lèi)型 表 32電機(jī)安裝尺寸 A是 IMB3型機(jī)座有底腳 ,端蓋上無(wú)凸緣 ,即臥式安裝。 B是 IMB14型機(jī)座有底腳 ,端蓋上無(wú)凸緣 ,軸伸在凸緣端 ,即小法蘭 立式安裝。 選取 Y90S2電動(dòng)機(jī)： 2極數(shù)：表示 2極 1鐵 心長(zhǎng)度代號(hào)：表示 1號(hào)鐵心 71機(jī)座號(hào)：表示中心高 71 毫米 Y80M24系列代號(hào)：?jiǎn)蜗嚯娙葸\(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī) 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算 工作臺(tái)重量 1W =30KG=300N， 工作臺(tái)最大行程 KL =40mm， 工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 u=，快速進(jìn)給速度 maxV =， 。 機(jī)座號(hào) 安裝尺寸（ mm) A B C D E F G H K P M N e S L J 71 112 90 5 φ 16 40 5 71 φ 10 44 85 70 1 M6 55 92 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 該絲杠螺母副主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)，來(lái)控制 電機(jī)減速器摩擦環(huán) 沿摩擦 環(huán) 的徑向位移。而沒(méi)有 很大的 力的傳遞，因此其傳遞的力可以忽略不計(jì)。 其作用在于微調(diào)試塊安裝位置，因此軸向的位移并不大。 下面對(duì)絲杠螺母副進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核可以不計(jì)。 螺母的軸向位移： 22l s px?????? (37) 式 中 ： φ 是螺桿轉(zhuǎn)角， rad； s 是導(dǎo)程， mm； p 是螺距， mm； x是螺紋線數(shù)； 令該螺紋為單線螺紋，則 x＝ 1； 由于絲杠帶動(dòng)摩擦 環(huán) 的移動(dòng)距離為 40 mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長(zhǎng)度 L＝ 50 mm； 設(shè)計(jì)使螺紋移動(dòng) l=40 mm 時(shí)，手輪轉(zhuǎn)動(dòng) 8 圈，即： 2 8 16? ? ?? ? ? rad (38) 由此可知 ： 5 1 5s px? ? ? ? mm 螺 紋中徑：2 []Fd p?? (39) 式 中： Ψ 是螺母形式參數(shù)，整體式螺母取 ~，分體式螺母取 ~；[P]是螺紋副許用壓強(qiáng)， N/mm2；可取 2,[ ] 9p? ??； 帶入數(shù)據(jù)，有 ：2 200 .8 0 .8 0 .8 4 329pFd p?? ? ?? mm 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，取 ： 2 2 0 2 .5 1 7 .5d ? ? ? mm ； 絲桿公稱直徑 d=20,小徑 ： = 螺母高度： 2 2 17 .5 35Hd?? ? ? ? mm 絲桿 旋 動(dòng) 圈數(shù)： 35 7 (1 0 1 2 )5Hn p? ? ? ? 基本牙型高度： 0 .5 0 .5 5 2 .5hp? ? ? ? mm 工作壓強(qiáng)：2110 0 . 0 1 0 4 [ ]3 . 1 4 2 . 5 1 7 . 5 7Fppd h n?? ? ? ?? ? ? 工作壓強(qiáng)滿足要求。 為了保證自鎖，螺紋升角 : ?? 039。0f 0 . 9a r c ta n a r c ta n 4 2 5 8c o s c o s 2 5? ?? 螺紋牙根部的寬度 ： 5 ? ? ? ? mm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案分析 可知 Y90S2 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 為 2840r/min。額定功率為 。又由 主運(yùn)動(dòng)摩擦環(huán)的 的轉(zhuǎn)速為 1000r/min,可知總傳動(dòng)比為 。 摩擦環(huán)最大摩擦力為 級(jí) 圓柱 齒輪 減速器 。為防止輕微振動(dòng) ,因而用彈性聯(lián)軸器與電機(jī)相連。 一 級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器的 特點(diǎn)及應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸 在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象 。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下： 傳動(dòng)比分配 總效率 總? 總? = 齒輪? 聯(lián)軸器?