【正文】 演示摩擦原理，不利于研究材料的磨損機理。 小型摩擦磨損試驗機功能部件示意圖大型的摩擦磨損試驗機廣泛采用液壓系統(tǒng)作為加載組件，該系統(tǒng)具有加載力大，加載效率高，加載較大試驗力時比較簡單易操作的優(yōu)點，但液壓系統(tǒng)比較復雜，尤其實現(xiàn)邊加載力邊旋轉測力時，結構更復雜，不容易設計制造，并且成本很高，所以不便于使用。為了彌補以上兩種加載力組件的不足，同時最好的滿足實驗室對教學試驗機的使用要求，我在設計加載組件時，聯(lián)想到普通的桿秤只需一個小秤砣就能測出上百千克重物的質量，因此將杠桿原理引入到磨損摩擦試驗機中，作為加載組件。這樣既能比砝碼加載方式提供更大的加載載荷，又沒有液壓組件的結構復雜，因此，這是一個非?？扇〉脑O計方案。為了更好的實現(xiàn)摩擦磨損兩種功能的測試，加載力初步定位300N，介于砝碼加載方案和液壓加載方案之間。 本章小結本章通過分析了幾種其他磨損摩擦試驗機的測試原理，與結構方式，找到其不足的地方與不適合自己設計要求的部分，然后想辦法改進，將其應用到自己的設計之中，創(chuàng)造性的完成了小型磨損試驗機功能部件的優(yōu)化設計。第5章 小型磨損試驗機傳動部件設計進行完小型試驗機主功能部件的設計，就是配套傳動部件與整機的設計了，在該部分設計中，需要考慮產品易用性與實用性。 主要參數(shù)設計衡量一個磨損摩擦試驗機的性能的主要有最大試驗力，試驗力準確度，摩擦力矩最大值，主軸轉速范圍四個參數(shù)。一般小型摩擦磨損試驗機的試驗力靠砝碼加載，最大試驗力30N，較大型的摩擦磨損試驗機采用液壓組件加載試驗力，試驗力范圍一般1 ~ 3kN，我們教學試驗主要用于演示摩擦磨損試驗原理，不用加載那么大的試驗力，但較小的試驗力又不利于測試材料的磨損性能，根據(jù)老師給定的測試范圍并考慮試驗機結構的簡潔，所以將加載的最大試驗力定為300N。對于試驗力的準確度初步按1%之內設計，具體準確度在設計制造完工之后進行測試標定，如果準確度超過3%，則要查找相關原因，進行改進。摩擦力矩的最大值經計算為3Nm，計算過程如下：根據(jù)參考文獻[1]， ~ ，但我們不常用，則在加載最大試驗力300N時，摩擦力 F= Pμ=300N=120N （）最大轉矩 T=FS=120N25mm=3 Nm （）為了設計制造方便，以及具有廣泛的主軸調速范圍，主軸調速不便采用變速器，最好采用變頻調速電機。現(xiàn)在的變頻調速電機不僅價格越來越便宜，而且調速精度也比較高，如果單件小批量生產，采用自主設計的變速器的價格甚至比采用高精度變頻調速電機的造價高很多，所以采用變頻調速電機進行調速。YVP系列變頻調速電機的恒轉矩調頻范圍為5 ~ 50 Hz，恒功率調頻范圍50 ~ 100 Hz，而該電機在50 Hz時的轉速為1480r/min，因此其速度變化范圍為148 ~ 2960 r/min，經一傳動比為3的帶輪傳動裝置減速后，其速度變化范圍為50 ~ 980 r/min在設計要求的范圍之內。 整體結構設計為了便于樣機的制造，試驗機機架采用直角鐵焊接而成，為了便于應用小型試驗機進行試驗，試驗機的高度設計為80cm左右，寬度30cm左右，長度60cm左右，試驗機大小基本和單人學生課桌相當，非常便于試驗操作人員操作試驗機。該處布置試驗機執(zhí)行部件該處布置傳動部件該處布置變頻調速電機 試驗機基本部件布置示意圖試驗機帶輪傳動裝置采用帶輪一級減速，然后通過軸帶動摩擦盤運轉。軸的安裝方式是立式的，并且承載300N左右的軸向力，因此采用角接觸球軸承。 軸承固定方式示意圖 本章小結本章首先確定了試驗機的基本參數(shù)，并根據(jù)基本參數(shù)初選了電動機。然后根據(jù)各部件尺寸以及布置方式，確定了試驗機的基本框架以及傳動軸的布置，為下一步的具體部件的設計計算與相關的實體設計提供了理論依據(jù)。第6章 試驗機零部件的設計與校核在確定了試驗機的基本參數(shù)后，本張主要進行相關零部件的設計校核，以保證試驗機設計完成后能夠完成應有的功能。 電動機的選型首先計算小型摩擦磨損試驗機傳遞的最大功率，試驗機傳遞的最大摩擦力F=120N轉盤所需的功率P=Fv=120Nπ50mm980r/min= （）電機所需的功率為P1=P/=247。= （）查參考文獻[1]。機座號極數(shù)安裝尺寸外形尺寸AA/2BCDEFGHKABACADHDL80412510050194068010165175150175290 YVP801型變頻調速電機安裝示意圖 YVP801型變頻調速電機安裝尺寸表 軸系零件的設計校核 軸的設計與校核（1）按扭轉強度初步估計軸的最小直徑 （）考慮鍵槽對軸強度的影響，取軸的直徑d=，正火硬度170217HBS。（2）作出軸的計算簡圖（）?，F(xiàn)求出軸上零件的載荷，把空間力分解成圓周力與徑向力，并把它們全部轉化在II軸上。分解水平、垂直力，校核II軸強度。（3）軸上載荷：跨距L=75mm ，可求齒輪所在剖面處的彎矩。 （） （）：d. 經計算MH=413 NmmMV=862Nmm合成彎矩 （） （）考慮彎矩和轉矩所產生的應力的循環(huán)特性不同而引入修正系數(shù)α。由參考文獻[6]，可知，α =。 （） （） 軸的計算簡圖(4)按彎扭合成應力校核軸的強度核算軸上受最大彎矩處剖面強度由參考文獻[6]式（） （）校核結果：[] ——軸的許用彎曲應力（MPa），已知轉軸和傳動軸[]=[]=75MPaeq []，所以合格。 軸承的選用與校核由參考文獻[3]，根據(jù)工作條件及載荷性質，二軸的支承選用單列角接觸球軸承7206B。對7206B軸承，其當量載荷為P=fp (XFr+YFa) （）X——徑向載荷系數(shù) Y——軸向載荷系數(shù)fp ——載荷系數(shù)由參考文獻[6] 取fp=按參考文獻[6]，由于載荷 Fa=0N， Fr==785N所以 X=1；Y=0， P=785=查參考文獻[3] ，基本額定動載荷軸承壽命 式中，為壽命指數(shù)，對球軸承。所以軸承壽命： 于設計壽命為8年，為70080h，即Lh`=70080h 。Lh Lh`所以合格。 鍵的選用與校核查參考文獻[3]，b=8mm ，h=7mm 鍵的長度一般按輪轂長度L=12mm。 鍵連接為靜連接，失效形式是鍵、軸與輪轂上鍵槽三者中最弱的地方。鍵一般用抗拉強度不低于600MPa的鋼料制造，選取45號鋼，由 [6]表16 ~ 1知，強度校核： 式中： T— 傳遞的扭矩（Nmm）， T=1557Nmm——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， L——鍵的工作長度，圓頭平鍵， l=Lb=4 D—— 軸的直徑，d=20mm所以 所以合格。 實體設計 下圖（）是用CAXA設計的試驗機三維圖的截圖，三維實體與裝配動畫在附帶的光盤中。 小型摩擦磨損試驗機三維實體圖截圖下圖（）是用CAXA設計的試驗機三維實體分解圖的截圖。 小型摩擦磨損試驗機三維實體圖截圖 通過三維實體不僅能夠非常直觀的看出小型摩擦磨損試驗機的工作狀況，而且在設計過程中很容易的發(fā)現(xiàn)設計過程中存在的不足。并且使用CAXA三維實體設計可以簡單的生成二維工程圖，是以后設計的方便工具。 本章小結本章根據(jù)上一章初步確定的參數(shù)，進行了電動機的選型與軸系零部件的校核，并且根據(jù)確定的零部件的數(shù)據(jù)，應用CAXA實體設計軟件，進行了實體設計，并且制作了三維實體裝配圖，以及小型摩擦磨損試驗機的工作動畫。結 論本文設計了一個結構簡單、體積小巧、實用廉價的摩擦磨損實驗機。該試驗機運轉平穩(wěn)、機械震動小，易于不同配副材料的更換和不同參數(shù)的調節(jié)。不僅能夠彌補學校教學實驗設備的不足，還具有商業(yè)化推廣價值。本次研制的摩擦磨損實驗機采用柱盤式結構，擯棄復雜的液壓件，創(chuàng)造性的采用杠桿進行加載，加載組件緊湊，加載穩(wěn)定，加載負荷居于砝碼加載和液壓加載所提供的負荷之間；直接采用扭轉彈簧進行測力，測力組件少，測量簡單直接，減少了中間環(huán)節(jié)誤差；并且整機各部件加工制作簡單，工作可靠，成本低廉。實驗所用上試件可以是方的或圓的柱體，機械加工非常方便；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性能測試。該機的摩擦盤轉速50~980 r/min；加載負荷0~300N； 試驗機的示數(shù)摩擦力范圍0~120N ，測力誤差3%之內；最大轉矩3Nm；上試件尺寸：方柱試件10mm5mm5mm；圓柱試件直徑5mm，長度10mm，兩頭加工錐底直徑2mm。并且為了在試驗時提高同學們的動手能力，設計的試驗機在實驗過程中，許多測試參數(shù)需要學生自己動手調整，對培養(yǎng)學生實際動手能力、鞏固所學專業(yè)知識、鍛煉學生分析問題和解決問題的能力起到了非常明顯的作用，同時為教師的科研工作提供了便利條件，對教學質量的提高起到了推動作用。參考文獻[1] 王紅梅，曲慶文等. 摩擦學設計的發(fā)展與探究[J].農機化研究，2002，2.[2] 王斌，蔡興旺. 一種摩擦磨損試驗機的設計[J]. 農機化研究，2003，4. 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