【正文】 演示摩擦原理，不利于研究材料的磨損機(jī)理。 小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)功能部件示意圖大型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)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(yàn)力時比較簡單易操作的優(yōu)點(diǎn)，但液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜，尤其實(shí)現(xiàn)邊加載力邊旋轉(zhuǎn)測力時，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，不容易設(shè)計制造，并且成本很高，所以不便于使用。為了彌補(bǔ)以上兩種加載力組件的不足，同時最好的滿足實(shí)驗(yàn)室對教學(xué)試驗(yàn)機(jī)的使用要求，我在設(shè)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(zhì)量，因此將杠桿原理引入到磨損摩擦試驗(yàn)機(jī)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，這是一個非?？扇〉脑O(shè)計方案。為了更好的實(shí)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(jié)本章通過分析了幾種其他磨損摩擦試驗(yàn)機(jī)的測試原理，與結(jié)構(gòu)方式，找到其不足的地方與不適合自己設(shè)計要求的部分，然后想辦法改進(jìn)，將其應(yīng)用到自己的設(shè)計之中，創(chuàng)造性的完成了小型磨損試驗(yàn)機(jī)功能部件的優(yōu)化設(shè)計。第5章 小型磨損試驗(yàn)機(jī)傳動部件設(shè)計進(jìn)行完小型試驗(yàn)機(jī)主功能部件的設(shè)計，就是配套傳動部件與整機(jī)的設(shè)計了，在該部分設(shè)計中，需要考慮產(chǎn)品易用性與實(shí)用性。 主要參數(shù)設(shè)計衡量一個磨損摩擦試驗(yàn)機(jī)的性能的主要有最大試驗(yàn)力，試驗(yàn)力準(zhǔn)確度，摩擦力矩最大值，主軸轉(zhuǎn)速范圍四個參數(shù)。一般小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)力靠砝碼加載，最大試驗(yàn)力30N，較大型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)采用液壓組件加載試驗(yàn)力，試驗(yàn)力范圍一般1 ~ 3kN，我們教學(xué)試驗(yàn)主要用于演示摩擦磨損試驗(yàn)原理，不用加載那么大的試驗(yàn)力，但較小的試驗(yàn)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(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)的簡潔，所以將加載的最大試驗(yàn)力定為300N。對于試驗(yàn)力的準(zhǔn)確度初步按1%之內(nèi)設(shè)計，具體準(zhǔn)確度在設(shè)計制造完工之后進(jìn)行測試標(biāo)定，如果準(zhǔn)確度超過3%，則要查找相關(guān)原因，進(jìn)行改進(jìn)。摩擦力矩的最大值經(jīng)計算為3Nm，計算過程如下：根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]， ~ ，但我們不常用，則在加載最大試驗(yàn)力300N時，摩擦力 F= Pμ=300N=120N （）最大轉(zhuǎn)矩 T=FS=120N25mm=3 Nm （）為了設(shè)計制造方便，以及具有廣泛的主軸調(diào)速范圍，主軸調(diào)速不便采用變速器，最好采用變頻調(diào)速電機(jī)?，F(xiàn)在的變頻調(diào)速電機(jī)不僅價格越來越便宜，而且調(diào)速精度也比較高，如果單件小批量生產(chǎn)，采用自主設(shè)計的變速器的價格甚至比采用高精度變頻調(diào)速電機(jī)的造價高很多，所以采用變頻調(diào)速電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。YVP系列變頻調(diào)速電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻范圍為5 ~ 50 Hz，恒功率調(diào)頻范圍50 ~ 100 Hz，而該電機(jī)在50 Hz時的轉(zhuǎn)速為1480r/min，因此其速度變化范圍為148 ~ 2960 r/min，經(jīng)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(shè)計要求的范圍之內(nèi)。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計為了便于樣機(jī)的制造，試驗(yàn)機(jī)機(jī)架采用直角鐵焊接而成，為了便于應(yīng)用小型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)的高度設(shè)計為80cm左右，寬度30cm左右，長度60cm左右，試驗(yàn)機(jī)大小基本和單人學(xué)生課桌相當(dāng)，非常便于試驗(yàn)操作人員操作試驗(yàn)機(jī)。該處布置試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行部件該處布置傳動部件該處布置變頻調(diào)速電機(jī) 試驗(yàn)機(jī)基本部件布置示意圖試驗(yàn)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。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(jié)本章首先確定了試驗(yàn)機(jī)的基本參數(shù)，并根據(jù)基本參數(shù)初選了電動機(jī)。然后根據(jù)各部件尺寸以及布置方式，確定了試驗(yàn)機(jī)的基本框架以及傳動軸的布置，為下一步的具體部件的設(shè)計計算與相關(guān)的實(shí)體設(shè)計提供了理論依據(jù)。第6章 試驗(yàn)機(jī)零部件的設(shè)計與校核在確定了試驗(yàn)機(jī)的基本參數(shù)后，本張主要進(jìn)行相關(guān)零部件的設(shè)計校核，以保證試驗(yàn)機(jī)設(shè)計完成后能夠完成應(yīng)有的功能。 電動機(jī)的選型首先計算小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)傳遞的最大功率，試驗(yàn)機(jī)傳遞的最大摩擦力F=120N轉(zhuǎn)盤所需的功率P=Fv=120Nπ50mm980r/min= （）電機(jī)所需的功率為P1=P/=247。= （）查參考文獻(xiàn)[1]。機(jī)座號極數(shù)安裝尺寸外形尺寸AA/2BCDEFGHKABACADHDL80412510050194068010165175150175290 YVP801型變頻調(diào)速電機(jī)安裝示意圖 YVP801型變頻調(diào)速電機(jī)安裝尺寸表 軸系零件的設(shè)計校核 軸的設(shè)計與校核（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估計軸的最小直徑 （）考慮鍵槽對軸強(qiáng)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?nèi)哭D(zhuǎn)化在II軸上。分解水平、垂直力，校核II軸強(qiáng)度。（3）軸上載荷：跨距L=75mm ，可求齒輪所在剖面處的彎矩。 （） （）：d. 經(jīng)計算MH=413 NmmMV=862Nmm合成彎矩 （） （）考慮彎矩和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的應(yīng)力的循環(huán)特性不同而引入修正系數(shù)α。由參考文獻(xiàn)[6]，可知，α =。 （） （） 軸的計算簡圖(4)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度核算軸上受最大彎矩處剖面強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)[6]式（） （）校核結(jié)果：[] ——軸的許用彎曲應(yīng)力（MPa），已知轉(zhuǎn)軸和傳動軸[]=[]=75MPaeq []，所以合格。 軸承的選用與校核由參考文獻(xiàn)[3]，根據(jù)工作條件及載荷性質(zhì)，二軸的支承選用單列角接觸球軸承7206B。對7206B軸承，其當(dāng)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(xiàn)[6] 取fp=按參考文獻(xiàn)[6]，由于載荷 Fa=0N， Fr==785N所以 X=1；Y=0， P=785=查參考文獻(xiàn)[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(shè)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(xiàn)[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(qiáng)度不低于600MPa的鋼料制造，選取45號鋼，由 [6]表16 ~ 1知，強(qiáng)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(shí)體設(shè)計 下圖（）是用CAXA設(shè)計的試驗(yàn)機(jī)三維圖的截圖，三維實(shí)體與裝配動畫在附帶的光盤中。 小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)三維實(shí)體圖截圖下圖（）是用CAXA設(shè)計的試驗(yàn)機(jī)三維實(shí)體分解圖的截圖。 小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)三維實(shí)體圖截圖 通過三維實(shí)體不僅能夠非常直觀的看出小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的工作狀況，而且在設(shè)計過程中很容易的發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中存在的不足。并且使用CAXA三維實(shí)體設(shè)計可以簡單的生成二維工程圖，是以后設(shè)計的方便工具。 本章小結(jié)本章根據(jù)上一章初步確定的參數(shù)，進(jìn)行了電動機(jī)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(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計軟件，進(jìn)行了實(shí)體設(shè)計，并且制作了三維實(shí)體裝配圖，以及小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的工作動畫。結(jié) 論本文設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、實(shí)用廉價的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、機(jī)械震動小，易于不同配副材料的更換和不同參數(shù)的調(diào)節(jié)。不僅能夠彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)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(shí)驗(yàn)機(jī)采用柱盤式結(jié)構(gòu)，擯棄復(fù)雜的液壓件，創(chuàng)造性的采用杠桿進(jìn)行加載，加載組件緊湊，加載穩(wěn)定，加載負(fù)荷居于砝碼加載和液壓加載所提供的負(fù)荷之間；直接采用扭轉(zhuǎn)彈簧進(jìn)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(jī)各部件加工制作簡單，工作可靠，成本低廉。實(shí)驗(yàn)所用上試件可以是方的或圓的柱體，機(jī)械加工非常方便；實(shí)驗(yàn)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。該機(jī)的摩擦盤轉(zhuǎn)速50~980 r/min；加載負(fù)荷0~300N； 試驗(yàn)機(jī)的示數(shù)摩擦力范圍0~120N ，測力誤差3%之內(nèi)；最大轉(zhuǎn)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(yàn)時提高同學(xué)們的動手能力，設(shè)計的試驗(yàn)機(jī)在實(shí)驗(yàn)過程中，許多測試參數(shù)需要學(xué)生自己動手調(diào)整，對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(xué)質(zhì)量的提高起到了推動作用。參考文獻(xiàn)[1] 王紅梅，曲慶文等. 摩擦學(xué)設(shè)計的發(fā)展與探究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002，2.[2] 王斌，蔡興旺. 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