【正文】 K＝ （ 5） 計(jì)算尺數(shù)比 ? 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ? = （ 6） 選擇齒寬系數(shù) d? 根據(jù)齒輪為軟齒輪在兩軸承間為對(duì)稱(chēng)布置。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 。為防止輕微振動(dòng) ,因而用彈性聯(lián)軸器與電機(jī)相連。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 。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。 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(xiàn)數(shù)； 令該螺紋為單線(xiàn)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(chēng)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(mǎn)足要求。 其作用在于微調(diào)試塊安裝位置，因此軸向的位移并不大。 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。 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。 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。 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。 (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)。 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)。 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。 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)。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(mǎn)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。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)。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)實(shí)驗(yàn) 特性分析 試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)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。 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。 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。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。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。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。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)。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。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(xiàn)。濟(jì)南 思達(dá)測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 MME2微機(jī)控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 就是一個(gè)例子 MME2微機(jī)控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) ： 圖 12 MME2微機(jī)控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 主要用途 本試驗(yàn)機(jī)可做各種金屬材料及非金屬材料（尼龍、塑料等）在滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、滾滑復(fù)合摩擦和間歇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)。該試驗(yàn)機(jī)在石油化工、機(jī)械、能源、冶金、航天等摩擦學(xué)研究的各專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的用途。 濟(jì)南竟成測(cè)試技術(shù)有限公司 生產(chǎn)的 MMW1 A 新型萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 圖 11 MMW1 A 新型萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 本試驗(yàn)機(jī) 可在一定的接觸壓力下，以滾動(dòng)、滑動(dòng)的摩擦形式，在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，用來(lái)評(píng)定潤(rùn)滑劑、金屬、塑料、涂層、橡膠、陶瓷等材料 的摩擦磨損性能。 摩擦 磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究現(xiàn)狀 摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì) 冶金、礦山、電力以及工程機(jī)械等行業(yè)的發(fā)展 有著至關(guān)重要的作用 ,隨著目前世界各國(guó)科技的飛速發(fā)展 ,各個(gè)行業(yè)在技術(shù)上的突飛猛進(jìn)摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)于各行業(yè)的重要性也越來(lái)越明顯 . 目前，世界只有美國(guó)、日本、瑞士等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家有摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，而濟(jì)南試金 集團(tuán)是國(guó)內(nèi)最早研制和生產(chǎn)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的廠家。 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。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。 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)。 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 ）。磨損是機(jī)械零部件 3種主要的失效形式之一，所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，大約有 80%的機(jī)械零件由于各種磨損導(dǎo)致失效。在汽車(chē)、發(fā)電、設(shè)備、冶金、鐵道、宇航、電子和農(nóng)機(jī)等各 方面的機(jī)械都大量存在著摩擦學(xué)的問(wèn)題。只有少數(shù)試驗(yàn)機(jī)是由專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)機(jī)廠或儀器制造公司制造和供應(yīng)的，而且這些試驗(yàn)機(jī)大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，這說(shuō)明了磨損問(wèn)題的復(fù)雜性和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室磨損試驗(yàn)研究的困難所在。 1910 年第一臺(tái)磨料磨損試驗(yàn)機(jī)即以問(wèn)世， 1975 年美國(guó)潤(rùn)滑工程師學(xué)會(huì)（ ALSE）編著的 “ 摩擦磨損裝置 ”一書(shū)中所公布的不同類(lèi)型的摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)也有上百種，但其中大部分都是常溫磨損試驗(yàn)機(jī) [1]。 隨著冶金、礦山、電力以及工程機(jī)械等行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)磨損危害的認(rèn)識(shí)有了相當(dāng)?shù)奶岣摺? 研究材料摩擦磨損行為一般需要借助摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)測(cè)量摩擦副的摩擦磨損特性等一系列參量。該實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，可以滿(mǎn)足在不同載荷、 不同速度 、 各種 摩擦材料等條件下進(jìn)行摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。 考慮其 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)中 環(huán)境 摩擦系數(shù)和摩擦力是影響摩擦的重要參數(shù)，以及根據(jù)現(xiàn)代磨損試驗(yàn)機(jī)存在的現(xiàn)狀，為了能更方便 簡(jiǎn)單 來(lái)測(cè)量實(shí)驗(yàn)材料的摩擦特性，我們擬定設(shè)計(jì)了 高溫 環(huán)塊式 摩擦 磨損試驗(yàn)機(jī)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目： 高溫環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) : 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí)： 110214 學(xué) 生： 周 瀟 學(xué) 號(hào)： 110210124 指導(dǎo)教師： 曹 蔚 2021 年 5 月 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 高溫環(huán)塊摩擦 磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 摘 要