臥式端面摩擦磨損試驗機設計含6張CAD圖
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臥式端面摩擦磨損試驗機設計
摘 要
摩擦學是一科充滿實踐性與試驗性的學科，而要對摩擦磨損的認識與把握則必不可免的要對其進行相關的試驗，因此，科學研究人員以及科學所需，對于摩擦磨損的試驗在科研之路上必不可少，試驗機的誕生也成為必然。在工業(yè)生產以及實驗中，需要的是以高精度，高效率的試驗機，從而得到最為精確的數(shù)據，方便相關的計算以及研究；而對于在學生來說重在掌握摩擦原理，一次就需要簡易且能表達原理的試驗機，因此，本課題就最為簡易的試驗機略作簡單設計以及說明。
而本課題所研究的臥式端面摩擦磨損試驗機是對端面進行有效的、快捷方便的試驗，從而得出更加專業(yè)與精準的試驗數(shù)據的專業(yè)試驗設備。本文著重對臥式端面摩擦磨損試驗機對摩擦運動的實現(xiàn)，通過摩擦磨損原理、機械運動以及實用性等各方面做一合理的設計。
關鍵詞：摩擦；試驗機；摩擦力分析；性能
Abstract
Tribology is a subject full of practical and experimental, and the understanding and grasping of friction and wear must be unavoidable. Therefore, the scientific researchers and science need, the test of friction and wear is indispensable on the road of scientific research, and the birth of the test machine is also inevitable. In industrial production and experiments, a high precision, high efficiency test machine is needed to get the most accurate data, to facilitate the calculation and research, and for the students to master the principle of friction, a test machine that needs simple and able to express the principle at a time. Therefore, the subject is the most simple. The test machine is briefly designed and explained.
And the horizontal end face friction and wear test machine studied by this subject is an effective and convenient test on the end face, so as to get professional and accurate test data of the professional test equipment. This paper focuses on the realization of the friction motion of the horizontal end face friction and wear testing machine, and makes a reasonable design through the principle of friction and wear, the mechanical movement and the practicality.
Key words: friction, testing machine, friction analysis, performance
目 錄
引言 ··················································································1
第一章 緒論 ··········································································2
1.1摩擦磨損試驗機設計的目的和意義·········································2
1.2摩擦磨損試驗機的研究以及發(fā)展現(xiàn)狀······································2
1.2.1國內摩擦磨損試驗機的研究及發(fā)展現(xiàn)狀·································2
1.2.2 國外摩擦磨損試驗機的研制及發(fā)展現(xiàn)狀································3
1.3摩擦磨損試驗機的幾種類型·················································4
1.4臥式端面摩擦磨損試驗機的研究以及重要方法··························· 6
1.5臥式端面摩擦磨損試驗機設計的預期結果·································7
1.6摩擦磨損試驗機的發(fā)展趨勢·················································7
1.7本課題的研究條件要求·······················································8
第二章 設計方案······································································8
2.1臥式端面試驗機的基本系統(tǒng)·················································8
2.2實驗條件的影響······························································8
2.2.1試驗過程因素的影響······················································8
2.2.2載荷的影響································································9
2.2.3試驗負載加載的影響····················································10
2.3設計方案·····································································11
2.3.1試驗機的整體設計方案··················································11
2.3.2設計方案的制定··························································11
2.3.1方案的分析與選擇·······················································15
第三章 試驗機的主要參數(shù)設計計算···············································16
3.1設計基本參數(shù)要求·························································16
3.2傳動路徑····································································16
3.3電動機參數(shù)·································································16
3.4帶傳動相關參數(shù)計算······················································17
3.5主軸相關數(shù)據計算························································19
3.5.1主軸上鍵的強度校核···················································21
3.5.2軸承的校核······························································21
總結···················································································23
致謝···················································································24
參考文獻··············································································25
引 言
世間的物質都是相互運動的，摩擦自然也就伴就而生。在現(xiàn)實社會中，我們的生活環(huán)境中對于摩擦學的運用可謂數(shù)不勝數(shù)，走路、拿東西、車子的行走、火車與導軌等等，摩擦在于生活中可謂利弊共存。有摩擦必然就存在磨損，以及對于材料的選擇與能源的消耗，結構之間的潤滑等等，很多的生活現(xiàn)象都與摩擦學密不可分
摩擦學，涵蓋了材料學、工程學等多種學科，作為當今各個技術領域的不可或缺的知識面，摩擦學是一科充滿實踐性與試驗性的學科，而要對摩擦磨損的認識與把握則必不可免的要對其進行相關的試驗.我們需當掌握最基本的摩擦磨損原理以方便我們在學習與工作當中的熟練應用。摩擦學所涉及科目之廣泛，研究對象之復雜，應用領域之重要，致使我們需要非常注意摩擦學研究的發(fā)展以及相關試驗機的發(fā)展趨勢。我們需要摩擦磨損試驗機，主要是方便我們對摩擦磨損這一現(xiàn)象更為真切實際的了解與解讀，進而分析物質本身的因素以及外界環(huán)境的因素對摩擦性能的影響，進一步得出更為精準的數(shù)據，選擇合理的試驗報告，得出符合要求的最優(yōu)參數(shù)，從而提高生產的效率與質量。
在當今社會中，人們對于物質的探索已經到了想到前沿的位置，對于一些高溫、高速、濕地等極限條件以及各種各樣的特殊工況下的耐磨性和耐實用性能提出了更高的要求。因此，對材料進行的實驗要求更加嚴格，高精度、高效率、高品質的摩擦磨損試驗機如雨后春筍般的產生。
第一章 緒 論
1.1摩擦磨損試驗機設計的目的和意義
隨著人類社會的進步，精神文明與物質文明雙雙得到相應的進步，人類在科學技術領域的進步也會是以已發(fā)不可收拾的速度向前邁進著。在摩擦學方面，對于摩擦磨損的試驗測試也在發(fā)生著潛移默化的影響，就在當前世界的科學技術水平來看，實驗機的發(fā)展趨勢如下顯示：
（1）試驗機的傳動系統(tǒng)由機械傳動過度到電機系統(tǒng)：現(xiàn)如今的科技水平，高性能的電機系統(tǒng)已經在技術上取得巨大的進步，使用已經趨于成熟，在以前的試驗機系統(tǒng)當中，主要是以回轉式運動來試驗試驗的，有了這一高性能電機系統(tǒng)，就可以改變這單一的運動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)旋轉運動、往復運動、以及擺動運動和直線運動。使用高性能電機系統(tǒng)，在機械結構方面，最大程度的簡化了以往的復雜機械結構，減少了實驗機的摩擦磨損損失，使用壽命提高，可靠性得到更為嚴謹?shù)谋Ｕ稀?
（2）微機技術的成熟并應用于試驗機：微型智能型計算機相對來說，性能穩(wěn)定、操作簡單、且采集處理數(shù)據更為快捷有效，微機技術完全可以取代以前試驗機的二次儀表，通過微機來全程智能型的控制試驗機進行試驗，可以大大的提高試驗效率，避免人工操作出現(xiàn)的非穩(wěn)定性因素所造成的實驗誤差。
（3）試驗機的穩(wěn)定性以及試驗數(shù)據的精確性有待提高，為避免各種因素所造成的實驗誤差，我們雖然改進了試驗機的性能，但是，為了保證實驗數(shù)據的精確性以及穩(wěn)定性，我們必須多次重復試驗，以消除實驗誤差。
（4）測試方法：以往的人肉眼觀察，由于各種因素的影響，導致實驗結果并不是特別的精確，因此，在實驗機的研制上，我們在后來一直采用光電技術，利用各種設備進行對數(shù)據的采集處理。
1.2摩擦磨損試驗機的研究以及發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國內摩擦磨損試驗機的研究及發(fā)展現(xiàn)狀
在摩擦學的學習研究道路上，縱觀國內外自古至今的歷史，不難看出，在我悠久偉大的擁有博大文明的中國歷史上，最先出現(xiàn)的是鉆木取火，而它所運用的正是摩擦的最基本知識。隨后，在中國的歷史上，出現(xiàn)軸承、潤滑、能耗的多種直接與摩擦學相關聯(lián)的內容。所以，在摩擦學的道路上，國人走的路不可謂少，體現(xiàn)了我國人在探索的道路上所走的路之艱辛。
但是，雖然我國科學家及學者對摩擦學的研究投入了不少的精力物力與財力，可在勞動成果上來看，效果并沒有那么如意，只因我國的機械設備以及材料應用水平并沒有達到目前世界上最先進的水平。因為，我國在探索的道路上缺少了最強有力的工具：摩擦磨損試驗機。我們翻開歷史，發(fā)現(xiàn)我國對摩擦磨損試驗機的研究遠遠落后于國外最先進的水平。但是，我們還是有值得國人自豪的事情，那就是在一九六五年，我國的第一臺摩擦磨損試驗機在濟南實驗基礎基地誕生了，命名為：MQ-12型四球摩擦磨損試驗機。
我中國在摩擦磨損試驗機的研制、設計方面雖然遠遠落后于國外的先進水平，但是，憑借我國人勤奮好學的態(tài)度，我們目前與國外大型知名科研團隊合作，努力做出我們國人自己的產品，努力使自己的產品打造成世界一流的摩擦磨損試驗機，也讓那些國外的朋友們知道我國的強大。
就目前，我們從以下幾點分析我國內的摩擦磨損試驗機的研究現(xiàn)狀：
1.國內的一些小型工廠，他們也致力于研究試驗機的設計，但由于一些實際問題，他們缺乏最有力的科學技術與經濟的支持，所以主要依賴于一些小道，生產的大多數(shù)都是紡織品，自發(fā)研制的思維太少。
2.在上個世紀，我國的很多摩擦磨損試驗機的研制都是借助國外上世紀初的最舊產品，我們自己借助他們的所研發(fā)出來的摩擦磨損試驗機產品很多都是沒有自己的知識產權的，從實際效益上來看，這些過時的產品，它們的結構復雜且沒有實際效果，且面臨老化問題，從操作上來看，大多是采用手動操作，缺乏自動化設計，大大的降低了工作效率。
3.在國內市場上，我們往往看到的是回轉式的摩擦磨損試驗機，在商品化的道路上，主要售以回轉式的 ，往復式的摩擦磨損試驗機很少，沒有在市場上量產。
4.在數(shù)據處理方面，我國所研制的摩擦磨損試驗機所采用的試驗數(shù)據的處理都是最落后的，我們所使用的的采用方法多以肉眼觀察為主，所采用的波形多數(shù)是以示波器顯示屏實現(xiàn)的，以手繪為輔，所以往往容易出錯，且我們的工作人員的工作量也是很大。降低了生產效率。
1.2.2 國外摩擦磨損試驗機的研制及發(fā)展現(xiàn)狀
在國外的科研歷史上，摩擦磨損試驗機等的發(fā)展可謂迅步可及，在最近及年的發(fā)展上，迅速的提高了各種問題，他們所研發(fā)的試驗機在產品性能、實際應用等各個領域有了大幅度的普遍提升，而在產品設計種類上，也從以往的單形式向多樣化發(fā)展，做一下幾點論述：
1.摩擦磨損表面的溫度變化所采用的測量技術。摩擦磨損面的溫度是影響摩擦性和技術的最主要因素之一，摩擦磨損面的溫度場的布施與所接觸物體得表面形狀、摩擦副的材料，熱物理及物力性能、結構的相關尺寸、工況的條件和散熱條件等各種因素有所關聯(lián)，它具有微觀，瞬時，動態(tài)的各種特點，測量的技術以及相關的事宜非常困難，致使摩擦磨損表面的溫度的測量將一定會是一個很重要的需要我們掌控的必須方向。只為提高我們的技術要求。
2.摩擦磨損試驗機和計算機系統(tǒng)結合的越發(fā)緊密起來，為了使摩擦磨損試驗機的操作系統(tǒng)更加簡單方便，便于人們的使用，使研究設計的更加的功能化。就目前來看，現(xiàn)在在市場上所有的摩擦磨損試驗機都至少裝配一臺小型智能型計算機，因此，試驗機試驗件的采樣、所得數(shù)據的處理以及打印、試驗機的控制與操作、采樣所得的數(shù)據通過波形顯示屏由計算機完成，智能型計算機已經能完全取代機器上的示波器從而進行虛擬顯示模擬。在使用計算機的基礎上，試驗機的使用變得非常簡單，從而大大的提高了工作效率。
3.因為工作環(huán)境的影響，很多的試驗我們不能夠在正常情況下進行試驗，還有進行多種多樣的材料試驗，在國外的技術上，他們已經能夠實現(xiàn)對各種摩擦副的不同工況進行多樣化且逼真的模擬。
4.出除去美國、德國等工業(yè)大國外，在日本，他們的研究團隊已經可以使用激光技術、超聲技術應用于摩擦磨損試驗機的設計之上，主要針對于薄層的，特殊材料的摩擦副進行摩擦磨損試驗，且他們取得了巨大的成功。
5.上世紀末，德國科學家Gleiter通過多年的不懈努力，研制出了新型材料，且該材料的特性不能通過現(xiàn)有的試驗機進行對其試驗，因此他們在納米技術這一領域內，對于摩擦的試驗又有新的想法，畢竟，納米技術已經是目前世界上較為超前的技術水平，如若在納米技術與摩擦磨損試驗之中取得一定的成績，那將回事摩擦學在這一領域的有一大重要突破。
6.我們前文就說，在世界之中，摩擦現(xiàn)象隨處可見，可見，摩擦學與我們的生活息息相關，就我們人類本身而言，我們的肌肉、骨骼也隨時都在發(fā)生摩擦現(xiàn)象，因此，生物摩擦學，將會成為人類進步的一重要突破口，不論在疾病方面還是其他等方面，生物摩擦學是重中之重的，從而，探索生物摩擦學也將成為我們所及研究的重要課題，試驗機的這一發(fā)展方向又會成為摩擦學的尖端技術，其測量也會是一個重大難題，試驗機的研究也會是這一方面的重要目標。
1.3摩擦磨損試驗機的幾種類型
1.3.1 摩擦磨損試驗機原理
對于試驗機原理我們稍微先做一簡單了解，在后期的設計當中，我主要是以臥式端面摩擦磨損實驗機的原理做一詳細說明
a）盤銷式 b）銷筒式 c）往復運動式 d）MM型 e）砂紙磨損試驗 f）快速磨損試驗
圖1.1用的幾種磨損試驗機原理圖
每一種試驗機它們的工作環(huán)境以及要求都不盡相同，主要的是一些試驗機所針對的實驗環(huán)境不一樣，所以在試驗機的性能上，它們都不盡其然，各自有各自的優(yōu)劣所在。
1.3.2摩擦磨損試驗機的分類
對于在摩擦學領域進行試驗的相關研究時，根據對材料的基本性質或者材料的耐磨性和潤化性進行對本次試驗的基本評定，由于試驗的目的以及實驗的基本條件的差異性，在此基礎之上我們=把試驗機分為兩大類，即實際使用試驗機何實驗室試驗機。
以下對兩種試驗機做利弊分析：
一、 實際使用摩擦磨損試驗機
實際情況下的摩擦磨損試驗機，經過實際的檢驗與科學技術的再三測試，他的真實性與可信性的程度已經深入人心，他的實際使用效果是摩擦磨損試驗中檢驗試驗方案的最為有效準確的試驗機。但是，也有一定的缺點，諸如;
① 試驗機的試驗周期過長
② 試驗機的使用條件的不穩(wěn)定性，有很多的自然因素、人為因素、以及試驗機本身的偶然因素等影響試驗結果。
③ 由于摩擦磨損試驗機是高精密的機械儀器，因此，在設計制造的過程中花費了大量的人力物力以及財力。
④ 試驗機是使用的局限性，在一些特殊工況下它是不能夠準確的進行相關的摩擦磨損實驗的。
二、 實驗室使用的摩擦磨損試驗機
在實驗室里，試驗機又分為式樣試驗機和臺架試驗機
（1）試樣試驗機
這類試驗機所用的試驗方法就是，將所需測量的試驗材料處理成簡單的試驗式樣，放在常規(guī)摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損試驗，這種試驗機是進行材料摩擦磨損試驗的最為廣泛直接的使用方法。優(yōu)點：方便研究摩擦磨損的過程以及規(guī)律，可進行控制偶然因素，比較適用于各種因素所對試驗造成影響的摩擦磨損試驗進行研究。
① 一般性質的試驗機：不用特別在意特種零件的實際工作狀況，因此，沒有太強 的針對性進行特定的摩擦磨損試驗。式樣形狀便于操作簡單，主要應用于進行摩擦磨損試驗機理的研究。但是，這是一種理想化的試驗機，因此試驗測試結果與真實的實驗數(shù)據有較大的差異性。
②模擬性質的試驗機：它的設計與應用主要適應于某種特定零件的實際工作環(huán)境的實際工況，且其試驗的針對性很強。進行模擬摩擦磨損試驗有兩種方法：其一，根據試驗機的摩擦副的形狀以及其磨損形狀的類型，使其和實際情況下的摩擦磨損試驗完成重合，進行實驗對比；其二，根據摩擦磨損試驗機的摩擦副的摩擦條件，諸如：唯獨、速度、壓力、以及大氣濕度等環(huán)境因素的影響，使其和實際零件的工作環(huán)境一致，達到模擬的真實性。
（2）臺架試驗機
在實驗室里，有大量的零件組，實驗室研究人員利用手頭的真實零件組，利用整機的試驗設備進行摩擦磨損試驗。在實驗室里，這種試驗最為接近實際的試驗條件，許多的自然環(huán)境等因素可以通過人為的可調控性進行定量定性的控制，這樣可以在很大程度的排除一些不必要的偶然因素。雖然此種試驗機可以直接得到試驗結果，但是，這種試驗機不適用于研究摩擦磨損的最基礎的摩擦磨損機理；況且，次試驗機的試驗周期也很常長，研究費用也不低。
1.4臥式端面摩擦磨損試驗機的研究以及重要方法
本課題的的研究內容是臥式端面摩擦磨損試驗機的設計，形式為臥式，所測試的試件主要是以端面為主，設計其結構簡單、功能較為齊全的試驗機。
研究方法：通過查閱大量的文獻資料以及知網好喝一些專業(yè)知識庫，查詢摩擦磨損試驗機的工作原理，輔以本科所學最基礎的機械知識為引導，通過自己的導師尋求突破口，力求設計出一款簡單易行、經濟適用的簡易摩擦磨損試驗機。
1.5臥式端面摩擦磨損試驗機設計的預期結果
在目前的市場上，端面摩擦磨損試驗機的種類多種多樣，我們對于其性能的掌握也逐漸加深，在設計的過程當中，我們可以借鑒MM-200型摩擦磨損試驗機的設計原理，利用摩擦學最基本的知識理論，設計出一個結構簡單易懂、便于加工設計、實用性較強的臥式端面摩擦磨損試驗機，本試驗機除了滿足學校試驗需求外，應該理應具有市場營銷價值，能在市場上市，且為社會帶來一定的實際價值。
在設計過程當中，我們理應遵循機械設計手冊準則，實際使用效益，等多種因素綜合考慮。
1.6摩擦磨損試驗機的發(fā)展趨勢
1.7本課題的研究條件要求
我所設計的臥式摩擦磨損試驗機，對于其數(shù)據采集部分不做太多的說明，主要是實現(xiàn)實驗機的試驗件的運動，也就是說，本課題主要是實現(xiàn)試驗機的運轉部分，對于臥式摩擦磨損試驗機的性能要求做一下說明：
（1） 主軸：要求無極調速，轉速范圍：0～3000r/min；
（2） 溫度要求：最高可達1000℃；
（3） 加載要求：采用彈簧加載；
（4） 試件直徑的大?。簩τ诙嗣鎭碚f，試件直徑要求在80mm以內。
首先確定合理的設計方案，進行準確的數(shù)據計算得出零件的合理尺寸，進行裝配圖、零件圖以及運動簡體的繪制。選擇合適的材料進行對零件的加工，請指導老師還有工程實訓的老師對其進行安全評估，制造所有零件，最后裝配零件，得到成品試驗機，最后對其進行性能檢測，以及對實驗機的改進。
第二章 設計方案
2.1摩擦磨損試驗機的基本系統(tǒng)
設計摩擦磨損試驗機我們要從多方面考慮，防止出現(xiàn)紕漏，可以通過下圖的
思維導圖構思出試驗機的基本設計方案設計：
圖2.1摩擦磨損試驗機的基本系統(tǒng)
1、2 ——摩擦元素 3——潤滑劑 4——氣氛
2.2實驗條件的影響
2.2.1試驗過程因素的影響
（1）運動形式影響
要實現(xiàn)試件之間的相對運動，要么其中之一的試件運動，要么二者都運動，目前，在這一方面，幾乎所有的試驗機都是一個相對靜止，一個運動的，來實現(xiàn)試件的摩擦運動。試件的運動像是和試驗機的摩擦副的結構，他們所構成的運動體系通常都是一定的，并不是隨意變動的。只有一些少部分的多功能型試驗機的試件與摩擦副之間的運動是可以調節(jié)的。只有當其中之一的試件靜止的時候，進行試驗所得的數(shù)據將會更加精確。
（2）載荷影響
試驗機的附加載荷是摩擦磨損試驗機進行測試的重要指標參數(shù)，在進行摩擦磨損試驗的測試過程中應保持載荷的穩(wěn)定，以確保得到誤差最小的數(shù)據。摩擦磨損試驗機對附加載荷的精度要求特別高。為了使試驗機的實驗結果得到更為精確地數(shù)據，在摩擦磨損試驗機中就必須要考慮如何減小試驗機加載系統(tǒng)的摩擦阻力以及外界因素隨其造成的影響。目前，試驗機的加載體系主要包括三種負荷形式，分別是：杠桿負荷、彈簧負荷液壓負荷以及重負荷直接加載的負荷組合方式。以下對這四種負荷方式略作簡易說明：
①杠桿負荷：結構簡單，負載穩(wěn)定，一般不需要負載的維護等各方面問題，加載的精度要求較高，但是有撞擊且會產生噪聲；
②中午加載結構簡單，負載穩(wěn)定，精度較低，容易受外界環(huán)境的干擾，所以誤差較大；
③彈簧加載：彈簧加載所產生的震動較小，但是其加載精度不高，難以達到實驗的要求。
④液壓負荷：可以將載荷的大小分的更為詳細，便于對載荷的精確要求，但是，液壓負荷的負荷穩(wěn)定性特別不容易掌控，且其制造成本太高，很難被接受。
（3）外界溫度的影響;
有些摩擦磨損試驗的測試對周圍環(huán)境溫度持有一定特殊的要求，例如：高溫、高寒、地濕等特殊環(huán)境要求。外界溫度、濕度的稍微改變，則會給試驗帶來相當巨大的影響，可能就是因為一個小小的水滴，或者溫度的變化則會導致事宜按結果的不穩(wěn)定和誤差。
（4）外界大氣的影響;
在摩擦學試驗當中，一些實驗是需要在真空環(huán)境中實現(xiàn)的，因此，對于的書環(huán)境的要求，譬如，真空環(huán)境，就需要控制大氣。在試驗端添加一個密封盒子，里頭安裝濕度調節(jié)器 ，便于控制濕度要求。利用真空泵可實現(xiàn)真空。為了使真空度達到更高的要求，很大一部分的試驗機使用的是磁力驅動進行最小化或者，消除那種特殊的真空狀態(tài)。
（5）試驗時間的控制
摩擦磨損試驗的測試時間是根據某具體情況而定的，所有的摩擦磨損試驗機都沒有裝配特制的定時器。為了將時間控制的最為合理，可以再控制電源電路上安裝計時裝置，利用電源的斷鏈來控制試驗機的合理試驗時間。
2.2.2載荷的影響
（1）載荷讀數(shù)：
試驗的相關研究人員一般都需要將實驗的負載載荷測量出來，對于不同類型的試驗機，所使用的測量獲得得到載荷數(shù)據的方法不盡相同。一些試驗機采用壓力傳感器直接讀取數(shù)據，一些試驗機需要將載荷加載到一定程度之后通過指針讀取試驗指數(shù)。一些試驗機是通過液壓加載的方式加載載荷，一般是通過液壓值來讀取試驗數(shù)值的，然后將液壓值轉換成載荷數(shù)。但是，不管負載方式的不同還是怎樣，我們都可以通過負載傳感器來采集實驗數(shù)據，并且通過電腦終端來進行數(shù)據處理。得到最終的實驗數(shù)據結果。
（2）摩擦系數(shù)對摩擦磨損試驗的影響：
當試驗機正常工作的時候，我們通過該實驗機上的試驗設備對待測材料進行一項摩擦系數(shù)或者磨損量進行測量數(shù)據讀數(shù)。例如，當負加載荷P作為已知條件時，我們因此只要要測量此次試驗的摩擦力F；然后我們可以根據已知公式u = F / P 來計算我們所需要的試驗量和實驗數(shù)據。這中測量方法一般是在數(shù)字計算機或者數(shù)字電路系統(tǒng)里的程序來進行數(shù)據的執(zhí)行運算處理。
（3）式樣的運動速度的影響;
很多的摩擦磨損試驗機的測量數(shù)據中包不僅包括摩擦系數(shù)的測量計算，一般的試驗機還需要測量式樣的運動速度，通過式樣的運動速度來進行一般的實驗數(shù)據的測量計算。一般情況下，我們使用光電傳感器來測量式樣的速度，除此之外，還可以測速發(fā)電機。在回轉運動中，我們只需要記錄清楚轉速即可，英雌，測量方法一般使用機械計數(shù)法。
（4）試件的溫度測量措施：
在這里，我們所說的溫度不僅僅是試件的溫度，還包括了測量所在的環(huán)境溫度，摩擦副表面的溫度，潤滑劑的溫度。因為這些不論是式樣還是潤滑劑，都會因為彼此之間的相互運動而產生一定的溫度，而如若不仔細控制與測量這些變量的話，將會對實驗結果造成極大的誤差。在試驗機的測試機構中，我們對于其內的溫度測量一般采用熱電偶或者是采用紅外測溫，在實驗效果中，這二者之間的測溫效果幾乎一致，不會有太大的出入。單各有優(yōu)缺點，熱電偶是不能安裝固定在摩擦面上的，熱電偶只能安裝固定在摩擦面附近的某一支撐之上;紅外測溫方法因為是激光形式的測量方法，所以，它的測量只能進行到物體表面，劉麗茹，摩擦副表面，試件溫度表面等。
2.2.3驗負載加載情況的影響
試驗載荷的影響通常表現(xiàn)在加載原理上導致的加載系統(tǒng)的不穩(wěn)定性
① 砝碼的不一致性，或者砝碼上有銹跡、水漬、等等導致砝碼的不穩(wěn)定
② 彈簧加載的不一致性，彈簧材料的影響，導致彈簧變形或者是彈簧的損傷，均會是加載系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
③ 液壓加載，液壓加載系統(tǒng)通常采用的液壓機的等設備，此類設備是具有良好的性能，但是，比較容易受環(huán)境的影響，不能再高溫高壓狀態(tài)下正常工作。
2.3設計方案
2.3.1試驗機的整體分析
試驗機部分傳動系統(tǒng)工作原理簡圖;
1.傳動帶 2.電機 3.摩擦盤 4.試件1 5.試件2 6.夾具 7.砝碼 8.平衡杠桿 9.傳感器
圖2.2 試驗機機械傳動部分的工作原理圖
電機接通電源，使其正常工作，待電機轉速穩(wěn)定之后，其轉速經減速器的變速調節(jié)，使其達到工作所需的使用轉速，由此可以由齒輪傳到1傳動帶上，進過傳動帶的傳動通多斜齒輪使其將動力由橫向傳動變?yōu)榱⑹剑?摩擦盤得到動力，進行摩擦磨損，通過改變7砝碼的大小來確定檢測眼里的大小得到不同的實驗數(shù)據，而試驗數(shù)據通過8平衡杠桿進行實驗數(shù)據的傳遞，由9眼里傳感器接受實驗數(shù)據，然后通過計算機終端進行數(shù)據處理。
2.3.2設計方案的制定
摩擦磨損試驗機，在于實現(xiàn)它是如何使待測試件的運動，即如何實現(xiàn)摩擦副與待測試件之間的相互摩擦，在我們所學習的知識當中，就已知的可實現(xiàn)運動的裝置一般包括回轉式運動、直線型運動、往復式運動，因此，這些運動均可以實現(xiàn)試件與摩擦副之間的相對摩擦運動。具體設計方案如下所示：
方案一：
圖2.3
① 傳動系統(tǒng)：采用變頻電機經由齒輪、聯(lián)軸器、滾動軸承傳遞動能，帶動摩擦盤的旋轉；
② 加載系統(tǒng)：采用彈簧加載，利用彈簧的形變量，通過F=kX計算彈簧的彈性形變以及彈力，由此可以得出摩擦力和磨損量；
③ 摩擦端面的進給系統(tǒng)：完全通過彈簧加載來實現(xiàn)，利用箱體座上安裝刻度尺，來讀取試驗數(shù)據，記錄軸向的進給運動；
④ 試件的加熱冷卻系統(tǒng)：利用加熱爐和冷卻液，在箱體外側安裝隔熱層，而主箱體與試件的箱體之間采用石棉隔熱層。
⑤ 夾持系統(tǒng)：因為測試的是端面摩擦磨損，所以采用端面專用夾具，而摩擦盤和主軸之間保持傳動聯(lián)系，因此實現(xiàn)回轉摩擦運動
方案二：
圖2.4
① 傳動系統(tǒng)：變頻電機通過主軸鏈接聯(lián)軸器通過軸承傳動，帶動摩擦盤進行回轉運動
② 加載系統(tǒng)：方案二采用了也是彈簧加載，不過和方案一有所不同；通過手輪旋轉來控制彈簧的軸向進給運動，而彈簧的彈簧力的加載大小則通過橫梁，經由絲桿和螺母副作用，利用光電傳感器來讀取彈簧力的大??；
③ 端面的進給運動：此端面和彈簧之間過盈配合，他的軸向進給運動取決于彈簧的進給大??；
④ 夾持系統(tǒng)：此方案的夾持系統(tǒng)采用的是利用螺栓螺母將摩擦盤固定的運動主軸上，利用主軸的動力實現(xiàn)摩擦盤的旋轉運動，從而能實現(xiàn)式樣與摩擦盤的摩擦運動；
⑤ 加熱冷卻系統(tǒng)：利用加熱爐和冷卻液，在箱體外側安裝隔熱層，而主箱體與試件的箱體之間采用石棉隔熱層。
方案三：
圖2.5
① 傳動系統(tǒng)：變頻電機通過齒輪傳動，之后鏈接同步帶進行傳遞，通過滾子軸承將動力傳遞到摩擦盤，是其進行旋轉；
② 夾持系統(tǒng)：采用專用夾具進行對摩擦盤以及端面的夾持，而摩擦盤隨主軸一汽做回轉運動端面進行軸向進給運動；
③ 加載系統(tǒng)：利用伺服控制加載系統(tǒng)；
④ 端面的進給運動：也是隨加載系統(tǒng)進行的；
⑤ 加熱冷卻系統(tǒng)：利用加熱爐和冷卻液，在箱體外側安裝隔熱層，而主箱體與試件的箱體之間采用石棉隔熱層。
2.3.3方案分析與選擇
方案一利用的齒輪傳動可以確保傳動過程中的傳動比，對于方案一的設計制造以及對于其在裝配過程中的精度要求不是太高，除此之外，方案一的一些簡單設計可以防止在加載過程中如若加載過載的情況下對電機造成的損壞。這是他的優(yōu)點所在，他的缺點：因為是齒輪傳動，所以齒輪之間的摩擦噪音比較大，機器的震動也會很劇烈，因為摩擦磨損試驗的試驗結果容易受溫度的影響，而方案一的設計只要是齒輪傳動，所以齒輪之間的摩擦極易造成機器溫度的升高，因此，方案一的設計雖然簡單易行，但是測得的實驗數(shù)據誤差太大，所以不宜采用
方案二電機所傳遞的動力直接由電機通過聯(lián)軸器然后跟主軸直接相連，在機械設計當中，此種結果最為常見，也是，我們所在機械設計當中最容易使用的機械結構，因為此種機械結構簡單緊湊，當機器損毀時，也是特別容易維修的。但是，這種機構的減震性特別差，因為動力的傳遞過程當中是是直接從電機過渡到聯(lián)軸器的，所以系統(tǒng)的震動也是特別之大的，在主軸和電機上，由于直接傳遞，導致降低了系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。
方案三電機接通電源，使其正常工作，待電機轉速穩(wěn)定之后，其轉速經減速器的變速調節(jié)，使其達到工作所需的使用轉速，由此可以由齒輪傳到1傳動帶上，進過傳動帶的傳動通多斜齒輪使其將動力由橫向傳動變?yōu)榱⑹?，?摩擦盤得到動力，進行摩擦磨損，通過改變7砝碼的大小來確定檢測眼里的大小得到不同的實驗數(shù)據，而試驗數(shù)據通過8平衡杠桿進行實驗數(shù)據的傳遞，由9眼里傳感器接受實驗數(shù)據，然后通過計算機終端進行數(shù)據處理。
綜上所述，我們優(yōu)先選擇方案三。
第三章 試驗機的主要參數(shù)設計計算
3.1設計基本參數(shù)要求：
主軸：要求無極調速，轉速范圍：0～3000r/min；
溫度要求：最高可達1000℃；
加載要求：采用彈簧加載；
試件直徑的大小：對于端面來說，試件直徑要求在80mm以內。
3.2傳動路徑
由試驗機的主軸轉速范圍和變速方式，可以選擇變頻調速三相異步交流電動機來實現(xiàn)。因此該試驗機的主傳動路線為：變頻調速三相異步電動機→同步帶和帶輪→主軸→摩擦盤專用夾持器→摩擦盤。
采取變頻調速三相異步電動機
傳動路徑：變頻調速三相異步電動機→帶輪→同步帶→主軸→專用夾具→摩擦盤。
3.3電動機參數(shù)
取摩擦系數(shù)f=1，
則摩擦產生的功率：
Pm=Fv =
式中：Pm是最大功率(Kw)
F：摩擦盤與端面的相互作用力(N)
v：摩擦盤與端面之間的相對運動速度(m/s)
f：動摩擦系數(shù)；
Fn：端面施加給摩擦盤的正壓力（N）
R：端面直徑（m）
Pm＝＝＝0.252 Kw
根據機械設計手冊可選擇相應電動機。
3.4帶傳動相關參數(shù)計算：
1、功率：
Pd＝
Pd= =0.36Kw
式中：
:同步帶傳動的對應系數(shù)，據《機械設計手冊》可取=1.40
2、選擇同步帶的帶型和節(jié)距：
有上述計算可選取L型同步帶。
3、小帶輪的齒數(shù)Z1的計算：
經查國標(JB/T 7512.2-1994),查取Zmin=20
則選取Z1＝25；
4、小帶輪的節(jié)圓直徑d1的計算：
經查《機械設計手冊》，得小帶輪的直徑為mm
5、大帶輪的齒數(shù)：
同理，因同步傳送，故大小帶輪的齒數(shù)相同，取Z1＝Z2＝25；
6、大帶輪節(jié)的圓直徑：
7、同步帶的帶速：
得：
一般情況下，L型，則，符合設計要求。
8、軸間距的初步預定：
由《機械設計手冊》得知
即，取a==151.2mm
9、同步帶的帶長以及齒數(shù)：
帶長：
查《機械設計手冊》得，齒數(shù)；
10、計算實際周間距：
之前的計算說明，周間距是可調的
11、帶輪的嚙合齒數(shù)：
12、帶寬：
：嚙合的齒數(shù)系數(shù)，查《機械設計手冊》
根據國標應該按表4.4選取，則
式中： mm
則可以得到公稱帶寬為;12.7mm,cah 《機械設計手冊》選取代號為050
13、最小軸徑上的作用力：
得：
3.5主軸相關數(shù)據計算：
1、主軸輸出功率、轉速、轉矩：
在電機的計算過程中可以得出，
由此可以得出主軸轉矩
2、軸最小直徑：
根據《機械設計手冊》查得主軸的材料可以選取為
且
則，取
即最小直徑可取6mm。
3、主軸結構：
（1） 根據設計要求，確定軸上的裝配零件
① 根據之前的帶輪計算結果，則，
②軸承選用滾動軸承。根據《機械設計書冊》，選取推力球軸承51206與深溝球軸承6206，其相應尺寸分別為、，故，。
③根據軸上結構設計要求，則
，
，
，
，
（3）強度校核：
扭曲強度計算原理公式
由于
則
由此則軸最小直徑則取
由此可見，這樣的擬定則符合軸其余各段的強度要求
3.5.1、主軸上鍵的強度校核：
在主軸設計時所見，鍵所在軸的直徑為24mm，查《機械設計手冊》（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)選取鍵的尺寸選定為，鍵連接的強度條件為：
式中：
d是軸的直徑；l是鍵的工作長度，l=L-b=14-8=6
h是鍵的高度
[p]是許用壓力
K是鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h
T傳遞的轉矩
取，則
因此建滿足強度要求。
3.5.2、軸承的校核：
對推力球軸承和深溝球軸承進行壽命校核：
（一）、深溝球軸承壽命校核
1利用主軸設計參數(shù)：
則
由帶輪參數(shù)可得：
則
查《機械設計手冊》得
深溝球軸承的最小e值為0.22，故此時
2、當量動載荷P，由公式
經查《機械設計手冊》得，??；
則
3、由公式（4-23），則可以求得該軸承的額定動載荷：
則
4、軸承使用壽命，根據公式
該軸承的設計符合本設計要求。
（二）推力球軸承的壽命校核
原理同上
總結
此次畢業(yè)設計的題目是臥式端面摩擦磨損試驗機，因為摩擦磨損試驗機是進行對摩擦磨損試驗的有效手段和基本試驗設備，廣泛的應用于對這種摩擦性能的試驗進行測試與測評。主要的任務要求就是如何實現(xiàn)磨損這一運動的，我就此展開設計，通過研究試驗機機理，利用機械原理與機械機構的基本設計要求，進行對試驗機的設計說明。
磨損試驗機的設計方案、加載系統(tǒng)、箱體設計、溫度系統(tǒng)等四部分來設計完成的。驅動裝置采用了變頻電機，因為此電機可以實現(xiàn)株洲的無級變速和大范圍的調速，主軸和變頻電機之間采用了帶傳動，這種同步帶的傳動可以是傳遞的效率達到最高，減少能量損耗，這種結構很大程度的是機械設計變得更加緊湊，使機械零件的裝配組合更加方便。傳動軸與主軸之間的而連接采用滾子軸承，且使用四支點支撐，使結構變得穩(wěn)固。
本文是對于臥式端面摩擦磨損試驗機的原理與其機械結構的設計進行有效合理的設計與介紹。首先確定試驗機的基本設計參數(shù)，然后通過機械設計手冊進行詳細的設計計算說明，利用所得的數(shù)據進行三維建模，導出二位設計效果圖紙，然后在校核和檢測實驗機的設計合理性。
在確定設計要求的前提下，我力求讓試驗機的設計結構簡單，且能實現(xiàn)試驗機的基本功能，降低實驗機的制造成本，因為本次的試驗機設計制造主要應用于實驗室進行有效的摩擦磨損試驗的操作，所有在精度上沒有特別的嚴苛，再設計過程當中，摒棄了復雜的液壓組合設計的原理，采用了滑塊導軌的設計，并且創(chuàng)造性的利用了一些簡單設計機構。所以，所設計的結構大多加工簡單，成本低廉，且試驗機的操作簡單上手。
致謝
經過長達一學期的畢業(yè)設計學習，期間有過各種辛苦的勞作與不分晝夜的學習整理，得以完成此次的畢業(yè)設計。
本次畢業(yè)設計是在我的畢業(yè)設計導師任靖日教授的悉心指導之下設計操作完成的，導師通過細心詳細的知道說明，我不僅僅攻克了在畢設的過程中遇到的各種難題，更是清楚地認識了機械設計的博大精深。在大學期間，我們總是認為畢業(yè)設計只是我們大學學習生涯的一次總結，我們只是利用大學所學習的知識來一次大規(guī)模的應用于洗滌。但是，在做完畢業(yè)設計的時候，我對此次的畢業(yè)設計發(fā)生了很大的不同感慨，別業(yè)設計，不僅僅是將大學期間所學的知識的一種薈萃，更是對自己一種能力的實質性的提升與檢測。
在本次的畢業(yè)設計上，我深切的感受到學無止境的思想，將我以前的自以為是洗滌的干干凈凈，讓我認識到學識的重要性與學以致用的積極性。我更是學會了將書讀活，很大程度的提升了我的專業(yè)技能水平。
所以，我在次真心地感謝我本次別業(yè)設計導師，他讓我對自己的認識更深，對自己以后的工作將會是寶貴的財富；我真心地感謝在此次畢業(yè)設計當中誠心指導與幫助，讓我懂得了友誼的真貴。
在此，所有的給予我?guī)椭?、贈與我關心、予以我支持的人，我向你們表示我最真誠的感謝與衷心的祝福。
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