壓縮包已打包上傳。下載文件后為完整一套設(shè)計(jì)?！厩逦瑹o水印，可編輯】dwg后綴為cad圖紙，doc后綴為word格式，所見即所得。有疑問可以咨詢QQ 197216396 或 11970985
壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 1 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本文所講述的摩擦試驗(yàn)機(jī)為往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī) 主要測量材料在高溫 往復(fù)運(yùn)動狀態(tài)下的摩擦磨損性能 本設(shè)計(jì)主要面向中小型企業(yè) 根據(jù)往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 確定出了試驗(yàn)機(jī)各結(jié)構(gòu)的運(yùn) 動形式和方案 在驅(qū)動方式選取中采用電機(jī)驅(qū)動 往復(fù)結(jié)構(gòu)則選擇簡單靈活的 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)盤 從而實(shí)現(xiàn)連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 連桿帶 動導(dǎo)桿通過導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動 彈簧加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓力的輸出 同時(shí) 可以減小振動對測量的影響 并通過應(yīng)變片進(jìn)行壓力的測量 加熱裝置中電阻 絲產(chǎn)生試驗(yàn)所需的高溫溫度 通過熱電偶進(jìn)行溫度的測量 接著對往復(fù)式高溫 摩擦試驗(yàn)機(jī)的各組成部件分別進(jìn)行了設(shè)計(jì) 通過對各部件多種形式的選擇比較 確定出了本試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)中要采用的形式 然后對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面而詳盡的設(shè) 計(jì)計(jì)算 最后利用AutoCAD軟件將往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的裝配圖及各部件零件圖 繪制出來 關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摩擦 試驗(yàn)機(jī) 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 2 THE STRUCTURAL DESIGN OF HIGH TEMPERATURE RECIPROCATING FRICTION TESTING MACHINE ABSTRACT The text relate to the friction of the pilot machine is high temperature reciprocating friction testing machine Main measure of material in high temperature condition that a reciprocating sports wear performance Designed primarily for smes According to high temperature reciprocating the friction in designing the machine s main argumentsfriction Set out the test of the structure of sports exercises and programmes Drive mode used motor drivers Clearing structure has chosen a simple and flexible mechanism of the crank rockers Through the crank rockers institutions to implement the exercise of the connecting rod connecting rods in the report of the device package achieved by their line of sports the spring load a system stress the realization of the output at the same time can be reduced to measure the impact and to measure gage pressure Heating element realise a test of the high temperature and use the thermocouple for temperature measuring Then to reciprocating the friction in various parts of the machine The parts of the multiple choice identify out of the pilot machine designed to the form and structure of a comprehensive and detailed design calculations Finally Autocad software will make use of a reciprocating the friction of the machine parts and components assembly drawing a map drawn KEY WORDS Structural design Friction Testing machine 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 3 目 錄 1 緒論 1 1 1 摩擦磨損概述 1 1 2 摩擦磨損試驗(yàn)簡介 2 1 2 1 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的目的和意義 2 1 2 2 摩擦磨損試驗(yàn)的方法 2 1 2 3 實(shí)際使用試驗(yàn) 3 1 2 4 磨損實(shí)驗(yàn)步驟 4 1 3 摩擦試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展簡史 4 1 4 摩擦試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 6 1 5 摩擦試驗(yàn)機(jī)的影響因素 8 1 6 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的選題背景 10 2 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 11 2 1 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 11 2 2 各結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 11 2 2 1 往復(fù)結(jié)構(gòu)的選擇 11 2 2 2 往復(fù)結(jié)構(gòu)的主要部件及運(yùn)動 12 2 2 3 驅(qū)動方式的選擇 12 2 2 4 加載機(jī)構(gòu)的選擇 12 2 2 5 高溫加熱裝置的選擇 13 3 往復(fù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3 1 往復(fù)結(jié)構(gòu)的基本要求 17 3 2 設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 17 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 4 3 2 1 電動機(jī)的選取 17 3 2 2 聯(lián)軸器的選擇 18 3 2 3 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3 2 4 連桿的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 20 3 2 5 導(dǎo)桿的計(jì)算及校核 22 3 2 6 鍵的選取計(jì)算及校核 23 3 2 7 導(dǎo)向裝置端蓋螺釘?shù)挠?jì)算 24 3 2 8 螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 26 4 加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 4 1 加載系統(tǒng)的基本要求 28 4 2 加載系統(tǒng)的基本計(jì)算 29 4 2 1 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4 2 2 彈簧的校核 31 4 3 試樣夾具的設(shè)計(jì)計(jì)算 31 4 3 1 夾具的發(fā)展趨勢 32 4 3 2 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 33 4 3 3 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定 33 4 3 4 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 35 4 3 5 摩擦力的測量 36 4 4 試樣的設(shè)計(jì) 37 4 4 1 試樣參數(shù)的設(shè)計(jì) 37 5 高溫加熱裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 39 5 1 高溫加熱裝置的基本要求 39 5 2 高溫加熱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39 論文總結(jié) 41 參考文獻(xiàn) 致謝 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 5 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 6 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 7 1 緒 論 1 1 摩擦磨損概述 摩擦學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用科學(xué) 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) 通過摩擦磨損試驗(yàn)測量摩擦副的摩擦磨損特性等一系列參 數(shù) 摩擦學(xué)是一門年輕而又古老的學(xué)科 是 研究相互接觸 相對運(yùn)動表面的 科學(xué) 技術(shù)及相關(guān)的實(shí)踐 1 摩擦磨損問題存在于人類物質(zhì)活動的各個(gè)方面 在汽車 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)的問題 據(jù)估計(jì) 全世界約有1 2 l 3 的能源以各種形式消耗在摩 擦上 如果從摩擦學(xué)方面采取正確的措施 就可以大大節(jié)約能源消耗 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 2 特別是隨著物質(zhì)文明的進(jìn)步和工業(yè) 技術(shù)現(xiàn)代化的發(fā)展 機(jī)械設(shè)備的開發(fā)使用普遍趨于重載 高速 離效率化 如 何控制和改善機(jī)械的摩擦磨損狀溫 提高其使用壽命和工作可靠性 已成為機(jī) 械工業(yè)技術(shù)人員必須關(guān)注的問題 并促使其研究不斷發(fā)展 1966年英國學(xué)者 H P Jost發(fā)表了著名的學(xué)術(shù)報(bào)告一 潤滑 摩擦學(xué) 教育和研究 Areporton the Present and lndustry Need 系統(tǒng)的闡述了 摩擦學(xué) Tribology 及其在國民 經(jīng)濟(jì)中的重大意義并被人們普遍關(guān)注 也標(biāo)志著摩擦學(xué)發(fā)展成為一門包括摩擦 磨損和潤滑在內(nèi)的跨學(xué)科的科學(xué) 摩擦學(xué)是研究在摩擦與磨損過程中相對運(yùn)動表面之間相互作用 變化及其 有關(guān)的理論與實(shí)踐的一門科學(xué) 摩擦磨損則是 兩個(gè)接觸表面之間的由于相對 運(yùn)動而發(fā)生的相互作用及物質(zhì)運(yùn)動的過程 摩擦與磨損是自然界中能量守恒 和物質(zhì)守恒兩大基本規(guī)律的重要環(huán)節(jié) 因?yàn)闇p少摩擦和磨損從本質(zhì)上也就是節(jié) 省能量和提高材料利用率的問題 在機(jī)器系統(tǒng)中 機(jī)器構(gòu)件的運(yùn)動是最基本和 最重要的功能 機(jī)器構(gòu)件之間的相對運(yùn)動和接觸作用是通過摩擦副來實(shí)現(xiàn)的 同時(shí)也在摩擦副兩表面產(chǎn)生摩擦 磨損和潤滑等物理現(xiàn)象 機(jī)器中任何一個(gè)摩 擦副故障 摩擦學(xué)失效 都將導(dǎo)致機(jī)器相關(guān)部件或全部功能的失效 因此 摩擦副的摩擦磨損問題是摩擦學(xué)研究的基本問題和及其重大的課題 也是機(jī)器 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 8 摩擦學(xué)具有兩個(gè)重要屬性 1 多學(xué)科性 摩擦學(xué)的研究涉及材料學(xué) 化 學(xué) 機(jī)械學(xué) 測試技術(shù) 物理和力學(xué)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域 摩擦學(xué)的發(fā)展需要多 學(xué)科的高度交叉 融合和支持 2 實(shí)踐性 摩擦學(xué)理論分析往往需要大量實(shí)驗(yàn) 研究成果的支持 其應(yīng)用更是直接服務(wù)于各種生產(chǎn)實(shí)踐 因此 試驗(yàn)測試技術(shù) 的開發(fā)研究對摩擦學(xué)學(xué)科的發(fā)展和工程實(shí)際問題的解決縣有非常重要的作用 是一基礎(chǔ)性工程 機(jī)械零件摩擦磨損問題的解決有賴于實(shí)驗(yàn)研究方法的進(jìn)步及 其測試技術(shù)的開發(fā)研究 也有賴于多學(xué)科的交叉和融合 1 2摩擦磨損試驗(yàn)簡介 1 2 1摩擦磨損試驗(yàn)的目的和意義 摩擦磨損試驗(yàn)的目的是為了對摩擦磨損現(xiàn)象及其本質(zhì)進(jìn)行研究 正確地評 價(jià)各種因素對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 磨損和潤滑機(jī)理以 及影響摩擦 磨損的諸因素 對新的耐磨 減磨及摩擦材料和潤滑劑進(jìn)行評定 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)方法和裝置種類繁 多 如何準(zhǔn)確地獲取摩擦磨損過程中的參數(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題的機(jī)理以及有關(guān)影響因素 在摩擦學(xué) 研究中開展摩擦磨損測試技術(shù)和數(shù)據(jù)分析研究具有非常重要的作用 1 2 2摩擦磨損試驗(yàn)的方法 由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復(fù)雜 試驗(yàn)方法和裝置種類繁多 試驗(yàn)數(shù)據(jù)受眾多 因素的制約 往往難以進(jìn)行比較 所以有人提出建立摩擦磨損試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化問 題以便建立統(tǒng)一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范試驗(yàn)方法 近年來 試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化已得到 越來越多的國家和組織的重視 材料摩擦磨損性能是多種影響因素的綜合表現(xiàn) 因而必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件 規(guī)范試驗(yàn)過程已獲得可靠的結(jié)論 目前采用的試驗(yàn)方法可以歸納為下列三類 3 1 實(shí)驗(yàn)室試件試驗(yàn) 根據(jù)給定的工礦條件 在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對試件進(jìn)行試驗(yàn) 由于實(shí)驗(yàn)室 的試驗(yàn)環(huán)境和工礦參數(shù)容易控制 因而試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性較高 實(shí)驗(yàn)周期短 試驗(yàn)條件的變化范圍寬 可以在短時(shí)間內(nèi)獲得比較系統(tǒng)的數(shù)掘 但由于實(shí)際條 件與實(shí)際工礦的差異 因而試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)用性較差 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)主要用于各種 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 9 類型的摩擦磨損機(jī)理和影響因素的研究 以及摩擦副材料 工藝和澗滑劑性能 的評定 2 模擬性臺架試驗(yàn) 模擬性臺架試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)所獲得的試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上 根據(jù)所選定的 參數(shù)設(shè)計(jì)易磨損零件 不需要在實(shí)際機(jī)器設(shè)備上進(jìn)行操作 只需要模擬機(jī)器零 件的使用工礦條件進(jìn)行試驗(yàn) 由于臺架試驗(yàn)條件接近實(shí)際工礦 增強(qiáng)了試驗(yàn)結(jié) 果的可靠性 同時(shí) 通過試驗(yàn)條件的強(qiáng)化和嚴(yán)格控制 也可在較短的時(shí)間內(nèi)獲 得系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 還可對個(gè)別因素對磨損性能影響進(jìn)行單項(xiàng)研究 臺架試驗(yàn) 的主要目的在于校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和零件磨損性能設(shè)計(jì)的合理性 這種模擬試驗(yàn)可以根據(jù)給定的工礦條件調(diào)節(jié)各種參數(shù)來分別測定其對摩擦磨損 的影響 而且測得的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和規(guī)律性較好 便于進(jìn)行對比分析 在實(shí)驗(yàn)室 模擬試驗(yàn)狀態(tài)下還可以通過強(qiáng)化試驗(yàn)條件來縮短試驗(yàn)周期 減少試驗(yàn)費(fèi)用 可 用來對機(jī)器元件的材料匹配特性和幾何形狀特性進(jìn)行檢測評定和優(yōu)化改進(jìn) 這 類試驗(yàn)方法所得到的結(jié)果 有時(shí)不能完全反映出實(shí)際工礦條件下的復(fù)雜的摩擦 磨損狀況 往往不能直接應(yīng)用 只有精確的模擬試驗(yàn)得到的結(jié)果才能有較好的 實(shí)用性 臺架試驗(yàn)由于試驗(yàn)成本過高 而且會受許多干擾因素的影響 用模擬 試驗(yàn)方法代替臺架試驗(yàn)是必要和經(jīng)濟(jì)的 1 2 3實(shí)際使用試驗(yàn) 在上述兩種試驗(yàn)的基礎(chǔ)上 對實(shí)際零件進(jìn)行使用試驗(yàn) 這種試驗(yàn)的真實(shí)性 和可靠性最好 它是檢驗(yàn)材料或工藝試驗(yàn)方案最有效的方案 但它也存在嚴(yán)重 的缺陷 1 實(shí)驗(yàn)周期長 由于有些零件需要經(jīng)過幾個(gè)月甚至幾年的更換周期 如果重復(fù)幾次試驗(yàn) 勢必需要較長時(shí)間才能得到有效結(jié)果 2 影響因素比較復(fù)雜 試驗(yàn)參數(shù)不易控制 在實(shí)際使用中 經(jīng)常會在不同 工礦下運(yùn)行 由于運(yùn)行的條件不確定 試驗(yàn)結(jié)果受多種影響因素的制約 試驗(yàn) 零件磨損量的測量比較困難 因而試驗(yàn)結(jié)果的通用性較差 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度 不高 所取得的測試數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較差 隨機(jī)性較大 不便研究其摩擦磨損的 規(guī)律性 也難以進(jìn)行單項(xiàng)因素對摩擦磨損影響的觀察 通常這種方法僅作為整 機(jī)系統(tǒng)的摩擦磨損性能綜合評定的一種手段 3 花費(fèi)多 收效少 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 10 實(shí)際使用試驗(yàn)需要花費(fèi)較多的人力 物力 財(cái)力 試驗(yàn)周期較長 有時(shí)收 效甚少 得到的常常是一些精確度不高的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 在二十世紀(jì)二十年代以前 實(shí)際工礦試驗(yàn)應(yīng)用比較普遍 隨著近幾年室內(nèi)試驗(yàn)測試技術(shù)的發(fā)展特別是磨損 試驗(yàn)機(jī)的逐步完善 同時(shí)考慮到實(shí)際試驗(yàn)的某些困難和缺陷 實(shí)驗(yàn)室試件試驗(yàn) 和模擬性臺架試驗(yàn)已逐步成為檢驗(yàn)和優(yōu)選材料方案的重要手段 1 2 4磨損實(shí)驗(yàn)步驟 摩擦磨損試驗(yàn)一般要經(jīng)過以下三個(gè)階段 1 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大量的試樣磨損試驗(yàn)研究 預(yù)選材料 工藝方案及確定有 關(guān)參數(shù) 2 在臺架試驗(yàn)時(shí) 進(jìn)行實(shí)際零件或簡化試樣的磨損試驗(yàn) 精選實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)參 數(shù)的影響及效果 3 通過實(shí)際使用試驗(yàn)最后校驗(yàn)和確定研究方案實(shí)現(xiàn)的可能性及使用效果 這三個(gè)階段可以根據(jù)具體情況來安排和取舍 以確定試驗(yàn)重點(diǎn)和試驗(yàn)方案 以及試驗(yàn)方法 實(shí)踐表明 摩擦磨損試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件不同 試驗(yàn)結(jié)果必然差異 很大 所以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí) 應(yīng)當(dāng)盡可能地模擬實(shí)際工礦條件 如滑動速 度和表面壓力的大小和變化 表面層的溫度變化 潤滑狀態(tài) 環(huán)境介質(zhì)條件和 表面接觸形式等等 對于高速摩擦副的磨損試驗(yàn) 溫度影響是主要問題 應(yīng)當(dāng) 使試件的散熱條件和溫度分布接近實(shí)際情況 在低速摩擦副的試驗(yàn)中 由于磨 合時(shí)間較長 為了消除磨合對試驗(yàn)結(jié)果的影響 可以預(yù)先將試件的摩擦表面磨 合加工 以便形成與使用條件相適應(yīng)的表面品質(zhì) 對于未經(jīng)磨合的試件 在試 驗(yàn)初期 試驗(yàn)數(shù)據(jù)受試件表面品質(zhì)的影響較大 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差 一般不宜采用 1 3 摩擦試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展簡史 1910 年第一臺磨料磨損試驗(yàn)機(jī)問世 1975 年美國潤華工程學(xué)會 AlSE 編 著的 摩擦磨損裝置 一書中所公布得不目類型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)已有上百種 4 僅幾十年來 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和試驗(yàn)方法有了較大發(fā)展 但價(jià)格都比較昂貴 80 年代初美國的 Soemantri S 等人最早從事高溫磨損試驗(yàn)機(jī)的研究 共研 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 11 制了三臺高溫磨料磨損試驗(yàn)機(jī) 5 并在這些試驗(yàn)機(jī)上研究了純鋁和純銅在室溫 400 范圍內(nèi)大氣氣氛下磨料磨損的特性 80 年代末德國的 Fischer A 等人在總結(jié)前人對試驗(yàn)機(jī)研究的基礎(chǔ)上 研制 了一臺氣氛可控的高溫三體磨損試驗(yàn)機(jī) 6 該機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是氣氛可控 嚴(yán)格保 證試驗(yàn)的主要因素 溫度 磨料 載荷等 固定 試驗(yàn)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好 主要缺點(diǎn) 是 上試件矩形缺口處未留倒角 磨料不易進(jìn)入磨面 易發(fā)生粘著磨損 耐高 溫工件部位未設(shè)冷卻系統(tǒng) 影響設(shè)備精度 同時(shí)由于該機(jī)未考慮高溫氧化對磨 損的影響 在該機(jī)上測定高溫氧化與磨損的交互作用時(shí)誤差較大 90 年代西交大的邢建東等人研制的高溫磨損試驗(yàn)機(jī)在電阻爐中的磨損室內(nèi) 裝有一水平放置的砂輪 砂輪上有一定的松散磨料 試樣夾上相同成分的 3 個(gè) 試樣受載荷作用于表面鋪有松散磨料的砂輪上 由于試樣和砂輪及其松散磨料 間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生兩體和三體混合磨料磨損 7 該機(jī)即可嚴(yán)格控制溫度 一 次 3 個(gè)試樣可減少重復(fù)試驗(yàn)次數(shù) 但其主要不足是 1 試樣總在同一軌跡上反 復(fù)磨損 磨屑潛入砂輪間隙 使砂輪研磨能力逐漸下降 2 氣氛不易控制 3 這 種混合磨損與實(shí)際工礦相差較遠(yuǎn) 近年來 西交大吳文忠 邢建東等人在 Fi scher A 的高溫氧化磨損試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上 研制的一臺高溫氧化三體磨損試驗(yàn) 機(jī) 該機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是 摩擦學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 氣氛可控 溫度可控 關(guān)鍵部 件設(shè)有冷卻系統(tǒng) 主要不足是 密封還存在一些問題 冷卻系統(tǒng)還不夠完善 氣氛成分不能定量測定等 太原理工大學(xué)的楊學(xué)軍等研制了的一臺高溫銷盤磨損試驗(yàn)機(jī) 該機(jī)結(jié)構(gòu)簡 單 操作方便 加熱溫度可控 能在 1000 范圍內(nèi)對各種金屬材料的摩擦磨損 特性進(jìn)行研究 摩擦速度可調(diào) 所加載荷穩(wěn)定 試樣磨損均勻 對試驗(yàn)參數(shù)的 變化反應(yīng)敏感 8 北方交大的李霞等研制的高速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 其最大滑動速度可達(dá) 70m s 可以測量高速狀態(tài)下的摩擦學(xué)參數(shù) 可以模擬高速列車制動 可以實(shí) 現(xiàn)多個(gè)測試數(shù)掘的顯示與同步紀(jì)錄 9 崔周平等人研制的 MT 1 型真空摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 該機(jī)可以提供從大氣到 6 7 10Pa 的壓力環(huán)境 測量的參數(shù)較多 除了測力和速度等參數(shù)外 還可以 測量溫度和摩擦引起的震動頻率等 同時(shí)具有較為完善的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 10 只須改變夾具及其附件 便可實(shí)現(xiàn)多種接觸形勢和相對運(yùn)動形式 以及不 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 12 同的系統(tǒng)剛度和震動特性 拓寬了試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用范圍 哈工大的宋寶玉等人研制的 SY I 型真空摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 可以提供 4 10 Pa 的壓力環(huán)境 速度在 0 2800r min 范圍內(nèi)可調(diào) 11 并且可以自動進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集和處理 該機(jī)可以在真空 不同氣體環(huán)境 加熱及冷卻等多種條件 下測定材料的磨擦性能 北方交大的徐雙滿等人為了研究機(jī)車柴油機(jī)缸套一活塞環(huán)材料的摩擦學(xué)性 能研制一臺往復(fù)式銷塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 該試驗(yàn)機(jī)可以在一定范圍內(nèi)實(shí)行載荷 速度 潤滑脂的單因素控制 12 但該試驗(yàn)機(jī)磨損量的測量采用的是不連續(xù)的稱 重法 1 4 摩擦試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 摩擦磨損測試技術(shù)呈快速發(fā)展之勢 摩擦磨損 試驗(yàn)機(jī)呈以下發(fā)展趨勢 13 1 以高性能的電機(jī)系統(tǒng)取代機(jī)械變速系統(tǒng) 目前 高性能的電機(jī)系統(tǒng)己經(jīng)比較成熟 調(diào)速比可以達(dá)到一比幾百 幾千 甚至更高 利用這種系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動 也可以實(shí)現(xiàn)擺動和直線運(yùn)動 由高 性能電機(jī)直接驅(qū)動主軸 不僅能使機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化 而且還能降低試驗(yàn)機(jī)的 摩擦損耗 提高整機(jī)的壽命和可靠性 但高性能電機(jī)系統(tǒng)價(jià)格比較昂貴 2 在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上應(yīng)用微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)的價(jià)格低廉 操作簡單 性能穩(wěn)定 不僅可以取代以往的二次 儀表對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行控制 而且還可以對測試參數(shù)進(jìn)行自動采集和數(shù)據(jù)處理 因 而能使試驗(yàn)機(jī)的功能大大加強(qiáng) 3 改進(jìn)測試手段 4 提高穩(wěn)定性 提高測試精度 提高試驗(yàn)機(jī)的穩(wěn)定性 以使試驗(yàn)結(jié)果具有更好的重復(fù)性和再現(xiàn)性 業(yè) 年 市場容量約為 1000 億美元 像國際上著名公司 ABB Comau KUKA BOSCH NDC SWISSLOG 村田等都是機(jī)械手自 動化生產(chǎn)線及物流與倉儲自動化設(shè)備的集成供應(yīng)商 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的種類繁多 分類的方式各不相同 最具代表性的分類方 法有蘇聯(lián)的分類法和美國潤滑工程師協(xié)會的分類法 前者是根據(jù)模擬摩擦面的 破壞形式 以便于查明各種影響因素 將摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分為 8 種類型 后者 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 13 是根據(jù)摩擦副的幾何形狀 為便于在選定了摩擦副的形式之后去查找相應(yīng)的試 驗(yàn)裝置和了解該裝置的主要技術(shù)指標(biāo)而將試驗(yàn)機(jī)分為 12 個(gè)大類 桂長林在文獻(xiàn) 14 中參照磨損類型的分類提出了一種按摩擦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 摩擦副的相對運(yùn)動形式對摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行分類的新方法 這種分類方法突 出了摩擦元素的特點(diǎn)和對試驗(yàn)的特殊功能要求 從而便于采用設(shè)計(jì)方法學(xué)原理 對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì) 這種方法將摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分成了 4 大類 1 是固體 固體摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 這類試驗(yàn)機(jī)根據(jù)摩擦副的運(yùn)動形態(tài)又分為 5 小類 即單項(xiàng)滑動 往復(fù)運(yùn)動 旋轉(zhuǎn)滑動 含滾滑 沖擊和微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 根據(jù)需要可以在摩擦元素間加 或不加潤滑劑 每一小類試驗(yàn)機(jī)的摩擦副形式又有很多種 因而它們又各包 含有多種形式的試驗(yàn)機(jī) 可以認(rèn)為 大部分摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)種都屬于這一大類 它們可以重現(xiàn)粘著磨損 磨粒磨損 表面疲勞磨損和摩擦化學(xué)磨損 從設(shè)計(jì)的 角度來看 這一大類試驗(yàn)機(jī)體現(xiàn)了摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 根據(jù)試件的磨損特性和運(yùn)動特性可以將其分為 3 小類 即三體磨粒磨損 二體磨粒磨損和動載磨粒磨損試驗(yàn)機(jī) 與第一類試驗(yàn)機(jī)相比 三體磨粒磨損試 驗(yàn)機(jī)要在摩擦副的摩擦面上加磨粒 固定磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)的摩擦副一方是固定 磨粒 一般都采用砂布盤 另一方則可設(shè)計(jì)成各種不同形式 其特例是研究單 個(gè)磨粒磨損的試驗(yàn)機(jī) 在這一小類試驗(yàn)機(jī)中 摩擦副多為銷一盤式 轉(zhuǎn)動 或銷 一板式 往復(fù)運(yùn)動 為了防止偏磨 銷設(shè)計(jì)成能夠自旋 但是摩擦路跡一般不 重復(fù) 自由磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)可以設(shè)計(jì)成試件運(yùn)動 磨粒運(yùn)動和試件與磨粒 C 時(shí) 運(yùn)動等 3 種形式 2 是固體 液體加磨粒 或固體一液體 的試驗(yàn)機(jī) 該類試驗(yàn)機(jī)的最大特點(diǎn)是使含磨粒 或不含磨粒 的液體沖刷固體表面 因 而其關(guān)鍵是要在試件表面形成具有一定流速的液流 通常利用泵 勢能和離心 力來實(shí)現(xiàn)這種目的 從相對運(yùn)動的原理出發(fā) 也可以讓試件相對于液體運(yùn)動 液流和試件形成的沖擊角是一個(gè)重要參數(shù) 通常要求可調(diào) 3 是固體 氣體加磨粒的試驗(yàn)機(jī) 其功能是使含磨粒的氣流去沖刷固體表面 作為這類試驗(yàn)機(jī)的特例是單顆 磨粒沖擊裝置 這種試驗(yàn)機(jī)有以下三種形式 1 供氣系統(tǒng)加磨粒加噴咀加試件 2 高速運(yùn)動的試件加供給的磨粒 這種試驗(yàn)機(jī)一般都要抽真空 以避免 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的空氣動力學(xué)現(xiàn)象對磨損的影響 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 14 3 利用離心力拋出磨粒 對于這類試驗(yàn)機(jī)來說 磨粒向試件的沖擊角也 是一個(gè)重要參數(shù) 同樣要求可調(diào) 4 是除了以上所述之外的特殊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 可控載荷 可控氣氛 高溫或低溫磨損試驗(yàn)機(jī)均可歸入此類 這類試驗(yàn)機(jī) 在摩擦過程中摩擦元素所受的載荷是變化的 可控氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)有抽真 空 通入或不通入特種氣體和控制或不控制濕度等特殊要求 密封問題對這類 試驗(yàn)機(jī)而言十分重要 非接觸式傳動 磁力傳動在這類試驗(yàn)機(jī)上也得到了充分 的應(yīng)用 高溫或低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)要求在高溫或低溫下工作 因而需要考慮 高溫隔熱和低溫防護(hù) 其選材也要能夠滿足高溫或低溫要求 1 5 摩擦試驗(yàn)機(jī)的影響因素 1 運(yùn)動形式的影響 運(yùn)動形式與試驗(yàn)機(jī)的摩擦副結(jié)構(gòu)有關(guān) 二者都是由所要模擬的摩擦副決定 的 試驗(yàn)機(jī)的摩擦副結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式一般是固定的 但也有一些多功能試驗(yàn)機(jī) 的摩擦副和運(yùn)動形式均可通過添加附件而加以改變 例如 美國FALFX公司的 多功能試樣測試機(jī)在添加附件以后 就可以形成球一平面 四球 板一板 面 接觸 液體浸蝕 針一盤和滾動四球等多種摩擦副形式 試驗(yàn)機(jī)上摩擦副的 最基本運(yùn)動形式一般有以下4種 即滑動 滾動 自旋和沖擊 在試驗(yàn)機(jī)上 對運(yùn)動形式都有明確的規(guī)定 但對運(yùn)動的位置精度卻要求不高 因此這方面的 要求可忽略 2 負(fù)荷的影響 負(fù)荷是摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù) 其在試驗(yàn)過程中一般應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn) 定 試驗(yàn)機(jī)對負(fù)荷的精度要求很高 國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷示值的相對誤差為士lIo要 滿足負(fù)荷精度的要求 就必須考慮在試驗(yàn)機(jī)上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力 目前 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)比較常用加載方式有機(jī)械式 液壓式和電磁式三種 其中 機(jī) 械式加載又可分為杠桿加載 彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式的 組合 杠桿加載和重物直接加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單 載荷穩(wěn)定 不存在負(fù)荷保持 的問題 加載精度高 但當(dāng)摩擦副運(yùn)動不穩(wěn)定時(shí)卻會引起振動和沖擊 彈簧加 載產(chǎn)生的振動比較小 但是 彈簧加載的精度不高 難于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷精確調(diào)整 液壓式加載包括動壓加載和靜壓加載兩種 但液壓加載很難保持負(fù)荷穩(wěn)定 電 磁加載易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的自動控制 但其弱點(diǎn)是控制部分的成本較高 而且在已 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 15 有摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上使用還比較少 3 恒比壓的影響 目前使用的多種類型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 對恒比壓有比較高的要求 目前 試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)恒比壓的方法有 1 從摩擦副的結(jié)構(gòu)上保證摩擦過程中接觸面積不變 借以在負(fù)荷不變的 條件下實(shí)現(xiàn)恒比壓 2 在試驗(yàn)過程中隨著接觸面積的增大 依照一定的規(guī)律增大負(fù)荷以實(shí)現(xiàn) 恒比壓 日本東京試驗(yàn)機(jī)制作所生產(chǎn)的理研一大越式高速磨損試驗(yàn)機(jī)就是利用 這種方法實(shí)現(xiàn)恒比壓的 3 同時(shí)測量摩擦副的接觸面積和試驗(yàn)負(fù)荷 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理 給出負(fù)荷的 控制信號 使負(fù)荷隨著接觸面積的變化而變化 從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中的恒比壓 這種方式先進(jìn) 可靠 然而實(shí)施難度很大 這是因?yàn)樵囼?yàn)過程中摩擦副的接觸 面積不易測量 故其至今尚未得到實(shí)際應(yīng)用 4 滑動速度的影響 滑動速度的大小對摩擦磨損往往具有關(guān)鍵性的意義 8 因而也是摩擦磨損 試驗(yàn)的一個(gè)重要參數(shù) 滑動速度的方向有單向和往復(fù)兩種 后者又可以分為擺 動式和往復(fù)直動式 在試驗(yàn)機(jī)上既可以用機(jī)械方式 如凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)等 實(shí)現(xiàn)擺動 也可以由電機(jī) 如伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī) 來實(shí)現(xiàn)擺動 往復(fù)直線 運(yùn)動通常是用曲柄滑塊等往復(fù)直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 試驗(yàn)機(jī)的速度大小一般都要 求可調(diào) 所能采用的方式有級調(diào)速和無級調(diào)速兩種 有級調(diào)速是利用變換齒輪 或皮帶輪速度比等方法實(shí)現(xiàn)的 無級調(diào)速可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn) 一種是機(jī)械 式無級調(diào)速 如摩擦輪和差動輪系等 但其調(diào)速范圍不大 另一種是使用無級 調(diào)速電機(jī)進(jìn)行 這種方式的調(diào)速范圍很大 如直流伺服電機(jī)的調(diào)速范圍可達(dá) 1 2000r min 下限還可以更低 當(dāng)采用電機(jī)無級調(diào)速時(shí) 一般都要求速度穩(wěn)定 因而常采用速度控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制 5 溫度的影響 溫度是摩擦磨損試驗(yàn)的又一個(gè)重要參數(shù) 有些試驗(yàn)對環(huán)境溫度有其特定的 要求 如高溫條件或低溫條件 高溫試驗(yàn)通常采用電阻絲加熱 也可以借助于 高頻加熱等 對于高溫試驗(yàn)機(jī) 既要考慮加熱部件和其他部件的隔熱問題 又 要針對加熱溫度很高的特定情況同時(shí)考慮其加熱部件的選材問題 低溫試驗(yàn)機(jī) 常采用適當(dāng)?shù)闹评浞椒ㄊ乖嚰車木植凯h(huán)境保持低溫 也可以將摩擦副浸泡 在制冷劑中實(shí)現(xiàn)低溫 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 16 6 氣氛的影響 有些試驗(yàn)研究要求對氣氛進(jìn)行控制 如真空試驗(yàn) 在只要求控制濕度的場 合 簡易的辦法是將摩擦副部分加一個(gè)有較好密封性能的罩子 再在其中放置 一些盛水的盒子即可調(diào)節(jié)濕度 當(dāng)然 濕度調(diào)節(jié)也可以在濕度傳感器控制下自 動地進(jìn)行 此外 用于真空條件下摩擦磨損研究的試驗(yàn)機(jī)對真空度的要求較高 實(shí)現(xiàn)真空可以使用真空泵 在這里密封問題很重要 尤其動密封往往是令人頭 疼的問題 為了提高真空度 有些試驗(yàn)機(jī)上采用了磁力傳動 借以少用或不用 動密封 7 試驗(yàn)時(shí)間的影響 試驗(yàn)時(shí)間一般是依具體情況而定 大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)沒有配備定時(shí)裝置 要在 試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制 可以采用定時(shí)器控制動力源 也有的是根據(jù)摩擦力或 摩擦力矩的極限值來控制停機(jī) 這種控制方法對試驗(yàn)機(jī)也起著過載保護(hù)作用 1 6 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的選題背景 摩擦學(xué)是研究相對運(yùn)動的作用表而間的摩擦 潤滑和磨損 以及三者間相 互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門交叉學(xué)科 摩擦學(xué)研究的對象很廣泛 在機(jī)械工程中主要包括動 靜摩擦零件表而受 工作介質(zhì)摩擦或碰撞 沖擊 機(jī)械制造工藝的摩擦學(xué)問題 彈性體摩擦 特殊 工況條件下的摩擦學(xué)問題 深海作業(yè)的高壓 腐蝕 潤滑劑稀釋和防漏密封等 情況下的摩擦 摩擦學(xué)涉及許多學(xué)科 如完全流體潤滑狀態(tài)的滑動軸承的承載油膜 基本 上可以運(yùn)用流體力學(xué)的理論來解算 在計(jì)算摩擦阻力時(shí)則需要認(rèn)真考慮油的流 變性質(zhì) 甚至要考慮瞬時(shí)變化過程的效應(yīng) 而不能把它簡化成牛頓流體 為了了解磨損的發(fā)生發(fā)展機(jī)理 尋找各種磨損類型的相互轉(zhuǎn)化以及復(fù)介的 錯(cuò)綜關(guān)系 需要對表面的磨損全過程進(jìn)行微觀研究 僅就油潤滑金屬摩擦來說 就需要研究潤滑力學(xué) 彈性和塑性接觸 潤滑劑的流變性質(zhì) 表而形貌 傳熱 學(xué)和熱力學(xué) 摩擦化學(xué)和金屬物理等問題 涉及物理 化學(xué) 材料 機(jī)械工程 和潤滑工程等學(xué)科 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 17 2 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì) 本課題是往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要任務(wù)是完成試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu) 方面的設(shè)計(jì) 主要包括驅(qū)動機(jī)構(gòu) 往復(fù)機(jī)構(gòu) 加載機(jī)構(gòu) 加熱裝置的設(shè)計(jì) 在 本章中對試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu) 往復(fù)結(jié)構(gòu) 加載結(jié)構(gòu) 加熱裝置等進(jìn)行了選擇確 定 2 1 往復(fù)式高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 由于本論文涉及的往復(fù)式高溫摩擦磨試驗(yàn)機(jī)主要面向小型企業(yè) 所以該試 驗(yàn)機(jī)要求結(jié)構(gòu)簡單 能夠適合高速高溫運(yùn)動 工作范圍較大 成本較低 操作 簡單 控制方便 我們設(shè)計(jì)的往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下 1 載荷范圍 小于100N 2 主軸轉(zhuǎn)速范圍 0 600r min 無級調(diào)速 3 摩擦溫度的測量范圍 室溫500 4 試樣尺寸 小于 100mm 5 往復(fù)行程 200mm 2 2 各結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 2 2 1 往復(fù)結(jié)構(gòu)的選擇 常見的能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運(yùn)動的結(jié)構(gòu)可以分為以下 3 種 1 凸輪機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單 精度高 運(yùn)動范圍大 難以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動 多 用于裝配 價(jià)格低的場合 2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 工作范圍大 結(jié)構(gòu)簡單緊湊 定位精度較高 占地面 積小 是較早使用的結(jié)構(gòu)形式 3 齒輪機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊 占用空間小 較好的姿態(tài)確定性 適應(yīng)性好 缺點(diǎn)是坐標(biāo)計(jì)算和控制復(fù)雜 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 18 綜合比較以上3種形式的往復(fù)結(jié)構(gòu) 由于本設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡單 而且成本 不能較高 工作范圍較大 結(jié)合各個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 因此本設(shè)計(jì)采用曲柄滑塊 機(jī)構(gòu) 2 2 2往復(fù)結(jié)構(gòu)的主要部件及運(yùn)動 在往復(fù)結(jié)構(gòu)的基本方案選定后 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) 為了滿足設(shè)計(jì)要求 本往 復(fù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2個(gè)運(yùn)動 即回轉(zhuǎn)運(yùn)動和往復(fù)運(yùn)動 將連桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為 導(dǎo)桿的往復(fù)運(yùn)動 如圖2 1所示 本往復(fù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要由4個(gè)大部件組成 1 轉(zhuǎn)盤 通過電動機(jī)帶動實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 2 連桿 通過開口銷與轉(zhuǎn)盤相連實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 3 導(dǎo)桿 利用和連桿相連并通過導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動 4 導(dǎo)向裝置 用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿的直線往復(fù)運(yùn)動 圖2 1 往復(fù)結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 2 1 Construction of twin bed reciprocating grate schematic drawing 2 2 3驅(qū)動方式的選擇 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是摩擦試驗(yàn)機(jī)的重要組成部分 摩擦試驗(yàn)機(jī)的性能價(jià)格比在很大 程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置的選擇 根據(jù)動力源的不同 摩擦試驗(yàn)機(jī)的驅(qū) 動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓 氣動 電動和機(jī)械驅(qū)動等四類 本次設(shè)計(jì)根據(jù)性能要 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 19 求采用電動機(jī)構(gòu)驅(qū)動摩擦試驗(yàn)機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單 尺寸緊湊 重量輕 控制方便等優(yōu) 點(diǎn) 因此 摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)選擇電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動方案 2 2 4加載機(jī)構(gòu)的選擇 負(fù)荷是摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù) 其在試驗(yàn)過程中一般應(yīng)當(dāng)保持 穩(wěn)定 試驗(yàn)機(jī)對負(fù)荷的精度要求很高 國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷示值的相對誤差為士1 要滿足負(fù)荷精度的要求 就必須考慮在試驗(yàn)機(jī)上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力 目 前摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)比較常用加載方式有機(jī)械式 液壓式和電磁式三種 其中 機(jī)械式加載又可分為杠桿加載 彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式 的組合 杠桿加載和重物直接加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單 載荷穩(wěn)定 不存在負(fù)荷保 持的問題 加載精度高 但當(dāng)摩擦副運(yùn)動不穩(wěn)定時(shí)卻會引起振動和沖擊 彈簧 加載產(chǎn)生的振動比較小 但是 彈簧加載的精度不高 難于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷精確調(diào)整 液壓式加載包括動壓加載和靜壓加載兩種 但液壓加載很難保持負(fù)荷穩(wěn)定 電 磁加載易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的自動控制 但其弱點(diǎn)是控制部分的成本較高 而且在已 有摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上使用還比較少 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 我們最終選擇彈簧加載系統(tǒng) 通過和應(yīng)變片傳感器技術(shù)相 結(jié)合可以達(dá)到精確測量壓力的要求 所以本試驗(yàn)機(jī)采用彈簧加載系統(tǒng) 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 20 圖 2 2 彈簧加載示意圖 Fig 2 2 Spring on board schematic drawing 2 2 5高溫加熱裝置的選擇 高溫加熱裝置主要包括以下三種 1 電烙鐵加熱裝置 如圖 2 3 所示 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 缺點(diǎn) 是功率小 度難以提高 圖 2 3 電烙鐵加熱示意圖 Fig 2 3 Heated ironschematic drawing 2 電阻爐加熱裝置 如圖 2 4 所示 優(yōu)點(diǎn)是溫度較高而且操作方便 缺 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 造價(jià)較高 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 21 圖 2 4 電阻爐加熱示意圖 Fig 2 4 Heated resistance furnace schematic drawing 3 電阻絲加熱裝置 如圖 2 5 效果所示 優(yōu)點(diǎn)是溫度高 結(jié)構(gòu)簡單 操 作方便 而且配合熱電偶可以實(shí)現(xiàn)溫度的控制 便于操作和達(dá)到試驗(yàn)溫度的目 的 圖 2 5 高溫示意圖 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 22 Fig 2 5 Spring on board schematic drawing 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 我們最終選擇電阻絲 通過和熱電偶傳感器技術(shù)相結(jié)合可 以達(dá)到精確測量溫度的要求 所以本試驗(yàn)機(jī)采用電阻絲加熱裝置 各個(gè)裝置方案確定后 往復(fù)式摩擦試驗(yàn)機(jī)整個(gè)結(jié)構(gòu)也就出來了 示意圖如 圖2 6所示 電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動 從而帶動連桿運(yùn)動 連桿帶動 導(dǎo)桿運(yùn)動 通過導(dǎo)向裝置將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線往復(fù)運(yùn)動 導(dǎo)桿帶動下試樣夾具 沿著導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動 加載系統(tǒng)通過螺母向下旋轉(zhuǎn)從而壓住加載頭使其向下 運(yùn)動 進(jìn)而壓縮彈簧從而對上試樣夾具產(chǎn)生壓力 上試樣對下試樣壓迫 從而 實(shí)現(xiàn)在一定壓力下 測試摩擦性能 高溫加熱裝置通過電阻絲進(jìn)行加熱 溫度 通過熱電偶進(jìn)行測量以便對溫度進(jìn)行控制 由于溫度較高 在箱體各個(gè)側(cè)板內(nèi) 都安置隔熱層 避免損傷的發(fā)生 圖 2 6 摩擦試驗(yàn)機(jī)示意圖 Fig 2 6 Friction testing machine schematic drawing 1 轉(zhuǎn)盤 2 連桿 3 導(dǎo)桿 4 螺釘 5 導(dǎo)向裝置 6 左側(cè)板 7 上側(cè)板 8 螺母 9 螺桿 10 加載頭 11 套筒 12 熱電偶 13 隔熱層 14 右側(cè)板 15 電阻絲 16 彈 簧 17 上試樣夾具 18 滾珠 19 螺釘 20 上試樣 21 下試樣 22 下試樣夾具 23 導(dǎo)軌 24 試驗(yàn)臺 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 23 往復(fù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 往復(fù)結(jié)構(gòu)的基本要求 1 能夠?qū)崿F(xiàn)一定的往復(fù)運(yùn)動 并且在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠保證其平穩(wěn)性和安 全性 而且便于操作和控制 2 往復(fù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單 便于設(shè)計(jì) 3 2 設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3 2 1電動機(jī)的選取 電動機(jī)是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件 選擇電動機(jī)包括確定類型 結(jié)構(gòu) 功率和轉(zhuǎn)速 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式主要根據(jù)電源 工作條件和載荷特點(diǎn)來選 擇 本結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇交流三相鼠籠式異步電動機(jī) 電動機(jī)選取應(yīng)綜合考慮的問題 1 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機(jī)的啟動 制動 反轉(zhuǎn) 調(diào)速等 要求 選擇電動機(jī)類型 2 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求 考慮電動機(jī)的溫 升限制 過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩 選擇電動機(jī)功率 并確定冷卻通風(fēng)方式 所以 選電動機(jī)功率應(yīng)留有余量 負(fù)荷率一般去 0 8 0 9 過大的備用功率會使電機(jī) 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 24 效率降低 對于感應(yīng)電動機(jī) 其功率因數(shù)將變壞 并使按電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn) 強(qiáng)度的生產(chǎn)機(jī)械造價(jià)提高 3 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件 如溫度 濕度 灰塵 雨水 瓦斯以及腐蝕 和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式 選擇電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 4 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對功率因數(shù)的要求 確定電動機(jī)的電壓等級 和類型 5 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過度過程性能的要求 以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度 選擇電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 除此之外 選擇電動機(jī)還必須符合節(jié)能要求 考慮運(yùn)行可靠性 設(shè)備的供 貨情況 備用備件的通用性 安裝檢修的難易 以及產(chǎn)品價(jià)格 建設(shè)費(fèi)用 運(yùn) 行和維修費(fèi)用 生產(chǎn)過程中前后期電動機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素 電動機(jī)容量主要由運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來限定 在不變或變化很小的載荷下 長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械 只要其電動機(jī)的負(fù)載不超過額定值 電動機(jī)便不會過熱 通常不必校驗(yàn)發(fā)熱和起動力矩 所需電動機(jī)功率為 3 1 wdP 工作機(jī)實(shí)際需要的電機(jī)輸出功率d 工作機(jī)所需輸入功率wP 電機(jī)至工作機(jī)間傳動裝置總效率 由電動機(jī)至轉(zhuǎn)盤的傳動總效率為 3 2441230 9680 97 85a 3 3smn 3 1065 106d 3 kwFad 1 85 0170 4 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 25 F 為加載力 最大為 500N 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是 0 600r min 所以電動機(jī)可選范 圍為 600 1200r min 選電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為 960r min 根據(jù)選用電機(jī)的額定功率要大于計(jì)算功率 因此選用 Y2 132M 型一般異步電動機(jī) 額定功率 2 2KW 轉(zhuǎn)速 960r min 效 率 82 3 2 2聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是機(jī)械傳動中常用的部件 主要用來聯(lián)接軸與其回轉(zhuǎn)的零件 以傳 遞運(yùn)動與轉(zhuǎn)矩 對于聯(lián)軸器 在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所聯(lián)接的兩軸不能分離 只有在機(jī) 器停車并將聯(lián)接拆開后兩軸才能分離 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器 根據(jù)傳遞載荷的大小 軸轉(zhuǎn)速的 高低 被連接兩部分的安裝精度等 參考各類聯(lián)軸器特性 選擇一種合用的聯(lián) 軸器類型 具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn) 1 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求 例如 對大 功率的重載傳動 可選用齒式聯(lián)軸器 對嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振 動的傳動 可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器 2 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高地和引起的離心力大小 對于高速傳動軸 應(yīng)選 用平衡精度高的聯(lián)軸器 3 兩軸相對位移的大小和方向 在安裝調(diào)整過程中 難以保持兩軸嚴(yán)格 精確對中 或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移 應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器 例如當(dāng)徑向位移較大時(shí) 可選用滑塊聯(lián)軸器 角位移較大或相交兩端的連接可 選用萬向聯(lián)軸器等 4 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境 通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸 器比較可靠 需要潤滑的聯(lián)軸器 其性能易受潤滑完善程度的影響 且可能污 染環(huán)境 含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度 腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏 感 而且容易老化 5 聯(lián)軸器的制造 安裝 維護(hù)和成本 在滿足使用的前提下 應(yīng)選用裝 柴方便 維護(hù)簡單 成本低的聯(lián)軸器 例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單 而且裝 拆方便 可用于低速 剛性大的傳動軸 一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器 由于 具有良好的綜合性能 廣泛應(yīng)用于一般的中小功率傳動 由于對機(jī)械手的回轉(zhuǎn)精度要求不高 故選用剛性聯(lián)軸器 如圖 3 1 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 26 圖 3 1 聯(lián)軸器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 Fig 3 1 The internal structure drawing of shaft coupling 載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩 3 5 mNnpT 35 2940 590 式中 P 電動機(jī)的額定功率 單位為 KW n 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 單位為 r min 其中公稱轉(zhuǎn)矩由后面電動機(jī)的選擇可以知道 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得 KA 1 5 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca KAT 1 5 22 35 33 53 3 6 Nm 其中 KA 為工作情況系數(shù) 型號選擇 綜合考慮軸的轉(zhuǎn)速 軸徑及電動機(jī)的功率從 GB T4323 84 中查得選用 YL5 型凸緣聯(lián)軸器滿足要求 該聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為 160 最大轉(zhuǎn)速為Nm 3600r min 軸徑 d2 dz 分別為 28mm 和 28mm 主動端 J 型孔 A 型鍵槽 dz 28mm L1 60mm 從動端 J1 型孔 B 型鍵槽 d2 28mm L 44mm 記作 YL5 聯(lián)軸器 GB T5843 1986 128604J 3 2 3轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)計(jì)算 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 27 轉(zhuǎn)盤在往復(fù)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用 通過電動機(jī)的帶動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動從 而帶動連桿運(yùn)動 導(dǎo)桿運(yùn)動進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動 根據(jù)往復(fù)行程的要求 L 10CM 所以 L 2r 200mm r mL102 其中 r 回轉(zhuǎn)運(yùn)動的半徑 考慮在圓盤邊上旋轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生很大的向心力 在圓盤內(nèi)側(cè)又需要很大的力 帶動旋轉(zhuǎn) 所以最終確定在圓盤半徑中心 所以 R 2r 200mm R 轉(zhuǎn)盤的半徑 因此 轉(zhuǎn)盤的直徑為 40CM 材料選擇 45 鋼即可 3 2 4連桿的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 連桿在往復(fù)運(yùn)動中起著樞紐作用 連桿通過轉(zhuǎn)盤的帶動進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動 又 通過與導(dǎo)桿相連 并將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動 在設(shè)計(jì)中要著重考慮連 桿的安全性和穩(wěn)定性 連桿選用 45 鋼制成 長度 210 280 350GPaEMaPaps L 600mm 直徑 d 45mm 最大壓力 Fmax 200N 規(guī)定穩(wěn)定性安全系數(shù)為 Ns 8 10 現(xiàn)進(jìn)行穩(wěn)定性校核 由公式求出 3 8610286 921 PapE 7 式中 柔度臨界值 1 連桿簡化為兩端鉸支桿 截面為圓形 i 柔度為1 4dAI 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 28 5 624 dli 1 所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力 由公式得 3 2 43568 23042 MPabas 8 其中 最小柔度2 表 3 1 優(yōu)質(zhì)碳鋼的 和 b 的數(shù)值a Table 3 1 The value of a and b of High quality steel 材料 MPa b MPa 優(yōu)質(zhì)碳鋼 461 2 568 可見連桿的柔度 介于 和 之間 是中等柔度壓桿 如用直線公式 由 21 表查處優(yōu)質(zhì)碳鋼的 和 b 分別是 461MP b 2 568MP 由直線公式求出aaa 臨界壓應(yīng)力為 3 MPPMcr 3015 6258 2461 9 其中 臨界應(yīng)力cr 臨界壓力是 PamAFcrC 478103104562 連桿的工作安全因數(shù)為 3 stcr nkNn 6 4178max 10 所以滿足穩(wěn)定要求 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 29 3 2 5導(dǎo)桿的計(jì)算及校核 導(dǎo)桿是連接連桿和下試樣夾具的中間橋梁 正是導(dǎo)桿的往復(fù)運(yùn)動帶動了下 試樣夾具做直線往復(fù)運(yùn)動 從而實(shí)現(xiàn)下試樣和下試樣的往復(fù)摩擦 為了保證導(dǎo) 桿沿一定的方向做直線運(yùn)動 設(shè)置了導(dǎo)向裝置從而確保導(dǎo)桿沿固定方向運(yùn)動 由于導(dǎo)桿受力并不是很大 所以導(dǎo)桿選用 45 號鋼 進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理即可 下表 3 2 是導(dǎo)桿的主要參數(shù) 表 3 2 導(dǎo)桿的參數(shù) Table 3 2 Account of parameters 長度 mm 截面直徑 mm 抗壓強(qiáng)度 MPa 抗拉強(qiáng)度 MPa 1024 60 80 80 下面對導(dǎo)桿的受壓和受拉進(jìn)行校核 導(dǎo)桿的軸力為 NFN80max 根據(jù)校核公式 3 MPadAFN2 4601 32 11 根據(jù)校核 所以導(dǎo)桿滿足強(qiáng)度要求 3 2 6鍵的選取計(jì)算及校核 鍵聯(lián)接是通過鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件間的周向固定以及傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩 鍵 的工作面是兩個(gè)側(cè)面 工作時(shí) 靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩 鍵的上表 面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙 鍵的選擇主要包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè) 方面 鍵的主要尺寸是鍵的截面尺寸 一般為鍵寬 b 鍵高 h 與長度 L 鍵的截面 尺寸應(yīng)根據(jù)軸徑 d 有標(biāo)準(zhǔn)中選定 鍵的長度一般可按輪轂的長度而定 即鍵長 等于或短于輪轂的長度 并且鍵長應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)長度系列 由于本試驗(yàn)機(jī)是小型 鍵的工作場合 故采用雙圓頭平鍵聯(lián)接 具有結(jié)構(gòu) 簡單 裝拆方便 對中性較好等特點(diǎn) 圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 30 鍵槽中 鍵在鍵槽中周向固定良好 由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件 不需要計(jì)算 只要根據(jù)與鍵相配合的軸的直徑來確定 由于軸的直徑已經(jīng)確定 所以鍵的尺寸只需要查表確定 經(jīng)查表選擇鍵的尺寸 型號為 鍵 8 36mm GB T1096 1979 鍵 14 56mm GB T1096 1979 鍵的 材料主要是抗拉強(qiáng)度不小于 600MPa 鋼 一般選擇 45 鋼 鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰 除非嚴(yán)重過載 一般不會出現(xiàn)鍵 的剪斷 因此通常只按工作面的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算 在進(jìn)行強(qiáng)度校核后 如果強(qiáng)度不夠 可采用雙鍵聯(lián)接 本課題研究的試驗(yàn)機(jī)中共有四處鍵聯(lián)接 即電機(jī)與聯(lián)軸器的連接 小齒輪 軸和聯(lián)軸器以及與小齒輪的連接 大齒輪與軸連接 下面對鍵聯(lián)接進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)公式 p 2T 1000 kld p 3 1 2 式中 p 鍵受到的許用應(yīng)力 單位 MPa p 鍵 軸 輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力 單位 Mpa 經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇的數(shù) 值為鑄鐵的最低 50 60MPa T 鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩 T F d 2 單位為 N m K 鍵與輪轂槽的接觸高度 K 0 5h h 為鍵的高度 單位 mm L 鍵的工作長度 單位 mm 圓頭平鍵 l L b L 為鍵的公稱長度 b 為鍵的寬度 d 軸的直徑 單位 mm 1 首先是對電機(jī)主軸上的鍵進(jìn)行計(jì)算 由于電機(jī)的型號已經(jīng)確定為 Y2 132M 型 經(jīng)查表可知其額定轉(zhuǎn)矩為 9 72N m 額定功率為 2 2KW 額定轉(zhuǎn)速為 960r min 所以 p 2T 1000 kld 2 9 72 1000 4 36 28 4 7Mpa p 強(qiáng)度合格 2 對轉(zhuǎn)盤軸上面的 鍵進(jìn)行校核 由于本軸上共有兩處鍵聯(lián)接 且傳遞動力一樣 所以只需對一個(gè)鍵進(jìn)行校 核 首先要計(jì)算鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩 根據(jù)公式 T 9550 P n 式中 P 為軸所承受的功率 聯(lián)軸器的效率一般為 0 98 左右 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說明書 Q 197216396 或 11970985 31 所以 P1 0 98 2 2 2 156KW n 為軸的轉(zhuǎn)速 即 n1 940r min 所以 T 9550 P N 21 5N m p1 2T 1000 kld 2 21 5 1000 4 36 28 5 05mpa p 強(qiáng)度合格 所以經(jīng)過計(jì)算 本課題中所采用的鍵聯(lián)接都能滿足強(qiáng)度的條件 3 2 7導(dǎo)向裝置端蓋螺釘?shù)挠?jì)算 如圖 3 2 所示 t 為螺釘?shù)拈g距 間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān) 具體工作壓強(qiáng)見 表 3 3 表 3 3 螺釘間距 t 與壓力