1604-销盘式高温高速摩擦磨损试验机的设计
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湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2006183932 姓名 赵缙 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价作者的毕业设计为摩擦磨损实验机的设计，论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中熟练运用所学知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，论文质量较好，同意参加答辩。评阅人： 2010年5月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2006183932 姓名： 赵缙 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张论文（设计）题目： 内容提要： 指导教师评语赵缙同学在毕业设计过程中，态度认真，并对毕业设计任务作了认真的理解与分析。通过查阅有关摩擦磨损实验机的文献资料，提出了一可行的摩擦实验机的结构设计方案。完成了其主要设计参数的计算，绘制了二维装配图及主要零部件图纸，其工作量适当，图纸、说明书符合要求，达到了本科生毕业设计的目的和要求。同意答辩，推荐等级为良。指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 销盘式高温高速摩擦磨损试验机的设计 学号： 2006183932 姓名： 赵缙 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周后明 系主任： 周友行 一、主要内容及基本要求设计销盘式高温高速摩擦磨损试验机的机械部分。主要技术指标如下： 1、最大试验力：20N 2、主轴速度范围：03000r/min 3、工作的最高温度1000 4、加载范围：020 N，采用砝码加载 5、样品盘最大尺寸为80 mm，最大厚度10 mm 设计要求： 1、完成方案设计和选择 2、绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万 4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 二、重点研究的问题 销盘式高温高速摩擦磨损试验机的结构设计及相关强度校核。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1，2周2制订设计方案第3，4周3分析与计算第5，6周4绘部件装配图第7，8、9周5绘零件图第10，11周6撰写设计说明书第12，13周7准备答辩材料第14周8毕业答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1 桂长林，沈健。摩擦磨损试验机设计的基础：II摩擦磨损试验机设计方法的研究。合肥：固体润滑。1990，10（2），1201362 杨学军，赵浩峰，赵昕月。高温销盘磨损试验机的研制。太原：太原理工大学学报，2005，36（4），4774793 李霞，许志庆，杨永。高速摩擦磨损试验机的总体设计。北京：中国仪器仪表，2003，19214 桑可正，金志浩。MPX2000型盘销式摩擦磨损试验机的改装。北京：机械科学与技术。1999。18（3），470471，4745 何国仁，曾汉民，杨桂成。高温摩擦磨损试验机的研制。北京：北京：试验技术与试验机。1991，31（5），11166 成大先。机械设计手册。北京：化学工业出版社。2004年1月目录第一章 绪论21.1本课题研究的目的和意义21.2国内外研究概况31.3 发展趋势91.4 小结9第二章 摩擦磨损试验机的影响因素102.1试验条件的影响；102.2、试验负荷的影响；13第三章 方案设计、分析与比较163.1 试验机的整体分析163.2 设计方案的制定163.3 方案比较20第四章 摩擦磨损试验机结构设计的相关计算224.1、试验机的主要性能指标的确定224.2试验机的主传动系统的相关计算224.2.1电机选择：224.2.2同步带传动的计算：244.2.3主轴计算：284.2.4、主轴上键的强度校核：304.2.5、横梁的强度校核：304.2.6、丝杠螺母副的相关计算：304.2.7、轴承的校核：31第五章 摩擦磨损试验机的结构设计345.1、磨损试验机的整体结构345.2、箱体的结构设计355.3、横梁的设计355.4、支架的设计：365.5、摩擦销的结构设计：375.6、摩擦盘夹持器的设计：37第六章 结 论38致谢39参考文献40附录：外文翻译4150高温高速摩擦试验机摘要：摩擦学是一门实践性很强的应用科学，在国内的相关研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切人式摩擦、磨损试验机、盘销式摩擦磨损试验机等。摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。高温高速摩擦磨损试验机是进行高温高速摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的高温摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制开发和应用的必备设备。该设备是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基础设备，该设备可以扩展该学科的研究领域和提高研究水平。关键词：摩擦、试验机、高温、高速High-temperature high-speed friction testerAbstract: Friction is a very practical application of scientific research in China is widely used in a roller-type testing machine abrasion tester, four-ball friction and wear tester, reciprocating friction and wear test machine, cutting people friction and wear test machine, disc pins and other friction and wear test machine. The purpose of friction and wear tests on the friction and wear in order to study the phenomenon and its essence, the correct assessment of the various factors on the friction and wear properties to determine compliance requirements of the friction pair components using the optimal parameters. High temperature friction and wear tester is heat-efficient high-speed friction and wear test equipment, widely used in various high temperature friction and wear properties of tool to test and evaluation, and new high-speed cutting tool material developed and applied the necessary equipment . The device is a high-speed machining and cutting tool material research studies needed infrastructure, the device can be extended to the subject of basic research and research level. Key words: friction testing machine, high temperature, high-speed 第一章 绪论1.1本课题研究的目的和意义摩擦学是一门实践性很强的应用科学，研究材料摩擦磨损行为一般需要借助摩擦磨损试验机测量摩擦副的摩擦磨损特性等一系列参量。在国内的相关研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切人式摩擦、磨损试验机、盘销式摩擦磨损试验机等。随着冶金、矿山、电力以及工程机械等行业的发展，人们对磨损危害的认识有了相当的提高。为了弄清磨损机理以减少有害的磨损，各国学者对材料在常温下的各种磨损问题均进行了大量的研究，但对于材料在高温下的磨损问题至今却研究的较少，这和高温磨损试验装置的缺乏不无关系。1910年第一台磨料磨损试验机即以问世，1975年美国润滑工程师学会（ALSE）编著的“摩擦磨损装置”一书中所公布的不同类型的摩擦磨损试验机也有上百种，但其中大部分都是常温磨损试验机1。近几十年来，磨损试验机和试验方法虽然有了较大的发展，但这些试验机大多还是由企业和研究工作者根据工作需要和实际工况自行设计制造的，如高温磨料磨损试验机，适合高分子及其复合材料试验用的高温摩擦磨损试验机等。只有少数试验机是由专门的试验机厂或仪器制造公司制造和供应的，而且这些试验机大都结构复杂，价格较贵，这说明了磨损问题的复杂性和进行实验室磨损试验研究的困难所在。摩擦磨损问题存在于人类物质活动的各个方面。在汽车、发电、设备、冶金、铁道、宇航、电子和农机等各方面的机械都大量存在着摩擦学的问题。据估计，全世界约有1/2- 1/3的能源以各种形式消耗在摩擦上，如果从摩擦学方面采取正确的措施，就可以大大节约能源消耗。磨损是机械零部件3种主要的失效形式之一，所导致的经济损失是巨大的，大约有80%的机械零件由于各种磨损导致失效。特别是随着物质文明的进步和工业技术现代化的发展，机械设备的开发使用普遍趋于重载、高速、高效率化，如何控制和改善机械的摩擦磨损状况、提高其使用寿命和工作可靠性，已成为机械工业技术人员必须关注的问题，并促使其研究不断的深入和发展。这些摩擦试验机多采用静态选位法观察摩擦试件，虽然简单易行，但不能获得摩擦过程的动态信息，更不能对磨损（摩擦）过程进行动态观测及动态数据记录；另外由于受到试验机转速的限制，摩擦副相对运动的速度大多较低（一般不超过10m/s ）。然而现代机械装备中许多摩擦副的相对滑动速度相当高，如高速 列车运行时的速度约为300km/h，制动时制动盘与刹车片之间摩擦速度为6070m/s.而目前还未曾见到可用于高速条件下数据动态测量所需的商用摩擦磨损试验机。摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦磨损试验研究的内容非常广泛，如探讨摩擦、磨损和润滑机理以及影响摩擦、磨损的诸因素，对新的耐磨、减磨及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，如何准确地获取摩擦磨损过程中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究具有非常重要的作用。高温高速摩擦磨损试验机是进行高温高速摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的高温摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制开发和应用的必备设备。该设备是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基础设备，该设备可以扩展该学科的研究领域和提高研究水平。1.2国内外研究概况摩擦试验机对冶金、矿山、电力以及工程机械等行业的发展有着至关重要的作用,随着目前世界各国科技的飞速发展,各个行业在技术上的突飞猛进摩擦试验机对于各行业的重要性也越来越明显.目前，世界只有美国、日本、瑞士等少数几个国家有摩擦磨损试验机的专业生产企业，而济南试金集团是国内最早研制和生产摩擦磨损试验机的厂家。早在1964年为了满足我国石油工业和材料工业的发展需要，济南试金集团开始研制MQ-12型四球摩擦试验机，1965年研制成功并投入生产，1966年又研制成功MM-200型磨损试验机，两种试验机的研制成功标志着我国已有了自行研制摩擦磨损试验机的能力。在最近的几年，涌现出了一批新兴生产摩擦磨损试验机的企业，也有不少优质产品面世。济南竟成测试技术有限公司生产的SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机：图1-1 SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机仪器工作原理：本试验装置适用于材料表面和材料涂层的摩擦磨损测试。可提供较宽的负载范围和旋转速度。可进行球盘、栓（销）盘、盘盘的不同摩擦副的试验，精确测量在不同摩擦方式下，材料的摩擦系数、磨痕深度及耐磨性，操作简便，测量精度高。主要技术指标： 载荷范围： 1N200N(100g20kg ) 旋转速度： 1004500rpm(连续可调) 样品尺寸： 880mm 厚度： 0.530mm 摩擦系数测量精度0.2 Fs（满量程） 样品对偶尺寸：36mm 磨痕深度测量范围：1mm 精度：0.1m选配件：1. 100g摩擦力传感器 ( 0.05N1N ) 适用于微小载荷下材料摩擦系数的测试。2. 1000g摩擦力传感器( 0.1N10N ) 当然,目前国内还有其他公司的产品一样很成熟了。济南思达测试技术有限公司生产的MME-2微机控制摩擦磨损试验机就是一个例子MME-2微机控制摩擦磨损试验机：图1-2 MME-2微机控制摩擦磨损试验机主要用途 本试验机可做各种金属材料及非金属材料（尼龙、塑料等）在滑动摩擦、滚动摩擦、滚滑复合摩擦和间歇接触摩擦等多种状态下的耐磨性能试验，用于评定材料的摩擦机理和测定材料的摩擦系数。并可模拟各种材料在干摩擦、湿摩擦、磨料磨损等不同工况下摩擦磨损试验。该机采用计算机控制系统，可实时显示试验力、摩擦力矩、摩擦系数、试验时间等参数，并可记录实验过程中摩擦系数时间曲线。滚动摩擦试验能调节实现不同的滑差率；该产品所做结果符合GB/T12444.2-90金属磨损试验方法MM型磨损试验；GB/T396083塑料滑动摩擦系数试验方法。由于该机功能多，结构简单可靠，使用方便，有多个标准试验方法建立在该机型上，且在国外使用较多，所以在国内摩擦学研究领域也有非常广泛的应用。技术参数和技术指标表1-1 序号项目名称技术指标1最大试验力2500N2摩擦力矩测量范围020N.m 3上、下试样轴转速0600r/min4试样轴向最大移动距离4mm5试验力示值相对误差 在满量程的10%以上，不超过2%6试验力示值重复性相对误差在满量程的10%以上，不超过2%7摩擦力矩示值相对误差 在满量程的10%以上，不超过2%8摩擦力矩示值重复性相对误差在满量程的10%以上，不超过2%9温度控制范围室温-6010时间控制范围1s-9999min11转数控制范围1-9999999912时间-摩擦力矩曲线由计算机实现对各个参数的测量显示及数据处理，可实时显示时间-摩擦力矩曲线。13试验机的外形尺寸（长宽高）主机：970660110014试验机净重约500kg以下是对于国外的一些成熟产品介绍：美国FALEX公司：FALEX公司是摩擦磨损测试仪器的专业制造商，具有75年的历史，其产品广泛应用在石化、机械，军工等多个领域，目前有超过300台四球机试验机在各个国家使用，已被各国政府部门和工业界广泛的认同，FALEX公司的很多仪器已成为摩擦磨损领域的测试标准，被收录在ISO、ASTM等国际和行业的标准中。 FALEX四球法磨损磨损试验机设计有精密负载以便完成精确的磨损实验，它是唯一通过多个实验室循环实验所得出的精度作为ASTM方法中的精度要求的仪器，到目前为止没有其他的仪器展示这个精度，为了符合ASTM、ISO、DIN的要求，就一定要使用FALEX四球法磨损实验测定仪。图1-3 FALEX四球法磨损实验测定仪技术参数：试验负荷: F-1519：可变驱动四球试验机，气动可变负载最大到 180kg F-1520：标准四球试验机，固定砝码和机械杆，最大50kg 试验速度: F-1519：气动连续可变驱动，60 -3600 rpm 连续可调，可选1 -10,000 rpm速度转换组件 F-1520：V形带和滑轮驱动，提供三种速度选择 600, 1200, 1800 rpm. 温度控制: 数字温度控制 环境温度-232 自动启动加热，直至设定温度 定时: 数字可编程定时器 (1s-999h) 测量: F-1519：集成测压元件和数字显示摩擦力 F-1520：手动测量 环境： 固态或液态(润滑油、润滑脂,固态膜涂层等) 可选外罩仓增强温度控制精度 可选压力仓，最大压力125psi 尺寸： 168 cm x 91 cm x 81 cm， 电源： 220V, 50/60Hz、10A 气源 80 psi 干燥空气 ( F-1519)主要特点： 标准配置 ：1HP变速马达60 到 3600 rpm ；DC 马达控制器 ；数字转速指示器 ；数字温度控制器 ；数字计时器 ；数字负载读取 ；加热器（最高 232） ；数字摩擦系统 ；落地柜 ；温度系统自动启动 ；气体压力指示器 ；气动负载（最大到180kg） ；杯盖拧紧工具；前面板负载调节器 ；前面板有紧情况下切断电源开关； 0- 25 Ib-In 扭矩扳手 ；可装配球盖 ；流量过滤球指示器；热电偶 ；球盘组件 ；空气轴承组件。瑞士CSM公司产品图 1-4瑞士CSM公司的摩擦磨损试验机瑞士CSM公司是世界知名的表面力学性能测试设备制造商，数十年中，为世界范围的科研院所、工业用户提供了最先进的技术与应用服务。CSM公司提供多种功能的摩擦磨损实验设备，按不同的载荷以及使用条件可分为以下几类：纳米摩擦测试仪 NTR（Nano-tribometer）；摩擦试验机 TRB（Tribometer pin-on-disk），可升级为真空摩擦试验机；高温摩擦试验机 THT（High temperature tribometer），可升级为高温真空摩擦试验机；磨损测试仪 CAW（Calowear）；膜厚测试仪 CAT（Calotest），分为工业与实验室用2种型号。CSM公司的摩擦试验机主要用于测定自润滑涂层的使用寿命，以及表征固体材料或硬质涂层在不同条件下的摩擦磨损行为，用户可以通过改变摩擦时间、接触压力、运动速率、环境温度、湿度、润滑剂等参数得到材料的一系列性能指标。一套完整的摩擦试验机系统包括以下组成：主机（CSM Tribometer）；计算机通信接口（PC interface box）；数据处理工作站（Computer workstation）；仪器操作及数据处理软件（WinXP平台）；附件（针式压头支架，球形压头支架，润滑剂容器，砝码，校正模块）；试验机的尺寸：主机（Tribometer）：500 320 mm，550 mm height；计算机接口（PC interface）：500 300 mm，50 mm height；毛重：50 kg；建议安装环境：试验机应安装在振动较小的平台上。图 1-5是该试验机的测试原理示意图。图1-5 CSM公司摩擦磨损试验机测试原理。试验机的测试原理是：平头或圆形压头安放在被测样品上，用精确测定质量的砝码施加载荷；针或球安装在一支倔强系数很大的杠杆上，该杠杆被设计为无摩擦切向力传感器；当盘式样品旋转时，压头和样品间产生的摩擦力会使杠杆发生轻微的弯曲，该形变程度可被固定在一起的线性差分位移传感器检测，并由此计算摩擦力的具体数值；通过测量材料的损失体积可计算压头和样品的磨损系数。1.3 发展趋势随着现代科学技术的进步，摩擦磨损测试技术呈快速发展之势，摩擦磨损试验机呈以下发展趋势：（1）、以高性能的电机系统取代机械变速系统：目前，高性能的电机系统己经比较成熟，调速比可以达到一比几百、几千甚至更高。利用这种系统既可以实现转动，也可以实现摆动和直线运动。由高性能电机直接驱动主轴，不仅能使机械结构大大简化，而且还能降低试验机的摩擦损耗，提高整机的寿命和可靠性。但高性能电机系统价格比较昂贵。（2）、在摩擦磨损试验机上应用微型计算机：微型计算机的价格低廉，操作简单，性能稳定，不仅可以取代以往的二次仪表对试验机进行控制，而且还可以对测试参数进行自动采集和数据处理，因而能使试验机的功能大大加强。（3）、改进测试手段；（4）、提高稳定性、测试精度，以使试验结果具有更好的重复性和再现性。1.4 小结本设计主要对销盘式高温高速摩擦磨损试验机进行机械结构部分的设计与计算机三维实体造型以及二维图的绘制。所设计的试验机满足下面的性能要求：(1) 主轴转速范围03000 r/min，无级调速；(2) 工作的最高温度1000 ；(3) 加载范围：020 N，采用砝码加载；(4) 样品盘最大尺寸为80 mm，最大厚度10 mm。本设计要求设计出实现上述要求的较为合理的方案，并进行相关计算。最后对整个试验机进行机械结构设计，用AutoCAD绘制整个试验机的二维图。第二章 摩擦磨损试验机的影响因素进行摩擦磨损试验的目的是要模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及其规律性，以便通过选定参数的测量分析考察图2-1所示的工作运转变量、润滑变量和气氛变量等对特定摩擦磨损试验系统摩擦元素的影响。因此，摩擦磨损试验机的设计就是要依据这种目的和既定的具体任务要求，构思形成图2-1所示的基木系统，其工作运转变量一般要求在一定范围内可调，对于测试参数应当根据需要选定.图2-1 摩擦磨损试验机的基本系统1、2 摩擦元素 3、润滑剂 4气氛2.1试验条件的影响；（1）运动形式的影响运动形式与试验机的摩擦副结构有关，二者都是由所要模拟的摩擦副决定的，试验机的摩擦副结构和运动形式一般是固定的，但也有一些多功能试验机的摩擦副和运动形式均可通过添加附件而加以改变。例如，美国FALEX公司的多功能试样测试机在添加附件以后，就可以形成球一平面、四球、板一板(面接触)、液体浸蚀、针一盘和滚动四球等多种摩擦副形式。试验机上摩擦副的最基本运动形式一般有以下4种，即滑动、滚动、自旋和冲击。在试验机上，对运动形式都有明确的规定，但对运动的位置精度却要求不高，因此这方面的要求可忽略。（2）负荷的影响负荷是摩擦磨损试验机的一个重要参数，其在试验过程中一般应当保持稳定。试验机对负荷的精度要求很高，国内试验机负荷示值的相对误差为11%。要满足负荷精度的要求，就必须考虑在试验机上减小加载系统的摩擦阻力。目前摩擦磨损试验机比较常用加载方式有机械式、液压式和电磁式三种。其中，机械式加载又可分为杠杆加载、弹簧加载和重物直接加载或以上三种加载形式的组合，杠杆加载和重物直接加载系统的结构简单，载荷稳定，不存在负荷保持的问题，加载精度高，但当摩擦副运动不稳定时却会引起振动和冲击;弹簧加载产生的振动比较小，但是，弹簧加载的精度不高，难于实现负荷精确调整。液压式加载包括动压加载和静压加载两种，但液压加载很难保持负荷稳定。电磁加载易于实现负荷的自动控制，但其弱点是控制部分的成本较高，而且在已有摩擦磨损试验机上使用还比较少（3）恒比压的影响目前使用的多种类型的摩擦磨损试验机，对恒比压有比较高的要求。目前试验机上实现恒比压的方法有:(a)、从摩擦副的结构上保证摩擦过程中接触面积不变，借以在负荷不变的条件下实现恒比压(如图2-2所示):图2-2 以摩擦副结构保证恒圧比(b) 、在 试验 过程中随着接触面积的增大，依照一定的规律增大负荷以实现恒比压。日本东京试验机制作所生产的理研一大越式高速磨损试验机就是利用这种方法实现恒比压的。图 2-3 理研一大越式高速磨损试验机原理示意图1凸 轮 : 2摇 杆 : 3, 5 ,8 齿 轮 齿 条 : 4弹 簧 ;6旋 转 圆 环 试 件 ; 7片 状 试件。（c)、同时测量摩擦副的接触面积和试验负荷，经过数据处理，给出负荷的控制信号，使负荷随着接触面积的变化而变化，从而实现试验过程中的恒比压。这种方式先进、可靠，然而实施难度很大。这是因为试验过程中摩擦副的接触面积不易测量，故其至今尚未得到实际应用。(4)、滑动速度的影响；滑动速度的大小对摩擦磨损往往具有关键性的意义。因而也是摩擦磨损试验的一个重要参数。滑动速度的方向有单向和往复两种，后者又可以分为摆动式和往复直动式。在试验机上既可以用机械方式(如凸轮机构和曲柄摇杆机构等)实现摆动，也可以由电机(如伺服电机和步进电机)来实现摆动。往复直线运动通常是用曲柄滑块等往复直线运动机构实现。试验机的速度大小一般都要求可调，所能采用的方式有级调速和无级调速两种。有级调速是利用变换齿轮或皮带轮速度比等方法实现的。无级调速可通过两种方式来实现:一种是机械式无级调速(如摩擦轮和差动轮系等)，但其调速范围不大，另一种是使用无级调速电机进行，这种方式的调速范围很大，如直流伺服电机的调速范围可达1.2000r / min(下限还可以更低)。当采用电机无级调速时，一般都要求速度稳定，因而常采用速度控制环节实现速度的闭环控制。(5)、温度的影响；温度是摩擦磨损试验的又一个重要参数。有些试验对环境温度有其特定的要求，如高温条件或低温条件。高温试验通常采用电阻丝加热，也可以借助于高频加热等。对于高温试验机，既要考虑加热部件和其他部件的隔热问题，又要针对加热温度很高的特定情况同时考虑其加热部件的选材问题。低温试验机常采用适当的制冷方法使试件周围的局部环境保持低温，也可以将摩擦副浸泡在制冷剂中实现低温。(6)、气氛的影响；有些试验研究要求对气氛进行控制(如真空试验)。在只要求控制湿度的场合，简易的办法是将摩擦副部分加一个有较好密封性能的罩子，再在其中放置一些盛水的盒子即可调节湿度。当然，湿度调节也可以在湿度传感器控制下自动地进行。此外，用于真空条件下摩擦磨损研究的试验机对真空度的要求较高。实现真空可以使用真空泵，在这里密封问题很重要，尤其动密封往往是令人头疼的问题。为了提高真空度，有些试验机上采用了磁力传动，借以少用或不用动密封。（7）、试验时间的影响；试验时间一般是依具体情况而定，大多数试验机没有配备定时装置。要在试验机上实现时间控制，可以采用定时器控制动力源，也有的是根据摩擦力或摩擦力矩的极限值来控制停机。这种控制方法对试验机也起着过载保护作用。测量参数的影响2.2、试验负荷的影响；（1）试验机一般都要对试验负荷进行测量，所采用的测量方式往往随加载方式的不同而不同。机械式杠杆一砧码加载可以直接根据加载砝码得到负荷值(如Timken试验机)，机械式弹簧加载可以根据游标显示的弹簧变形确定负荷值(如AMSLER试验机)，液压加载可以通过加载油缸的压力换算得到负荷值(如MQ-800型四球式摩擦试验机)。然而，不论在哪种加载方式下，都可以利用负荷传感器直接测量负荷值。负荷传感器应当安装在尽量靠近摩擦副的位置上，以避免或减小导向部分摩擦力引起的测量误差。（2）摩擦力(摩擦系数)的影响；在试验机上，摩擦力(或摩擦力矩)和摩擦系数一般只测一项。例如，在已知负荷P的情况下，只要测出摩擦力F，就可以根据公式u=F/P求出摩擦系数的数值。这可以利用微机或数字电路实现运算处理。测量摩擦力常用的方法一般有两种，即测量作用在驱动轴上的扭矩，或者是借助于弹性元件测定作用在固定件上的力。在采用第二种测量方法测量摩擦力时，由于固定件在沿摩擦力方向自由运动时必然要传递法向力，所以当将其安装在滚动轴承之类的低摩擦装置上，以使附加的摩擦力尽可能地减小，从而保证摩擦力的测量精度。摩擦扭矩可以采用扭矩传感器进行测量，其安装位置既可以是在运动轴上，也可以是在固定轴上。当把扭矩传感器安装在运动轴上时，需要确保传感器的信号输出良好。在试验机上，通常是将摩擦扭矩转换成拉力或压力对其进行测量（见图2-4），但要注意使转换机构造成的误差不得超过允许值。图2-4将摩擦扭矩转化成拉力或压力的测量（3）速度的影响；在有些试验机上还要求对速度进行测量，可以采用的测速装置有测速发电机和光电传感器等。记录转数最常用的是机械式计数器。（4）测温方法的影响；摩擦磨损试验需要测定的温度有环境温度、润滑剂温度和摩擦副的摩擦面温度，其中不易测量的是摩擦面温度(因为它不暴露在外面)。在试验机上常用的测温方法有热电偶法和红外测温法。用这两种方法测得的摩擦面温度都是近似值。这是因为热电偶无法安装在摩擦面上，而只能安装在靠近摩擦面的位置上;而红外测温法则是因为只能测得摩擦面边界上的温度或试件的体温。如果能够知道试件温度的分布情况，那就可以对测温结果进行修正，从而使测量误差减小。为了消除或减少以上原因所产生的误差，在实测时可以把实际试件之一(或两件)组合成热电偶的一部分，这就是所谓的“自然热电偶”测温法。这种方法原则上可以直接从摩擦面取得温度信息，然而这个信息不仅会受到由于润滑剂的作用所产生的界面电动势的影响，而且在多触点的循环电流对它也有影响L阁。因此，在现有的试验机上很少使用这种测温方法。（5）磨损量的影响；磨损量是磨损试验中都要测量的一个参数。目前，磨损量的在线检测尚有困难，以往都是将试件取下再测量磨痕或称量失重而得之。现在，有人采用电测法或光栅对摩擦副在磨损过程中的相对位移进行测量，以此实现磨损量的在线检测。（6）重复性和再现性；摩擦磨损试验机能否给出重复性和再现性都比较好的试验结果，取决于每次试验用的试杆和试验环境条件(包括仪器的工作状态)是否都能保持一致。西德Optimol公司的SRV型标准化微动式摩擦磨损测试机之所以能够给出较好重复性和再现性的试验结果，就是因为它的关键部件一振动系统和力监测系统的工作状态非常稳定。为了使试验条件稳定，就要从动力源和试验机结构上保证负荷及速度等T矿稳定，同时还需要测试系统稳定，应能准确地测出工矿参数，以便于调整。此外，合理的摩擦副接触形式也是取得较好重复性和再现性试验结果的重要因素之一。一般说来，点接触比面接触受外界的影响小，因而在相同条件下，点、线接触有利于再现摩擦副的接触状态。第三章 方案设计、分析与比较3.1 试验机的整体分析根据上一章的介绍不难确定，试验机的机械结构部分可以分为如下几个主要的系统：主传动系统、加载系统、摩擦盘夹持系统、摩擦销轴向和径向进给系统、加热及冷却系统等主要部分。对上述各个部分不同的方案进行组合，就可以得到不同的整体设计方案方案。3.2 设计方案的制定通过分析，制定下面四种方案：设计方案一：图 3-1是设计方案一的方案图。图3-1 设计方案一设计方案一各部分的组成：(1) 主传动系统：变频器和三相异步电动机通过齿轮驱动主轴，带动摩擦盘旋转；(2) 加载系统：采用伺服控制连续加载；(3) 摩擦盘夹持系统：采用特制的摩擦盘夹持器夹持摩擦盘，摩擦盘和夹持器一起随主轴转动；(4) 摩擦销轴向和径向进给系统：通过手动旋转手轮和分度盘带动横梁内的一根丝杠，经过丝杠螺母的相互运动控制摩擦销的沿摩擦盘的轴向进给；通过步进电机和编码器带动立柱上的丝杠旋转，通过丝杠螺母副改变横梁的竖直方向的位置，来控制摩擦销的轴向位置；(5) 加热及冷却系统：加热炉外采用隔热层，加热炉和主轴箱之间采用石棉隔热层。设计方案二：图 3-2是设计方案二的方案图：图3-2 设计方案二设计方案二各部分的组成：(1) 主传动系统：变频器和三相异步电动机通过连轴器和主轴直接相连，带动摩擦盘旋转；(2) 加载系统：采用弹簧加载；(3) 摩擦盘夹持系统：采用螺栓螺母副将摩擦盘固定到主轴的上端；(4) 摩擦销轴向和径向进给系统：通过手动旋转手轮和分度盘带动横梁内的一根丝杠，经过丝杠螺母的相互运动控制摩擦销的沿摩擦盘的轴向进给；通过步进电机和编码器带动立柱上的丝杠旋转，通过丝杠螺母副改变横梁的竖直方向的位置，来控制摩擦销的轴向移动；(5) 加热及冷却系统：加热炉外采用隔热层，加热炉和主轴箱之间采用石棉隔热层。此外，主轴外用螺旋铜制冷却管包裹，冷却管内通入冷却水，对主轴进行冷却。设计方案三：图 3-3是设计方案三的方案图。图3-3设计方案三设计方案三各部分的组成：(1) 主传动系统：变频器和三相异步电动机通过通过V带和带轮驱动主轴，带动摩擦盘旋转；(2) 加载系统：采用传统的弹簧加载；(3) 摩擦盘夹持系统：采用特制的摩擦盘夹持器夹持摩擦盘，摩擦盘和夹持器一起随主轴转动；(4) 摩擦销轴向和径向进给系统：通过步进电机和编码器带动底座支架上的丝杠旋转，通过丝杠螺母副带动立柱和横梁一起水平运动，来控制摩擦销的沿摩擦盘的轴向进给；通过手动旋转手轮和分度盘带动立柱内的一根丝杠，经过丝杠螺母的相互运动带动横梁的竖直方向的位置，来控制摩擦销的径向进给；(5) 加热及冷却系统：加热炉外采用隔热层，加热炉和主轴箱之间采用石棉隔热层。设计方案四：图 3-4是设计方案四的方案图。图3-4设计方案四设计方案四各部分的组成：(1) 主传动系统：变频器和三相异步电动机通过V带和带轮驱动主轴，带动摩擦盘旋转；(2) 加载系统：采用传统的砝码加载；(3) 摩擦盘夹持系统：采用特制的摩擦盘夹持器夹持摩擦盘，摩擦盘和夹持器一起随主轴转动；(4) 摩擦销轴向和径向进给系统：通过手动旋转手轮和分度盘带动底座内的一根丝杠，丝杠螺母的相互运动控制横梁和立柱的整体的水平位置，来控制摩擦销的沿摩擦盘的轴向进给；通过立柱结构上的可旋转结构，使得横梁可以沿立柱上的某一点旋转一定的角度，用旋转来代替移动控制摩擦销的竖直位置；(5) 加热及冷却系统：加热炉外采用隔热层，加热炉和主轴箱之间采用石棉隔热层。3.3 方案比较方案一采用齿轮，可以保证传动比，制造安装精度要求不是很严格，并且可以防止过载时对电机的损坏。但是齿轮传动噪音大，震动剧烈，况且由于齿轮的金属质地使电动机的产热影响到实验精度。主轴外无冷却装置，使得主轴在工作状态的高温下容易发生变形和损坏，降低了主轴的寿命和装置的测量精度。伺服控制连续加载虽然精确但设备复杂且成本很高，安装维修也不方便。手轮和分度盘控制销子沿盘的径向位移，结构简单，但是横梁刚性较差，对结果误差有较大的影响。立柱上采用步进电机带动丝杠螺母，结构复杂，成本高，降低了整个系统的刚度，但对系统测量精度的作用不大。方案二电机通过连轴器直接和主轴相连，结构简单且紧凑。但减震性能不好，系统的震动较大。而且主轴和电机之间有直接的热量传递，降低了系统的热稳定性。主轴外有冷却装置，但由于上述的热传递作用，使得其作用不是很明显，而且由于空间较小，对主轴的冷却无法有效进行，安装维修也不方便。摩擦盘通过中间的螺栓孔与主轴上端直接相连，不易保持盘的整体性和运动的平稳性，而且对于尺寸不大的陶瓷等脆性材料，在摩擦盘的中间打孔也很难实现，并且盘的刚性大大降低。弹簧加载结构简单，但加载不精确，容易受到弹簧性能等外部因素的干扰，对实验结果影响很大。手轮和分度盘控制销子沿盘的径向位移，结构简单，但是横梁刚性较差，对结果误差有较大的影响。立柱上采用步进电机带动丝杠螺母，结构复杂，成本高，降低了系统的刚度，但对系统测量精度的作用不大。方案三电机通过V带传动，可以缓和载荷冲击而且运行平稳，无噪声，制造安装精度要求不是很严格，并且可以防止过载时对电机的损坏。但是带传动有弹性滑动和打滑，效率低而且不能保持准确的传动比，也就是不能保持主轴以一定的速度转动。而且主轴外无冷却系统，使得在工作情况下，加热炉内的热量通过主轴连轴器直接传递给电机，主传动系统整体的温度较高，不易散热，对系统的刚度和寿命影响大，而且对测量结果会产生很大的误差。采用专用的摩擦盘夹持器结构较为合理。弹簧加载结构简单，但加载不精确，容易受到弹簧性能等外部因素的干扰，对实验结果影响很大。手轮和分度盘控制销子的轴向位移，效率低，速度慢，而且结构复杂。步进电机控制销子沿摩擦盘的轴向位移，结构复杂，成本较高，安装维修不方便。方案四采用电机通过同步带带动主轴，可以缓和载荷冲击而且运行平稳，无噪声，且同步带传动无弹性滑动和打滑，效率高而且能保持准确的传动比，也就是能保持主轴以某一速度稳定地转动。主轴和电机之间的热影响很小。专用的摩擦盘夹持器保证了摩擦盘旋转时的精度，又可以保证其整体性，对于例如三角形硬质合金可专位车刀刀片等尺寸小、性脆、不易打中心孔等的试件的夹持又有很大的优势。传统的砝码加载简单易行而且加载准确，误差较小。左边立柱和横梁是相对固定的，可以绕一个轴旋转一定的角度，使系统稳定性好，测量结果较精确，结构简单，而且工作效率比较高。手轮和分度盘控制横梁和立柱的整体位移来控制摩擦销沿摩擦盘的径向位移，结构简单，成本低，维修方便，而且有足够高的精度。设计方案的确定通过上面对四种设计方案的优缺点的分析比较，可以得出结论：方案四是这四种设计方案中比较合理的一种方案。该方案既可以满足设计精度的要求，又具有成本低，结构简单，安装维修方便等特点。第四章 摩擦磨损试验机结构设计的相关计算4.1、试验机的主要性能指标的确定参考第一章中的各种试验机的参数，结合设计要求，确定该试验机的主要性能指标如下：主轴转速范围：03000 r/min，无级调速；工作最高温度：1000 ；加载力的范围：020 N,采用砝码加载；摩擦球尺寸：3 mm6 mm；摩擦盘尺寸：最大直径 d=80 mm,最大厚度 h=10 mm 。4.2试验机的主传动系统的相关计算由试验机的主轴转速范围和变速方式，可以选择变频调速三相异步交流电动机来实现。因此该试验机的主传动路线为：变频调速三相异步电动机同步带和带轮主轴摩擦盘夹持器摩擦盘。4.2.1电机选择：取摩擦盘和摩擦销之间的动摩擦系数 f=fmax=1，则摩擦产生的最大功率 Pm=Fv= (4-1)其中： Pm是摩擦产生的最大功率(Kw)； F是相互作用力(N)； v:是相对运动速度(m/s)；f是滑动摩擦系数； Fn是正压力（N）； R:是摩擦力作用电相对旋转轴的距离（m）；Pm0.251 Kw同步带的传动效率 ： 195%滚动轴承的传动效率 ： 298%则总传动效率： 总120.931 电动机的输出功率P出 (4-2)故0.2696 Kw为使电动机的功率留有余量，负荷率取：0.85PP出/0.850.261/0.850.317 Kw根据参考资料可知，选择的电机型号为：YVF280M1-4(摘自JB/T 7118-2004)该电机的主要参数为： 额定功率 P=0.55Kw ；额定转矩 3.5 Nm；同步转速 1500 r/min ；电机轴：D=19mm。结构图如图4-1、4-2所示图4-1图4-2机座号: 80M凸缘号: FF165安装尺寸及公差|A|基本尺寸: 125mm安装尺寸及公差|A/2|基本尺寸: 62.5mm安装尺寸及公差|A/2|极限偏差: 0.50mm安装尺寸及公差|B|基本尺寸: 100mm安装尺寸及公差|C|基本尺寸: 50mm安装尺寸及公差|C|极限偏差: 1.5mm安装尺寸及公差|D|基本尺寸: 19mm安装尺寸及公差|D|极限偏差: (+0.009,-0.004)mm安装尺寸及公差|E|基本尺寸: 40mm安装尺寸及公差|E|极限偏差: 0.310mm安装尺寸及公差|F|基本尺寸: 6mm安装尺寸及公差|F|极限偏差: (0,-0.030)mm安装尺寸及公差|G|基本尺寸: 5.5mm安装尺寸及公差|G|极限偏差: (0,-0.10)mm安装尺寸及公差|H|基本尺寸: 80mm安装尺寸及公差|H|极限偏差: (0,-0.5)mm安装尺寸及公差|K|基本尺寸: 10mm安装尺寸及公差|K|极限偏差: (+0.360,0)mm安装尺寸及公差|K|位置度公差: 1.0mm安装尺寸及公差|M: 165mm 安装尺寸及公差|N|基本尺寸: 130mm安装尺寸及公差|N|极限偏差: (+0.014,-0.011)mm安装尺寸及公差|P: 200mm安装尺寸及公差|R|基本尺寸: 0mm安装尺寸及公差|R|极限偏差: 1.5mm安装尺寸及公差|S|基本尺寸: 12mm安装尺寸及公差|S|极限偏差: (+0.430,0)mm安装尺寸及公差|S|位置度公差: 1.0mm安装尺寸及公差|T|基本尺寸: 3.5mm安装尺寸及公差|T|极限偏差: (0,-0.120)mm安装尺寸及公差|凸缘孔数: 4mm外形尺寸|AB: 165mm外形尺寸|AC: 175mm外形尺寸|AD: 145mm外形尺寸|HD: 220mm外形尺寸|L: 370mm4.2.2同步带传动的计算：1、计算功率：P (4-3) P= =0.36Kw 式中： 是同步带传动的工作情况系数，据机械设计手册可取1.402、选择带型和节距：根据计算功率Pd和n1,选择L型同步带。齿形如图所示（图4-4）周节制其节距Pb9.525 mm ；齿形角2: 40齿根厚s: 4.65mm齿高ht: 1.91mm带高hs: 3.6mm齿根圆角半径rr: 0.51mm齿顶圆角半径ra: 0.51mm图4-4齿形图3、小带轮齿数Z1：根据国标(JB/T 7512.2-1994),查取Zmin=20 根据设计方案Z125；4、小带轮节圆直径：何以由公式 （4-4）计算，也可查询机械设计手册。得小带轮直径为mm5、大带轮齿数：根据设计方案，同步带只起传动作用，不改变速度，故令两带轮的齿数Z1、Z2等，取Z1Z225；6、大带轮节圆直径：由公式7、带速计算： （4-5）通常L型，则符合要求。8、初定轴间距：根据机械手册知 （4-6）即，取a=151.2mm9、计算带长及齿数：带长： （4-7）查机械设计手册得，齿数；10、实际轴间距计算：实际轴间距计算分为两种情况，轴间距可调整时 （4-8）轴间距不可调时 （4-9） （4-10）根据设计要求，轴间距可调则11、小带轮啮合齿数： （4-11）12、基本额定功率： （4-12）基本额定功率是个带型基准宽度的额定功率，(摘自GB/T 11362-1989)宽度为的带的需用工作拉力（N），查机械手册宽度为的带单位长度的质量（），查机械手册则13、计算带宽： （4-13）啮合齿数系数，查机械设计手册应按表4.4选取标准值，一般小于则式中： mm 按照以上设计要求要求确定公称带宽12.7mm，代号05014、作用在轴上的力： （4-14）则15、带轮的结构和尺寸：图4-5直边齿带轮的尺寸和公差根据直边齿带轮的尺寸和公差(摘自GB/T 11361-1989)如图4-5查的槽型: L齿槽底宽bw: 3.050.10齿高hg: 2.67(0,-0.10)槽半角1.5: 20齿根圆角半径rf: 1.19齿顶圆角半径ra: 1.17(+0.13,0)节顶距2: 0.762外圆直径da: dad-2外圆节距pa: pada/z(z带轮齿数)根圆直径df: dfda-2hg4.2.3主轴计算：1、主轴输出功率，转速，转矩计算：根据第一部分电机计算可以得出，则转矩2、轴的最小直径计算：计算公式为 （4-15）主轴的材料选择为，查设计手册可得则，取即主轴上直径最小处：mm3、轴的结构设计：（1） 拟定轴上的零件装配方案，见图4-6图4-6 轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：见图4-7图4-7主轴结构设计1）为了满足带轮的尺寸要求，2）初步选择滚动轴承。因轴承受有径向力和轴向力的作用，故选取深沟球轴承和推力球轴承，初步选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6206和推力球轴承51206，其尺寸分别为、，故，。3）根据结构要求拟定，； ，； ，； ，。（3）、轴的强度校核：按钮局强度条件计算，公式如下 （4-16）已知，则根据设计轴的最小直径为，则其他各段也符合要求。4.2.4、主轴上键的强度校核：根据主轴设计，键所在轴的直径为24mm，查机械设计手册（摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)选取键的尺寸选定为，普通平键连接的强度条件为： (4-17)式中： d是轴的直径；l是键的工作长度，l=L-b=14-8=6；h是键的高度；p是许用压力；k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h,T传递的转矩,取，则 故键的强度满足要求。4.2.5、横梁的强度校核：由于横梁受到的轴向和切向力最大均为20 N，而且摩擦销与横梁不是紧密接触，横梁所受的冲击也很小。因而横梁受到的力很小，横梁强度在满足结构要求的前提下能够满足强度和刚度要求。4.2.6、丝杠螺母副的相关计算：该丝杠螺母副主要用于传递运动，来控制摩擦销沿摩擦盘的径向位移。而没有很大的力的传递，因此其传递的力可以忽略不计。下面对丝杠螺母副进行结构设计，强度校核可以不计。螺母的轴向位移： (4-18)式中： 是螺杆转角，rad；s是导程，mm；p是螺距，mm；x是螺纹线数； 令该螺纹为单线螺纹，则x1；由于丝杠带动摩擦销的移动距离为40 mm，又要留下一定的余量，可令螺纹长度L50 mm；设计使螺纹移动l=40 mm时，手轮转动8圈，即： rad mm (4-19)由此可知： mm 螺纹中径： (4-20)式中： 是螺母形式参数，整体式螺母取1.22.5，分体式螺母取2.53.5；P是螺纹副许用压强，N/mm2；可取； 带入数据，有： mm 由系统结构特点，取： mm ；丝杆公称直径d=20,小径：20-5.5=14.5mm螺母高度： mm 丝杆旋动圈数： 基本牙型高度： mm 工作压强： 工作压强满足要求。为了保证自锁，螺纹升角: 螺纹牙根部的宽度： mm4.2.7、轴承的校核：该系统三处用到了轴承：主轴、丝杠、以及横梁旋转轴处的轴承。后两处轴承均不用于承受载荷，仅仅起到支撑作用，受到的力很小，可以忽略不计；而且其转速均远远低于轴承的极限转速。因此轴承的校核可以省略，而认为这些轴承的均满足设计要求。下面对主轴上的深沟球轴承和推力球轴承进行寿命校核：（一）、深沟球轴承寿命校核1根据主轴设计可知：由带轮计算可知： 则则 查机械设计得深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时2、初步计算当量动载荷P，根据式（4-22） （4-21）查机械设计得，取；则3、根据公式（4-23），求轴承应有的基本额定动载荷： （4-22）则4、演算轴承寿命，根据公式（4-24） （4-23）则该轴承符合设计要求。（二）推力球轴承寿命校核（同上）第五章 摩擦磨损试验机的结构设计5.1、磨损试验机的整体结构摩擦磨损试验机用CAD装配图的整体外观效果如图 5-1、5-2、5-3所示。图5-1装配图（正视图）图5-2装配图（左视图） 图5-3装配图（俯视图）5.2、箱体的结构设计根据计算所得的尺寸来看，为了能够是整体结构紧凑美观设计箱体如图（5-4）所示 图5-4箱体结构设计5.3、横梁的设计将球安装在一支倔强系数很大的杠杆上，该杠杆被设计为无摩擦切向力传感器，当盘旋转时，压头和样品间产生的摩擦力会使杠杆发生轻微的弯曲，该形变程度可被固定在一起的线性差分位移传感器检测，并由此计算摩擦力的具体数值。通过测量材料的损失体积可计算压头和样品的磨损系数。横梁的设计如图 （5-5）： 图5-5横梁在横梁的两侧可以加上线性差分位移传感器。摩擦销受力引起横梁中间的杠杆的微变形，位移传感器检测并指示出相对应的力的大小。横梁的两个臂上开的槽是为了提高测量的灵敏度；横梁两侧与支架相连的部分有个5 mm的凸起，是为了使横梁的杠杆部分与其他零件分隔开，测量过程中减少部件之间的摩擦对测量结果的影响。横梁右端的孔与摩擦销的配合采用过渡配合，既可以保证摩擦销的位置精度，又可以尽量避免和销在竖直方向上的摩擦力作用，以减少加载时对加载力精度的影响。5.4、支架的设计：此试验机用到的的支架有三种形式，它们受的力都很小，满足结构要求的支架就能够满足受力的要求。因此对与丝杆相连的支架进行介绍：与丝杠相连的支架-滑动支架：该支架的作用是为横梁的旋转提供一个旋转轴，并且和丝杠相配合，控制摩擦销沿摩擦盘的径向位置。支架上的横杆是用来防止其支撑的横梁发生侧翻。图 （5-6）是与丝杠相连的支架的视图。 图 5-6支架5.5、摩擦销的结构设计：适合于高温摩擦磨损测试仪的测试球尺寸有 1.5 毫米、3 毫米、6 毫米、10 毫米（均为直径）。可以为不同直径的摩擦球配备不同内径的夹持器。 夹持器中间为中空结构，后面有螺纹，只需将测试球从夹具的后端放入并应用配套的零件旋紧即可。针对高温摩擦测试热胀冷缩的特点，可以在夹具中心加入微型弹簧以保证测试球始终保持被夹紧状态。5.6、摩擦盘夹持器的设计：由于摩擦盘尺寸相对较小，对于脆性材料摩擦盘进行试验，摩擦盘的加工尤其是钻中心孔难度很大，因此采用螺栓直接固定不适合。设计成专用的摩擦盘夹持器。 用螺纹副将摩擦盘夹持器固定在主轴上，使之随主轴一起旋转。在摩擦盘下面加上一个垫片，直径大小和摩擦盘相当，但厚度可调，装卸方便，用于夹紧不同厚度的摩擦盘，使这个夹持器更加通用化。在摩擦盘外面用一个盘盖定位，用螺栓紧固夹紧。对于特殊形状而且尺寸较小的试件，例如可转位车刀刀片等，可以采用特制的镍合金盘型夹具来固定。第六章 结 论高温高速摩擦磨损试验机是进行高温高速摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的高温摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制开发和应用的必备设备。因此本文对销盘式高温高速摩擦磨损试验机的原理和结构进行介绍，给出了试验机的基本参数，并对试验机的机械结构部分进行了相关设计、计算和计算机三维造型，为试验机的设计和实际制作提供了一定的依据和参考。该设计在满足设计要求的前提下，力求结构简单，制造成本低廉，没有一味地追求高精度，适合进行实际的生产。设计中采用了较为简单的方法实现了相同的功能，例如在实现摩擦销和摩擦盘的分离和摩擦销的安装这个功能上，没有采用较高精度的电动机带动丝杠螺母这一结构，而是采用了简单的旋转结构这种纯机械结构来实现，既可以保证足够的精度，又可以简化结构，降低成本，制造、安装、维修都大为简化。此外，摩擦销、摩擦盘的设计都很灵活，可以适用于尺寸、结构都不同的摩擦副的试验，例如尺寸不同的摩擦球，不同形状的摩擦盘。同时也设计了相应的夹持系统，这充分体现了互换性设计的思想。该设计只是针对摩擦磨损试验机的机械结构部分进行了相关的设计计算和仿真，而电气控制系统和检测系统还需要进一步的补充。致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经告一段落，作为一个本科生，虽然在专业方面学到了很多只是，但由于经验的不足，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个设计是不易的。 本次设计是在尊敬的周后明教授的悉心指导和严格要求下完成的，导师渊博的知识、严谨的治学态度、高度的责任心以及严于律己、待人诚恳的思想品德深深的影响着我，这不仅使我顺利完成了此项设计，而且也将成为使我受益终生的宝贵财富。从课题的选择到完成，周教授始终都给予了我耐心细致的指导和不懈的支持，在此谨向周教授致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在完成论文的过程中，还得到了同班同学的协助，指点。尤其在软件画图方面，我们互相学习一起研究，终于掌握了CAD的各项功能，并能灵活的掌握。这让我们都收获颇丰。最后还要感谢我大学四年来所有的老师，是他们帮我打下了坚实的专业知识基础，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢兴湘学院、机械工程学院和我的母校湘潭大学四年来对我的大力栽培。参考文献1 武文忠，郝建东，苏俊义.高温磨损试验机的研制.北京：试验技术与试验机，2002，42（1，2），15172 桂长林，沈健.摩擦磨损试验机设计的基础：1.摩擦磨损试验机的分类和特点分析。合肥：固体润滑.1990，10（1），48553 桂长林，沈健.摩擦磨损试验机设计的基础：II摩擦磨损试验机设计方法的研究。合肥：固体润滑。1990，10（2），1201364 杨学军，赵浩峰，赵昕月.高温销盘磨损试验机的研制.太原：太原理工大学学报，2005，36（4），4774795 李霞，许志庆，杨永.高速摩擦磨损试验机的总体设计.北京：中国仪器仪表，2003，19216 桑可正，金志浩。MPX2000型盘销式摩擦磨损试验机的改装.北京：机械科学与技术。1999.18（3），470471，4747 何国仁，曾汉民，杨桂成.高温摩擦磨损试验机的研制.北京：北京：试验技术与试验机.1991，31（5），11168 王斌，蔡兴旺.一种摩擦磨损试验机的设计.北京：农机化研究。2003，10，1181199 冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社。2004年1月10 成大先.机械设计手册（单行本）机械传动.北京：化学工业出版社.2004年1月11 成大先.机械设计手册（单行本）机械工程材料.北京：化学工业出版社。2004年1月12 成大先.机械设计手册（单行本） 减（变）速器&电机与电气.北京：化学工业出版社.2004年1月13 成大先.机械设计手册（单行本）连接与紧固.北京：化学工业出版社。2004年1月14 濮良贵、纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社.2007年8月15 李凯岭，宋强.机械制造技术基础.济南：山东科技出版社.2005年9月16 焦永和，董国耀.机械制图.北京：北京理工大学出版社.2001年7月17 周良德、朱泗芳.现代工程图学.湖南：湖南科学技术出版社.2000年6月18 罗迎社，材料力学.武汉：武汉理工大学出版社.2004年6月附录：外文翻译煤矿业带式输送机几种软起动方式的比较el L. Nave, P.E.统一公司1800 年华盛顿路匹兹堡, PA 15241带式运送机是采矿工业运输大批原料的重要方法。从传送带驱动系统到传送带纹理结构启动力矩的应用和控制影响着运送机的性能，寿命和可靠性。本文考查了不同启动方法在煤矿工业带式运送机中的应用。简介运行带式运送机的动力必须由驱动滑轮产生，通过滑轮和传送带之间的摩擦力来传递。为了传递能量，传送带上面的张力在接近滑轮部分和离开滑轮部分必定存在着差别。这种差别在稳定运行、启动和停止时刻都是真实存在的。传统传送带结构的设计，都是根据稳定运行情况下传送带的受力情况。因为设计过程中没有详尽研究传送带启动和停止阶段的受力情况，所有的安全措施都集中在稳定运行阶段（Harrison 1987）。本文主要集中讲述传送机启动和加速阶段的特性。传送带设计者在设计时必须考虑控制启动阶段的加速状况，以免使传送带和传送机驱动系统产生过大的张力和动力（Suttees，1986）。大加速度产生的动力会给传送带的纹理、传送带结合处、驱动滑轮、轴承、减速器以及耦合器带来负面影响。毫无控制的加速度产生的动力能够引起带式传送机系统产生诸多不良问题，比如上下曲线运动、过度传送带提升运动、滑轮和传送带打滑、运输原料的溢出和传送带结构。传送带的设计需要面对两个问题：第一，传送带驱动系统必须能够产生启动带式传送机的最小转动力矩；第二，控制加速度产生动力在安全界限内。可以通过驱动力矩控制设备来完成，控制设备可以是电子手段也可以是机械手段，也可以是两者的组合（CEM，1979）。本文主要阐述输送机的开始和加速的过程。传送带设计师必须控制开始加速度防止过度张紧在传送带织品和力量在皮带传动系统. 强加速度力量可能有害地影响传送带织品，传送带接合，驱动皮带轮，更加无所事事的滑轮, 轴, 轴承, 速度还原剂, 并且联结。未管制的加速度力量可能造成皮带输送机有垂直的曲线的系统性能问题,传送带紧线器运动, 驱动皮带轮摩擦损失, 材料溢出, 并且做成花彩传送带织品。传送带设计员与二个问题被面对, 皮带传动系统必须导致极小的扭矩足够强有力开始传动机, 和控制了这样加速度强制是在安全限额内。光滑开始传动机可能由对驱动器扭矩控制设备的用途, 或机械或电子, 或组合的二完成(CEM 1979) 。软起动结构评估标准什么是最佳的皮带输送机驱动系统? 答案取决于许多变量。最佳的系统是一个为开始, 运行, 和终止提供可接受的控制在合理的费用和以及高可靠性。皮带传动系统为本文我们考虑的设计方案, 皮带输送机被电子头等搬家工人几乎总驱动。传送带驱动系统 将包括多个要素包括电子原动力、电子马达起始者以控制系统, 马达联结、速度还原剂、低速联结、皮带传动滑轮、和滑轮闸 (Cur 1986) 。它重要, 传送带设计员审查各个系统要素的适用性对特殊申请。为本文的目的, 我们假设, 所有驱动系统要素设置矿的新鲜空气, 非允许, 面积,全国电子编码, 条款500 防爆, 矿的表面的面积。皮带传动要素归因于范围。某些驱动器要素是可利用和实用的用不同的范围。为这论述, 我们假设那皮带传动系统范围从分数马力对千位的多个马力。小驱动系统经常是在50 马力以下。中型系统范围从50 到1000 马力。大型系统可能被考虑在1000 马力之上。范围分部入这些组是整个地任意的。必须被保重抵抗诱惑对超出马达或在马达之下传送带飞行提高标准化。驱动器结果在粗劣的效率和在高扭矩的潜在, 当驱动器能导致破坏性超速在再生, 或过度加热以变短的马达寿命。扭矩控制。传送带设计员设法限制开始的扭矩到没有比150% 运行中。限额在应用的开始的扭矩经常是传送带胴体肉、传送带接合、滑轮绝热材料,轴偏折评级。在更大的传送带和传送带以优化大小的要素, 扭矩限额110% 至125% 是公用。除扭矩限额之外, 传送带起始者必需限制会舒展围绕和会导致旅行的波浪的扭矩增量。一个理想的开始的控制系统会适用于资格整个传送带的扭矩传送带休息由问题的脱离决定, 或运动, 然后扭矩相等与传送带的运动需求以负荷加上恒定的扭矩从休息加速系统要素的惯性对最终奔跑速度。这使系统临时强制和传送带舒展。不同的驱动系统陈列变化的能力控制扭矩的申请对传送带休息和以不同的速度。并且, 传动机陈列装载二个极端。一条空传送带正常存在最小的必需的扭矩为脱离和加速度, 当一条充分地被装载的传送带存在最高的必需的扭矩。开采驱动系统必须是能称应用的扭矩从一个2/1 比率为一个水平的简单传送带安排, 对一个10/1 范围为一个倾斜、复杂传送带配置文件。 热量评级在开始和运行期间, 各个驱动系统也许消散废热。废热也许被解放在电子马达、电子控制、, 联结、速度还原剂, 或传送带制动系统。各个起始时间热量负荷依靠相当数量传送带负荷和起始时间的期限。设计员必须履行被重复的起始时间的申请需求在运行传动机以后在全负荷。典型的开采传送带开始的责任变化从3到10 个起始时间每时数等隔,或2到4 个起始时间在连续。被重复的开始也许要求减税或系统要素。有一个直接关系在热量评级为被重复的起始时间和费用之间。可变速度。一些皮带传动系统是适当的为控制开始的扭矩和速度, 但只运行以恒定的速度。一些传送带申请会要求一个驱动系统能运行延长的期间以较不比最高速度。这是有用的当驱动器负荷必须与其它驱动器被共享,传送带被使用当处理饲养者为被表达的物料的费率控制, 传送带速度被优选为货车使用费费率,传送带被使用以慢速运输人工或材料, 或传送带运行缓慢的检验或移动速度为维护目的。可变速度皮带传动将要求一个控制系统根据某一算法调控操作速度。再生或翻修负荷。一些传送带配置文件存在翻修传送带系统用品能量对驱动系统的负荷的潜在。没有所有驱动系统有能力接受被重新生成的能量从负荷。一些驱动器可能接受能量从负荷和退回它到输电线供其它负荷使用。其它驱动器接受能量从负荷和消散它入选定的动态或机械刹车的要素。一些传送带描出切换从开汽车对再生在运算期间。驱动系统可能接受有些巨大的被重新生成的能量为申请吗? 驱动系统控制或必须调整相当数量减速的强制在翻修期间吗?翻修发生当运行和开始? 维护和支持系统。各个驱动系统将要求定期预防维护。可替换的项目会包括马达画笔、轴承、闸填充、散逸电阻器、油, 和凉水。如果驱动系统被设计和保守地被管理, 更低的重音在可消耗导致更低的维修费用。一些驱动器要求支持系统譬如流通的油为润滑油、冷却空气或水, 环境尘土过滤, 或计算机仪器工作。支持系统的维护可能影响驱动系统的可靠性。费用驱动器设计员将审查各个驱动系统的费用。费用合计是第一基建成本获取驱动器, 费用安装和委任驱动器, 费用运行驱动器, 和费用的总和维护驱动器。费用使力量运行驱动器也许广泛变化用不同的地点。设计员努力符合所有系统性能要求在最低的费用合计。经常超过一个驱动系统也许满足所有系统性能标准在竞争费用。更喜欢的驱动器安排是最简单, 譬如一个唯一马达驱动通过一个唯一顶头滑轮。但是, 机械, 经济, 和功能需求经常需要对复杂驱动器的用途。传送带设计员必须平衡对优雅的需要反对伴随复杂系统的问题。复杂系统要求额外设计工程为成功配置。经常被忽略的费用在复杂系统是培训人事部的费用, 或停工期的费用由于不足的培训。软起动驱动控制逻辑各个驱动系统将要求一个控制系统调控开始的机制。最共同的类型控制被使用在更小对中等大小驱动以简单的外形被命名开环加速度控制 。 在开环, 控制系统早先被配置程序化开始的机制以被规定的方式, 通常准时根据。 在开环控制, 驾驶使用参数譬如潮流, 扭矩, 或速度不影响序列操作。 这个方法假定, 控制设计师充分地塑造了驱动系统表现在传动机。 为更大或更加复杂的传送带, 闭合回路 或反馈 控制可以他运用了。 在闭合回路控制, 在开始期间, 控制系统显示器通过传感器驾驶使用参数譬如马达的当前层, 传送带的速度, 或力量在传送带, 并且修改起动程序控制, 极限, 或优选或佩带了参量。闭合回路控制系统修改开始的被应用的力量在一台空和充分地被装载的传动机之间。常数在数学模型与被测量的可变物有关对系统驱动反应被命名定调的常数。 这些常数必须适当地被调整为成功的应用对各台传动机。 最共同的计划为传动机开始闭合回路控制是车头表反馈为速度控制和压电池力量或驱动力反馈为扭矩控制。在一些复杂系统, 它是中意安排闭合回路控制系统调整自己为各种各样的遇到的传动机情况。 这被命名能适应的控制 。这些极端可能介入浩大的变异在装货, 围绕的温度, 装货的地点在外形, 或多个驱动选择在传动机。 有三个共同的能适应的方法。介入决定做在开始之前,如果控制系统能知道传送带是空的, 它会减少最初的力量和会加长加速度力量的应用对最高速度。如果传送带被装载, 控制系统会应用资格力量在摊位之下使较少时刻和供应充足的扭矩及时地充分地加速传送带。 因为传送带只成为了装载在早先赛跑期间由装载驱动, 平均驱动潮流可能被抽样当连续和被保留在反射传送带搬运器时间的缓冲记忆。然后在停工平均也许是预先处理一些开环和闭合回路为下个开始。第二个方法介入根据驱动观察发生在最初开始或行动期间证明 的决定。这及时驱动潮流的或力量通常介入比较对传送带速度。 如果驱动潮流或力量必需及早在序列是降低并且行动被创始, 传送带必须被卸载。如果驱动潮流或力量必需是高的。在开始, 传动机必须被装载。 这个决定可能被划分在区域和使用修改起动程序控制的中部和结束。第三个方法介入传送带速度的比较对时刻为这个开始反对传送带加速度历史极限, 或 加速度信封监视。在开始, 传送带速度被测量对时间。这与被保留在控制系统记忆的二限制的传送带速度曲线比较。第一曲线描出空的传送带加速, 并且第二个充分地被装载的传送带。 因而, 如果当前的速度对时间比被装载的外形低, 它也许表明, 传送带被超载, 妨碍, 或驱动故障。 如果当前的速度对时间比空间的外形高级, 它也许表明一条残破的传送带结合或驱动故障。 无论如何，当前的起飞中止并且警报运行。结论最好的传送带启动系统要求在不同的传送带负载条件下，能够以合理的代价带来可靠性高的可以接受的运行性能。但是至今没有一个启动系统能够达到这样的要求。传送带设计者必须为每个传送带设计启动系统属性。总得来说，全电压交流发动机启动适合于简单结构的小型传送带。减电压SCR交流发动机启动是地下中、小型传送带的基本启动方法。最新的进展显示，固定液体填充耦合系统的交流发动机是简单结构中、大型传送带基本启动方法。对于那些大、中型而且需要重复启动的复杂结构传送带，绕线转子发动机驱动是常用的选择。在结构特别复杂，运行需要不同速度的传送带启动中，传送带直流发动机驱动、不同填充液体驱动、和相异机械传递驱动系统一直实力相当的候选者。具体选择哪个启动方式由使用环境，相对价格，运行能耗，反应速度和使用者习惯来决定。变频交流驱动和非电刷直流驱动主要限制于中型传送带，这些中型传送带需要精确的速度控制，高代价和复杂性。但是，随着持续的竞争和技术进步，波形综合技术的电子驱动器的使用将越来越广。A Comparison of Soft Start Mechanisms for Mining Belt ConveyorsMichael L. Nave, P.E.CONSOL Inc.1800 Washington Road Pittsburgh, PA 15241 Belt Conveyors are an important method for transportation of bulk materials in the mining industry. The control of the application of the starting torque from the belt drive system to the belt fabric affects the performance, life cost, and reliability of the conveyor. This paper examines applications of each starting method within the coal mining industry.INTRODUCTIONThe force required to move a belt conveyor must be transmitted by the drive pulley via friction between the drive pulley and the belt fabric. In order to transmit power there must be a difference in the belt tension as it approaches and leaves the drive pulley. These conditions are true for steady state running, starting, and stopping. Traditionally, belt designs are based on static calculations of running forces. Since starting and stopping are not examined in detail, safety factors are applied to static loadings (Harrison, 1987). This paper will primarily address the starting or acceleration duty of the conveyor. The belt designer must control starting acceleration to prevent excessive tension in the belt fabric and forces in the belt drive system (Suttees, 1986). High acceleration forces can adversely affect the belt fabric, belt splices, drive pulleys, idler pulleys, shafts, bearings, speed reducers, and couplings. Uncontrolled acceleration forces can cause belt conveyor system performance problems with vertical curves, excessive belt take-up movement, loss of drive pulley friction, spillage of materials, and festooning of the belt fabric. The belt designer is confronted with two problems, The belt drive system must produce a minimum torque powerful enough to start the conveyor, and controlled such that the acceleration forces are within safe limits. Smooth starting of the conveyor can be accomplished by the use of drive torque control equipment, either mechanical or electrical, or a combination of the two (CEM, 1979).SOFT START MECHANISM EVALUATION CRITERIONWhat is the best belt conveyor drive system? The answer depends on many variables. The best system is one that provides acceptable control for starting, running, and stopping at a reasonable cost and with high reliability (Lewdly and Sugarcane, 1978). Belt Drive System For the purposes of this paper we will assume that belt conveyors are almost always driven by electrical prime movers (Goodyear Tire and Rubber, 1982). The belt drive system shall consist of multiple components including the electrical prime mover, the electrical motor starter with control system, the motor coupling, the speed reducer, the low speed coupling, the belt drive pulley, and the pulley brake or hold back (Cur, 1986). It is important that the belt designer examine the applicability of each system component to the particular application. For the purpose of this paper, we will assume that all drive system components are located in the fresh air, non-permissible, areas of the mine, or in non-hazardous, National Electrical Code, Article 500 explosion-proof, areas of the surface of the mine. Belt Drive Component Attributes Size.Certain drive components are available and practical in different size ranges. For this discussion, we will assume that belt drive systems range from fractional horsepower to multiples of thousands of horsepower. Small drive systems are often below 50 horsepower. Medium systems range from 50 to 1000 horsepower. Large systems can be considered above 1000 horsepower. Division of sizes into these groups is entirely arbitrary. Care must be taken to resist the temptation to over motor or under motor a belt flight to enhance standardization. An over motored drive results in poor efficiency and the potential for high torques, while an under motored drive could result in destructive overspending on regeneration, or overheating with shortened motor life (Lords, et al., 1978).Torque Control. Belt designers try to limit the starting torque to no more than 150% of the running torque (CEMA, 1979; Goodyear, 1982). The limit on the applied starting torque is often the limit of rating of the belt carcass, belt splice, pulley lagging, or shaft deflections. On larger belts and belts with optimized sized components, torque limits of 110% through 125% are common (Elberton, 1986). In addition to a torque limit, the belt starter may be required to limit torque increments that would stretch belting and cause traveling waves. An ideal starting control system would apply a pretension torque to the belt at rest up to the point of breakaway, or movement of the entire belt, then a torque equal to the movement requirements of the belt with load plus a constant torque to accelerate the inertia of the system components from rest to final running speed. This would minimize system transient forces and belt stretch (Shultz, 1992). Different drive systems exhibit varying ability to control the application of torques to the belt at rest and at different speeds. Also, the conveyor itself exhibits two extremes of loading. An empty belt normally presents the smallest required torque for breakaway and acceleration, while a fully loaded belt presents the highest required torque. A mining drive system must be capable of scaling the applied torque from a 2/1 ratio for a horizontal simple belt arrangement, to a 10/1 ranges for an inclined or complex belt profile.Thermal Rating. During starting and running, each drive system may dissipate waste heat. The waste heat may be liberated in the electrical motor, the electrical controls, the couplings, the speed reducer, or the belt braking system. The thermal load of each start Is dependent on the amount of belt load and the duration of the start. The designer must fulfill the application requirements for repeated starts after running the conveyor at full load. Typical mining belt starting duties vary from 3 to 10 starts per hour equally spaced, or 2 to 4 starts in succession. Repeated starting may require the dreading or over sizing of system components. There is a direct relationship between thermal rating for repeated starts and costs. Variable Speed. Some belt drive systems are suitable for controlling the starting torque and speed, but only run at constant speed. Some belt applications would require a drive system capable of running for extended periods at less than full speed. This is useful when the drive load must be shared with other drives, the belt is used as a process feeder for rate control of the conveyed material, the belt speed is optimized for the haulage rate, the belt is used at slower speeds to transport men or materials, or the belt is run a slow inspection or inching speed for maintenance purposes (Hager, 1991). The variable speed belt drive will require a control system based on some algorithm to regulate operating speed. Regeneration or Overhauling Load. Some belt profiles present the potential for overhauling loads where the belt system supplies energy to the drive system. Not all drive systems have the ability to accept regenerated energy from the load. Some drives can accept energy from the load and return it to the power line for use by other loads. Other drives accept energy from the load and dissipate it into designated dynamic or mechanical braking elements. Some belt profiles switch from motoring to regeneration during operation. Can the drive system accept regenerated energy of a certain magnitude for the application? Does the drive system have to control or modulate the amount of retarding force during overhauling? Does the overhauling occur when running and starting? Maintenance and Supporting Systems. Each drive system will require periodic preventative maintenance. Replaceable items would include motor brushes, bearings, brake pads, dissipation resistors, oils, and cooling water. If the drive system is conservatively engineered and operated, the lower stress on consumables will result in lower maintenance costs. Some drives require supporting systems such as circulating oil for lubrication, cooling air or water, environmental dust filtering, or computer instrumentation. The maintenance of the supporting systems can affect the reliability of the drive system. Cost. The drive designer will examine the cost of each drive system. The total cost is the sum of the first capital cost to acquire the drive, the cost to install and commission the drive, the cost to operate the drive, and the cost to maintain the drive. The cost for power to operate the drive may vary widely with different locations. The designer strives to meet all system performance requirements at lowest total cost. Often more than one drive system may satisfy all system performance criterions at competitive costs.Complexity. The preferred drive arrangement is the simplest, such as a single motor driving through a single head pulley. However, mechanical, economic, and functional requirements often necessitate the use of complex drives. The belt designer must balance the need for sophistication against the problems that accompany complex systems. Complex systems require additional design engineering for successful deployment. An often-overlooked cost in a complex system is the cost of training onsite personnel, or the cost of downtime as a result of insufficient training. SOFT START DRIVE CONTROL LOGICEach drive system will require a control system to regulate the starting mechanism. The most common type of control used on smaller to medium sized drives with simple profiles is termed Open Loop Acceleration Control. In open loop, the control system is previously configured to sequence the starting mechanism in a prescribed manner, usually based on time. In open loop control, drive-operating parameters such as current, torque, or speed do not influence sequence operation. This method presumes that the control designer has adequately modeled drive system performance on the conveyor. For larger or more complex belts, Closed Loop or Feedback control may he utilized. In closed loop control, during starting, the control system monitors via sensors drive operating parameters such as current level of the motor, speed of the belt, or force on the belt, and modifies the starting sequence to control, limit, or optimize one or wore parameters. Closed loop control systems modify the starting applied force between an empty and fully loaded conveyor. The constants in the mathematical model related to the measured variable versus the system drive response are termed the tuning constants. These constants must be properly adjust
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