销盘摩擦磨损试验机设计

1、PAGE PAGE 34销盘摩擦磨损试验机设计 摘 要本设计主要内容是销盘式摩擦磨损机的结构设计。根据对销盘式摩擦磨损机的要求，这种销盘式结构的摩擦磨损机体积小、传动结构简单、试件装夹方便。试验时所用上试件为圆柱销，这种试件价格低廉，加工简便；实验所用下试件为圆盘，加工成本低，简单；便于测量不同材料的摩擦学性能，这是销盘式摩擦磨损机的最大特点。关键词：摩擦； 磨损；试验机AbstractThis design is the main content of friction and wear-selling disc of the structural design. According to

2、the friction and wear-selling disc of the requirements of this disc sales of friction and wear of small, simple transmission structure, the specimen clamping convenience. By the use of test specimens for the cylindrical pin, this specimen low price, simple processing, experimental use of specimens f

3、or the disc, processing costs low, simple, easy measurement of the tribological properties of different materials, which is selling disc friction The most important feature of wear. Keywords：friction；wears；testing machine 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200938759 引 言 PAGEREF _Toc200938759 h 4 HY

4、PERLINK l _Toc200938760 第一章 试验机设计和选择原则 PAGEREF _Toc200938760 h 6 HYPERLINK l _Toc200938761 1.1 确定摩擦磨损类型 PAGEREF _Toc200938761 h 6 HYPERLINK l _Toc200938762 1.2 摩擦磨损试件的接触条件和运动形式要与现实零件工作状况相同 PAGEREF _Toc200938762 h 8 HYPERLINK l _Toc200938763 1.3 试验设备必须有足够的机械稳定性和调节试件的能力 PAGEREF _Toc200938763 h 12 HYPE

5、RLINK l _Toc200938764 1.4 摩擦磨损机应调整方便，试验结果的分度小，重复性好，试验精度高 PAGEREF _Toc200938764 h 13 HYPERLINK l _Toc200938765 1.5 试验方法 PAGEREF _Toc200938765 h 13 HYPERLINK l _Toc200938766 第二章 实验条件及试验参数的选择 PAGEREF _Toc200938766 h 15 HYPERLINK l _Toc200938767 2.1 试验条件的确定原则 PAGEREF _Toc200938767 h 15 HYPERLINK l _Toc2

6、00938768 2.2 试验条件因素 PAGEREF _Toc200938768 h 15 HYPERLINK l _Toc200938769 2.3 试验时间参数 PAGEREF _Toc200938769 h 16 HYPERLINK l _Toc200938770 2.4 摩擦温度参数 PAGEREF _Toc200938770 h 16 HYPERLINK l _Toc200938771 2.5 摩擦参数的测量 PAGEREF _Toc200938771 h 16 HYPERLINK l _Toc200938772 2.6 磨损量的测量 PAGEREF _Toc200938772 h

7、 17 HYPERLINK l _Toc200938773 2.7 载荷和速度 PAGEREF _Toc200938773 h 17 HYPERLINK l _Toc200938774 2.8 控制试件摩擦表面所处的状态 PAGEREF _Toc200938774 h 17 HYPERLINK l _Toc200938775 2.9 试验次数 PAGEREF _Toc200938775 h 17 HYPERLINK l _Toc200938776 2.10 摩擦磨损机工作条件 PAGEREF _Toc200938776 h 17 HYPERLINK l _Toc200938777 2.11 试

8、验材料 PAGEREF _Toc200938777 h 18 HYPERLINK l _Toc200938778 第三章 试验机机构的工作原理及简图 PAGEREF _Toc200938778 h 19 HYPERLINK l _Toc200938779 3.1 摩擦机的工作原理 PAGEREF _Toc200938779 h 19 HYPERLINK l _Toc200938780 3.2 摩擦机的标定 PAGEREF _Toc200938780 h 19 HYPERLINK l _Toc200938781 第四章 试验机的传动设计 PAGEREF _Toc200938781 h 22 HY

9、PERLINK l _Toc200938782 4.1 电动机的选择 PAGEREF _Toc200938782 h 22 HYPERLINK l _Toc200938783 4.2 V带的设计计算 PAGEREF _Toc200938783 h 22 HYPERLINK l _Toc200938784 4.3 轴的计算 PAGEREF _Toc200938784 h 24 HYPERLINK l _Toc200938785 第五章 试验机主要零部件的设计 PAGEREF _Toc200938785 h 26 HYPERLINK l _Toc200938786 5.1摩擦盘的设计 PAGERE

10、F _Toc200938786 h 26 HYPERLINK l _Toc200938787 5.2 销的设计计算 PAGEREF _Toc200938787 h 26 HYPERLINK l _Toc200938788 5.3杠杆的设计 PAGEREF _Toc200938788 h 28 HYPERLINK l _Toc200938789 第六章 砝码装置的设计 PAGEREF _Toc200938789 h 29 HYPERLINK l _Toc200938790 第七章 轴承及传感器的选择 PAGEREF _Toc200938790 h 31 HYPERLINK l _Toc20093

11、8791 结 论 PAGEREF _Toc200938791 h 32 HYPERLINK l _Toc200938792 参 考 文 献 PAGEREF _Toc200938792 h 33 HYPERLINK l _Toc200938793 谢 辞 PAGEREF _Toc200938793 h 34需要全套图纸资料联系，QQ：1047713170引 言摩擦 、 磨损与润滑是一种普遍地存在于生产和生活中的现象，对人类的物质生产和生活有极其深远的影响。人类运用摩擦、磨损、润滑方面知识的记载，可以追溯到公元前3000多年。然而发展成为Tribology,还是1966年的事。中译Tribolog

12、y为“摩擦学”，在1980年冬才被正式确定。美国接受以Tribology代替Lubrication的地位，始于1984年，而日本则更晚1。随着现代工业和科学技术的不断发展，人们对机械设备可靠性的要求也越来越高，因而设备的摩擦、磨损、润滑状况也引起了越来越多的重视。实践证明，导致机器失效的主要原因，不是机器零件的损坏，而是活动构件或者联结件在摩擦力的作用下产生的磨损.工程人员在设计机械时，必然会对重要的零件进行强度计算，然而，几乎很少对任何活动构件或者联结件进行必要的摩擦学设计。据估计，全世界大约有1/3-1/2的能源以各种形式消耗。在摩擦上，而摩擦导致的磨损是机械设备失效的最主要原因，大约有8

13、0%的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的2。但是在很长一段时间内，研究摩擦、磨损、润滑的现象往往只是从各个侧面孤立地进行的，经验和数据几乎是分散在机械学的所有分支中，研究者们都是从力学角度来解释摩擦过程。只是近些年来，由于科学和技术的发展才形成一门独立的科学摩擦学。实践表明，接触表面相对运动就产生摩擦，运动表面在摩擦过程中将发生一系列的物理，化学及力学等方面的变化。因而摩擦学是涉及数学、力学、物理学、化学、冶金学、机械工程以及材料学、石油化工等多种学科领域 的一门综合性的边缘学科。正如国际摩擦学学会主席乔斯特教授指出：“忽视这门科学的主要原因之一是这门学科是一门边缘学科，另外是各行各业的人们仅

14、从他们自己从事工作的那个侧面去理解问题。例如从狭义上去理解润滑二字，认为不过是给机器加点油，看不到它在机械工程中的普遍性、重要性和复杂性，从而妨碍了许多人去充分理解这门学科的经济意义和技术意义，也妨碍了在更广泛的范围和各种现象的内在联系中去深入进行研究。”正确认识摩擦学并对其进行深入的研究2。摩擦现象在自然界中是普遍存在的，这一自然现象的结果使摩擦表面的物质丧失或转移，即发生磨损。过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。如果能控制和减少磨损，则既减少设备的维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。摩擦磨损实验是摩擦学的重要内容。为此，我们研究在销盘摩擦磨损试验机

15、的工作原理，确定各种因素对摩擦磨损的影响以及评价各种材料的机理特性。销盘摩擦磨损试验机的设计目的就是考查实际工作条件下，他们的特征与变化，揭示各种因素对试件材料的摩擦磨损性能的影响，从而来确定符合使用条件的最优化设计参数。销盘试验机是世界上使用最多、最普遍的一种摩擦磨损实验方法，且具有简捷、精确的特点。通过对试验机的设计，了解其工作原理及工作条件。从而，使之在机械及航空等领域中，得到广泛、充分的应用2。摩擦磨损试验在摩擦学的研究中是很重要的,了解摩擦磨损过程中摩擦系数变化特征对于分析和评价摩擦磨损特性很有意义,因此，出于对无润滑条件下材料摩擦磨损特性研究的需要,开发了一台销盘摩擦磨损机,并就其

16、测试系统做出论述。第一章 试验机设计和选择原则1.1 确定摩擦磨损类型这是设计和选择试验机的主要根据之一。作为销盘摩擦磨损机的设计，我们针对的是固体的研究，固体中主要的材料为金属，因此了解和研究摩擦表面的接触原理是非常重要的，例如计算摩擦力时要知道实际的接触面积的大小，还要考虑到接触的性质。首先我们来说明摩擦的分类。（1）按摩擦副表面的润滑状况分：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。（2）按摩擦副的运动形式分：滑动摩擦、滚动摩擦。（3）按摩擦副的材质分：金属材料的摩擦、非金属材料的摩擦。（4）按摩擦副的工况条件分：一般工况下的摩擦、特殊工况下的摩擦。还有两个固体摩擦时相互接触作用的一些特点：第一.摩擦

17、副中承载材料的体积是变化的，它随压力大小、两个摩擦体的粗糙度和摩擦面上的生成膜而改变；第二.两固体的真实接触点是离散的，材料的微体积发生变形，严格来说，经典的变形体力学中所常用的关于物体均质而各向同性的假设对这种情况是不使用的；第三.与强度（物体不发生破坏的条件）计算不同，磨损计算实质上就是评定物体破坏程度的特性；第四.摩擦材料的性能往往与原材料的性能显著不同，前者在摩擦过程中 不断改变，因而材料的破坏条件也不断改变1820。现在我们来说明表面接触时的相互作用：当两个固体表面接触时，其金属固体表面的变化是很复杂的，由于表面凹凸不平。随着压力的增大，其微凸表面的高度不一样，则在每一时刻同一表面不

18、同高度的微凸体变形也不同。在接触表面滑动时，开始时跑和过程，其接触时大部分为塑性变形。而在稳定磨损阶段，主要是表面微凸体的弹性变形。表面相对运动时对表面的摩擦和磨损过程起着决定性作用。可以认为，每一个实际接触点的发展可分为三个阶段：相互作用，变化，破裂。另外还有两固体的接触面积与接触模型：接触面积一般采用三种不同的接触面积，a、（名义）几何接触面积，b、轮廓接触面积，c、实际接触面积。为了便于研究通常采用三种粗糙表面微凸体模型（即球形、圆柱形、圆锥形）。其中球形微凸体模型是比较广泛采用的，它便于计算实际接触面积，能较客观地反映出摩擦各向同性，有利于从力学角度来考虑接触的相互作用问题19。关于磨

19、损分类的见解颇不一至，大体上可概括为两种：一种是根据磨损结果着重对磨损表面外观的描述，如点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损；另一种则是根据磨损 机理来分类，如粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、流体磨粒磨损、流体侵蚀磨损、机械化磨损、微动磨损等。（1）粘着磨损，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发生“冷焊”后，在相对滑动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成了粘着磨损。这种被迁移的材料，有时候也会再附着到原先的表面上去，出现逆迁移，或脱离所粘附的表面而成为游离颗粒。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。这种磨损是金属摩擦之间最普遍的一种磨损形式。（2）磨粒磨损，外部进入摩擦面间的游离硬磨粒或硬的轮廓峰尖在

20、较软材料表面上犁刨出很多沟纹时，被移去的材料，一部分流动到沟纹的两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的 游离颗粒，这样的微切削过程就叫磨粒磨损。（3）疲劳磨损，疲劳磨损是指由于摩擦表面材料微体积在重复变形是疲劳破坏而引起的机械磨损。（4）流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损，流体磨粒磨损是指由流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒作用引起的机械磨损。流体侵蚀磨损是指由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损。（5）机械化学磨损，是指由机械作用及材料与环境的化学作用或电化学作用共同引起的磨损。以上摩擦磨损类型可导致机械和机构的损坏，其百分比高达75%，因此，提高机器的耐磨性是延长其寿命的主要潜力。

21、在本次设计中，我们考虑接触条件和各个方面的因素，上试件既可以采用圆形的，也可以采用圆柱型的，这样大大方便了我们将来进行试验时候试件的加工过程，节约了成本，提高实验效率2 3。1.2 摩擦磨损试件的接触条件和运动形式要与现实零件工作状况相同第一，摩擦磨损试件的接触条件和很多因素有关，如载荷、速度、温度、表面光洁度、表面膜等五个因素对摩擦磨损的影响比较大。同一种摩擦副在不同的因素的影响下可能具有极不相同的摩擦系数。下面对摩擦系数的影响参数进行分析首先我们介绍一下库仑定律，库仑定律最先是由意大利科学家达芬奇在1508年提出，并且最后由阿蒙顿以及库仑经过实验后确定的。由于当时的条件有限，库仑定律的表达

22、式为F=N. 它不可能预计到其它许多因素对摩擦的影响，因尔我们称库仑定律为古典摩擦理论。现在我们进行两大部分的分析如下：一、静摩擦系数F静试验表明，对固体静摩擦系数有重要影响的是法向压力和静止接触时间。1、法向压力的影响，根据资料查如下图，由图1可以知道45钢和铜在干摩擦状态下的摩擦系数与压力的关系由图2可以知道45钢和铸铁在干摩擦状态下的摩擦系数与压力的关系为了更好的说明问题，这里引用沙（SHAW）在真空条件下所测得的摩擦系数与压力的关系和柯诺那（KOPONA）在各种不同的加工方法所得到的表面上测得的摩擦系数与压力的关系（图4）。上实验表明静摩擦系数随着法向压力的增加而下降。为什么会产生与库

23、仑定律不一致的结果呢？ 其原因在于当法向压力增大时，摩擦面的实际接触面积增大之故。2、静止接触时间的影响实践表明，在测量静摩擦系数之前，物体静止接触时间越长，静摩擦系数就越大。（图5）为水工闸门上使用胶木滑道的摩擦系数随静止承压时间变化的曲线。由图可知，随着静止接触时间的延长，摩擦系数f增大。表列出几种材料的摩擦系数与静止接触延续时间的关系。其原因是在法向压力所引起的高的应力作用下，接触的地方发生塑性变形，这种变形引起了实际接触面积的增加（分子吸附力增强）和接触物体表面的相互交错接触（机械变形阻力增大），因而引起了摩擦系数的增大。 二、动摩擦系数F动 1、压力、滑动速度的影响动摩擦系数的情况要

24、比静摩擦系数复杂，因为除压力之外它还涉及到滑动速度，以及由于滑动速度而引进的其它一些参数的影响。这些虽在库仑式里未预到，但实际上是存在的，必须考虑。国外的学者对这个问题进行了大量的研究， 概括起来有以下几种观点。（1）波列（POIREE）等人认为摩擦系数随着滑动速度的增加而减少如图（6）（2）多勃洛沃里斯里等人认为摩擦系数将随着滑动速度增加而增大。（如图7）（3）克那盖里斯基等人认为摩擦系数随着滑动速度增加将出现一个最大值，并且低、中、高三种载荷下摩擦系数随滑动速度增大都通过最大值，而且载荷越大最大值越向纵坐标方向靠近。如图8。以上三个观点都有他们自己的摩擦系数的近似计算式。但是上海科技出版社

25、出版的摩擦学基础里通过实验得出的摩擦磨损的对压力、滑动速度与摩擦系数这三者之间的结论如下图。从图9和图10看到，尽管摩擦副配对材料不同，一为45钢-青铜，另一个为45钢-铸铁，但摩擦系数都是随着法向压力的增加而减少。并且在相同的情况下，45钢-蠕墨铸铁的摩擦系数低于45钢-青铜摩擦副。 从图11和图12可以看出，在相同速度下，施以 不同载荷时的摩擦系数变化的情况。因此我们认为滑动速度、法向压力、摩擦系数这三者之间的关系为：a、摩擦系数随滑动速度的改变而改变；b、摩擦系数随滑动速度的关系还受压力的影响；c、摩擦系数随滑动速度、法向压力变化的形式是不固定的，可能增加也可能减少，也可能是通过一个或两

26、个最大值 。（4）温度的影响，温度是影响摩擦过程的一个重要参数。当摩擦副相互滑动时，温度的变化使表面材料的性质发生变化，从而影响摩擦系数，并随摩擦副工作条件的不同而变化。我们知道，两个运动物体表面之间所产生的摩擦能量损失，主要是以热的形式表现出来，实际接触处在很短的时间内就能产生相当高的温度，并且很快由表层向内层散播。温度场的分布情况与接触物体表面几何形状，摩擦副材料的热物理性能，结构尺寸，工况条件以及散热条件等有关。为了描述摩擦时温升或摩擦热对摩擦性能的影响，常采用闪点温度、表面平均温度、体积平均温度、温度梯度、热量分布系数等参数来进行研究。摩擦时的温度可以通过 直接测量（接触电阻，电容法，

27、热电偶等），模拟或经验计算以及分析材料与周围介质，润滑剂的化学反应产物或材料表层的金相结构变化等间接方法来定量或定性评定。（5）材质的影响，金属摩擦副的摩擦系数，随配对材料性质的不同而不同。（6）表面光洁度的影响，经过实验表明，在塑性接触情况下，由于表面光洁度对实际面积的影响不大，故对摩擦系数影响也不大。但是对于弹性或弹塑性接触的干摩擦情况，表面光洁度越高，实际接触面积也愈大，以及由于表面分子吸引力有效地放生作用，使得摩擦系数增大。对于混合摩擦，光洁度愈高，润滑剂所覆盖的面积就愈大，摩擦系数就相对地变小。而动摩擦系数和静摩擦系数随表面光洁度的变化规律是不一样的。动摩擦系数随表面粗糙度减少而通过

28、一个最小值，并且滑动速度越大最小值越接近纵坐标的起点。可以认为，表面粗糙，则机械变形起作用，使得摩擦系数增大；反之，表面光滑，则分子吸引起作用，也使摩擦系数变大，所以有一个摩擦系数值最小的表面光洁度12。（7）本设计对销盘摩擦磨损机的设计采用的磨损试件其中的工作条件在实际情况中工作零件可能出现的运动形式有滑动、冲击等。第二，接触形式分为只有一个设计表面（如受液体或固体颗粒冲击的零件）和有两个设计表面，其中有点接触、线接触、面接触。不同的接触形式对摩擦磨损产生不同的影响，本设计重点为面接触.滑动摩擦。1.3 试验设备必须有足够的机械稳定性和调节试件的能力在摩擦磨损机上出现的情况直接影响试验设备的

29、稳定性，其中主要由以下几个因素：第一，外界机械作用是确定磨损过程的重要因素。它包括三个方面，即：1、摩擦类型（滑动，滚动等）；2、摩擦表面相对移动速度3、摩擦时载荷的大小和特性。第二，摩擦副材质的影响。研究磨损形式与材料的变化规律是消除某些严重磨损，获得最大耐磨性的依据；是研究新的耐磨、减磨合金，新的加工方法和表面强化的理论基础，也是材料选用的根据。摩擦和磨损时与之有关的金属性能包括：（1）金属与氧的化学亲和力程度和金属化合物与氧的氧化能力；（2）在常温和高温时金属的抗粘着能力；（3）金属的机械性能（如屈服强度，硬度，冲击韧性，塑性，疲劳强度等）；（4） 金属的耐热性；（5）金属与润滑剂相互作

30、用的能力。第三，环境介质的影响，在机器零件中最广泛存在的氧化磨损是与空气介质及其中的氧有联系的。 不论是在干摩擦条件下，还是稳定的边界润滑时气体介质的作用都是很大的。大多数机器零件的摩擦和磨损状况都与液体介质润滑剂有关。在某些特定摩擦条件下还应有固体润滑材料，如石墨，二氧化钼 等等。此外许多机器零件出现磨料磨损则是与摩擦区域存在着硬的磨料介质有关。第四，测量传感器也受各个方面的影响，致使测量的数据会偏离实际的数据结果。以上四个因素是影响试验机械设备稳定性的主要因素。本次设计要充分考虑到这四点因素对其的影响。其次测量摩擦系数时，由于机构内的摩擦，常常导致数值不稳定11 13。试件的调节能力，对实

31、验参数的选择很重要。本设计采用朗斯测试技术有限公司的LC0501型压力传感器。其特点是：（1）自生电荷、结构简单、坚固，安装方便；（2）尺寸小、重量轻（最轻仅为0.2克）、寿命长；（3）频率响应范围宽（可高达100kHz）、量程范围大；（4）稳定性好，耐高温可达700。1.4 摩擦磨损机应调整方便，试验结果的分度小，重复性好，试验精度高用试验机作试验时。为了节省时间，提高工作效率，我们要求试验机在一些方面的调整要方便，如试件的更换，位置的移动等。提高试验精度就必须考虑其工作环境，温度等的影响，材料的稳定性，耐腐蚀性等，还和传感器的灵敏度有很大的关系。1.5 试验方法试验类型决定后，就要决定试验

32、方法。常用的试验方法有：对比试验法在相同条件下进行试验，即是将几种试样或者将要试验的试样与已知标准式样进行对比试验，以比较其摩擦磨损性能，从而选择或确定具有较好的摩擦，磨损性能的材料和结构。标准试验法目前正在努力制定各种材料的标准化摩擦磨损试验方法，用统一的标准化试验方法测量和研究出各种材料的摩擦磨损性能指标，以便对各种材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能进行比较和选择。使用范围试验法将试样在广泛条件下进行试验，以便求得它的最大使用范围 或最高使用条件，如压力、速度、温度和寿命等条件。试验时常以摩擦磨损性能的突变点来表示。此方法多为研究新的耐磨、减磨和摩阻材料及新的耐磨表面处理工艺所采用。（4）

33、使用性能试验法按照实际使用情况进行试验，以便得到实际情况的摩擦磨损性能指标。我们主要采用的是第二种方法，来测量标准化材料的摩擦和磨损程度。摩擦磨损机的种类很多，目前还没有标准化。模拟性的试验应根据实验的目的和要求来设计和选择，一般性的销盘摩擦磨损机已倾向标准化，但看法还不完全一致，一般必须遵守基本原则。第二章 实验条件及试验参数的选择2.1 试验条件的确定原则试验条件的确定原则就是要模拟出零件实际使用条件，具体要求是：（1）模拟出机器零件的实际使用条件下的摩擦、磨损和润滑基本状态。（2）模拟出机器零件的实际使用条件和破坏形态一致性。2.2 试验条件因素试验时，要注意下面试验条件的因素： 1.

34、试样的表面性质：包括材料种类（化学成分及组织）、机械性能和表面光洁度，它们明显地影响磨损。2. 试样的形状和尺寸：它影响试样的接触形式和重迭系数，而且它们还对润滑状态、压力大小、相对运动速度以及磨损量等有影响。3. 试样中的固定件和运动件：试样中的固定件与运动材料不同时，一般不宜倒装装配，特别是在干摩擦或固体润滑的情况下。以上三点必须根据实际摩擦副结构相应地确定。4. 运动形式：试样相对运动所形成的滑动、滚动或复合摩擦形式不同，对润滑状态或破坏特征都有影响。5. 速度：速度对磨损影响比较复杂，速度改变，摩擦系数一般发生变化；摩擦材料变形速度和接触区的温度也发生变化；甚至改变了磨损形式和润滑状态

35、。6. 温度：温度与速度一样，对磨损影响同样是比较复杂的。温度升高到一定程度，材料的摩擦系数和磨损量都将变化；温度升高，润滑油的粘度下降，严重时甚至破坏油膜，改变润滑状态。7. 压力：压力改变，摩擦副的摩擦磨损特性随之改变，润滑状态也随之改变。8. 周围环境介质：周围环境的水汽、空气、灰尘以及其它气体的改变，对摩擦副材料和润滑材料都有影响。9. 润滑方式：不仅润滑剂种类和数量有影响，而且润滑条件（全浸、滴油、飞溅）以及给油方式（开式、闭式、有否过滤器等）对摩擦副都有直接的影响。10. 试验时间：在一定的试验条件下，要确定试验时间时，应注意不同材料在不同磨损阶段发生的急剧改变，不能片面地强化试验

36、条件，以求缩短试验时间，否则有可能改变破坏状态。2.3 试验时间参数选定合适的试验机后，试验时间要认真选取。试验时间一般应取80分钟到100分钟为好，再摩擦过程中每隔10分钟采集一次摩擦力和摩擦震动信号，再由其关系式先做出时间与磨损的关系曲线，作为正确确定试验时间的根据。但是由于各种材料的不同，如塑料等，可根据具体的要求确定实验时间。2.4 摩擦温度参数测量温度一般采用的是热电偶测温和远红外辐射测温。远红外辐射测温是利用物体辐射强度随温度变化的物理现象测量温度。它是一种非接触式测温，因为它与摩擦表面不接触，而且反应速度快，灵敏度高，有利于测量运动件表面温度，有利于测量摩擦副的表面温升特性及摩擦

37、温度的分布，不过，它只能应用于摩擦副表面暴露的场合。2.5 摩擦参数的测量摩擦系数大小是表示摩擦材料特性的主要参数之一。 本设计主要是测量动摩擦系，动摩擦系数的测定用间接测量方法。根据动摩擦系数公式， 通过测出摩擦力F或摩擦力矩M和正压力P，便可计算出动摩擦系数。常用的测量摩擦力或摩擦力矩的方法有机械法和电测法。1. 机械法：有杠杆法和弹簧法两种。杠杆法就是用杠杆加砝码来平衡摩擦过程所产生的摩擦力矩，根据杠杆原理来计算出摩擦力或摩擦力矩。弹簧法是用弹簧直接或间接地拉住摩擦副一方，然后根据弹簧的弹性变形力求出摩擦力。2. 电测法：把压力传感器附加在测力元件上， 将摩擦力或摩擦力矩转换成电量，输入

38、到测量和记录仪上，自动记录下摩擦过程中摩擦系数的变化。2.6 磨损量的测量磨损量是评定摩擦材料的耐磨性，控制产品质量和研究摩擦磨损机理的一个重要指标。它可以用间接测量和直接测定方法来测定。间接测定法只能确定各个摩擦表面磨损量的总值，而不能确定磨损量在摩擦表面的分布情况和由于磨损造成的零件尺寸的变化。直接测定法是专门测定某一工作表面的磨损量的方法，它能测出摩擦表面尺寸的变化和磨损量在摩擦表面的分布情况。各类方法都有自己的特点，不能互相代替而只能相互补充。2.7 载荷和速度对于模拟性的试验室试验，载荷和速度要根据实际摩擦副情况而定。速度对温度的影响比较大，在试验实践中，经常采用比实际系统高的载荷和

39、速度进行“加速”试验。显然，这只有在对磨损过程没有太大影响时才是实用的。相对于实际工作而定，这样可能受到的实际影响比较小，试验中的摩擦磨损可以忽略不计。2.8 控制试件摩擦表面所处的状态摩擦表面的状态控制不严，引起摩擦磨损测量结果无规律的变化。因此，试验过程应防止摩擦表面被异物污染，防止磨粒侵入，以及在装卸试件时要保证再一次安装的位置精度。2.9 试验次数因为摩擦磨损试验的离散性很大，多次重复一种试验是必须的（至少要重复三次）。然后，对试验数据统计分析，得出试验结果。2.10 摩擦磨损机工作条件（1）在室温1035的范围内；（2）相对湿度不大于30的环境中；（3）周围无震动，无腐蚀性介质和无强

40、电磁干扰的环境中；（4）电源电压的波动范围不超过额定电压的10，频率的波动不超过额定频率的2%；（5）在稳固的基础上正确安装，水平度为0.5/1000。2.11 试验材料被测物体的每一部分必须物质均匀，出现试件表面和里面的不同将会影响结果，引起摩擦磨损无规律变化。因此，在试验前，要使试件表面充分外显，排除异物污染，保证试验精度10 13。第三章 试验机机构的工作原理及简图3.1 摩擦机的工作原理本试验机工作时上试样（销样）固定，通过下试样（盘样）的相对运动进行材料的摩擦学试验。工作时设定下试样的转速，通过摩擦半径换算成线速度，加载通过销样座上添加砝码来完成。试验过程中将传感器的输出电压换算出摩

41、擦因数（），材料的磨损率通过电子天平测量磨损质量计算得出。试验时，电动机在设定的速度下运转，带动下盘一起运转，下盘中的盘样随其一起转动，使其与上销样发生相对滑动，销样所受得的摩擦力传到压电传感器上，测出电压，换算成摩擦因数。3.2 摩擦机的标定 试样与对摩擦盘之间的摩擦力对支撑杠杆产生一个力矩，使支撑杠杆产生一个力矩，是支撑杠杆压在压电传感器上，受力简图如图所示。销盘式摩擦磨损试验机受力简图压电传感器将力信号转换成电信号输出，得到电压。在轨道半径为230mm下标定值的标定数据如下表所示。实际上轨道半径改变时测力杠杆的短臂d不变，只有长臂长度改变了，而且长臂长度的改变量也就是轨道半径的改变量，故

42、而可以将某一半径时的电压与摩擦力标定值作为标准，其余标定值可根据标准标定值计算得出，本实验中取轨道半径为230mm下的标定值作为标准标定。 N0 -测力传感器上标定压力值，NX 不同轨道半径时传感器所受压力值，f-摩擦力值。 L0-测力杠杆长臂标定长度，Lx-不同轨道半径的测力杠杆长臂长度Lx= L0+Lx， Lx=Rx=(Rx-试验轨道半径 R0 标定轨道半径值)测力传感器所受压力值N与传感器输出电压值U成正比，设N=tU ，同样压力值反应的摩擦力值f与U也成正比，设f=Ku ,由杠杆原理： = (其中L0=230mm)最后所求的值为KX，由标定表计算出标定K0=0.043,计算KX.如下所

43、示：=代入K0和L0 的值。KX=0.043（1+） 即f=0.043(1+ 摩擦因数计算公式其中为载荷。第四章 试验机的传动设计4.1 电动机的选择 本实验载荷载荷平稳，受力不大，且需要改变电动机速度。选用YCTL160-4A可调速电动机。其外形尺寸如图：4.2 V带的设计计算1 确定计算功率Pca 计算功率Pca 是根据传递的功率P,并考虑到载荷性质和每天旋转时间长短等因素的影响确定的。即Pca=KAP式中Pca-计算功率，单位KW;P-传递的额定功率（例如电动机的额定功率），单位KW;KA-工作情况系数。根据机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006

44、重印）151页表8-6取KA=1所以Pca=1X2.2=2.2KW.2.选择带型 根据计算功率Pca和小带轮转速由机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）152页图8-8 选A型带。3.确定带轮的基准直径和1）初选小带轮的基准直径，根据V带截型，参考机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）表8-3及表8-7选取。取=80mm2)验算带速 由=5.23m/s25m/s,带速合适。3）计算从动轮的基准直径 =取=1，所以 =80mm。4.确定中心距a带的基准直径Ld 由式0.7（+得 出，初步确定 =300

45、mm根据机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）154页式（8-20）计算带所需的基准长度。由机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）142页表8-2选带的基准长度Ld=900mm。按机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）式（8-21）计算实际中心距a , 5.验算主动轮上的包角 由机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）（8-26）得，= 主动轮上的包角合适。6.计算V带的根数 由机械设计/濮良贵，纪名刚主编

46、，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）式（8-22）知 由 查机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）148页8-5a和8-5d得，查表8-8得表8-2得 式中：-考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数。 -考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数 -单根V带的基本额定功率 -计入传动比影响时，单根V带额定功率的增量。 取z=3 根。7.计算预紧力 由机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）155页（8-23）知 =500查机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版

47、社，2001（2006重印）表（8-4）得q=0.10kg/m.故8.计算作用在轴上的压轴力 由机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）式（8-24） 得 9皮带轮的结构4.3 轴的计算1 轴径的估算 ，所以查机械设计/濮良贵，纪名刚主编，-7版。-北京：高等教育出版社，2001（2006重印）表15-3得=103,所以 考虑到键槽的影响，取mm 圆整为22mm。2.轴各段直径及长度的确定轴的结构简图段用于安装皮带轮 ，取长度为48mm； III段根据所选的轴承确定； V 段根据所选用的轴承确定； 段根据摩擦盘高度确定3.轴的校核由于轴承受扭矩较大

48、，几乎不承受弯矩。所以按轴的扭转强度校核。轴的扭转强度条件为式中： 扭转切应力，单位为MPa; T 轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗扭截面系数，单位为； n 轴的转速，单位为r/min； P 轴传递的功率，单位为KW; d 计算截面处轴的直径，单位为mm； 许用扭转切应力，单位为MPa.经查表15-3 =45MPa.P=2.2=2.20.9=1.98kw.所以45MPa.所以所选轴合格。第五章 试验机主要零部件的设计5.1摩擦盘的设计摩擦盘选用45号钢，其简图如下:5.2 销的设计计算1）首先确定最大摩擦力f和压力。由所以f=444.9N.根据中国机械设计大典2.中国机械工程协会。中国设计

49、大典编委会。江西科学技术出版社。1352页。取=0.3 所以N=1.5KN.初步估算销的直径为12mm,高40mm，材料为45号钢。其简图如下：2）销的校核最大压力为N=1.5KN,摩擦力f=0.4KN ,简化为压杆。如图所示：由材料力学第四版刘鸿文主编296页公式9.5 Fcr为临界压力。式中（材料力学297页）I=(材料力学83页)。查机械工程手册第四卷 机械设计（一）机械工业出版社第19-138页。E=2.12所以Fcr= 1.5KN1063.3KN所以所选合格。此外销所受最大摩擦力为444.9N，上端固定。所以根据材料力学143页，按照悬臂梁校核。，所以,因为f=444.9N2.5KN

50、，所以 所设计销合格。5.3杠杆的设计其简图如下：第六章 砝码装置的设计砝码装置由托盘底座、托盘架和托盘组成。其简图如下：托盘底座 托盘架托盘第七章 轴承及传感器的选择 由以上所设计得，轴承主要承受轴向力，所以选用向心轴承和推力轴承配合使用。传感器选用朗斯测试技术有限公司的LC0501型压力传感器。其特点是：（1）自生电荷、结构简单、坚固，安装方便；（2）尺寸小、重量轻（最轻仅为0.2克）、寿命长；（3）频率响应范围宽（可高达100kHz）、量程范围大；（4）稳定性好，耐高温可达700。结 论经过两个多月的时间，终于完成了对销盘摩擦磨损试验机的设计。回顾这两个多月的研究工作也算是很艰辛的。我设

51、计的课题是销盘摩擦磨损试验机，对于我来说，销盘摩擦磨损试验机很陌生，我第一次接触这种机器。因此，感觉不知道怎么做，我的指导老师任靖日副教授给予我很大的帮助。题目要求：通过设计销盘摩擦磨损试验机，了解摩擦磨损原理、摩擦副结构特点以及运动关系。从而揭示销盘摩擦磨损试验机的工作原理和使用方法以及重要性。根据这一要求将整个研究工作分成了几个阶段完成。第一阶段：调研，收集摩擦学、摩擦磨损试验机的资料，分析各种材料。第二阶段：学习摩擦磨损原理及有关知识。我又重新学习了机械设计（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）中的第四章摩擦、磨损概述，翻阅了摩擦学原理、摩擦学导论等书籍。第三阶段：考虑试验机的功能、制造要求及实用性等。第四阶段：设计原理图，根据原理图绘制零件图和装配图。总之，可以归纳为首先规划试验大致轮廓，分析销盘式摩擦磨损试验机的原理，根据销盘摩擦磨损试验机的工作原理，选择销盘摩擦磨损试验机的结构及各种零件结构，分析实际工作原理并考虑材料的经济性和实用性等。经过以上几个阶段的研究工作，终于完成了对销盘式摩擦磨损试验机的设计。 虽然完成了对销盘摩擦磨损试验机的设计，但是对于它的实际工作情况就不知晓了，它是否可以模拟实际工作条件，只有完成的制造出来才可以知道。因此只能是通过设计销盘摩擦磨损试验机，来了解摩擦磨损原理、摩擦副结构特