毕业设计（论文）-卧式端面摩擦磨损试验机设计

延边大学本科毕业设计说明书学校代码：10184学号：学校代码：10184学号：2144022386延边大学本科毕业设计说明书本科毕业设计（题题目：卧式端面摩擦磨损试验机设计学生姓名：学院：工学院专业：机械设计制造及其自动化班级：一班指导教师：二〇一八年五月摘要摩擦学是一科充满实践性与试验性的学科，而要对摩擦磨损的认识与把握则必不可免的要对其进行相关的试验，因此，科学研究人员以及科学所需，对于摩擦磨损的试验在科研之路上必不可少，试验机的诞生也成为必然。在工业生产以及实验中，需要的是以高精度，高效率的试验机，从而得到最为精确的数据，方便相关的计算以及研究；而对于在学生来说重在掌握摩擦原理，一次就需要简易且能表达原理的试验机，因此，本课题就最为简易的试验机略作简单设计以及说明。而本课题所研究的卧式端面摩擦磨损试验机是对端面进行有效的、快捷方便的试验，从而得出更加专业与精准的试验数据的专业试验设备。本文着重对卧式端面摩擦磨损试验机对摩擦运动的实现，通过摩擦磨损原理、机械运动以及实用性等各方面做一合理的设计。关键词：摩擦；试验机；摩擦力分析；性能AbstractTribologyisasubjectfullofpracticalandexperimental,andtheunderstandingandgraspingoffrictionandwearmustbeunavoidable.Therefore,thescientificresearchersandscienceneed,thetestoffrictionandwearisindispensableontheroadofscientificresearch,andthebirthofthetestmachineisalsoinevitable.Inindustrialproductionandexperiments,ahighprecision,highefficiencytestmachineisneededtogetthemostaccuratedata,tofacilitatethecalculationandresearch,andforthestudentstomastertheprincipleoffriction,atestmachinethatneedssimpleandabletoexpresstheprincipleatatime.Therefore,thesubjectisthemostsimple.Thetestmachineisbrieflydesignedandexplained.Andthehorizontalendfacefrictionandweartestmachinestudiedbythissubjectisaneffectiveandconvenienttestontheendface,soastogetprofessionalandaccuratetestdataoftheprofessionaltestequipment.Thispaperfocusesontherealizationofthefrictionmotionofthehorizontalendfacefrictionandweartestingmachine,andmakesareasonabledesignthroughtheprincipleoffrictionandwear,themechanicalmovementandthepracticality.Keywords:friction,testingmachine,frictionanalysis,performance目录引言··················································································1第一章绪论··········································································21.1摩擦磨损试验机设计的目的和意义·········································21.2摩擦磨损试验机的研究以及发展现状······································21.2.1国内摩擦磨损试验机的研究及发展现状·································21.2.2国外摩擦磨损试验机的研制及发展现状································31.3摩擦磨损试验机的几种类型·················································41.4卧式端面摩擦磨损试验机的研究以及重要方法···························61.5卧式端面摩擦磨损试验机设计的预期结果·································71.6摩擦磨损试验机的发展趋势·················································71.7本课题的研究条件要求·······················································8第二章设计方案······································································82.1卧式端面试验机的基本系统·················································82.2实验条件的影响······························································82.2.1试验过程因素的影响······················································82.2.2载荷的影响································································92.2.3试验负载加载的影响····················································102.3设计方案·····································································112.3.1试验机的整体设计方案··················································112.3.2设计方案的制定··························································112.3.1方案的分析与选择·······················································15第三章试验机的主要参数设计计算···············································163.1设计基本参数要求·························································163.2传动路径····································································163.3电动机参数·································································163.4带传动相关参数计算······················································173.5主轴相关数据计算························································193.5.1主轴上键的强度校核···················································213.5.2轴承的校核······························································21总结···················································································23致谢···················································································24参考文献··············································································25引言世间的物质都是相互运动的，摩擦自然也就伴就而生。在现实社会中，我们的生活环境中对于摩擦学的运用可谓数不胜数，走路、拿东西、车子的行走、火车与导轨等等，摩擦在于生活中可谓利弊共存。有摩擦必然就存在磨损，以及对于材料的选择与能源的消耗，结构之间的润滑等等，很多的生活现象都与摩擦学密不可分摩擦学，涵盖了材料学、工程学等多种学科，作为当今各个技术领域的不可或缺的知识面，摩擦学是一科充满实践性与试验性的学科，而要对摩擦磨损的认识与把握则必不可免的要对其进行相关的试验.我们需当掌握最基本的摩擦磨损原理以方便我们在学习与工作当中的熟练应用。摩擦学所涉及科目之广泛，研究对象之复杂，应用领域之重要，致使我们需要非常注意摩擦学研究的发展以及相关试验机的发展趋势。我们需要摩擦磨损试验机，主要是方便我们对摩擦磨损这一现象更为真切实际的了解与解读，进而分析物质本身的因素以及外界环境的因素对摩擦性能的影响，进一步得出更为精准的数据，选择合理的试验报告，得出符合要求的最优参数，从而提高生产的效率与质量。在当今社会中，人们对于物质的探索已经到了想到前沿的位置，对于一些高温、高速、湿地等极限条件以及各种各样的特殊工况下的耐磨性和耐实用性能提出了更高的要求。因此，对材料进行的实验要求更加严格，高精度、高效率、高品质的摩擦磨损试验机如雨后春笋般的产生。第一章绪论1.1摩擦磨损试验机设计的目的和意义随着人类社会的进步，精神文明与物质文明双双得到相应的进步，人类在科学技术领域的进步也会是以已发不可收拾的速度向前迈进着。在摩擦学方面，对于摩擦磨损的试验测试也在发生着潜移默化的影响，就在当前世界的科学技术水平来看，实验机的发展趋势如下显示：（1）试验机的传动系统由机械传动过度到电机系统：现如今的科技水平，高性能的电机系统已经在技术上取得巨大的进步，使用已经趋于成熟，在以前的试验机系统当中，主要是以回转式运动来试验试验的，有了这一高性能电机系统，就可以改变这单一的运动系统，可以实现旋转运动、往复运动、以及摆动运动和直线运动。使用高性能电机系统，在机械结构方面，最大程度的简化了以往的复杂机械结构，减少了实验机的摩擦磨损损失，使用寿命提高，可靠性得到更为严谨的保障。（2）微机技术的成熟并应用于试验机：微型智能型计算机相对来说，性能稳定、操作简单、且采集处理数据更为快捷有效，微机技术完全可以取代以前试验机的二次仪表，通过微机来全程智能型的控制试验机进行试验，可以大大的提高试验效率，避免人工操作出现的非稳定性因素所造成的实验误差。（3）试验机的稳定性以及试验数据的精确性有待提高，为避免各种因素所造成的实验误差，我们虽然改进了试验机的性能，但是，为了保证实验数据的精确性以及稳定性，我们必须多次重复试验，以消除实验误差。（4）测试方法：以往的人肉眼观察，由于各种因素的影响，导致实验结果并不是特别的精确，因此，在实验机的研制上，我们在后来一直采用光电技术，利用各种设备进行对数据的采集处理。1.2摩擦磨损试验机的研究以及发展现状1.2.1国内摩擦磨损试验机的研究及发展现状在摩擦学的学习研究道路上，纵观国内外自古至今的历史，不难看出，在我悠久伟大的拥有博大文明的中国历史上，最先出现的是钻木取火，而它所运用的正是摩擦的最基本知识。随后，在中国的历史上，出现轴承、润滑、能耗的多种直接与摩擦学相关联的内容。所以，在摩擦学的道路上，国人走的路不可谓少，体现了我国人在探索的道路上所走的路之艰辛。但是，虽然我国科学家及学者对摩擦学的研究投入了不少的精力物力与财力，可在劳动成果上来看，效果并没有那么如意，只因我国的机械设备以及材料应用水平并没有达到目前世界上最先进的水平。因为，我国在探索的道路上缺少了最强有力的工具：摩擦磨损试验机。我们翻开历史，发现我国对摩擦磨损试验机的研究远远落后于国外最先进的水平。但是，我们还是有值得国人自豪的事情，那就是在一九六五年，我国的第一台摩擦磨损试验机在济南实验基础基地诞生了，命名为：MQ-12型四球摩擦磨损试验机。我中国在摩擦磨损试验机的研制、设计方面虽然远远落后于国外的先进水平，但是，凭借我国人勤奋好学的态度，我们目前与国外大型知名科研团队合作，努力做出我们国人自己的产品，努力使自己的产品打造成世界一流的摩擦磨损试验机，也让那些国外的朋友们知道我国的强大。就目前，我们从以下几点分析我国内的摩擦磨损试验机的研究现状：1.国内的一些小型工厂，他们也致力于研究试验机的设计，但由于一些实际问题，他们缺乏最有力的科学技术与经济的支持，所以主要依赖于一些小道，生产的大多数都是纺织品，自发研制的思维太少。2.在上个世纪，我国的很多摩擦磨损试验机的研制都是借助国外上世纪初的最旧产品，我们自己借助他们的所研发出来的摩擦磨损试验机产品很多都是没有自己的知识产权的，从实际效益上来看，这些过时的产品，它们的结构复杂且没有实际效果，且面临老化问题，从操作上来看，大多是采用手动操作，缺乏自动化设计，大大的降低了工作效率。3.在国内市场上，我们往往看到的是回转式的摩擦磨损试验机，在商品化的道路上，主要售以回转式的，往复式的摩擦磨损试验机很少，没有在市场上量产。4.在数据处理方面，我国所研制的摩擦磨损试验机所采用的试验数据的处理都是最落后的，我们所使用的的采用方法多以肉眼观察为主，所采用的波形多数是以示波器显示屏实现的，以手绘为辅，所以往往容易出错，且我们的工作人员的工作量也是很大。降低了生产效率。1.2.2国外摩擦磨损试验机的研制及发展现状在国外的科研历史上，摩擦磨损试验机等的发展可谓迅步可及，在最近及年的发展上，迅速的提高了各种问题，他们所研发的试验机在产品性能、实际应用等各个领域有了大幅度的普遍提升，而在产品设计种类上，也从以往的单形式向多样化发展，做一下几点论述：1.摩擦磨损表面的温度变化所采用的测量技术。摩擦磨损面的温度是影响摩擦性和技术的最主要因素之一，摩擦磨损面的温度场的布施与所接触物体得表面形状、摩擦副的材料，热物理及物力性能、结构的相关尺寸、工况的条件和散热条件等各种因素有所关联，它具有微观，瞬时，动态的各种特点，测量的技术以及相关的事宜非常困难，致使摩擦磨损表面的温度的测量将一定会是一个很重要的需要我们掌控的必须方向。只为提高我们的技术要求。2.摩擦磨损试验机和计算机系统结合的越发紧密起来，为了使摩擦磨损试验机的操作系统更加简单方便，便于人们的使用，使研究设计的更加的功能化。就目前来看，现在在市场上所有的摩擦磨损试验机都至少装配一台小型智能型计算机，因此，试验机试验件的采样、所得数据的处理以及打印、试验机的控制与操作、采样所得的数据通过波形显示屏由计算机完成，智能型计算机已经能完全取代机器上的示波器从而进行虚拟显示模拟。在使用计算机的基础上，试验机的使用变得非常简单，从而大大的提高了工作效率。3.因为工作环境的影响，很多的试验我们不能够在正常情况下进行试验，还有进行多种多样的材料试验，在国外的技术上，他们已经能够实现对各种摩擦副的不同工况进行多样化且逼真的模拟。4.出除去美国、德国等工业大国外，在日本，他们的研究团队已经可以使用激光技术、超声技术应用于摩擦磨损试验机的设计之上，主要针对于薄层的，特殊材料的摩擦副进行摩擦磨损试验，且他们取得了巨大的成功。5.上世纪末，德国科学家Gleiter通过多年的不懈努力，研制出了新型材料，且该材料的特性不能通过现有的试验机进行对其试验，因此他们在纳米技术这一领域内，对于摩擦的试验又有新的想法，毕竟，纳米技术已经是目前世界上较为超前的技术水平，如若在纳米技术与摩擦磨损试验之中取得一定的成绩，那将回事摩擦学在这一领域的有一大重要突破。6.我们前文就说，在世界之中，摩擦现象随处可见，可见，摩擦学与我们的生活息息相关，就我们人类本身而言，我们的肌肉、骨骼也随时都在发生摩擦现象，因此，生物摩擦学，将会成为人类进步的一重要突破口，不论在疾病方面还是其他等方面，生物摩擦学是重中之重的，从而，探索生物摩擦学也将成为我们所及研究的重要课题，试验机的这一发展方向又会成为摩擦学的尖端技术，其测量也会是一个重大难题，试验机的研究也会是这一方面的重要目标。1.3摩擦磨损试验机的几种类型1.3.1摩擦磨损试验机原理对于试验机原理我们稍微先做一简单了解，在后期的设计当中，我主要是以卧式端面摩擦磨损实验机的原理做一详细说明a）盘销式b）销筒式c）往复运动式d）MM型e）砂纸磨损试验f）快速磨损试验图1.1用的几种磨损试验机原理图每一种试验机它们的工作环境以及要求都不尽相同，主要的是一些试验机所针对的实验环境不一样，所以在试验机的性能上，它们都不尽其然，各自有各自的优劣所在。1.3.2摩擦磨损试验机的分类对于在摩擦学领域进行试验的相关研究时，根据对材料的基本性质或者材料的耐磨性和润化性进行对本次试验的基本评定，由于试验的目的以及实验的基本条件的差异性，在此基础之上我们=把试验机分为两大类，即实际使用试验机何实验室试验机。以下对两种试验机做利弊分析：实际使用摩擦磨损试验机实际情况下的摩擦磨损试验机，经过实际的检验与科学技术的再三测试，他的真实性与可信性的程度已经深入人心，他的实际使用效果是摩擦磨损试验中检验试验方案的最为有效准确的试验机。但是，也有一定的缺点，诸如;试验机的试验周期过长试验机的使用条件的不稳定性，有很多的自然因素、人为因素、以及试验机本身的偶然因素等影响试验结果。由于摩擦磨损试验机是高精密的机械仪器，因此，在设计制造的过程中花费了大量的人力物力以及财力。试验机是使用的局限性，在一些特殊工况下它是不能够准确的进行相关的摩擦磨损实验的。实验室使用的摩擦磨损试验机在实验室里，试验机又分为式样试验机和台架试验机（1）试样试验机这类试验机所用的试验方法就是，将所需测量的试验材料处理成简单的试验式样，放在常规摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，这种试验机是进行材料摩擦磨损试验的最为广泛直接的使用方法。优点：方便研究摩擦磨损的过程以及规律，可进行控制偶然因素，比较适用于各种因素所对试验造成影响的摩擦磨损试验进行研究。一般性质的试验机：不用特别在意特种零件的实际工作状况，因此，没有太强的针对性进行特定的摩擦磨损试验。式样形状便于操作简单，主要应用于进行摩擦磨损试验机理的研究。但是，这是一种理想化的试验机，因此试验测试结果与真实的实验数据有较大的差异性。②模拟性质的试验机：它的设计与应用主要适应于某种特定零件的实际工作环境的实际工况，且其试验的针对性很强。进行模拟摩擦磨损试验有两种方法：其一，根据试验机的摩擦副的形状以及其磨损形状的类型，使其和实际情况下的摩擦磨损试验完成重合，进行实验对比；其二，根据摩擦磨损试验机的摩擦副的摩擦条件，诸如：唯独、速度、压力、以及大气湿度等环境因素的影响，使其和实际零件的工作环境一致，达到模拟的真实性。（2）台架试验机在实验室里，有大量的零件组，实验室研究人员利用手头的真实零件组，利用整机的试验设备进行摩擦磨损试验。在实验室里，这种试验最为接近实际的试验条件，许多的自然环境等因素可以通过人为的可调控性进行定量定性的控制，这样可以在很大程度的排除一些不必要的偶然因素。虽然此种试验机可以直接得到试验结果，但是，这种试验机不适用于研究摩擦磨损的最基础的摩擦磨损机理；况且，次试验机的试验周期也很常长，研究费用也不低。1.4卧式端面摩擦磨损试验机的研究以及重要方法本课题的的研究内容是卧式端面摩擦磨损试验机的设计，形式为卧式，所测试的试件主要是以端面为主，设计其结构简单、功能较为齐全的试验机。研究方法：通过查阅大量的文献资料以及知网好喝一些专业知识库，查询摩擦磨损试验机的工作原理，辅以本科所学最基础的机械知识为引导，通过自己的导师寻求突破口，力求设计出一款简单易行、经济适用的简易摩擦磨损试验机。1.5卧式端面摩擦磨损试验机设计的预期结果在目前的市场上，端面摩擦磨损试验机的种类多种多样，我们对于其性能的掌握也逐渐加深，在设计的过程当中，我们可以借鉴MM-200型摩擦磨损试验机的设计原理，利用摩擦学最基本的知识理论，设计出一个结构简单易懂、便于加工设计、实用性较强的卧式端面摩擦磨损试验机，本试验机除了满足学校试验需求外，应该理应具有市场营销价值，能在市场上市，且为社会带来一定的实际价值。在设计过程当中，我们理应遵循机械设计手册准则，实际使用效益，等多种因素综合考虑。1.6摩擦磨损试验机的发展趋势1.7本课题的研究条件要求我所设计的卧式摩擦磨损试验机，对于其数据采集部分不做太多的说明，主要是实现实验机的试验件的运动，也就是说，本课题主要是实现试验机的运转部分，对于卧式摩擦磨损试验机的性能要求做一下说明：主轴：要求无极调速，转速范围：0～3000r/min；温度要求：最高可达1000℃；加载要求：采用弹簧加载；试件直径的大小：对于端面来说，试件直径要求在80mm以内。首先确定合理的设计方案，进行准确的数据计算得出零件的合理尺寸，进行装配图、零件图以及运动简体的绘制。选择合适的材料进行对零件的加工，请指导老师还有工程实训的老师对其进行安全评估，制造所有零件，最后装配零件，得到成品试验机，最后对其进行性能检测，以及对实验机的改进。第二章设计方案2.1摩擦磨损试验机的基本系统设计摩擦磨损试验机我们要从多方面考虑，防止出现纰漏，可以通过下图的思维导图构思出试验机的基本设计方案设计：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2.2实验条件的影响2.2.1试验过程因素的影响（1）运动形式影响要实现试件之间的相对运动，要么其中之一的试件运动，要么二者都运动，目前，在这一方面，几乎所有的试验机都是一个相对静止，一个运动的，来实现试件的摩擦运动。试件的运动像是和试验机的摩擦副的结构，他们所构成的运动体系通常都是一定的，并不是随意变动的。只有一些少部分的多功能型试验机的试件与摩擦副之间的运动是可以调节的。只有当其中之一的试件静止的时候，进行试验所得的数据将会更加精确。（2）载荷影响试验机的附加载荷是摩擦磨损试验机进行测试的重要指标参数，在进行摩擦磨损试验的测试过程中应保持载荷的稳定，以确保得到误差最小的数据。摩擦磨损试验机对附加载荷的精度要求特别高。为了使试验机的实验结果得到更为精确地数据，在摩擦磨损试验机中就必须要考虑如何减小试验机加载系统的摩擦阻力以及外界因素随其造成的影响。目前，试验机的加载体系主要包括三种负荷形式，分别是：杠杆负荷、弹簧负荷液压负荷以及重负荷直接加载的负荷组合方式。以下对这四种负荷方式略作简易说明：①杠杆负荷：结构简单，负载稳定，一般不需要负载的维护等各方面问题，加载的精度要求较高，但是有撞击且会产生噪声；②中午加载结构简单，负载稳定，精度较低，容易受外界环境的干扰，所以误差较大；③弹簧加载：弹簧加载所产生的震动较小，但是其加载精度不高，难以达到实验的要求。④液压负荷：可以将载荷的大小分的更为详细，便于对载荷的精确要求，但是，液压负荷的负荷稳定性特别不容易掌控，且其制造成本太高，很难被接受。（3）外界温度的影响;有些摩擦磨损试验的测试对周围环境温度持有一定特殊的要求，例如：高温、高寒、地湿等特殊环境要求。外界温度、湿度的稍微改变，则会给试验带来相当巨大的影响，可能就是因为一个小小的水滴，或者温度的变化则会导致事宜按结果的不稳定和误差。（4）外界大气的影响;在摩擦学试验当中，一些实验是需要在真空环境中实现的，因此，对于的书环境的要求，譬如，真空环境，就需要控制大气。在试验端添加一个密封盒子，里头安装湿度调节器，便于控制湿度要求。利用真空泵可实现真空。为了使真空度达到更高的要求，很大一部分的试验机使用的是磁力驱动进行最小化或者，消除那种特殊的真空状态。（5）试验时间的控制摩擦磨损试验的测试时间是根据某具体情况而定的，所有的摩擦磨损试验机都没有装配特制的定时器。为了将时间控制的最为合理，可以再控制电源电路上安装计时装置，利用电源的断链来控制试验机的合理试验时间。2.2.2载荷的影响（1）载荷读数：试验的相关研究人员一般都需要将实验的负载载荷测量出来，对于不同类型的试验机，所使用的测量获得得到载荷数据的方法不尽相同。一些试验机采用压力传感器直接读取数据，一些试验机需要将载荷加载到一定程度之后通过指针读取试验指数。一些试验机是通过液压加载的方式加载载荷，一般是通过液压值来读取试验数值的，然后将液压值转换成载荷数。但是，不管负载方式的不同还是怎样，我们都可以通过负载传感器来采集实验数据，并且通过电脑终端来进行数据处理。得到最终的实验数据结果。（2）摩擦系数对摩擦磨损试验的影响：当试验机正常工作的时候，我们通过该实验机上的试验设备对待测材料进行一项摩擦系数或者磨损量进行测量数据读数。例如，当负加载荷P作为已知条件时，我们因此只要要测量此次试验的摩擦力F；然后我们可以根据已知公式u=F/P来计算我们所需要的试验量和实验数据。这中测量方法一般是在数字计算机或者数字电路系统里的程序来进行数据的执行运算处理。（3）式样的运动速度的影响;很多的摩擦磨损试验机的测量数据中包不仅包括摩擦系数的测量计算，一般的试验机还需要测量式样的运动速度，通过式样的运动速度来进行一般的实验数据的测量计算。一般情况下，我们使用光电传感器来测量式样的速度，除此之外，还可以测速发电机。在回转运动中，我们只需要记录清楚转速即可，英雌，测量方法一般使用机械计数法。（4）试件的温度测量措施：在这里，我们所说的温度不仅仅是试件的温度，还包括了测量所在的环境温度，摩擦副表面的温度，润滑剂的温度。因为这些不论是式样还是润滑剂，都会因为彼此之间的相互运动而产生一定的温度，而如若不仔细控制与测量这些变量的话，将会对实验结果造成极大的误差。在试验机的测试机构中，我们对于其内的温度测量一般采用热电偶或者是采用红外测温，在实验效果中，这二者之间的测温效果几乎一致，不会有太大的出入。单各有优缺点，热电偶是不能安装固定在摩擦面上的，热电偶只能安装固定在摩擦面附近的某一支撑之上;红外测温方法因为是激光形式的测量方法，所以，它的测量只能进行到物体表面，刘丽茹，摩擦副表面，试件温度表面等。2.2.3验负载加载情况的影响试验载荷的影响通常表现在加载原理上导致的加载系统的不稳定性砝码的不一致性，或者砝码上有锈迹、水渍、等等导致砝码的不稳定弹簧加载的不一致性，弹簧材料的影响，导致弹簧变形或者是弹簧的损伤，均会是加载系统的不稳定。③液压加载，液压加载系统通常采用的液压机的等设备，此类设备是具有良好的性能，但是，比较容易受环境的影响，不能再高温高压状态下正常工作。2.3设计方案2.3.1试验机的整体分析试验机部分传动系统工作原理简图;1.传动带2.电机3.摩擦盘4.试件15.试件26.夹具7.砝码8.平衡杠杆9.传感器图2.2试验机机械传动部分的工作原理图电机接通电源，使其正常工作，待电机转速稳定之后，其转速经减速器的变速调节，使其达到工作所需的使用转速，由此可以由齿轮传到1传动带上，进过传动带的传动通多斜齿轮使其将动力由横向传动变为立式，使3摩擦盘得到动力，进行摩擦磨损，通过改变7砝码的大小来确定检测眼里的大小得到不同的实验数据，而试验数据通过8平衡杠杆进行实验数据的传递，由9眼里传感器接受实验数据，然后通过计算机终端进行数据处理。2.3.2设计方案的制定摩擦磨损试验机，在于实现它是如何使待测试件的运动，即如何实现摩擦副与待测试件之间的相互摩擦，在我们所学习的知识当中，就已知的可实现运动的装置一般包括回转式运动、直线型运动、往复式运动，因此，这些运动均可以实现试件与摩擦副之间的相对摩擦运动。具体设计方案如下所示：方案一：图2.3传动系统：采用变频电机经由齿轮、联轴器、滚动轴承传递动能，带动摩擦盘的旋转；加载系统：采用弹簧加载，利用弹簧的形变量，通过F=kX计算弹簧的弹性形变以及弹力，由此可以得出摩擦力和磨损量；摩擦端面的进给系统：完全通过弹簧加载来实现，利用箱体座上安装刻度尺，来读取试验数据，记录轴向的进给运动；试件的加热冷却系统：利用加热炉和冷却液，在箱体外侧安装隔热层，而主箱体与试件的箱体之间采用石棉隔热层。夹持系统：因为测试的是端面摩擦磨损，所以采用端面专用夹具，而摩擦盘和主轴之间保持传动联系，因此实现回转摩擦运动方案二：图2.4传动系统：变频电机通过主轴链接联轴器通过轴承传动，带动摩擦盘进行回转运动加载系统：方案二采用了也是弹簧加载，不过和方案一有所不同；通过手轮旋转来控制弹簧的轴向进给运动，而弹簧的弹簧力的加载大小则通过横梁，经由丝杆和螺母副作用，利用光电传感器来读取弹簧力的大小；端面的进给运动：此端面和弹簧之间过盈配合，他的轴向进给运动取决于弹簧的进给大小；夹持系统：此方案的夹持系统采用的是利用螺栓螺母将摩擦盘固定的运动主轴上，利用主轴的动力实现摩擦盘的旋转运动，从而能实现式样与摩擦盘的摩擦运动；加热冷却系统：利用加热炉和冷却液，在箱体外侧安装隔热层，而主箱体与试件的箱体之间采用石棉隔热层。方案三：图2.5传动系统：变频电机通过齿轮传动，之后链接同步带进行传递，通过滚子轴承将动力传递到摩擦盘，是其进行旋转；夹持系统：采用专用夹具进行对摩擦盘以及端面的夹持，而摩擦盘随主轴一汽做回转运动端面进行轴向进给运动；加载系统：利用伺服控制加载系统；端面的进给运动：也是随加载系统进行的；加热冷却系统：利用加热炉和冷却液，在箱体外侧安装隔热层，而主箱体与试件的箱体之间采用石棉隔热层。2.3.3方案分析与选择方案一利用的齿轮传动可以确保传动过程中的传动比，对于方案一的设计制造以及对于其在装配过程中的精度要求不是太高，除此之外，方案一的一些简单设计可以防止在加载过程中如若加载过载的情况下对电机造成的损坏。这是他的优点所在，他的缺点：因为是齿轮传动，所以齿轮之间的摩擦噪音比较大，机器的震动也会很剧烈，因为摩擦磨损试验的试验结果容易受温度的影响，而方案一的设计只要是齿轮传动，所以齿轮之间的摩擦极易造成机器温度的升高，因此，方案一的设计虽然简单易行，但是测得的实验数据误差太大，所以不宜采用方案二电机所传递的动力直接由电机通过联轴器然后跟主轴直接相连，在机械设计当中，此种结果最为常见，也是，我们所在机械设计当中最容易使用的机械结构，因为此种机械结构简单紧凑，当机器损毁时，也是特别容易维修的。但是，这种机构的减震性特别差，因为动力的传递过程当中是是直接从电机过渡到联轴器的，所以系统的震动也是特别之大的，在主轴和电机上，由于直接传递，导致降低了系统的性能稳定性。方案三电机接通电源，使其正常工作，待电机转速稳定之后，其转速经减速器的变速调节，使其达到工作所需的使用转速，由此可以由齿轮传到1传动带上，进过传动带的传动通多斜齿轮使其将动力由横向传动变为立式，使3摩擦盘得到动力，进行摩擦磨损，通过改变7砝码的大小来确定检测眼里的大小得到不同的实验数据，而试验数据通过8平衡杠杆进行实验数据的传递，由9眼里传感器接受实验数据，然后通过计算机终端进行数据处理。综上所述，我们优先选择方案三。第三章试验机的主要参数设计计算3.1设计基本参数要求：主轴：要求无极调速，转速范围：0～3000r/min；温度要求：最高可达1000℃；加载要求：采用弹簧加载；试件直径的大小：对于端面来说，试件直径要求在80mm以内。3.2传动路径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→摩擦盘专用夹持器→摩擦盘。采取变频调速三相异步电动机传动路径：变频调速三相异步电动机→带轮→同步带→主轴→专用夹具→摩擦盘。3.3电动机参数取摩擦系数f=1，则摩擦产生的功率：Pm=Fv=式中：Pm是最大功率(Kw)F：摩擦盘与端面的相互作用力(N)v：摩擦盘与端面之间的相对运动速度(m/s)f：动摩擦系数；Fn：端面施加给摩擦盘的正压力（N）R：端面直径（m）Pm＝＝＝0.252Kw根据机械设计手册可选择相应电动机。3.4带传动相关参数计算：1、功率：Pd＝Pd==0.36Kw式中：:同步带传动的对应系数，据《机械设计手册》可取=1.402、选择同步带的带型和节距：有上述计算可选取L型同步带。3、小带轮的齿数Z1的计算：经查国标(JB/T7512.2-1994),查取Zmin=20则选取Z1＝25；4、小带轮的节圆直径d1的计算：经查《机械设计手册》，得小带轮的直径为mm5、大带轮的齿数：同理，因同步传送，故大小带轮的齿数相同，取Z1＝Z2＝25；6、大带轮节的圆直径：7、同步带的带速：得：一般情况下，L型，则，符合设计要求。8、轴间距的初步预定：由《机械设计手册》得知即，取a==151.2mm9、同步带的带长以及齿数：带长：查《机械设计手册》得，齿数；10、计算实际周间距：之前的计算说明，周间距是可调的11、带轮的啮合齿数：12、带宽：：啮合的齿数系数，查《机械设计手册》根据国标应该按表4.4选取，则式中：mm则可以得到公称带宽为;12.7mm,cah《机械设计手册》选取代号为05013、最小轴径上的作用力：得：3.5主轴相关数据计算：1、主轴输出功率、转速、转矩：在电机的计算过程中可以得出，由此可以得出主轴转矩2、轴最小直径：根据《机械设计手册》查得主轴的材料可以选取为且则，取即最小直径可取6mm。3、主轴结构：（1）根据设计要求，确定轴上的装配零件根据之前的带轮计算结果，则，②轴承选用滚动轴承。根据《机械设计书册》，选取推力球轴承51206与深沟球轴承6206，其相应尺寸分别为、，故，。③根据轴上结构设计要求，则，，EQ，，（3）强度校核：扭曲强度计算原理公式由于则由此则轴最小直径则取EQ由此可见，这样的拟定则符合轴其余各段的强度要求3.5.1、主轴上键的强度校核：在主轴设计时所见，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，键连接的强度条件为：式中：d是轴的直径；l是键的工作长度，l=L-b=14-8=6h是键的高度[p]是许用压力K是键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5hT传递的转矩取，则因此建满足强度要求。3.5.2、轴承的校核：对推力球轴承和深沟球轴承进行寿命校核：（一）、深沟球轴承寿命校核1利用主轴设计参数：则由带轮参数可得：则查《机械设计手册》得深沟球轴承的最小e值为0.22，故此时2、当量动载荷P，由公式经查《机械设计手册》得，取；则3、由公式（4-23），则可以求得该轴承的额定动载荷：则4、轴承使用寿命，根据公式该轴承的设计符合本设计要求。（二）推力球轴承的寿命校核原理同上总结此次毕业设计的题目是卧式端面摩擦磨损试验机，因为摩擦磨损试验机是进行对摩擦磨损试验的有效手段和基本试验设备，广泛的应用于对这种摩擦性能的试验进行测试与测评。主要的任务要求就是如何实现磨损这一运动的，我就此展开设计，通过研究试验机机理，利用机械原理与机械机构的基本设计要求，进行对试验机的设计说明。磨损试验机的设计方案、加载系统、箱体设计、温度系统等四部分来设计完成的。驱动装置采用了变频电机，因为此电机可以实现株洲的无级变速和大范围的调速，主轴和变频电机之间采用了带传动，这种同步带的传动可以是传递的效率达到最高，减少能量损耗，这种结构很大程度的是机械设计变得更加紧凑，使机械零件的装配组合更加方便。传动轴与主轴之间的而连接采用滚子轴承，且使用四支点支撑，使结构变得稳固。本文是对于卧式端面摩擦磨损试验机的原理与其机械结构的设计进行有效合理的设计与介绍。首先确定试验机的基本设计参数，然后通过机械设计手册进行详细的设计计算说明，利用所得的数据进行三维建模，导出二位设计效果图纸，然后在校核和检测实验机的设计合理性。在确定设计要求的前提下，我力求让试验机的设计结构简单，且能实现试验