毕业设计（论文）-真空摩擦试验机的设计

延边大学本科毕业论文学校代码：10184学校代码：10184学号：2144021994延边大学本科毕业设计说明书本科毕业设计（题题目：真空摩擦试验机学生姓名：学院：工学院专业：机械设计制作及其自动化班级：机械二班指导教师：二〇一八年五月引言真空摩擦试验机主要是用于研究真空环境下材料的耐磨性，主要是用于航天航空当中。真空摩擦试验机在航天航空中有着极其重要的关键作用。想要航空航天器的真空工况环境，那么研究真空摩擦试验机就变得非常有意义了。真空摩擦试验机，就是让所研究的材料处于真空的工况环境当中，通过试验分析材料的耐磨性，最后选择出最适合的材料。由于真空摩擦试验机目前面临着许多难以解决的问题，比如说真空环境的实现，运动过程的密封，数据的实时收集等，导致国内对于真空摩擦机的研究困难重重。所以造成了一个结果就是我国对真空环境工况下的材料的耐磨性的分析这方面的具体产品非常的缺乏。不过进来真空摩擦问题的显得越发的重要，我国也更加的重视，国内外这方面的研究人员都投入更加大的经济和精力。我相信真空摩擦的研究会取得飞速的发展。绪论1.1课题研究的目的及意义在我们平时的日常的生活当中，摩擦和磨损的现象是随处可见的，而且这些现象切切实实的影响着我们的生活。为了合理的利用这些现象，摩擦学就在这样的情况下诞生了。我们可以把摩擦理解为在表面有着接触的物体，如果他们产生了相互的运动，那么就会有互相作用的力，那么这个力可以称为摩擦力。摩擦学就是研究这一方面的问题的相关技术的一门学科。我们可以利用这一学科，科学的解决装备中的磨损，润滑等方面的问题。科学技术的日新月异，从宏观上研究摩擦学的办法已经变成了现在的微观研究，可以从根本上了解材料的组织结构变化。摩擦学学科的迅速发展是与工业届的需求密不可分的。随着产品的精益求精，想要生产出更高品质的产品，就要求我们有更高精度的机械设备。所以机械设备的要求在不断的提升着，大多数的设备具有更大的功率和更高的速度，还有一些还要求能在特殊的工况环境下进行工作。这样就导致了机械零件摩擦产生的磨损增大，寿命变短，而机械零件的实效又会导致整个设备故障甚至丧失功能，生产的成本随即大大的增加。因此，对机械设备日常工作的维护修理，就变成了机械工程师最为关注的重点。如果想要进行这方面的研究，那么我们就一定要使用到摩擦磨损试验机，它是我们进行研究工作必须要求的一样工具。在这样的环境之下，摩擦试验机就被人们重视，也产生了各式各样的摩擦试验机。比如国内使用最多的滚子式的，四球式的，往复式的，盘销式的，切入式的。借助这些设备，我们可以对材料的耐磨性进行分析，选择适合的材料，来延长零件寿命，节约成本。目前，我国航空航天技术日新月异，航天器在太空中运行，所以他的大多数的装备都是要长期处于高真空的环境下进行工作的，在这样的高真空环境下，摩擦学的研究是与平常有着区别的。比如，真空的环境下，没有氧气还有一些大气反应。金属在表面，在空气中很容易形成的新的氧化膜，在大气当中一旦消失，就很难再次形成，金属的摩擦表面没有了氧化膜的保护而直接的接触，导致了接触面发生非常严重的粘着；在大气的环境当中，少了气体的对流把摩擦产生的热量带走，摩擦产生的热量就会聚集在表面，使得温度急剧增高，导致发生摩擦的材料的物理结构，化学性能产生了改变；在真空的环境下，液体的润滑分子挥发速度很快，将会导致润滑剂飞速的流失，导致润滑失去作用。想要了解并且解决这些在真空中发生的问题，发现各种各样适合的材料和润滑剂，那么一定要做的事情就是做很多关于这方面的试验。在实验室中进行模拟实验，对比在实际工况下观察摩擦磨损来说。试验的条件将会十分的宽泛，试验成本相对于实际工况也会变得非常的低廉。并且在实验室当中，我们得到所需要数据的时间也比真正的工作下快得多，可以为我们节省非常多的时间，最重要的是许多的东西也是比较容易得到控制，能够很大程度上保证我们的人生安全。因此，如果我们要研究摩擦学，进行大量的实验是非常有必要和有意义的。这样一来，进行这些实验的设备就变得更加的意义重大了。在这样的情况下，摩擦磨损试验机的研究取得了非常大的重视。真空摩擦试验机在航天航空中有着极其重要的关键作用。想要航空航天器的真空工况环境，那么研究真空摩擦试验机就变得非常有意义了。真空摩擦试验机，就是让所研究的材料处于真空的工况环境当中，通过试验分析材料的耐磨性，最后选择出最适合的材料。由于真空摩擦试验机目前面临着许多难以解决的问题，比如说真空环境的实现，运动过程的密封，数据的实时收集等，导致国内对于真空摩擦机的研究困难重重。所以造成了一个结果就是我国对真空环境工况下的材料的耐磨性的分析这方面的具体产品非常的缺乏。不过进来真空摩擦问题的显得越发的重要，我国也更加的重视，国内外这方面的研究人员都投入更加大的经济和精力。我相信真空摩擦的研究会取得飞速的发展。1.2发展趋势今日，科学技术日新月异，摩擦磨损测试的水平也在不断的提高，最近更是有着飞速发展的势头，摩擦磨损试压机按照下面的趋势在更新换代：传统的机械变速系统已经逐渐消失，取而代之的是电机系统：目前，电机系统的性能大多数比较高，而且技术也变得十分成熟，电机的调速比目前可以做到一比数百，数千，甚至更加的高。使用电机直接驱动主轴，不仅仅可以大大的简单化机械的结构，还可以较少摩擦试验机由于摩擦所造成的耗损量，这样一来，我们使用的这些机械就能够使用更加长的时间，也就是保证了我们机器的寿命，也保证机器的可靠性能。这种电机系统的性能高，唯一的缺点就是造价昂贵，会导致整个机器的成本变高。但是瑕不掩瑜，它在我们的整个生产制作过程当中，还是被广泛使用着的。现在的摩擦试验机，一般来说都是配备了微型计算机：微型计算机的优点有许多，比如说造价成本低，使用起来方便简洁，在使用过程当中也比较稳定。微型计算机不但是可以当做以往的那些二次仪表来实现对试验机的操控，而且还可以对所需要测量的一系列数据进行自动收集和整理，所以能够使摩擦磨损实验的功能取得非常大的提升。（3）、提高测试手段；（4）、提高稳定性、精准性；（5）、提升实验的结果的可重复性和再现性。1.3小结这个设计的目的，我们主要是计算并且设计出真空摩擦磨损试验机的机械机构的部分，并且对这一部分的合理性进行计算分析，最终使用AutoCAD绘制出二维图纸。根据要求，我们所设计出来的摩擦磨损试验机要确保满足的性能要求就和下面说列举的：(1)旋转轴的转速范围在r/min，无级别调速；(2)加载的范围：N，采用砝码加载的办法；(3)样品盘的最大的尺寸是mm，最大的厚度10mm。（4）真空度要求：Pa这个设计要求完成以上的要求的真空摩擦实验机的设计，并且进行相关方面的计算整理。完成结构设计，并且绘制二维的三视图，完整表达出整个结构。摩擦磨损试验机的影响因素摩擦实验对现实中真正的摩擦系统进行模拟，使得可以在实验室中完成摩擦场面，还有观察摩擦磨损场面的规律，选定参数的测量分析对于没有确定的摩擦实验系统当中摩擦元素的影响。所以我们使用摩擦磨损试验机就是为了完成上面的目标和任务。在这一个的整个过程当中，有着很多的影响因素，我们就是调整这些因素，来做到我们所需要的试验目的。因此，他的工作变量是宽泛的，在一定的范围内是可以调整的。2.1、实验条件的影响（1）运动形式的影响运动的形式和摩擦磨损试验机的摩擦副息息相关，是哪种运动形式，主要是看它的运动摩擦副。在发展的初期，摩擦磨损试验机都是具有固定的摩擦副结构和运动形式的。但是科学技术的不断发展，现在的摩擦试验机一般是多功能实验摩擦副还有运动形式均是可以改变的。在目前所有的摩擦试验机上的摩擦副上，摩擦副的运动的形式在目前所了解的有滑动，滚动，自旋，冲击这样简单的四种。在实验机当中，运动形式通常有着比较高的要求，往往都是事先给定并且不能改变的。但是对于运动位置这方面的精度，通常都是没有什么特殊的要求的，所以对于运动位置这一方面来说，大多数情况下是可以选择忽略不计的。（2）负荷的影响摩擦磨损实验机有一个非常关键的参数，那就是负荷，他在整个实验的过程当中，往往能保持着一定的相对稳定。负载这个参数，在摩擦磨损试验机当中，它所需要的精度要求通常都不是很低，有些甚至可以说是有些高，国内试验机在这方面的精度要求的规定是不能超过百分之十一。对于如此之高的精度要求，如果我们想要满足这个要求，我们必须考虑到一个很困难的问题，那就是加载系统在试验的过程当中，所产生的摩擦的阻力。降低这个摩擦阻力，相对的我们就能够提高负荷的精度。目前，摩擦试验机当中，我们最经常使用的加载的方法可以分为三个：分别是机械式的加载方法，液压式的加载方法，电磁式的加载方法。这三个方法又可以继续细分，其中，机械式加载方法包括杠杆加载方法，弹簧加载方法，重物直接加载的方法，或者以上三种加载的结合。杠杆加载的方法和重物直接加载的方法系统具有很多的有点。比如构成比较简洁，相对稳定，不用考虑载荷怎么样持续加持这方面的事情，加载的精度高，但有一个非常致命的缺点是摩擦副运动不稳定就会很容易的造成震动和冲击；弹簧加载的办法所造成的震动不大，但缺点是精度低，完成不了负荷精度调节。。液压式加载方法有动、静两种加载办法，两种加载的办法都无法保证负荷的稳定性；电磁加载的办法可以轻松的完成负荷自动的操控，但成本高，所以在已有的摩擦磨损试验机当中很少使用。（3）速度的影响摩擦磨损试验机有一个重要的研究参数，那就是速度的大小。滑动速度根据方向的不同可以分为两种，一种是单方向的运动，另一种是往复式运动。在这两个当中，往复运动又可以分为两种，其中的一种是来回摆动，另外的一种是往复的直动。在试验机上，如果想要实现摆动，办法有很多，一种就是我们可以使用机械的办法，比如凸轮机构或者曲柄摇杆滑块机构；另外一种就是使用伺服电机或者是步进电机来实现。往复直线的运动通常只能使用一种办法来实现，那就是机械的办法。试验机的速度的大小往往都不是固定的，我们用来调节速度办法有两种，一种是有级调速，另外一种是无级调速。有级调速实现的办法是利用有传动比或者速度比等方法。无集调速有机械式和电机式。机械式一般是使用摩擦轮和差动轮系等；电机式是使用电机进行，它有着十分宽泛的调速范围。如果采用电机无级调速，那么通常是要求速度的平稳。温度的影响（4）温度的影响摩擦磨损试验受着各种各样因素的影响，其中一个就包括温度。温度这个因素往往不做具体的要求，对于实验的环境有着具体的需要的一些实验，也只是分为高温和低温。想要得到一个高温的环境，通常有着各种不同的办法，比如就是使用电阻丝加热的办法来或者，另一个就是使用高频率加热的方法获得等等。如果是高温试验机，我们不仅仅要考虑到里面的隔热和散热的问题，还必须考虑到在高温环境下，如何进行材料的选择。低温摩擦磨损试验机，通常是使用适当的制冷的办法，让所需要的试件的周围的环境保持在较低的温度这个状态下。如果条件允许的话，还可以将摩擦副放置到制冷剂当中，通过这样的办法来完成低温环境的实现。（5）气氛的影响气氛（比如真空），在一些特殊的试验当中是有着明确规定的。在一个实验当中，如果仅仅是要求控制湿度，所需要的精度不高的话，那么我们利用一个最简单的办法就是用密封性比较好罩子将摩擦副和一些有水的盒子套住。如果所需要控制湿度的精度较高，我们这个时候就可以用湿度传感器进行自动调节和控制。此外，如果一个实验要求是在真空的环境下进行研究的，对于真空度要求不是特别高的时候，我们可以使用一些简易的办法来实现，比如说只要摩擦副的部分加上一个真空腔，与外界连接的部分用真空阀密封，这样我们就可以得到一个简单的真空环境。如果实验要求十分的精确，对真空度要求很高，这个时候我们单纯的使用真空腔和真空阀往往是难以实现的，所以考虑到了真空泵。使用真空泵的一个令人头疼的问题就是动密封。为了解决动密封责怪问题，往往需要采用价格昂贵的磁力传动，借助磁力传动来减少甚至不用动密封。（6）试验时间的影响摩擦试验机的每一个实验的试验时间都是不相同的，需要根据它们的情况来确定。此外，试验机大多数是没有控制时间的装置，也就是定时装置的。如果摩擦磨损试验机要求控制时间，有一个办法就是通过控制动力源，动力源通过定时器可以十分简单的做到控制时间。此外，还有另外一个办法就是利用摩擦力或者是摩擦力矩的极限值，当达到这个极限值的时候，摩擦试验机就会停机。这种控制方法还有一个另外的好处就是它可以保护摩擦磨损试验机，不至于发生超载的危险。2.2试验负载的影响负荷的影响：摩擦试验机在进行试验的过程当中，通常有许多需要测量的物理量，其中比较重要的一个就是负荷。测量负荷的办法，如果加载方法的不同，那么测量的办法也是不相同的。比如说，如果要测量使用杠杆--砝码加载这样的机械式加载的负荷，那么我们可以通过加载在上面的砝码，根据砝码的重量，直接就可以得到负荷值；如果是机械式的弹簧加载，在加载的过程当中，弹簧因为力的作用发生形变，我们可以通过弹簧形变的程度来确定出负荷的大小。如果使用的是液压加载，我们往往不是可以直接得出负荷值，而是需要根据加载油缸的压力，进行具体的一系列的计算而得到负荷的大小。此外，不管我们如何的加载，利用负荷传感器，我们都可以直接的得到负荷值的大小。值得注意的是传感器的安装位置，为了减少不必要的摩擦所引起的误差，传感器的安装位置应该与摩擦副尽量可能的接近。（2）摩擦力(摩擦系数)的影响；摩擦力（摩擦力矩）和摩擦系数在摩擦磨损的试验当中是重要的参数。在这两个参数需要测量的时候，通常我们只需要测量摩擦力（摩擦力矩）或者摩擦系数的其中一个，另外一个我们可以根据公式求得。例如，如果负荷P我们已经测量得出，我们只需要得到摩擦力或者摩擦系数的其中一个，就可以根据公式求解得出另外的一个的数值。测量摩擦力的办法有很多，我们通常用到的有两个，其中的一个是测量驱动轴上的扭矩，另外的一个是利用弹性元件测出作用在固定件上的力。如果利用第二个办法，操作不当和容易造成测量精度不高。因为固定件在自由运动的时候，由于存在摩擦，必然会产生力的作用，所以，我们可以把它放置在一些低摩擦的装置上。这样产生的摩擦力就会减少，测量的精度也随着增大。如果想摩擦扭矩，可以直接利用扭矩传感器，它放置的位置通常都是不是固定的，比如可以放置在运动轴上，或者是放置在固定轴。使用扭矩传感器时，需要注意的是信号问题，信号输出必须保证良好。（3）速度的影响；速度作为影响摩擦磨损实验的因素之一，在一些试验当中通常是需要进行测量的。测量速度的方法我们有很多，比如我们可以利用测速发电机，或者是利用光电传感器这些测速装置直接的测量得到。而转速的记录我们最经常使用到的就是计数器。（4）测温方法的影响；摩擦磨损试验机当中，由于发生摩擦，那么必定会产生热量，温度必然发生变化。在一个摩擦试验机之中，我们需要了解的温度有很多，比如环境温度，润滑剂的温度，还有摩擦副摩擦所引起的摩擦面的温度，其中，最难测量得到的就是摩擦面的温度，因为它并不是“裸露”在外的，我们无法直接的测量。测温的方法并不是只有单独一种，最经常使用的有两种，其中的一种是热电偶法，就是把热电偶放置在接近摩擦副的位置上，这种办法是无法得到摩擦面温度的准确值，得到的只是一个近似值。因为摩擦面上我们无法放置热电偶。另外的一种办法就是红外测温法，这种办法也是无法得到精确的温度值，因为红外测温法测到的啥指示摩擦面边界的温度。因为的这两种办法都无法得到精确值，我们就需要了解试件上温度的分布情况，以用来对结果修正。（5）磨损量的影响；摩擦实验当中的一个必须要测量的参数是磨损量。目前，磨损量还很难做到在线测量，以前测量磨损量的方法通常都是把试件取下，然后对磨痕进行测量；还有另外的一种办法就是称重，我们可以测量失重，从而得出磨损量。现在，随着科学技术日新月异，以往的传统方法已经被打破，我们可以利用电测法或者光栅来对磨损量进行在线测量。它的原理在于测量出整个工作的过程当中相对的移动位置。但是这样的办法价钱比较昂贵，操作也很复杂，还没有被广泛的利用。（6）重复性和再现性；试验的重复性和再现性是衡量一个试验机的精度的重要指标，也是衡量试验机价值的关键因素。想要得到较高的重复性和再现性，就必须保证每次试验所使用的试杆和试验的环境工况要保持相同。一台摩擦磨损试验机想要保证足够良好的重复性和再现性，那么就必须确保关键部件运动的稳定性。也只有保证了这个稳定性，才能够确保足够的精度。此外，摩擦副的接触形式也影响着重复性和再现性。合理的摩擦副接触是良好的重复性和再现性的保证。通常情况下，面接触相对于点接触所受到的外界影响要大很多。所以在相同的条件下，如果没有具体的要求的话，我们优先选用点接触。方案设计和工作原理3.1试验机的整体分析通过我们对试验机的了解，我们可以把试验机的机械结构大体的分为下面几部分：主传动系统，真空处理系统，加载系统，摩擦盘夹持系统，控制系统等主要部分。通过对这些系统的设计，再经过合理的组合，我们可以完成设计方案。3.2设计方案的制定图3-1是使用cad完成的方案原理图图3-1设计方案真空腔2、观察窗3、摩擦销4、下试样盘5、试样平台6、轴承7、同步带和带轮8、伺服电机9、真空泵接口法兰10、分度盘11、真空阀12、底座13、丝杆14、套筒15、自重块16、悬臂梁3.3工作原理根据示意图，我们并不困难的可以得到整个试验机的工作原理。3.3.1主传动部分通过伺服电机通电转动，经过同步带带动主轴的旋转，主轴的旋转再带动试样平台的运动旋转，达到工作的效果。3.2.2控制系统控制系统主要是用来控制摩擦销的径向和轴向的运动，用以达到试验时候的准确的位置。径向的运动主要是通过分度盘和丝杆螺母进行控制，转动分度盘，带动丝杆的转动，引起丝杆螺母的径向运动。它在底座上的运动，可以带动于它连在一起的竖直梁的运动，从而推动摩擦销的径向水平位移。而轴向的运动主要是利用套筒来实现。套筒的上下运动就可以完成摩擦销的竖直运动。3.2.3加载系统通过对比一系列的加载办法，最后选用砝码加载，因为砝码加载的运动平稳，试验的精度较高。而且砝码加载，需要得到的负荷值也可以很简单的测量出来。在砝码加载的另一端加上自重块，用以平衡砝码加载所产生的作用力。3.2.4真空系统因为所需的真空度并不是特别的高，可以利用一个上部可以打开的真空室。在真空室于其他地方有开口的地方，都使用真空阀密封。在底部有一个真空泵法兰，可以利用这个真空泵连接抽真空系统。真空室的左侧使用透明材料作为观察窗，可以在实验的过程当中观察整个试验的过程，出现故障的话可以及时的调整。3.2.5小结在真空系统当中，真空室（1）的侧壁有至少一个的观察窗（2），真空泵接口法兰（9）用来连接真空室与真空泵，真空室的顶部可以打开，用来实现在破真空之后调整摩擦销的位置。摩擦盘夹持系统中，下试样盘（4）固定在试样平台（5）上。摩擦销（3）在下试样平台（4）上运动，达到试验的效果。动力的传动是通过伺服电机，通过同步带，带动轴的转动，轴的转动带动了试样平台的转动，达到目的效果。控制系统主要是通过丝杆在底座的运动来控制径向的运动，通过带孔的套筒的上下移动控制了轴向的运动。加载使用砝码直接加载，可以从另一端的自重块调节平衡。就这样，整个试验机的工作过程都可以实现。设计方案就确定下来了。真空摩擦试验机结构设计的相关计算4.1试验机的主要指标性能确定结合第一章确定下来的试验机的数据，在根据我们所需要的设计方案的要求，初步把这个试验机的指标确定下来，主要的参数如下：(1)旋转轴的转速范围在r/min，无级别调速；(2)加载的范围：N，采用砝码加载的办法；(3)样品盘的最大的尺寸是mm，最大的厚度10mm。（4）真空度要求：Pa4.2试验机主传动系统的相关计算根据试验机的要求，我们可以把主轴转速范围确定下来，变速的方式我们也初步确定，选定的电动机为Y系列的三相异步电动机。整个电动机的传动部分的传动路线我们可以确定下来：三相异步电动机带动通过同步带和带轮，带动了主轴的旋转，和主轴连接的摩擦盘的夹持器由于主轴的旋转而开始旋转，摩擦盘夹持器的旋转又可以带动摩擦盘的旋转，从而达到我们想要的目的。4.2.1电机的选择取摩擦盘和摩擦销之间的动摩擦系数，则摩擦产生的最大功率其中：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）；=同步带的传动效率：滚动轴承的传动效率：则总传动效率：电动机的输出功率故为使电动机的功率留有余量，负荷率取：0.85根据参考资料可知，选择的电机型号为：Y系列三相异步电动机，机座号为80.电机参数：功率0.75，效率75%，功率因素0.84.尺寸参数：A：1250.70B：1000.70C：500.70D：E：400.31F：G：H:K：4.2.2同步带的计算计算功率：Kw式中：是同步带工作的工况系数，查表可得1.40P为传递功率选择带型和节距：根据计算功率和小带轮转速，查阅手册选择H型同步带。齿形如图所示（4-4）图4-4齿形图周节制节距mm齿形角：40齿根厚度s：6.12mm齿高：2.29mm带高：4.30mm齿根圆角半径：1.02齿顶圆角半径：1.02小带轮齿数：查阅机械设计手册，根据小带轮转速和齿形，可以确定=20，根据设计方案小带轮节圆直径直接查阅机械设计手册，可以得到小带轮直径mm大带轮齿数：根据设计的方案，同步带只是起到了传动的作用，不改变速度，所以两个带轮的齿数、是相等的，所以=25；大带轮节圆直径：根据公式（4-4）mmmm带速计算：（4-5）m/s通常H型=40m/s，所以符合要求。初定中心距：（4-6），取a==202.12初定带的节线长度带长：（4-7）mm查阅机械设计手册，齿数Z=60；实际中心距的计算：中心距可以调整（4-8）中心距不可以调整（4-9）式中：小带轮包角，inv是角的渐开线函数，根据算出的inv值，查表即可以得到精确的值。按照设计要求，中心距可以调整所以=mm小带轮啮合齿数：（4-10）=10基本额定功率：（4-11）式中：是带宽为的许用工作拉力，m是带宽为的单位长度的质量。kw计算带宽：(4-12)式中：是小带轮啮合齿数系数，是选定型号的基准宽度查表选取所以mm按照设计要求，可以确定带宽19.1mm，代号075.作用在轴上的力：（4-13）N带轮的结构和尺寸：根据直边齿轮的尺寸和公差，查阅机械设计手册，选择槽型：H齿槽底宽:齿高:槽半角°:齿根圆角半径:1.98齿顶圆角半径:节顶距:1.372节圆直径d：外圆直径：4.2.3主轴计算：主轴输出功率，转速，转矩计算：根据第一部分电机的计算，可以得到Kw，n=2400r/min所以转矩Nmm轴的最小直径计算：由公式=（4-14）主轴的材料选择为45钢，查阅机械设计手册，。所以取整数，可以得到，由此可以得出轴的最小轴径应该是大于5mm。轴的结构设计：设计出轴上的零件装配，并使用AutuoCAD绘制简图图4-5轴上零件装配方案根据设计的要求，确定轴各段的长度和直径初步选定轴承。根据轴承的受力情况，选定圆锥滚子轴承，大概选择的轴承为30206，尺寸大小=30mm62mm16mm，所以可以确定，。根据结构的要求，把其他各段轴的参数确定：，；，；，；，；，。轴的强度校核：按照扭矩强度条件计算，公式如下：（4-15）由前面的计算就可以知道=0.15Kw，n=2400r/min，所以根据轴的最小直径计算：由此可得，这个轴的每一段都合理。4.2.4、主轴上键的强度校核由主轴的设计，我们可以得出，键所在的轴的直径是24mm，查阅机械设计手册，选取的键为普通平键，它的尺寸为，进行强度校核计算：（4-16）在这个公式当中：d是轴的直径；l是键的工作长度，；h是键的高度，是许用压力；k是键与键槽的接触高度，k=0.5h；T是传递的转矩。查阅手册，可以得到d=24，h=7，l=14，，可以得到：MPa远远的小于100MPa。由此可以得出这个键满足强度要求。4.2.5联轴器的选择类型的选择根据不存在相对位置这个特点，选择结构简单，成本低的凸缘联轴器。载荷的计算公称转矩：Nmm（4-17）式中：T是公称转矩，是工作情况系数，查阅表格可得=1.7。Nm型号的选择查阅手册，选取GY4，轴孔直径25。4.2.6、横梁的强度校核从设计方案中我们可以看出，横梁承受的轴向力与切向力都不大，最重要的是，摩擦销与横梁没有紧密接触的，横梁受到的冲击也就很小了。所以横梁所承受的力也很小，它的强度和刚度的要求可以忽略不计，我们只需要满足它的结构要求。4.2.7丝杆螺母的相关计算丝杆螺母副的主要作用是控制摩擦销在摩擦销盘上的径向运动。由此我们可以看出，他是传递运动的，并不是用来传递力的。只受到各种阻力的作用，所以它的强度校核忽略不计。螺母的轴向位移：（4-18）公式中：为螺杆转角，s是导程，x为螺纹线数。选取单线螺纹，所以x=1；根据摩擦盘的直径为40mm，我们选定的螺纹长度L=50mm；初步选定螺纹移动l=40的时候，手轮转动8圈，所以可以得到：=16πradmm（4-19）由此可以知道：s=px==5mm螺纹中径：（4-20）式中：是螺母形式参数，是螺纹副的许用压强。查阅手册，取；代入数据计算，有mm根据整个系统的结构特点，取mm；由此可以得到整个丝杆螺母结构：丝杆公称直径：，小径：mm；螺母高度：；丝杆旋动圈数：基本牙型高度：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：b=0.65p=0.655=3.25mm4.2.8轴承的校核整个系统只有主轴和丝杆使用了轴承。丝杆处的轴承主要的作用就是支撑，因为并不承受载荷，收到的力很小，载荷的校核可以忽略不计。下面对主轴上的深沟球轴承进行校核：根据主轴设计可以知道：Nmm根据带轮，我们可以得到：d=101.06mm所以NN所以查阅手册，深沟球轴承e的最小值为0.22，由此可得初定当量动载荷P：（4-21）查表可得：，确定。所以P=1.24299.32=5159.184N确定轴承的额定动载荷：（4-22）计算可得：C=N校核轴承寿命：（4-23）计算可得：h5000h由此可得，轴承合理。4.2.9扭矩传感器的选择在网上查阅资料，扭矩传感器选择CYT-302旋转型扭矩传感器。它的外形尺寸图如下：安装示意图如下图4.2.10真空腔室的选择真空度的确定：由残余气体导热原理，真空室的压力达到某一个极限的值的时候，气体在换热表面之间导热量可以忽略不计。在压力很低的情况下，气体的平均自由程要大于结构尺寸，表面之间单位面积上气体的传导的功率：（4-23）式中：是两个换热表面的适应系数，与面积有关；p是压力，是内表面温度，是外表面温度，K是常数，在空气之中，K=0.016.如果要求导热占辐射能力不超过百分之一，那么系统压力不能大于1.49Pa。腔体的设计为了使腔体的制造方法简单，强度好。我们选用圆筒形的真空腔。考虑到摩擦销轴向的调整需要，我们真空室设计为上部能够打开。壁厚公式：（4-24）由公式计算，我们得到壁厚为4.89mm，考虑到真空捡漏，向腔体内冲压等问题，我们选用壁厚为5mm。摩擦磨损试验机整体结构根据整体设计，CAD做出的图效果如下：图5-1主视图图5-2俯视图图5-3左视图第六章总结目前，航天航空技术日新月异，我们使用到真空摩擦机的地方也越来越多。这个设计说明书主要是设计出了一个简单的真空摩擦试验机。选取适当的参数，构造了摩擦试验机的机械结构部分，绘制了CAD图。对这个试验机的设计，它的有点在于可以不用破真空就能调节摩擦副部分的径向运动，在不改变环境的情况下，改变了运动情况。虽然真空度和精度不是非常的高，但好在结构简