1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 1 页 共 40 页滑动摩擦磨损试验机摘 要：摩擦磨损试验机主要应用于研究摩擦学产品的相关领域，目前，世界上只有美国、英国、日本等少数几个国家有摩擦磨损试验机的专业生产企业，许多资料表明现有的摩擦磨损试验机所测试的式样几乎以滑块、圆盘为主，而且可在一定范围内实现载荷、速度、润滑量、温度等因素控制。而接触导线式样多以线材为主，同时要实现在电接触条件下对载荷、滑动速度、电流、电压等单、多因素的控制。因此为了保证点接触线材在这方面的研究、实验、开发，研制了一台新型、简易、性能可靠、成本较低的滑动摩擦磨损试验机。关键词：试验机、摩擦磨损、滑动Sliding f
2、riction and wear test machineAbstract：The friction and wear test machine will be used in tribology research products related fields, at present, there is only the United States、Britain、Japan and a few countries have friction and wear test machine professional production enterprises, much of the info
3、rmation available shows the friction and wear test machine for testing the format almost slider, the disk-based, but in a certain range within load, speed, lubrication, temperature control and other factors. And the contact wire to wire more style, and mainly to achieve electrical contact under the
4、conditions of the load, sliding speed, current, voltage single-and multi-factor control. Therefore, to ensure that point contact wire in the research, experiment, development, development of a novel, simple, reliable performance, lower cost of sliding friction and wear test machine.Keywords：testing
5、machine, friction and wear, sliding .江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 2 页 共 40 页目 录序言3第 1章 试验机的设计和选择原则 41.1试验机的的基本原则41.2试验参数的选择51.3试验条件及影响因素6第 2章 结构介绍 72.1试验机原理以及测试方法72.2总体设计92.2.1 驱动部分和传动部分92.1.2 加载试验部分 112.2.3 试验件夹装部分 172.3零件的设计 182.3.1 轴的设计 182.3.2 箱体 232.3.3 轴承的选择 282.3.4 传感器 302.3.5 计算方法 34参考文献 35附录 36致谢 3
6、7江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 3 页 共 40 页滑动摩擦磨损试验机序言运动产生摩擦，由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列摩擦学问题普遍存在，并对社会、经济的发展产生了巨大的影响。由于摩擦学科学所涉及的问题与节约能源、节约材料、减少磨损、提高资源的利用率和保护环境等密切相关，成为我国走新兴工业化道路和发展循环经济必须面对的科学问题，已经受到了科技界的高度重视。摩擦学是一门综合性学科主要研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用。摩擦学涉及很多学科，如固体力学、流体力学、材料学、应用数学、流变学、物理化学，以及化学和物理学的其他内容。随着科
7、学技术的发展，摩擦学的理论和应用将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，从分散研究转向综合研究，成为系统综合研究的领域，从而达到弄清机理，定量计算，预测和控制摩擦磨损的目的，这些都对测试设备和测试技术提出了更高的要求。摩擦磨损是受多种非线性、强耦合因素作用的过程。通常，摩擦和磨损过程受过摩擦副材质、润滑剂、工作参数、环境介质和工作历史等许多因素的影响，材料的强度或者说材料对外载荷的响应与温度、载荷作用速度、材料的应变量、应变速率和应变历史等都有密切的关系。为此，我们研究摩擦磨损的机理，确定各种因素对摩擦磨损性能的影响以及评价各种材料的摩擦磨损性能，在机械工程系池龙珠老师的指导下研究设
8、计了摩擦磨损试验机，用来测定被测物体的磨损量，进而研究其摩擦特性。这次设计由池龙珠副教授指导，他对本设计提出了许多宝贵的修改意见和建议，在此表示衷心感谢。由于设计者水平有限，设计中难免有误漏欠妥之处，敬请广大读者斧正。编者于江苏技术师范学院江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 4 页 共 40 页第 1章 试验机的设计和选择原则1.1试验机的设计和选择原则目前，摩擦磨损试验机的种类很多，并且没有标准化。模拟性的试验应根据试验目的和要求来进行设计和选择。在分析设计滑动摩擦试验机的同时，还必须要考虑各种零部件的造价，尽量在节约资金的同时，完成研究任务。一般性的摩擦磨损试验机已倾向标准化，但看法
9、还不完全一致，一般必须遵守的基本原则如下：（一）原则 1磨损试件的接触条件和运动形式要与实际零件工作情况相同。（二）原则 2实际的工作零件可能出现的运动形式有滑动、滚动、滚动兼滑动、冲击，其中有连续运动（如转动）和往复运动（大振幅和小振幅运动） 。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）和有两个涉及表面，其中有点接触、面接触和线接触。不同的接触形式对摩擦磨损产生不同的影响，我们在这里研究的是点接触，示意图如图 1：图 1 点接触示意图（三）原则 3江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 5 页 共 40 页试验设备必须是具有足够的精度和调节时间的能力，这对试验参数的选择很
10、重要。首先，试验设备必须具有足够的机械稳定性，这是由于在摩擦磨损试验机上测定摩擦系数时，由于机构内的摩阻，常常导致数值不稳定。试验机的精度不够，影响数据的正确性；试验机寿命短，影响试验的长期进行；如果有震动，使得测得的数据之间误差较大。此外，我们还应采用传感器来测量试验参数，以保证结果的准确性。传感器的结构示意图如图 2：图 2 传感器的结构示意图（四）原则 4试验机应能重现摩擦零件实际工作的环境因素，摩擦副的环境因素（如润滑条件等）对其摩擦磨损性能有显著的影响，在和实际工作环境不同的情况下进行试验，常导致不正确的结果。我们提出当转速、温度、介质、载荷不同情况下，结果有不同的变化。此设备模拟无
11、润滑时摩擦。（五）原则 5试验机应调整方便，试验结果分散度小，重复性好，试验精度高。1.2试验参数的选择（一）试验时间选定合适的试验机后，试验时间要认真选取。应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，其中要注意：考虑测量仪器的精确度，江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 6 页 共 40 页为了使测定磨损的精度在允许范围内，从试验获得的磨损量应该比可能的测量误差要大得多。（二）载荷和速度对于模拟性的实验室试验，载荷和速度要根据实际的摩擦副情况而定。速度对温度、对润滑条件的影响比较大，在试验实践中，经常采用比实际系统高的载荷和速度进行“加速”试验。显然，这只有在磨损过程没有太
12、大影响的时候才使用的。在润滑条件试验时一般很少在“混合润滑”情况下进行。（三）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） ，然后经统计分析得出试验结果。（四）控制试件摩擦表面所处的状态摩擦表面的控制状态不严，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，以及在装卸试件时保证重装位置精度。1.3试验条件及影响因素（一）试验条件：载荷：10-50 公斤主轴转速：750r/min试件直径：30-50厚度：10载荷固定在摩擦圆盘上，摩擦圆盘由主轴带动旋转。（二）影响因素1、试样的表面性质：包括材料种类（化学成分及组织） 、
13、机械性能和表面光洁度，它们明显的影响磨损。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都有影响。有些试样试验机规定了试样的形状和尺寸。3、试样中的固定件与运动材料不同时，一般不宜倒转装配，特别是在干摩江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 7 页 共 40 页擦或固体润滑的情况下。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等都有影响。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。6、温度：温度是影
14、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。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，润滑油的黏度下降，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。摩擦表面的状态控制不严，将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，防止微粒侵入，以及在装卸试件时保证重装的位置
15、精度。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所发生的急剧改变，不能片面地强化试验条件，以求缩短试验时间，否则有可能改变破坏状态。江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 8 页 共 40 页第 2章 结构介绍2.1试验机原理以及测试方法（一）试验机原理选用可调速电动机，经联轴器带动主轴旋转，从而驱动载物盘回转，试件安装在载物盘中并随载物盘一起回转，摩擦球装在夹具中。载荷由砝码添加到加载盘中，由传感器直接测的摩擦副所受
16、的正压力，摩擦力由另一传感器经计算后得出。工作时，可在下试件表面上滴润滑油（边界润滑） ，也可不加润滑油（干摩擦） 。（二）测试方法磨损量的测量通过加载荷的变化来确定，同时摩擦力的测定采用压力传感器来实现，并且通过改变加载荷的大小，可以调节摩擦副的接触正压力。根据库仑定律计算摩擦系数：=F/N式中：摩擦系数；F摩擦力；N摩擦副承受的正压力。电动机联轴器摩擦球式样夹具弹簧加力杆图 3 试验机原理图江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 9 页 共 40 页2.2总体设计2.2.1驱动部分和传动部分（一）驱动部分（1）选择原理电动机是一种标准系列产品，使用时只需合理选择其类型和参数即可。电动机的
17、类型有交流电动机、直流电动机、步进电动机和伺服电动机等。直流电动机和伺服电动机造价高，多用于一些有特殊需求的场合；步进电动机常用于数控设备中。由于交流异步电动机结构简单、成本低、工作稳定可靠、容易维护，且交流电源易于获得，故是机械设备最常用的原动机。一般工程上常用三相异步交流电动机，其中 Y 系列为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电源电压 380V，用于非易燃、易暴、腐蚀性工作环境，无特殊要求的机械设备，也适用于某些起动转矩有较高要求的机械，如压缩机等，广泛应用于工农业和国民经济各部门，作为机床、风机、水泵、压缩机、起重运输机械、建筑机械、食品机械、农业机械、冶金机械、化工机械等的动力。在各
18、类时机中，异步电动机应用最广。（2）具体计算电动机功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。功率选小了不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又不能充分发挥，由于经常不在满载下运转，效率和功率因素都较低，即所谓“大马拉小车” ，造成浪费。由交流可调速电动机实现无级变速转动，选择电动机：已知:d=30=0.03m，n=750r/min设 =0.10.3承受最大扭矩：T=509.8N/0.03=4.41N.m额定功率：P= n= 750=0.35KW950T41.江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 10 页 共 40 页所以选择 YCT
19、D112-4B 调速电动机，结构示意图 4 如下：图 4 电动机结构示意图（二）传动部分（1）选择原则根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点：1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。3）两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用扰性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。
