1、目 錄 CONTENT第 1 章緒論.11.1 課題研究的現(xiàn)狀 .11.2 摩擦磨損實驗的目的 .31.3 發(fā)展趨勢 .31.4 摩擦磨損試驗機測控技術及其發(fā)展 .41.5小結 .5第 2 章摩擦磨損試驗機的影響因素.62.1 試驗條件的影響62.2 測量參數(shù)的影響6第 3 章摩擦磨損實驗臺結構設計的相關計算73.1 往復式摩擦磨損試驗臺的工作原理73.2 傳動的計算73.3 主要零部件的分析和校核83.3.1 電機和減速器的選擇及其主要參數(shù)83.3.2 齒輪 1 和齒輪 2 的分析和校核83.3.3 同步帶的傳送和計算93.3.4 主軸的計算113.3.5 主軸的強度校核113.3.6 主軸

2、上鍵的強度校核.123.3.7摩擦銷的結構設計 .12.第4章磨損量的測量.124.1.常用的磨損量的測量方法 .124.2摩擦系數(shù)測試部分 .13小結 .15致謝 .16參考文獻 .17附錄一外文原文 .28.附錄二中文翻譯 .34往復式摩擦磨損試驗臺的設計第1章緒論1.1課題研究的現(xiàn)狀1910年第一臺磨料磨損試驗機問世， 1975 年美國潤滑工程學會（ ALSE）編著的“摩擦磨損裝置”一書中所公布的不同類型摩擦磨損試驗機已有上百種，僅幾十年來，摩擦磨損試驗機和試驗方法有了較大發(fā)展，但價格都比較昂貴。80 年代初美國的 Soemantei S等人 1最早從事高溫磨損試驗機的研究，共研制了三臺

3、高溫磨料磨損試驗機。并在這些試驗機上研究了純鋁和純銅在室溫到 400范圍內(nèi)大氣氣氛下磨料磨損的特性。80 年代末德國的 Fischer A 等人 2在總結前人對試驗機研究的基礎上，研制一臺氣氛可控的高溫三體磨損試驗機。該機最大的優(yōu)點是氣氛可控、嚴格保證試驗的主要因素（溫度、磨料、再喝等）恒定，實驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。主要缺點是：耐高溫工作部位未設冷卻系統(tǒng)，影響設備精度；同時由于該機未考慮高溫氧化對磨損的影響，在該機測定高溫氧化與磨損的交互作用時誤差較大。90 年代西交大的邢建東等人3(研制的高溫磨損試驗機在電阻爐中的磨損室內(nèi)裝有一水平放置的砂輪，砂輪上有一定的松散磨料。試樣夾上相同成分的 3 個試樣

4、受載荷作用于表面鋪有松散磨料的砂輪上，由于試樣和砂輪及其松散磨料間的相對運動而產(chǎn)生兩體和三體混合磨料磨損。該機即可嚴格控制溫度，一次3 個試樣可減少重復試驗次數(shù)。但其主要不足是：(1)試樣總在同一軌跡上反復磨損，摩屑潛入砂輪間隙，使砂輪研磨能力逐漸下降；（ 2）氣氛不易控制；（ 3）這種混合磨損與實際工礦相差較遠。近年來，西交大吳文忠、邢建東等人在Fischer A 的高溫氧化磨損試驗機的基礎上，研制一臺高溫氧化三體磨損試驗機，該機的主要優(yōu)點是：摩擦學系統(tǒng)設計合理；氣氛可控，溫度可控；關鍵部件設有冷卻系統(tǒng)。主要不足是：密封還存在一些問題；冷卻系統(tǒng)還不夠完善；氣氛成分不能定量測定等。太原理工大學

5、的楊學軍等研制了一臺高溫銷盤磨損試驗機，該機結構簡單，操作方便，加熱溫度可控，能在1000范圍內(nèi)對各種金屬材料的摩擦磨損特性進行研究，摩擦速度可調(diào)，所加載荷穩(wěn)定，試驗磨損均勻，對試驗參數(shù)的變化反應敏感4。北方交大的李霞等 5研制的高速摩擦磨損試驗機，其最大滑動速度可達 70ms，可以測量高速狀態(tài)下的摩擦學參數(shù)；可以模擬高速列車制動；可以實現(xiàn)多個測試數(shù)據(jù)的顯示與同步記錄。崔周平等人 6研制的 M-1 型真空摩擦磨損試驗機。該機可以提供從大氣 6.7×10-3Pa 的壓力環(huán)境；測量的參數(shù)較多，除了測力和速度等參數(shù)外，還可以測量溫度和摩擦引起的震動頻率等；同時具有較為完善的數(shù)據(jù)采集和處理系

6、統(tǒng)；只須改變夾具及其附件，便可實現(xiàn)多種接觸形勢和相對運動形式，以及不同的系統(tǒng)剛度和震度特性，拓寬了試驗機的應用范圍。哈工大的宋寶玉等人 7研究的 SY-型真空摩擦磨損試驗機，可以提供 4×10-3Pa 的壓力環(huán)境，速度在 02800rmin 范圍內(nèi)可調(diào)，并且可以自動進行數(shù)據(jù)采集和處理。該機可以在真空、不同氣候環(huán)境、加熱及冷卻等多種條件下測定材料的摩擦性能。北方交大的徐雙滿等人 8為了研究機車柴油機缸套 -活塞環(huán)材料的摩擦學性能研制一臺往復式銷塊摩擦磨損試驗機，該試驗機可以在一定范圍內(nèi)實行載荷、速度、潤滑脂的單因素控制，但該試驗機磨損量的測量采用的是不連續(xù)的稱重法。以上這些摩擦試驗機多

7、采用靜態(tài)選位法觀察試件，雖然簡單易行，但不能獲得摩擦過程的動態(tài)信息，更不能對磨損（摩擦）過程進行動態(tài)觀測及動態(tài)數(shù)據(jù)記錄。參考文獻：1S. Soemantri, at al. Some aspects of abrasive wear at elevated temperaturesJ.Wear. 1985, 104(1):7791.2Tischer A. Construction of a new tester for elevated temperatures and First Result of 3邢建東等，含碳量對 20%de Cr 合金氧化和高溫磨損性能的影響 J.機械工程學報， 2

8、002，28(6):31-37.4楊學軍，趙浩峰，趙昕月，高溫銷盤磨損試驗機的研制J.太原理工大學學報， 5李霞，許志慶，楊勇，高速摩擦磨損試驗臺的總體設計J.中國儀器儀， 2003, 10（3）：22-33.6崔周平，宋期， MT-1 型真空摩擦磨損試驗機的研制J.固體潤滑，2000， 10（1）：61-62.7宋寶玉，吉樂，張峰等， SY-1 型摩擦磨損試驗機的研制J.潤滑與密封， 8楊1.2摩擦磨損實驗的目的摩擦磨損試驗的目的是為了對摩擦磨損現(xiàn)象及其本質(zhì)進行研究，正確的評價各種因素對摩擦磨損性能的影響，從而確定符合使用要求的摩擦副元件的最優(yōu)參數(shù)。摩擦磨損試驗研究的內(nèi)容非常廣泛，如討論摩擦

9、、磨損個潤滑機理以及影響摩擦、磨損的諸因素，對新的耐磨、減摩及摩擦材料和潤滑劑進行評定等。由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復雜，摩擦磨損條件不同，試驗方法和裝置種類繁多，如何準確地獲取摩擦磨損過程中的參數(shù)變化成為一個十分重要的研究課題。為了探索和驗證機械工程中摩擦磨損問題的機理以及有關影響因素，在摩擦學研究中展開摩擦磨損測試技術和數(shù)據(jù)分析研究具有非常重要的作用。1.3發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代科學技術的進步，摩擦磨損測試技術呈快速發(fā)展之勢，摩擦磨損試驗機呈一下發(fā)展趨勢：1、以高性能的電機系統(tǒng)取代機械變速系統(tǒng)目前，高性能的電機系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，調(diào)速比可以達到一比幾百、幾千甚至更高。利用這種系統(tǒng)既可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，也可以實

10、現(xiàn)擺動和直線運動。由高性能電機直接驅(qū)動主軸，不僅能使機械結構大大簡化，而且還能降低試驗機的摩擦損耗，提高整機的壽命和可靠性。但高性能電機系統(tǒng)價格比較昂貴。2、在摩擦磨損試驗機上應用微型計算機微型計算機的價格低廉，操作簡單，性能穩(wěn)定，不僅可以取代以往的二次儀表對試驗機進行控制，而且還可以對測試參數(shù)進行自動采集和數(shù)據(jù)處理，因而能使試驗機的功能大大加強。3、改進測試手段4、提高穩(wěn)定性，提高測試精度提高試驗機的穩(wěn)定性，以使試驗結果具有更好的重復性和再現(xiàn)性1.4摩擦磨損試驗機測控技術及其發(fā)展摩擦磨損測試技術的發(fā)展與測試技術和測量儀器儀表的發(fā)展密不可分。在現(xiàn)代儀器儀表高度自動化和信息管理現(xiàn)代化的過程中，大

11、量涌現(xiàn)出以計算機為核心的信息處理與控制相結合的實用系統(tǒng)，同時由于計算機網(wǎng)絡技術和通信技術的迅猛發(fā)展，控制網(wǎng)絡技術已成為自動化測控領域的發(fā)展熱點。這些技術的出現(xiàn)與發(fā)展有力的促進了摩擦磨損試驗技術和智能化摩擦磨損試驗機的發(fā)展。傳統(tǒng)的摩擦磨損試驗機的測試原理是基于傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)理論，測試方法采用不連續(xù)測定法， 如試驗前后稱量試樣的重量，測定體積變化等等， 即使采用了一定的測試設備， 如模擬技術的記錄儀等，但測量儀器多采用基于系統(tǒng)抗干擾性能較差，摩擦磨損測試往往不能體現(xiàn)摩擦學的系統(tǒng)性和時變性，其測量結果也無法反映極短周期內(nèi)發(fā)生的變化（例如動靜摩擦系數(shù)過渡變化、 擦傷、咬死等）。電氣調(diào)速方面多采用基于大

12、功率晶體管、晶匣管和大功率整流技術甚至直流發(fā)電機 -直流電動機技術的直流調(diào)速系統(tǒng)。邏輯控制部分，最初采用按鈕和開關進行手動控制，后來出現(xiàn)了繼電器、接觸器及其控制系統(tǒng)，用于控制試驗機的啟動、停止和有級變速，由于這種控制裝置結構簡單、 直觀易懂、維護方便、 價格低廉，所以在摩擦磨損試驗機控制上得以廣泛應用，但控制系統(tǒng)難以改變控制程序，由機械觸點實現(xiàn)開、關控制，觸點容易出現(xiàn)松動和電磨損，可靠性較低。隨著摩擦學研究的不斷深入，對摩擦磨損試驗機的要求也越來越高。人們根據(jù)摩擦磨損的特點制造了具有通用意義的摩擦磨損試驗機，用來研究不同狀態(tài)下摩擦磨損過程中的速度、溫度、摩擦力、摩擦系數(shù)、磨損量等參數(shù)的變化，根

13、據(jù)參數(shù)的變化判斷實驗材料、潤滑劑等性能。隨著計算機的普及，出現(xiàn)了利用計算機輔助摩擦磨損試驗機的試驗機，這種試驗機多采用“傳感器信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡軟件”這樣一種基于模數(shù)采集卡的基本形式。來著傳感器的微弱信號經(jīng)過后面配接的信號調(diào)理電路的放大和預慮后輸出標準的模擬電壓或電流信號，經(jīng)過輸導線送入計算機中的數(shù)據(jù)采集卡采樣、 A/D 轉(zhuǎn)換后，存儲于計算機中進行運算分析與處理，以適當?shù)男问捷敵觥@示或記錄測量結果。但由于試驗機的拖動設備電動機和交流變頻調(diào)速設備一般為交流強電設備，易產(chǎn)生強大的內(nèi)部干擾，同時工業(yè)環(huán)境、供電系統(tǒng)也會帶來各種外部干擾，雖可采用各種軟硬件抗干擾措施在一定程度上抑制這些干擾，但這些干擾

14、扔會使以模擬形式傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生不穩(wěn)定的非正常波動，甚至會引起較大的跳躍，影響摩擦學測量結果的準確性和可靠性，同時這種形式的試驗系統(tǒng)，信號經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，會帶來一定的轉(zhuǎn)換誤差。但由于模擬信號傳輸速度快，采用這種形式的摩擦磨損試驗機在速度要求極高的場合，往往是必須的選擇。電氣調(diào)速方面由于脈寬調(diào)制技術和矢量控制技術的發(fā)展及其在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應用，以交流異步電動機為對象和以交流變頻調(diào)速器為控制器的交流調(diào)速系統(tǒng)得到廣泛的應用。邏輯控制方面出現(xiàn)了以微處理器為核心的可編程控制器。自動控制理論與計算機技術的結合產(chǎn)生了計算機控制技術，計算機在工業(yè)領域正成為不可缺少和不可替代的強有力的控制工具。由于計算機控制系統(tǒng)

15、的應用，許多傳統(tǒng)的控制結構和方法被替代，信息利用率大大提高，從繁重的試驗工作中解放出來，可以實現(xiàn)人工最少參與的情況下，按預先編制好的測試程序，完成摩擦磨損測試、分析處理、顯示或輸出結果。系統(tǒng)一旦正常工作，各種操作一般都可以系統(tǒng)自動完成，可以完成長時間定時或不間斷測試。1.5小結本設計主要是對往復式摩擦磨損實驗臺進行機械結構部分的設計及二維圖的繪畫。所設計的實驗機滿足下面的性能要求:試樣的尺寸： 50×4。選用小功率、可連續(xù)工作及速度可調(diào)的電機。可實現(xiàn)對試樣的摩擦系數(shù)進行測試，摩擦磨損時間可控。第2章摩擦磨損試驗機的影響因素進行摩擦磨損實驗的目的是模擬實際的摩擦系統(tǒng)，在實驗室再現(xiàn)摩擦磨

16、損現(xiàn)象及規(guī)律，以便通過選定參數(shù)的測量所示的工作運轉(zhuǎn)變量，潤滑變量和氣氛變量等對特定摩擦磨損元素的影響。因此摩擦磨損試驗機的設計就是要依據(jù)這種目的和既定的具體任務要求。2.1試驗條件的影響(1) 運動形式的影響運動形式與試驗機的摩擦副結構有關，二者都是由所要模擬的摩擦副決定的，試驗機的摩擦副結構和運動形式均可通過添加附件面而加以改變。例如，美國FAEX公司的多功能試樣測試機在添加附件以后，就可以形成一個平面、四球、液體侵蝕、針一盤和滾動四球等多種摩擦副形式。試驗機上摩擦副的最基本運動形式一般有以下4 種，即滑動、滾動、自旋和沖擊。在試驗機上，對運動形式都有明確的規(guī)定，但對運動的位置精度卻要求不高

17、，因此這方面可以忽略。（2） 負荷的影響負荷是摩擦磨損試驗機的一個重要參數(shù)，其在試驗過程中一般應保持穩(wěn)定。試驗機對負荷的要求精度很高，在國內(nèi)試驗機負荷示值的相對誤差為 11%要求滿足負荷精度要求， 就必須考慮在試驗機上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力。目前摩擦磨損試驗機比較常用的加載方式有機械式、液壓式、和電磁式三種。其中機械式加載又可以分為杠桿加載、彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式的組合，杠桿加載和重物加載系統(tǒng)結構簡單，載荷穩(wěn)定，不存在負荷保持的問題，加載精度高，但當摩擦副運動不穩(wěn)定時卻會引起振動和沖擊；彈簧加載產(chǎn)生的振動較小，但是，彈簧加載精度不高，難于實現(xiàn)負荷精度調(diào)整。 液壓式加載包括動壓

18、加載和靜壓加載兩種，但液壓加載很難保持負荷穩(wěn)定。電磁加載易于實現(xiàn)負荷的自動控制，但其是弱點是控制的成分較高，而且在已有摩擦磨損試驗機上使用還比較少。（3） 滑動速度的影響滑動速度的大小對摩擦磨損往往具有關鍵性的意義。因而也是摩擦磨損實驗的一個重要參數(shù)。 往復式可以分為兩種分別為擺動式和往復直線式。在試驗機上即可以采用機械式方式 (如凸輪機構和曲柄搖桿機構等） 實現(xiàn)擺動，也可以由電機（如伺服電機和步進電機 )來實現(xiàn)擺動。往復直線運動通常是用曲柄滑塊等往復直線運動機構來實現(xiàn)。試驗機的速度大小一般都要求可調(diào)，所能采用的方式有級調(diào)速和無極調(diào)速兩種。無極調(diào)速可通過兩種方式來實現(xiàn)： 一種是機械式無極調(diào)速

19、（如摩擦輪和差動輪系） ，但其調(diào)速范圍不大，另一種是使用無極調(diào)速電機進行，這種方式的調(diào)速范圍很大，如直流伺服電機的調(diào)速范圍可達 12000 人 r/min（下限還可以更低） 。當采用電機無極調(diào)速時，一般要求速度穩(wěn)定，因而常采用速度控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。（4)試驗時間的影響試驗時間一般是依據(jù)具體情況而定，大多數(shù)試驗機沒有配備定時裝置。要在試驗機上實現(xiàn)時間的控制，可以采用定時器控制動力源，也有的是根據(jù)摩擦力或摩擦力矩的極限值來控制停機。這種控制方法是對試驗機也起著過載保護作用。2.2測量參數(shù)的影響（1）試驗負荷的影響試驗機一般都要對試驗負荷進行測量，所采用的測量方式往往隨加載方式的不同而不同

20、。機械式杠桿一瑪法加載可以直接根據(jù)砝碼得到負荷值，機械式彈簧加載可以根據(jù)游標顯示的彈簧變形確定負荷值，液壓加載可以通過加載油缸的壓力換算得到負荷值。然而，不論在哪種加載方式下。都可以利用負荷傳感器直接測量到負荷值。復合傳感器應當安裝在盡量靠近摩擦副的位置上，以避免或減小導向部分摩擦力引起的測量誤差。（2)摩擦力摩擦系數(shù)的影響在試驗機上，摩擦力或摩擦力矩和摩擦系數(shù)一般只測一項。例如，在已知負荷 p 的情況下，只要測出摩擦力F，就可以根據(jù)公式求出摩擦系數(shù)的數(shù)值。這可以利用微機或者數(shù)字電路實現(xiàn)運算處理。測量摩擦力常用的方法一般有兩種，機測量作用在驅(qū)動軸上的扭矩，或者是借助于彈性元件測定作用在固定件上

21、的力。在采用第二種測量方法測量摩擦力時，由于固定件在沿摩擦力方向自由運動時必然要傳遞法向力，所以當其安裝在滾動軸承之類的低摩擦裝置上，以使附加的摩擦力盡可能的減小，從而保證摩擦力的測量精度。摩擦扭矩可以采用扭矩傳感器進行測量，其安裝位置既可以作用在運動軸上，也可以是在固定軸上。當把扭矩傳感器安裝在運動軸上時，需要確保傳感器的信號輸出良好。在試驗機上，通常是將摩擦扭矩換成拉力或者壓力進行測量。(3) 速度的影響在有些試驗機上還要求對速度進行測量，可以采用的測速裝置有測速發(fā)電機和光電傳感器等。記錄轉(zhuǎn)數(shù)最長用的是機械式計數(shù)器。(4) 磨損量的影響磨損量是磨損試驗機中都要測量的一個參數(shù)。目前，磨損量的

22、再線檢測尚有困難，以往都是將試件取下再測量磨痕或者稱量失重而得之。現(xiàn)在，有人采用電測量法或光柵對摩擦副在磨損過程中的相對位移進行測量，以此實現(xiàn)磨損量的在線檢測。(5) 重復性和再現(xiàn)性摩擦磨損試驗機能否給出重復性和再現(xiàn)性都比較好的試驗結果，取決于每次試驗用的試桿和試驗環(huán)境條件（包括儀器的工作狀態(tài)）是否都能保持一致。西德公司的srv 型標準化激動式摩擦磨損測試機之所以能夠給說較好的重復性和再現(xiàn)性的試驗結果，就是因為它的關鍵部位一震動系統(tǒng)和力監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。為了使試驗條件穩(wěn)定，同時還需要測試系統(tǒng)穩(wěn)定，應能準確地測出工況參數(shù)，以便于調(diào)整。此外，合理的摩擦副接觸形式也是取得較好的重復性和再現(xiàn)

23、性實驗結果的重要因素之一。一般說來，點接觸比面接觸受外界的影響較小，因而在相同條件下，點線接觸有利于再現(xiàn)摩擦副的接觸狀態(tài)。第 3 章摩擦磨損試驗臺結構設計的相關計算3.1往復式摩擦磨損試驗臺的工作原理主動齒輪1 通過聯(lián)軸器，減速器與驅(qū)動機相連進行動力輸入，當從動齒輪 2 轉(zhuǎn)動時，連桿 3 帶動齒條 4 水平運動，此時齒條四便帶動齒輪6運動，齒條的水平運動由軸承 5 支撐控制。由于齒輪 2，連桿 3，齒條 4 與機架構成四桿機構，故存在極為夾角，故齒條存在急回運動。圖 1 往復運動偏心齒條齒輪的復合機構簡圖結構組成 1 主動齒輪、 2 從動齒輪、 3 連桿、 4 齒條、 5 滾動軸承、 6 齒輪

24、組成。條件輸出齒輪6 的扭矩為 20KN.m 。3.2傳動的計算（1）輸出齒輪扭矩 T=20KN.m , 模數(shù) m=14，查齒輪設計計算手冊齒數(shù) z=18，其分度圓直徑 D=252mm，齒條受水平方向的力F=T/(D/2)=158.73KN經(jīng)計算得連桿在齒輪最大最小與水平方向夾角為9.05o和 49.21o。可計算連桿（二力桿）最大力 Fmax=Fxcos9.05o=156.754KN最小力 Fmin=Fxcos49.21o=103.696KN在齒輪 2 上的兩個極限位置上的水平分力為=cos9.05o=154.802KN=Fmincos49.21o=67.743KN連桿與齒輪2 連接處的直徑

25、為d=690mm，故可算出齒輪的最大扭矩齒輪 1（主動齒）與齒輪2 傳動比為 19:62。則可知齒輪1 的扭矩為 16.37KN.m。根據(jù)查表得知，齒輪間的傳動效率為0.96。最終算的通過減速器傳給齒輪1 的扭矩為 17.76KN.m。由公式，可得齒輪1 的功率為 =24kw齒輪 2 的功率為 =23.3kw。齒輪 6 的功率為 8.4kw（ 2）齒條長度不得小于 790mm，為了保證齒條在極限位置不與齒輪 2 接觸發(fā)生碰撞。考慮齒輪 2 與齒輪 6 的水平距離。擬定齒條長 1200mm，擬定齒條行程為 790mm。（ 3）齒輪 2 與齒輪 6 水平距離 1550mm。四桿機構中曲柄長345m

26、m。連桿長 1150mm。連桿設計成方形桿。材料選45 號鋼。由得出方形連桿邊長a=21mm（ 4）根據(jù)輸出齒輪 1 所需的功率選定電動機型號，查機械設計簡明手冊電動機選 200L1 型，功率 30kw，轉(zhuǎn)速 1000r/min.。減速器比1000/13=77。故選擇 ZXY 型（低速級）3.3要零部件的分析和校核3.31電機和減速器的選擇及其主要參數(shù)電機的選擇 , 根據(jù)主動齒輪 1 所需的功率 24kw，選定電機為 Y2 系列三相異步電動機 Y2 200L1 2 型號。減速器選擇，根據(jù)減速比1000/13=77。確定減速器類型為ZSY 型齒輪減速器。3.32齒輪 1 和齒輪 2 的分析和校核

27、均取 260HB，大齒用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB-286HB ，平均取240HB 。齒輪 1 和齒輪 2 嚙合，初步定為模數(shù)14. 傳動比 i=3.25。傳動功率為 p=24kw查機械設計圖 12.17c 得接觸疲勞極限 =710MPa， =580MPa 初步計算的許用接觸應力=0.9710=639MPa ，=0.9580=522MPa齒輪 1 轉(zhuǎn)速為 =13（r/min)齒輪 2 轉(zhuǎn)速為 =4(r/min)齒輪 1 齒數(shù) =19，齒寬 =145齒輪 2 齒數(shù) =62，齒輪 =130mm使用系數(shù)查機械設計表 12.9 得 =1.5 動載系數(shù)查 , 機械設計圖 12.9 得 =1.2

28、=1.66=0.88齒向載荷分布系數(shù)由機械設計表12.11 得=A+B 2+c=1.353載荷系數(shù) K=3.14接觸壽命系數(shù)由機械設計圖 12.18 得=1.18， =1.25.許用接觸應力 =798Mpa=690MPa驗算 =189.8=417.56MPa<計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。分度圓直徑： d=14=266mm，d=14=8683.33同步帶的傳送和計算1、設計功率由機械設計手冊22.1-50 查的，是同步帶傳動的工作情況系數(shù)，2、選定帶型和節(jié)距根據(jù)和轉(zhuǎn)速，由機械設計手冊 圖 22.1-12確定為XH型，節(jié)距 mm3、小帶輪齒數(shù)根據(jù)帶型XH和帶輪轉(zhuǎn)速，

29、由機械設計手冊表22.1-5 查的小帶輪的最小齒數(shù)=24此處取 =254、小帶輪節(jié)圓直徑d1z1 pb25 22.225176.86mm由表 22.1-56 查的外徑5、大帶輪齒數(shù)6、大帶輪節(jié)圓直徑z2 pb50 22.225d 2353.9mm7、帶速d n1176.86 1000v19.25m/s1000606010008、初定軸間距0.7 176.86353.9a176.86353.9取9、帶長及其齒數(shù)L 0 2a0d1d 2 d 12d224a0= 2 530.76530.761772530.7624=1908mm由機械設計手冊表22.1-47 查的應選用帶長代號為770 的 XH型的

30、同步帶，其節(jié)線長，節(jié)線長上的齒數(shù)。10、實際軸間距 a此結構的軸間距可調(diào)整LpL01955 1908a a0530553.5mm2211、小帶輪嚙合齒數(shù)1112 、基本額定功率由機械設計手冊表22.1-53 查的=36.28KW13 、所需帶寬由機械設計手冊表22.1-52 查的 XH =101.6mm ， =199.6 mm由表 22.1-48 查的，應選帶寬代號為770 的 XH 型號14、帶輪結構和尺寸小帶輪：大帶輪：3.34主軸計算：主軸 1 的最小直徑計算：主軸的材料為 40，查機械設計手冊得25， ,16則 155mm主軸 2 的最小直徑：226.7.取 250mm3.35軸的強度

31、校核軸 1 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，公式如下;已知則 23.67，則符合要求。軸 2 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，已知。公式如下：=17.80mm，則符合要求。3.36主軸上鍵的強度校核根據(jù)主軸的設計，鍵所在軸1 的直徑為 155mm，查機械設計手冊（摘自，式中 d 是軸的直徑， l 是鍵的工作長度， h 是鍵的高度則，故鍵 1 的強度滿足要求。，故鍵 2 的強度滿足要求。3.37摩擦銷的結構設計適合摩擦磨損試驗測試儀的測試球尺寸有1.5 毫米、 3 毫米、 6 毫米、10 毫米 (均為直徑 )。可以為不同直徑的摩擦球配備不同的內(nèi)徑夾持器。夾持器為中空結構，后面有螺紋，只需將測試球從夾具的后端放入并用配套

32、的零件旋緊即可。3.38試樣夾持器的設計用螺栓將試樣夾持器固定在齒條上，使之隨齒條一起做往復運動。在試樣夾持器的下面加上一墊片，直徑大小和試樣夾持器相當， 但厚度可調(diào)，裝卸方便，是這個夾持器更加通用化。第4章磨損量的測量4.1常用的磨損量的測量方法機械零件的磨損量通常用磨損件的質(zhì)量，體積減少量或者磨去厚度來表示。磨損質(zhì)量和磨損體積是整個磨損件表面質(zhì)量和體積減少量的總和，而磨損厚度能夠反映磨損沿表面的分布情況。常用的磨損量測量方法如下：1 稱量法通常利用天平稱出磨損前后的試件質(zhì)量的變化，因此也叫失重法。對所用天平的精密度要求取決于磨損量的數(shù)量級。由于測量范圍的限制，稱量法僅適用于較小的試件。2

33、測量法使用千分尺、測長儀和萬能工具顯微鏡等測量試件在實驗前后磨損表面的法向尺寸的變化或者磨損表面與某基準面距離的變化。3 表面輪廓或粗糙度法用表面輪廓儀可以直接測量磨損前后表面輪廓的變化來確定磨損量，即磨損厚度不超過表面粗糙峰高度的磨損。它實際反映了磨損表面的微觀變化，也可以直接從其粗糙度等級的變化，特別是磨損前后加工痕跡的減少來判斷磨損的程度。表面輪廓法可以記錄表面輪廓在磨損過程中的變化和磨損分布，但是輪廓法測量手續(xù)復雜，被測零件的形狀和尺寸受量程范圍限制。4 壓痕或切槽法人為的在摩擦表面上壓痕或者切槽作為測量基準，用基準尺寸沿深度變化的規(guī)律度量磨損厚度。如果在摩擦表面上不同部位布置基準，還

34、可以測量磨損表面的分布。但這種方法對試樣表面有損害，不利于研究摩擦磨損過程中表層組織結構的變化。5 沉淀法或化學分析法沉淀法是將潤滑油中所含的磨屑經(jīng)過過濾或者沉淀分離出來，再由稱重法測量磨屑質(zhì)量。也可以采用定量化學分析的方法測量潤滑油中所含磨屑的組成和質(zhì)量，這不僅可以測量各種元素的質(zhì)量，還可以根據(jù)材料使用情況來判斷磨損的部位。4.2摩擦系數(shù)測試部分如圖作用在試件的載荷上（正壓力)P 由法碼重力產(chǎn)生， 作用在摩擦副間的摩擦力為F，若兩個試件間的摩擦系數(shù)為，則有。故只需要預先確定砝碼的重力，在測出傳感器受力大小，即可計算出摩擦系數(shù)P正壓力磨頭下試件F 摩擦力正壓力由人工根據(jù)需要通過法碼施加，是一個

35、穩(wěn)定值。摩擦力是兩個相對運動產(chǎn)生的，是一個變化值，可通過測量求得。小結摩擦磨損試驗機是進行摩擦磨損試驗的有效設備，廣泛運用于對各種高速刀具的摩擦磨損性能進行測試和評價，是高速切削和新型刀具材料研制和應用的必要設備。因此本文對往復式摩擦磨損試驗機的原理和結構進行介紹，給出了試驗機的基本參數(shù)，并對試驗機的機械結構部分進行了相關設計和計算，為試驗機的設計和實際制作提供了一定的依據(jù)和參考。該設計在滿足設計要求的前提下，力求結構簡單，制造成本低廉，沒有一味的追求高精度，適合進行實際的生產(chǎn)。設計中采用了較為簡單的方法實現(xiàn)了相同的功能。該設計只是針對摩擦磨損試驗機的機械結構部分進行了相關的設計計算和仿真，而

36、電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)還需要進一步的補充。通過老師的講解和查閱資料讓我有了初步的認識。在畢業(yè)設計中期階段主要是完成自己部分機構和零件的設計。在翻閱書本的過程中，此過程的應用到了我在大三時所學的機械設計和互換性等課程。從前我對機械的認識很是膚淺，只是會做一些課程設計。 卻沒有把整個機械課程聯(lián)系起來，其實各個專業(yè)課都是有相互聯(lián)系的，而這些基礎課也不容忽視，它們是我們完成設計的基礎，更是進一步在機械領域發(fā)展的前提。在 CAD圖形繪制過程中，我用到了機械制圖這門課程。同時，我也掌握了一門畫圖軟件。此次畢業(yè)設計真是讓我收獲頗豐，不僅讓我對專業(yè)課有了新的認識而且得到了許多書本上沒有的東西。我一直在思考的問

37、題，如何學好我的專業(yè)，并將它自如的應用到以后的工作中，似乎在本次畢業(yè)設計中有了答案。致謝大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學四年學習的默默支持；感謝我的母校太原理工大學給了我在大學四年深造的機會，讓我能繼續(xù)學習和提高；感謝老師和同學們四年來的關心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的四年充滿了感動。這次畢業(yè)論文設計我得到了很多老師和同學的幫助，其中我的論文指導老師宋金鵬老師對我的關心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向老師尋求幫

38、助， 而老師每次不管忙或閑， 總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導。這幾個月以來，老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷，在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝在整個畢業(yè)設計期間和我密切合作的同學，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖耍以僖淮握嬲\地向幫助過我的老師和同學表示感謝！參考文獻1 張嗣偉 .摩擦學的進展與展望J.摩擦學學報， 2004， 1:44-45.對摩擦學近 10多年來在潤滑與潤滑劑和摩擦

39、與磨損這兩個方面的進展作了綜合介紹與評述，指出最引人注目的是采用掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和超薄膜干涉儀等先進儀器設備對邊界潤滑和邊界膜進行原位研究，以及納米摩擦學、陶瓷摩擦學、空間摩擦學、核反應系統(tǒng)摩擦學、微觀摩擦學和表面工程等的發(fā)展與各種新型摩擦學材料的開發(fā)。同時，還對本世紀末和下世紀初摩擦學的發(fā)展前景作了展望，認為在摩擦學設計、新的摩擦學系統(tǒng)、特殊的摩擦學材料、新的表面技術和用于極端工況或特殊工況下的潤滑劑等方面都將取得新的進展，并且結合國內(nèi)實際，提出了加速我國摩擦學學科發(fā)展和推動我國摩擦學工業(yè)應用的建議。2陳海燕，王成國.分形理論及其在摩擦學研究中的應用J.材料導報，2002， 12

40、:10-11.介紹了分形的概念以及分形維數(shù)的計算方法,重點討論了分形理論在摩擦學研究 ,如摩擦表面分析、 摩擦磨損問題研究和滑動摩擦溫度分布的分形模型等方面的應用。3陳國安，葛世榮，王軍祥.分析理論在摩擦學研究中的應用J.摩擦學學報， 2008，5（2）：15-18.采用尺度獨立的分形參數(shù)可使粗糙表面和磨屑形貌的表征簡單明了，并使表征具有唯一性，易于識別；基于分形參數(shù)所建立的摩擦學研究模型的預測結果可望不受測量儀器分辨率和取樣長度的影響，因而比傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計分析的模型更為合理和有效綜述了分形幾何在粗糙表面的表征、接觸、磨損預測和摩擦溫度分布以及磨屑定量分析等方面的應用現(xiàn)狀和發(fā)展，指出了用分形理

41、論研究摩擦學問題時應注意的著重點4戴振東，薛群基，王珉 .試論摩擦學研究中的科學方法問題 J.南京航天航空大學報， 2008，12:55-58.摩擦學是工程先導性的學科高度交叉綜合的前沿研究領域，是尚未成熟和最具活力的學科之一，它具有用戶要求多樣的特點。近年來的大量實驗結果對摩擦學理論產(chǎn)生了巨大的沖擊。為迎接挑戰(zhàn)并更好地指導工業(yè)設計，須重新探討摩擦學的研究方法，表征量的選擇及其思想方法。作者認為在繼續(xù)開展摩擦學實驗研究的同時，須大力推進理論研究，非平衡態(tài)熱力學可做為該研究的基礎，熵可用作為表征量。研究中應特別重視過程非線性、可逆性和混沌性，并積極探討摩擦自組織結構的形成條件及其工業(yè)應用的可能。

42、5謝友柏，摩擦學的三個公理J. 摩擦學學報，2003， 3:15-16.討論了摩擦學發(fā)展中存在的問題 .指出作為一門非常重要的應用基礎學科 ,摩擦學在繼承摩擦、磨損和潤滑幾千年來積累起來的理論成果和應用成果的基礎上 ,沒有建立與摩擦、磨損和潤滑相比有所發(fā)展且與自身的定義和性質(zhì)相適應并可以支持自身獨立發(fā)展的理論體系和方法體系.提出摩擦學中存在3個基本公理:即第一公理摩擦學行為是系統(tǒng)依賴的;第二公理摩擦學元素的特性是時間依賴的;第三公理摩擦學行為是多個學科行為之間強耦合的結果.由這些公理可以推導出一系列定理和相應的系.同時還討論了用系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程描述含有摩擦副的系統(tǒng)的特性的方法,并給出了

43、應用舉例6桂長林，沈健 .摩擦磨損試驗機設計的基礎.固體潤滑 J，2000，1:5-8.本講介紹采用設計方法學的方法對摩擦磨損試驗機設計進行研究的結果 ,建立了摩擦磨損試驗機的要求明細表 ,功能結構圖、設計模幅箱和方案評價目標樹。根據(jù)本講所闡述的方法 ,既可使摩擦磨損試驗機的設計程序和方案評價建立在一套比較科學的和行之有效的方法上 ,又能作為建立摩擦磨損試驗機 CAD( 計算機輔助設計 )系統(tǒng)的基礎。7桂長林，沈健.摩擦磨損試驗機設計的基礎.固體潤滑， 2000，1:9-10.本講提出了一種按摩擦系統(tǒng)的結構和摩擦副的相對運動形式對摩擦磨損試驗機進行分類的新方法 (這種分類法將摩擦磨損試驗機分為

44、五大類 ), 闡述了摩擦磨損試驗的目的和摩擦磨損試驗機為實現(xiàn)此目的所應有的基本系統(tǒng) ,分析了基本系統(tǒng)中各組成單元的每個要素在摩擦磨損試驗機中的特殊性 ,最后還就摩擦磨損試驗機的發(fā)展方向作了簡要的探討。8 桂長林，沈健.摩擦磨損試驗機設計的基礎.固體潤滑，2000,1;12-15.將設計方法學的一般方法應用于摩擦磨損試驗機的設計 ,這對確定設計方案是科學的和行之有效的。本講通過一個設計實例說明了設計方法學在摩擦磨損試驗機設計中的具體應用問題 ,并以舉例的形式詳細地介紹了在方案設計階段的各個主要工作步驟的實施方法 ,即建立要求明細表 -功能分析 -建立設計模幅箱 -方案選擇 -方案評價。其中 ,關

45、鍵的是進行功能分析、建立設計模幅箱和方案 評價。9周楓，邱憲波，袁景淇 .摩擦磨損試驗機試驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計 .測控技術， 2004， 4;14-16.介紹了在 LabVIEW 開發(fā)平臺下 ,摩擦磨損試驗機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計方法 ,實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)的實時采集、歷史曲線繪制和試驗報告自動生成等功能。10李建芳，楊世強，沈璟 .往復摩擦磨損試驗機測試系統(tǒng)的設計J.潤滑與密封 2008，10:36-39.設計了一種可用于模擬和檢測車輛減振器中導向套 -活塞桿摩擦副動態(tài)摩擦學特性的往復摩擦磨損試驗機測試系統(tǒng)。在分析減振器往復運動的結構和功能的基礎上給出了往復摩擦磨損試驗機測試系統(tǒng)的總體模型,建立了往復運動的數(shù)學模型。 使用結果表明 ,該測試系統(tǒng)可實時檢測和處理載荷、速度、溫度、摩擦力以及摩擦因數(shù)等參數(shù)信息 ,并以表格或圖像曲線形式顯示 ,有利于對試驗材料的摩擦學特性變化作出實時、 客觀、量化的評估。11劉毅斌，王毅 .摩擦磨損試驗機在線檢測系統(tǒng)J.儀器標準化與測量，2004， 6:17-19.現(xiàn)代摩擦學的試驗研究對摩擦磨損試驗機的測量系統(tǒng)提出了更高的要求。本文介紹了自行設計的強電流摩擦磨損試驗機及其實時在線檢測系統(tǒng) ,主要包括試驗中各參量信號的獲取 ,A/D 轉(zhuǎn)換 ,以及對測量數(shù)據(jù)誤差的軟件處理方法。12劉永平，龔俊，