銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

1、PAGE 銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 摘 要摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)主要用于測(cè)試在不同速度，較小載荷條件下各種材料和潤(rùn)滑的摩擦性能。進(jìn)行摩擦磨損機(jī)理的研究，設(shè)計(jì)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足工業(yè)和生產(chǎn)中的需要。摩擦引起的磨損、潤(rùn)滑、材料與能源消耗等一系列摩擦學(xué)問題普遍存在，并對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。一方面，摩擦學(xué)是多學(xué)科交叉科學(xué)，融基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用技術(shù)于一體；另一方面，摩擦學(xué)又具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；摩擦材料的研究與攻關(guān)是工程科技的前沿重點(diǎn)；摩擦學(xué)已成為高科技領(lǐng)域。在摩擦學(xué)越來越重要的今天，摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。本文主要介紹了滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)思想、工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)

2、整方便、試驗(yàn)結(jié)果分散度小、重復(fù)性好、試驗(yàn)精度高。關(guān)鍵詞：摩擦學(xué); 摩擦磨損; 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)AbstractFriction and wear test machine use in testing materials and lubrication frictional properties under conditions of different speeds and smaller load.research friction and wear mechanism, friction and wear test machine designed should meet the need

3、s of industrial production. a series of tribology problem: abrasion, lubrication, materials and energy consumption caused by friction is widespread, and have a huge impact on social and economic development. Tribology is a multi-interdisciplinary scientific, integrates basic knowledge and applicatio

4、n technology; On the other hand, tribology also has an important economic value; what friction materials research and the key problems that engineering tackles the technological forefront; tribology has become a high-tech areas. Tribology is becoming increasingly important and friction and wear test

5、ing machine has very broad application. This paper introduces a sliding friction and wear test machines design concept, principle and structural features. The test machine structure is simple, easy to adjust, has small dispersion test results, good repeatability and high accuracy .Key words: tribolo

6、gy; frictional wear; friction wear testing machine 目 錄引言1第一章 試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和選擇原則21.1試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)21.2銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)31.3原則1 51.4原則2 51.5原則3 61.6原則4 71.7原則5 8第二章 試驗(yàn)參數(shù)的選擇82.1 試驗(yàn)時(shí)間 82.2 載荷和速度 82.3 試驗(yàn)次數(shù) 82.4 控制試件摩擦表面所處的狀態(tài) 8第三章 試驗(yàn)條件及影響因素93.1 試驗(yàn)條件93.2 影響因素9第四章 試驗(yàn)機(jī)原理以及測(cè)試方法114.1 試驗(yàn)機(jī)原理114.2 測(cè)試方法11第五章 結(jié)構(gòu)介紹125.1 驅(qū)動(dòng)部分125.2 傳動(dòng)部分

7、125.3 加載試驗(yàn)部分125.4 試驗(yàn)加裝部分145.5 軸的設(shè)計(jì)145.6 箱體155.7 軸承選擇155.8 傳感器技術(shù)指標(biāo)155.9 計(jì)算方法與具體步驟15第六章 鍵連接的選擇計(jì)算176.1鍵的選擇176.2關(guān)于鍵的計(jì)算176.3鍵連接的許用應(yīng)力17第七章 潤(rùn)滑密封的選擇 17結(jié)論 18注釋 19參考文獻(xiàn) 20附錄21謝辭22需要全套圖紙資料聯(lián)系，QQ：1047713170PAGE 22引 言 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)能最大限度的減少摩擦帶來的不必要的浪費(fèi)，可使摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)較準(zhǔn)確的測(cè)量在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的摩擦大小。設(shè)計(jì)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分，首先應(yīng)滿足摩擦學(xué)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，其次以

8、與學(xué)生不同佩服材料的更換和不同參數(shù)的調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)之上海要求試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)械振動(dòng)小，以減少由于機(jī)械原因產(chǎn)生的誤差，結(jié)合學(xué)生試驗(yàn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)采用銷盤式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)體積小，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試件便于拆裝。運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦。由摩擦引起的磨損、潤(rùn)滑、材料與能源消耗等一系列摩擦學(xué)問題普遍存在，并對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。由于摩擦學(xué)科學(xué)所涉及的問題與節(jié)約能源、節(jié)約材料、減少磨損、提高資源的利用率和保護(hù)環(huán)境等密切相關(guān)，成為我國(guó)走新興工業(yè)化道路和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)必須面對(duì)的科學(xué)問題，已經(jīng)受到了科技界的高度重視。摩擦學(xué)是一門綜合性學(xué)科，主要研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、潤(rùn)滑

9、和磨損，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用。摩擦學(xué)涉及很多學(xué)科，如固體力學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、流變學(xué)、物理化學(xué)，以及化學(xué)和物理學(xué)的其他內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，有定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。摩擦磨損是受多種非線性、強(qiáng)耦合因素作用的過程。通常，摩擦和磨損過程受到摩擦夫、潤(rùn)滑劑、工作參數(shù)、環(huán)境和工作歷史等許多因素的影響，材料的強(qiáng)度或者說材料對(duì)外載荷的響應(yīng)與溫度、載荷作用速度、材料的應(yīng)變量、應(yīng)變速率和應(yīng)變歷史等都有密切的關(guān)系。一般認(rèn)為，人類一次能源大約1/3是消耗于摩擦損失，約有70%的設(shè)備損壞是由于各種形式的磨損而引起的。中國(guó)機(jī)械

10、工程學(xué)會(huì)摩擦份學(xué)會(huì)曾在一次全國(guó)調(diào)查顯示：我國(guó)每年制造汽車所消耗的鋼材與制造汽車配件所消耗的鋼材大致相等。根據(jù)美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的統(tǒng)計(jì), 與摩擦、磨損相關(guān)的花費(fèi)大約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)年生產(chǎn)總值的2%7%。我國(guó)的GDP 只占世界的4%, 卻消耗了世界30%以上的鋼材。同發(fā)達(dá)國(guó)家比較, 我國(guó)目前平均生產(chǎn)水平還較低。2003 年國(guó)民經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)總值為11 694 億元, 如果將與摩擦、磨損相關(guān)的花費(fèi)按占國(guó)民經(jīng)濟(jì)年生產(chǎn)總值的5%計(jì)算,就損失584.7 億元?？梢?，對(duì)于摩擦磨損的研究具有相當(dāng)重大的意義。此外，摩擦所造成的磨損是使工作機(jī)可靠性降低、使用壽命縮短的重要原因。摩擦還會(huì)導(dǎo)致過度發(fā)熱，是限制某些機(jī)器工作能

11、力的主要因素。為此，我們研究摩擦磨損的機(jī)理，確定各種因素對(duì)摩擦磨損性能的影響以及評(píng)價(jià)各種材料的摩擦磨損性能，在機(jī)械工程系任靖日老師的指導(dǎo)下研究設(shè)計(jì)了摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，用來測(cè)定被測(cè)物體的磨損量，進(jìn)而研究其摩擦特性。第一章、試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和選擇原則1.1試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)摩擦學(xué)是研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、潤(rùn)滑和磨損，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。世界上使用的能源大約有1/31/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報(bào)廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用

12、。人類對(duì)摩擦現(xiàn)象早有認(rèn)識(shí)，并能用來為自己服務(wù)，如史前人類 的鉆木取火。詩(shī)經(jīng)邶風(fēng)泉水中有“載脂載宣，還車言邁”的詩(shī)句，表明中國(guó)在春秋時(shí)期已應(yīng)用動(dòng)物脂肪來潤(rùn)滑車軸。應(yīng)用礦物油作潤(rùn)滑劑的記載最早見于西晉張華所著博物志，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳”。但長(zhǎng)久以來摩擦學(xué)的研究進(jìn)展緩慢，直到15世紀(jì)，意大利的列奧納多達(dá)芬奇才開始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑。世界上使用的能源大約有1/31/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。人類對(duì)摩擦現(xiàn)象早有認(rèn)識(shí)，并能用來為自己服務(wù)，如史前人類 的鉆木取火。詩(shī)經(jīng)邶風(fēng)泉水中有“載脂載宣，還車言邁”的詩(shī)句，表明中國(guó)在春秋時(shí)期

13、已應(yīng)用動(dòng)物脂肪來潤(rùn)滑車軸。應(yīng)用礦物油作潤(rùn)滑劑的記載最早見于西晉張華所著博物志，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳”。但長(zhǎng)久以來摩擦學(xué)的研究進(jìn)展緩慢，直到15世紀(jì)，意大利的列奧納多達(dá)芬奇才開始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑。1785年，法國(guó)庫(kù)侖繼前人的研究，用機(jī)械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學(xué)理論。1935年，英國(guó)的鮑登等人開始用材料粘著概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘著理論。關(guān)于潤(rùn)滑的研究，英國(guó)的雷諾于1886年繼前人觀察到的流體動(dòng)壓現(xiàn)象，總結(jié)出流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論。20世紀(jì)50年代普遍應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)之后，線接觸彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的理論

14、開始有所突破。對(duì)磨損的研究較晚，20世紀(jì)50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎(chǔ)上，磨損研究才得以迅速開展。至此，綜合研究摩擦、潤(rùn)滑和磨損相互關(guān)系的條件已初步具備，并逐漸形成摩擦學(xué)這一新的發(fā)展中的學(xué)科。摩擦學(xué)研究的對(duì)象很廣泛，在機(jī)械工程中主要包括動(dòng)、靜摩擦，如滑動(dòng)軸承、齒輪傳動(dòng)、螺紋聯(lián)接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；零件表面受工作介質(zhì)摩擦或碰撞、沖擊，如犁鏵和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等；機(jī)械制造工藝的摩擦學(xué)問題，如金屬成形加工、切削加工和超精加工等；彈性體摩擦，如汽車輪胎與路面的摩擦、彈性密封的動(dòng)力滲漏等；特殊工況條件下的摩擦學(xué)問題，如宇宙探索中遇到的高真空、低溫和離子輻射等，深海作業(yè)

15、的高壓、腐蝕、潤(rùn)滑劑稀釋和防漏密封等。此外，還有生物中的摩擦學(xué)問題，如研究海豚皮膚結(jié)構(gòu)以改進(jìn)艦只設(shè)計(jì)，研究人體關(guān)節(jié)潤(rùn)滑機(jī)理以診治風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，研究人造心臟瓣膜的耐磨壽命以謀求最佳的人工心臟設(shè)計(jì)方案等。地質(zhì)學(xué)方面的摩擦學(xué)問題有地殼移動(dòng)、火山爆發(fā)和地震，以及山、海，斷層形成等。在音樂和體育以及人們?nèi)粘Ｉ钪幸泊嬖诖罅康哪Σ翆W(xué)問題。摩擦學(xué)涉及許多學(xué)科。如完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)的滑動(dòng)軸承的承載油膜，基本上可以運(yùn)用流體力學(xué)的理論來解算。但是齒輪傳動(dòng)和滾動(dòng)軸承這類點(diǎn)、線接觸的摩擦，還需要考慮接觸變形和高壓下潤(rùn)滑油粘度變化的影響；在計(jì)算摩擦阻力時(shí)則需要認(rèn)真考慮油的流變性質(zhì)，甚至要考慮瞬時(shí)變化過程的效應(yīng)，而不能把它

16、簡(jiǎn)化成牛頓流體。如果油膜厚度接近于接觸表面的粗糙度，還需要考慮表面紋理對(duì)潤(rùn)滑油的阻遏和疏導(dǎo)作用，以及油溫所引起的熱效應(yīng)。油膜再薄，兩摩擦表面粗糙峰點(diǎn) 也會(huì)發(fā)生接觸或碰撞，接觸峰將分擔(dān)一部分載荷，接觸峰點(diǎn)區(qū)域處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。在使用油性添加劑時(shí)，表面形成吸附膜，而在使用極壓添加劑時(shí)，表面形成反應(yīng)膜。 1.2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)球痕測(cè)厚儀可以方便、快捷的在鍍層試樣表面產(chǎn)生一個(gè)穿透鍍層的球冠型微坑，借助測(cè)量顯微鏡測(cè)量球冠型微坑的尺寸可精確計(jì)算出鍍層的厚度。同時(shí)用此設(shè)備亦可在磨損試驗(yàn)試片的磨損軌道上或劃痕試驗(yàn)試片的劃痕上磨出球冠型微坑，從而定性的檢測(cè)鍍層經(jīng)以上兩種破壞性試驗(yàn)后的完整度。摩擦是我們生活中司空見

17、慣的現(xiàn)象，我們每時(shí)每刻都在和摩擦打交道.我們走路、吃飯、洗衣服依靠摩擦；各種車輛的行使依靠摩擦，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)離不開摩擦；就是建造房子也離不開摩擦。假如沒有了摩擦，世界將會(huì)變成什么樣？真是不可想象。可以說，摩擦是我們?nèi)祟愲x不開的好朋友。但是在很多場(chǎng)合，摩擦三兄弟扮演著“不受歡迎”的角色。在現(xiàn)代汽車中，20的功率要用來克服摩擦；飛機(jī)上的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)因摩擦損耗的功率要占10，就是最先進(jìn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也要為克服摩擦損耗2的功率。世界上有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的汽車、數(shù)以萬(wàn)架的飛機(jī)，這樣每年要有多少燃料被白白浪費(fèi)掉，真是可惜。但更為嚴(yán)重的是，摩擦還會(huì)造成機(jī)器零部件的磨損。據(jù)報(bào)道，英國(guó)在這方面損失每年要超過20億美元。摩

18、擦除了導(dǎo)致磨損之外，還會(huì)使航空和航天器過度發(fā)熱，這更是現(xiàn)代科技遇到的又一難題。當(dāng)飛機(jī)著陸的時(shí)候，閘閥和閘輪會(huì)摩擦產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，這樣的高溫使機(jī)閘材料變軟、變質(zhì)，一幅價(jià)格昂貴的閘瓦和閘輪，往往只使用了幾次就報(bào)廢了。當(dāng)宇宙飛船返回地面的時(shí)候，由于高速船體與空氣之間的摩擦，會(huì)使整個(gè)船體成為一個(gè)通紅的火球，為了保護(hù)飛船里的宇航員和各種儀器設(shè)備，人們不得不付出昂貴的代價(jià)，用耐高溫的特種合金制造船體，并且還在外面加裝了耐高溫材料。為了能駕馭摩擦，讓摩擦三兄弟為人類更好地服務(wù)，人們一直在進(jìn)行著艱苦的研究和探索。早在15世紀(jì)，達(dá)芬奇就開始了對(duì)摩擦的研究。到17、18世紀(jì)，法國(guó)形成了一股摩擦研究熱，庫(kù)侖根據(jù)達(dá)芬奇

19、的想法完成了摩擦起因的凹凸說。到了18世紀(jì)上半葉，有人又創(chuàng)立了分子說。進(jìn)入20世紀(jì)后又出現(xiàn)了粘合說?？梢哉f有關(guān)摩擦起因的爭(zhēng)論還在進(jìn)行著，凹凸說、分子說和粘合說都持之有理，言之有據(jù)，究竟怎樣圓滿地解釋摩擦的起因，還一直是一個(gè)很活躍的研究課題。摩擦學(xué)研究的對(duì)象很廣泛，在機(jī)械工程中主要包括動(dòng)、靜摩擦，如滑動(dòng)軸承、齒輪傳動(dòng)、螺紋聯(lián)接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；零件表面受工作介質(zhì)摩擦或碰撞、沖擊，如犁鏵和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等；機(jī)械制造工藝的摩擦學(xué)問題，如金屬成形加工、切削加工和超精加工等；彈性體摩擦，如汽車輪胎與路面的摩擦、彈性密封的動(dòng)力滲漏等；特殊工況條件下的摩擦學(xué)問題，如宇宙探索中遇到的高真空、低溫和離子輻射

20、等，深海作業(yè)的高壓、腐蝕、潤(rùn)滑劑稀釋和防漏密封等。此外，還有生物中的摩擦學(xué)問題，如研究海豚皮膚結(jié)構(gòu)以改進(jìn)艦只設(shè)計(jì)，研究人體關(guān)節(jié)潤(rùn)滑機(jī)理以診治風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，研究人造心臟瓣膜的耐磨壽命以謀求最佳的人工心臟設(shè)計(jì)方案等。地質(zhì)學(xué)方面的摩擦學(xué)問題有地殼移動(dòng)、火山爆發(fā)和地震，以及山、海，斷層形成等。在音樂和體育以及人們?nèi)粘Ｉ钪幸泊嬖诖罅康哪Σ翆W(xué)問題。摩擦學(xué)涉及許多學(xué)科。如完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)的滑動(dòng)軸承的承載油膜，基本上可以運(yùn)用流體力學(xué)的理論來解算。但是齒輪傳動(dòng)和滾動(dòng)軸承這類點(diǎn)、線接觸的摩擦，還需要考慮接觸變形和高壓下潤(rùn)滑油粘度變化的影響；在計(jì)算摩擦阻力時(shí)則需要認(rèn)真考慮油的流變性質(zhì)，甚至要考慮瞬時(shí)變化過程的效應(yīng)

21、，而不能把它簡(jiǎn)化成牛頓流體。如果油膜厚度接近于接觸表面的粗糙度，還需要考慮表面紋理對(duì)潤(rùn)滑油的阻遏和疏導(dǎo)作用，以及油溫所引起的熱效應(yīng)。油膜再薄，兩摩擦表面粗糙峰點(diǎn) 也會(huì)發(fā)生接觸或碰撞，接觸峰將分擔(dān)一部分載荷，接觸峰點(diǎn)區(qū)域處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。在使用油性添加劑時(shí)，表面形成吸附膜，而在使用極壓添加劑時(shí)，表面形成反應(yīng)膜。為了了解磨損的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，尋找各種磨損類型的相互轉(zhuǎn)化以及復(fù)合的錯(cuò)綜關(guān)系，需要對(duì)表面的磨損全過程進(jìn)行微觀研究。僅就油潤(rùn)滑金屬摩擦來說，就需要研究潤(rùn)滑力學(xué)、彈性和塑性接觸、潤(rùn)滑劑的流變性質(zhì)、表面形貌、傳熱學(xué)和熱力學(xué)、摩擦化學(xué)和金屬物理等問題，涉及物理、化學(xué)、材料、機(jī)械工程和潤(rùn)滑工程等學(xué)科。隨

22、著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域?yàn)榱肆私饽p的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，尋找各種磨損類型的相互轉(zhuǎn)化以及復(fù)合的錯(cuò)綜關(guān)系，需要對(duì)表面的磨損全過程進(jìn)行微觀研究。僅就油潤(rùn)滑金屬摩擦來說，就需要研究潤(rùn)滑力學(xué)、彈性和塑性接觸、潤(rùn)滑劑的流變性質(zhì)、表面形貌、傳熱學(xué)和熱力學(xué)、摩擦化學(xué)和金屬物理等問題，涉及物理、化學(xué)、材料、機(jī)械工程和潤(rùn)滑工程等學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。潤(rùn)滑與摩擦的關(guān)系密切。摩擦的類別取決于摩擦條件，從潤(rùn)滑觀點(diǎn)來講，常按摩擦面之間有無潤(rùn)滑材

23、料及潤(rùn)滑劑的存在狀態(tài)來分類。可分為干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。潤(rùn)滑機(jī)理與這些不同的摩擦狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。摩擦面之間沒有潤(rùn)滑劑存在時(shí)發(fā)生的摩擦，稱為干摩擦。干摩擦的發(fā)生有許多理論解釋，常用的是所謂“粘著機(jī)械嚙合”學(xué)說。由于物體之間摩擦面的微觀狀態(tài)是凹凸不平的，摩擦面之間的接觸不發(fā)生在整個(gè)接觸面上，摩擦只是發(fā)生在摩擦面之間凸峰與凸峰正好相對(duì)的地方，物體之間的正壓力實(shí)際上只由占摩擦面很小部分的實(shí)際接觸面積承受。由于這些凸峰與凸峰相接觸的點(diǎn)受到相當(dāng)大的壓力而產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)了粘著現(xiàn)象,使凸峰與凸峰就好像被“熔焊”在一起。當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了將這些“熔焊”在一起的點(diǎn)撕裂所需要的力，就構(gòu)成了摩擦

24、力的主要部分。此外，還存在著一個(gè)摩擦面上的凸峰正好嵌入另一個(gè)摩擦面上的凹谷的情況，當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械嚙合阻力，這是摩擦力的又一個(gè)來源。因而物體之間發(fā)生干摩擦?xí)r，其摩擦力是“熔焊”點(diǎn)造成 的粘著阻力與“凹凸體”機(jī)械嚙合阻力之和。從設(shè)備的潤(rùn)滑觀點(diǎn)來講，干摩擦是有害的，主要表現(xiàn)在能量的損失（如轉(zhuǎn)為熱能）和機(jī)件的磨損上（如溫度升高導(dǎo)致材料表面抗磨性及強(qiáng)度降低同時(shí)有磨屑的產(chǎn)生）。邊界摩擦亦稱為邊界潤(rùn)滑，是指物體之間摩擦面上存在一層由潤(rùn)滑劑構(gòu)成的邊界膜發(fā)生的摩擦。邊界膜的性質(zhì)是影響邊界摩擦的主要因素，按其形成方式，可分為吸附膜和反應(yīng)膜兩類。吸附膜是通過物理因素（分子吸引）或化學(xué)因素（電子交換產(chǎn)

25、生的化學(xué)結(jié)合力），使?jié)櫥瑒┲械臉O性分子產(chǎn)生定向排列形成的一層膜。目前，摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的種類很多，并且沒有標(biāo)準(zhǔn)化。模擬性的試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵髞磉M(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。在分析設(shè)計(jì)滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)的同時(shí)，還必須要考慮各種零部件的造價(jià)，盡量在節(jié)約資金的同時(shí)，完成研究任務(wù)。一般性的摩擦磨損試驗(yàn)已傾向標(biāo)準(zhǔn)化，但看法還不完全一致，一般必須遵守的基本原則如下：1.3 原則1磨損試件的接觸條件和運(yùn)動(dòng)形式要與實(shí)際零件工作情況相同。1.4 原則2實(shí)際的工作零件可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有滑動(dòng)、滾動(dòng)、滾動(dòng)兼滑動(dòng)、沖擊，其中有連續(xù)運(yùn)動(dòng)（如轉(zhuǎn)動(dòng)）和往復(fù)運(yùn)動(dòng)（大振幅和小振幅運(yùn)動(dòng)）。接觸形式分為只有一個(gè)設(shè)計(jì)表面（如受液體或固體顆粒沖擊的

26、零件）和有兩個(gè)涉及表面。其中有點(diǎn)接觸、面接觸和線接觸。不同的接觸形式對(duì)摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響，我們?cè)谶@里研究的是點(diǎn)接觸，滑動(dòng)現(xiàn)象，示意圖如下：1.5 原則3試驗(yàn)設(shè)備必須是具有足夠的精度和調(diào)節(jié)時(shí)間的能力，這對(duì)試驗(yàn)參數(shù)的選擇很重要。首先，試驗(yàn)設(shè)備必須具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，這是由于在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)定摩擦系數(shù)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)內(nèi)的摩阻，常常導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定。試驗(yàn)機(jī)的精度不夠，影響數(shù)據(jù)的正確性；試驗(yàn)機(jī)壽命短，影響試驗(yàn)的長(zhǎng)期進(jìn)行；如果有震動(dòng)，使得測(cè)得的數(shù)據(jù)之間誤差較大。此外，我們還應(yīng)采用傳感器來測(cè)量試驗(yàn)參數(shù)，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如下：1.6 原則4試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能重現(xiàn)摩擦零件實(shí)際工作的環(huán)境因素，摩

27、擦副的環(huán)境因素（如潤(rùn)滑條件等）對(duì)其摩擦磨損性能有顯著的影響，在和實(shí)際工作環(huán)境不同的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，常導(dǎo)致不正確的結(jié)果。我們提出當(dāng)轉(zhuǎn)速、溫度、介質(zhì)、載荷不同情況下，結(jié)果有不同的變化。此設(shè)備模擬無潤(rùn)滑時(shí)摩擦。電動(dòng)機(jī)示意圖2.承載件結(jié)構(gòu)示意圖為防止載入時(shí)沖擊過大而損壞試件，設(shè)計(jì)帶有彈簧承載件，彈簧的選擇要保證加載后載物圓盤落至彈簧周圍的套筒上。1.7原則5試驗(yàn)機(jī)應(yīng)調(diào)整方便，試驗(yàn)結(jié)果分散度小，重復(fù)性好，試驗(yàn)精度高。第二章 試驗(yàn)參數(shù)的選擇2.1試驗(yàn)時(shí)間 選定合適的試驗(yàn)機(jī)后，試驗(yàn)時(shí)間要認(rèn)真選取。應(yīng)先做出時(shí)間與磨損的關(guān)系曲線，作為正確確定試驗(yàn)時(shí)間的根據(jù)，其中要注意：考慮測(cè)量?jī)x器的精確度，為了使測(cè)定磨損的精度

28、在允許范圍內(nèi)，從試驗(yàn)獲得的磨損量應(yīng)該比可能的測(cè)量誤差要大得多。2.2載荷和速度 對(duì)于模擬性的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，載荷和速度要根據(jù)實(shí)際的摩擦副情況而定。速度對(duì)溫度、對(duì)潤(rùn)滑條件的影響比較大，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，經(jīng)常采用比實(shí)際系統(tǒng)高的載荷和速度進(jìn)行“加速”試驗(yàn)。顯然，這只有在磨損過程沒有太大影響的時(shí)候才使用的。在潤(rùn)滑條件試驗(yàn)時(shí)一般很少在“混合潤(rùn)滑”情況下進(jìn)行。2.3試驗(yàn)次數(shù)1 因?yàn)槟Σ聊p試驗(yàn)的離散性很大，多次重復(fù)一種試驗(yàn)是必須的（至少要重復(fù)三次）。然后，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出試驗(yàn)結(jié)果。2.4控制試件摩擦表面所處的狀態(tài) 摩擦表面的控制狀態(tài)不嚴(yán)，引起摩擦磨損測(cè)量結(jié)果無規(guī)律的變化。因此，試驗(yàn)過程應(yīng)防止摩擦表面被異物污染，防止

29、磨粒侵入，以及在裝卸試件時(shí)保證重裝位置精度。2.5主要部件強(qiáng)度校核及受力分析當(dāng)溫度變化時(shí),桿件的變化應(yīng)為式中為材料的膨脹系數(shù),然后再在右端作用下桿件產(chǎn)生縮短.計(jì)算剪切應(yīng)力截面極慣性矩所以 第三章 試驗(yàn)條件及影響因素3.1試驗(yàn)條件：載荷：10-50公斤主軸轉(zhuǎn)速：750轉(zhuǎn)/分試件直徑：30-50毫米厚度10毫米載荷固定在摩擦圓盤上，摩擦圓盤由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。3.2影響因素1.試樣的表面性質(zhì)：包括材料種類（化學(xué)成分及組織）、機(jī)械性能和表面光潔度，它們明顯的影響磨損。2.試樣的形狀和尺寸：它影響試樣的接觸型式和重迭系數(shù)，而且它們還對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)、壓力大小、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以及磨損量等都有影響。有些試樣試驗(yàn)機(jī)規(guī)定

30、了試樣的形狀和尺寸。3.試樣中的固定件與運(yùn)動(dòng)件材料不同時(shí)，一般不宜倒轉(zhuǎn)裝配，特別是在干摩擦或固體潤(rùn)滑的情況下。4.運(yùn)動(dòng)形式：試樣相對(duì)運(yùn)動(dòng)所形成的滑動(dòng)、滾動(dòng)或復(fù)合摩擦形式不同，對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)或破壞特征等都有影響。5.速度：速度對(duì)磨損影響比較復(fù)雜，速度改變，摩擦系數(shù)一般發(fā)生變化；摩擦材料變形速度和接觸區(qū)的溫度也發(fā)生變化；甚至改變了磨損形式和潤(rùn)滑狀態(tài)。6.溫度：溫度與速度一樣，對(duì)磨損影響同樣是比較復(fù)雜的。溫度升高到一定程度，材料的摩擦系數(shù)和磨損量都將變化；溫度升高，潤(rùn)滑油的粘度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞油膜，改變潤(rùn)滑狀態(tài)。7.壓力：壓力改變，摩擦副的摩擦磨損特性隨之改變，潤(rùn)滑狀態(tài)也隨之改變。8.周圍環(huán)境介質(zhì)：

31、周圍環(huán)境的水汽、空氣、灰塵以及其它氣體的改變，對(duì)摩擦副材料和潤(rùn)滑材料都有影響。摩擦表面的狀態(tài)控制不嚴(yán)，將引起摩擦磨損測(cè)量結(jié)果無規(guī)律的變化。因此，試驗(yàn)過程應(yīng)防止摩擦表面被異物污染，防止微粒侵入，以及在裝卸試件時(shí)保證重裝的位置精度。9.潤(rùn)滑方式：不僅潤(rùn)滑劑種類和數(shù)量有影響。而且潤(rùn)滑條件（全浸、滴油、飛濺）以及給油方式（開式、閉式、有否過濾器等）對(duì)摩擦副都有直接影響。10.試驗(yàn)時(shí)間：在一定的試驗(yàn)條件下，要確定試驗(yàn)時(shí)間時(shí)，應(yīng)注意不同材料在不同磨損階段所發(fā)生的急劇改變，不能片面地強(qiáng)化試驗(yàn)條件，以求縮短試驗(yàn)時(shí)間，否則有可能改變破壞狀態(tài)。第四章 試驗(yàn)機(jī)原理以及測(cè)試方法 4.1試驗(yàn)機(jī)原理電動(dòng)機(jī)通過減速器減速后

32、，經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)杯回轉(zhuǎn)，下試件安裝在轉(zhuǎn)杯中并隨轉(zhuǎn)杯一起回轉(zhuǎn)，上試件裝在夾頭中。載荷由加載手柄產(chǎn)生，由傳感器直接測(cè)的摩擦副所受的正壓力，摩擦力用過另一傳感器經(jīng)計(jì)算后得出。工作時(shí)，可在下試件表面上滴潤(rùn)滑油（邊界潤(rùn)滑），也可不加潤(rùn)滑油（干摩擦）。4.2測(cè)試方法：磨損量的測(cè)量通過加載力的變化來確定。同時(shí)摩擦力的測(cè)定采用壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)，并且通過改變加載力的大小，可以調(diào)節(jié)摩擦副的接觸正壓力。根據(jù)庫(kù)侖定律計(jì)算摩擦系數(shù)： 式中，摩擦系數(shù) F摩擦力 N摩擦副承受的正壓力第五章 結(jié)構(gòu)介紹5.1驅(qū)動(dòng)部分由交流可調(diào)速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速轉(zhuǎn)動(dòng)。選擇電動(dòng)機(jī)：設(shè)0.3承受最大扭矩：50KgN/Kg0.03

33、M=4.41Nm額定功率：P=T/9550N=4.419550750=0.35KW所以選擇YCTD112-4B調(diào)速電機(jī)5.2傳動(dòng)部分由聯(lián)軸器連接試驗(yàn)板和電機(jī)。查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)由軸孔徑和轉(zhuǎn)速等條件選擇HL1Y-24型號(hào)的彈性柱銷聯(lián)軸器，工作時(shí)是通過主動(dòng)軸上的鍵、半聯(lián)軸器、柱銷、另一半聯(lián)軸器及鍵而傳到從動(dòng)軸上的。它的優(yōu)點(diǎn)是傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、制造方便，耐久性好，并且有一定的緩沖和吸振能力。5.3加載試驗(yàn)部分1.彈簧作用：4當(dāng)加載時(shí)以及免沖擊破壞被測(cè)材料表面，影響其摩擦性能的測(cè)定，彈簧的設(shè)計(jì)要保證其上部分落在套筒上，避免重心不穩(wěn)。彈簧的成品表面質(zhì)量要求光滑，不允許有裂紋、氧化皮、銹

34、蝕等缺陷；有工作極限負(fù)荷要求的壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)彈簧不允許有永久變形。2.彈簧的設(shè)計(jì)壓縮次數(shù) 壓縮量載荷所需彈簧剛度：材料：碳系彈簧鋼絲材料強(qiáng)度系數(shù)：材料指數(shù)：s=0.3 許用應(yīng)力系數(shù)：a=0.36查表得：M=0.273采用試算法：取c=9.3, d=18/9.3=1.932 否取c=10, =72.5, =7.25彈簧外徑：D=20+2=22單圈剛度：工作圈數(shù)：取支承圈數(shù)為2.5總?cè)?shù)：在作用下圈的間隙：彈簧圈距：極限載荷：作用下的變形量：作用下的變形量：彈簧的自由長(zhǎng)度：mm彈簧絲展開長(zhǎng)度：勁度系數(shù)： 3.杠桿作用：增大加載力度。由于安裝了壓力傳感器，加載力可更為精確。結(jié)構(gòu)示意圖如下：5.4試

35、驗(yàn)件加裝部分3 試驗(yàn)盤安裝在載物盤上由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，小球安裝在專用夾具上，專用夾具則安裝在加載軸上。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于防止下試件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將磨屑和潤(rùn)滑劑甩到試驗(yàn)機(jī)上。上試件為球體，可直接選用不同材料的標(biāo)準(zhǔn)軸承球。下試件為圓盤，可選用不同材料經(jīng)車削加工而成。如圖：5.5軸的設(shè)計(jì)材料：鋼調(diào)質(zhì)硬度：220HBS采用計(jì)算法：設(shè)傳遞的功率為0.6KW，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度粗估軸徑，有 其中P為傳遞的功率，不是電機(jī)的功率，n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min），d為軸的最小值靜（mm）,由于軸既承受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩，D去最小值30mpa,以補(bǔ)償彎矩對(duì)軸的影響。 以上所設(shè)計(jì)的軸的尺寸主要考慮的是與實(shí)際零件的配合。5.6箱體2 本試驗(yàn)機(jī)

36、為小型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，設(shè)計(jì)的機(jī)座質(zhì)量較大，以減少試驗(yàn)時(shí)震動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。用于安裝電動(dòng)機(jī)，承載試驗(yàn)裝置以及在其表面附帶線路控制板。其大小尺寸參考試驗(yàn)儀器及使用方便而定。箱體的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，如壁厚、凸臺(tái)及孔等對(duì)箱體的工作能力、材料消耗、質(zhì)量及成本影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)須處理好。壁厚、凸臺(tái)的布置和尺寸的確定可采用類比法，對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，并參照設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。5.7軸承選擇傳感軸上選擇角接觸球軸承和推力軸承。有已知軸徑大小和強(qiáng)度要求選擇型號(hào)：GB297-64 7205、GB301-64 8105。軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，軸承外徑與外殼的配合采用基軸制。5.8傳感器技

37、術(shù)指標(biāo)：型號(hào)：BK-2,其特點(diǎn)是精度高，拉、壓輸出對(duì)稱性好，性能穩(wěn)定可靠，量程范圍廣，安裝使用方便。測(cè)量范圍：0500kg，非線性誤差：優(yōu)于0.03，滯后誤差：優(yōu) 于0.03，重復(fù)性誤差：優(yōu)于0.03，零點(diǎn)溫度：優(yōu)于0.05，激勵(lì)電壓:12V, 輸出靈敏度 1.52.0mV/V，輸入電阻：鋼質(zhì)3805、鋁質(zhì)4005輸出電阻3502/3505，零點(diǎn)輸出：01%F.S，安全過負(fù)荷率120%F.S 5.9計(jì)算方法已知載荷P（由壓力傳感器1測(cè)得）、轉(zhuǎn)矩M（由傳感器2計(jì)算后得出）和小球球心到加載軸心距L。根據(jù)原理圖可知：載荷P可由傳感器1直接測(cè)得，即為。已知轉(zhuǎn)矩的公式為：= （由傳感器2測(cè)得）。受力示意圖如下：由庫(kù)侖定律 轉(zhuǎn)矩公式可得：第六章 鍵連接的選擇計(jì)算6.1鍵的選擇鍵連接選擇普通平鍵,B型，此種監(jiān)考側(cè)面?zhèn)鬓D(zhuǎn)矩，對(duì)中性好，易拆卸，無軸向固定作用，精度高，用于高速軸或受沖擊、正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。6.2關(guān)于鍵的計(jì)算平鍵動(dòng)連接工作壓強(qiáng):p=其中T傳遞的轉(zhuǎn)矩Nmm軸的直徑mm鍵的工作長(zhǎng)度，B型間輿論轂的接觸高度，平鍵0.4h6.3鍵連接的許用應(yīng)力鋼的動(dòng)連接許用壓強(qiáng)：靜載荷50;輕微沖擊40;沖擊30。第七章 潤(rùn)滑密封的選擇選擇潤(rùn)滑油,潤(rùn)滑油的物理性能是黏度,潤(rùn)滑油的主要性能指標(biāo)叫黏度,黏度是潤(rùn)滑油的內(nèi)摩擦阻力。選用通用鋰基潤(rùn)滑脂，此潤(rùn)滑脂適用