高溫高速摩擦磨損試驗機

=mmmm（4）驗證帶速：其中=40m/s；式中：n是小帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min；由表3-3同步帶允許最大線速度查得。表3-3同步帶允許最大線速度式中：n是小帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min；（5）初定中心距a：（3-2）令（6）初定帶的節(jié)線長及齒數(shù)z：取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度：mm；齒數(shù)z＝56；（7）實際中心距：小帶輪嚙合齒數(shù)：（8）基本額定功率P0：（9）帶寬b：式中：（10）軸上載荷：N3.2.3主軸強度校核：【2機械設(shè)計十五章】主軸受到的扭轉(zhuǎn)力矩的作用遠(yuǎn)大于軸向力，軸向力對軸的作用可以忽略不計，僅考慮扭轉(zhuǎn)力矩對軸的作用即可。切應(yīng)力：（3-3）式中：WT是軸的抗扭截面系數(shù)(mm3)；P是軸傳遞的功率(Kw)；n是軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；許用切應(yīng)力（MPa）；C是與軸截面有關(guān)的系數(shù)。則軸的最小直徑：（3-4）主軸的材料選擇1Gr16N35；可??；mm即主軸上直徑最小處：mm3.2.4主軸上鍵的強度校核：【3，機械設(shè)計手冊】鍵的尺寸初步定為，則該鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩：(3-5)式中：d是軸的直徑；是鍵的接觸長度；h是鍵的高度；[p]是許用壓強；取，則N?m由于軸上受到的力最大為20N，T遠(yuǎn)大于軸上實際受到的扭矩。故鍵的強度滿足要求。3.2.5橫梁的強度校核：由于橫梁受到的軸向和切向力最大均為20N，而且摩擦銷與橫梁不是緊密接觸，也就是力不是直接作用在橫梁上。因而橫梁受到的力很小，可以忽略不計，橫梁強度在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下能夠滿足強度和剛度要求。3.2.6絲杠螺母副的相關(guān)計算：【3，機械設(shè)計手冊】該絲杠螺母副主要用于傳遞運動，來控制摩擦銷沿摩擦盤的徑向位移。而沒有很大的力的傳遞，因此其傳遞的力可以忽略不計。下面對絲杠螺母副進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度校核可以不計。螺母的軸向位移：(3-6)式中：φ是螺桿轉(zhuǎn)角（rad）；S是導(dǎo)程(mm)；P是螺距(mm)；x是螺紋線數(shù)；令該螺紋為單線螺紋，則x＝1；由于絲杠帶動摩擦銷的移動距離為40mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長度L＝40mm；設(shè)計使螺紋移動l=40mm時，手輪轉(zhuǎn)動8圈，即：radmm由此可知：mm螺紋中徑：(3-7)式中：Ψ是螺母形式參數(shù)，整體式螺母取1.2~2.5，分體式螺母取2.5~3.5；pp是螺紋副許用壓強，N/mm2；可??；帶入數(shù)據(jù)，有：mm由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，?。簃m；螺母高度：mm旋和圈數(shù)：基本牙型高度：mm工作壓強：工作壓強滿足要求。為了保證自鎖，螺紋升角:4°30′螺紋牙根部的寬度：mm3.2.7軸承的校核：該系統(tǒng)三處用到了軸承：主軸、絲杠、以及橫梁旋轉(zhuǎn)軸處的軸承。這三處軸承均不用于承受載荷，僅僅起到支撐作用，受到的力很小，可以忽略不計；而且其轉(zhuǎn)速均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于軸承的極限轉(zhuǎn)速。因此軸承的校核可以省略，而認(rèn)為這些軸承的均滿足設(shè)計要求。3.3本章小結(jié)根據(jù)相關(guān)資料，確定試驗機的主要性能指標(biāo)；分別對電機、同步帶、主軸、鍵、絲杠螺母、軸承等部分進(jìn)行相關(guān)計算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和相應(yīng)的強度校核。摩擦磨損試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1磨損試驗機的整體結(jié)構(gòu)摩擦磨損試驗機用CAD做出的二維裝配圖的整體外觀效果如圖4-1所示。（a）(b)圖4-1摩擦磨損試驗機的二維裝配圖4.2摩擦球及其夾持器的設(shè)計適合于高溫摩擦磨損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內(nèi)徑的夾持器。摩擦球夾持器設(shè)計見圖4-2：(a)圖4-2摩擦球夾持器夾持器中間為中空結(jié)構(gòu)，后面有螺紋，只需將測試球從夾具的后端放入并應(yīng)用配套的零件旋緊即可。針對高溫摩擦測試熱脹冷縮的特點，可以在夾具中心加入微型彈簧以保證測試球始終保持被夾緊狀態(tài)。4.3摩擦盤夾持器的設(shè)計由于摩擦盤尺寸相對較小，對于脆性材料摩擦盤進(jìn)行試驗，摩擦盤的加工尤其是鉆中心孔難度很大，因此采用螺栓直接固定不適合。設(shè)計成專用的摩擦盤夾持器，如圖4-3所示：(a\)（b）圖4-3摩擦盤夾持器用螺紋副將摩擦盤夾持器固定在主軸上，使之隨主軸一起旋轉(zhuǎn)。在摩擦盤下面加上一個墊片，直徑大小和摩擦盤相當(dāng)，但厚度可調(diào)，裝卸方便，用于夾緊不同厚度的摩擦盤，使這個夾持器更加通用化。在摩擦盤外面用一個盤蓋定位，用螺栓緊固夾緊。盤蓋的結(jié)構(gòu)如圖4-3(b)所示：對于特殊形狀而且尺寸較小的試件，例如可轉(zhuǎn)位車刀刀片等，可以采用特制的鎳合金盤型夾具來固定，如圖4-4所示：（a）（b）圖4-4可轉(zhuǎn)位車刀專用夾具4.4橫梁的設(shè)計將球安裝在一支倔強系數(shù)很大的杠桿上，該杠桿被設(shè)計為無摩擦切向力傳感器，當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時，壓頭和樣品間產(chǎn)生的摩擦力會使杠桿發(fā)生輕微的彎曲，該形變程度可被固定在一起的線性差分位移傳感器檢測，并由此計算摩擦力的具體數(shù)值。通過測量材料的損失體積可計算壓頭和樣品的磨損系數(shù)。橫梁的設(shè)計如圖4-5：(a)(b)圖4-5橫梁在橫梁的兩側(cè)可以加上線性差分位移傳感器。摩擦銷受力引起橫梁中間的杠桿的微變形，位移傳感器檢測并指示出相對應(yīng)的力的大小。橫梁的兩個臂上開的槽是為了提高測量的靈敏度；橫梁兩側(cè)與支架相連的部分有個5mm的凸起，是為了使橫梁的杠桿部分與其他零件分隔開，測量過程中減少部件之間的摩擦對測量結(jié)果的影響。橫梁右端的孔與摩擦銷的配合采用過渡配合，既可以保證摩擦銷的位置精度，又可以盡量避免和銷在豎直方向上的摩擦力作用，以減少加載時對加載力精度的影響。4.5支架的設(shè)計：此試驗機用到的的支架有三種形式，它們受的力都很小，滿足結(jié)構(gòu)要求的支架就能夠滿足受力的要求。4.5.1與橫梁相連接的支架：該支架的作用是支撐、固定橫梁，并帶動橫梁一起繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。圖4-6是不同角度下橫梁的二維圖。（a）(b)圖4-6橫梁不同角度的視圖4.5.2與絲杠相連的支架：該支架的作用是為橫梁的旋轉(zhuǎn)提供一個旋轉(zhuǎn)軸，并且和絲杠相配合，控制摩擦銷沿摩擦盤的軸向位置。橫梁的旋轉(zhuǎn)角度范圍是由該支架的結(jié)構(gòu)所限制的。圖4-7是不同角度時與絲杠相連的支架的視圖。(a)(b)圖4-7與絲杠相連的支架不同角度的視圖橫梁的旋轉(zhuǎn)角度的極限位置是由結(jié)構(gòu)上的橫擋板和45°的斜面限制的，它們和上述支架下端的兩個面的相互作用來保證了旋轉(zhuǎn)的位置。由于旋轉(zhuǎn)僅僅為了使摩擦盤和摩擦銷分開，或者裝卸摩擦銷，而對具體的旋轉(zhuǎn)角度精度要求不是非常高，這種機械結(jié)構(gòu)完全可以滿足精度要求。4.5.3與底板相連的支架：圖4-8是不同角度時與底板相連的支架的視圖。（a）圖4-8與底板相連的支架不同角度的視圖該零件的作用是連接底板和上面的零件，為絲杠和導(dǎo)桿提供支撐，使上面的零件能夠較為精確的到達(dá)要求的位置。4.6本章小結(jié)分別對試驗機整體、摩擦球夾持器、摩擦盤夾持器、橫梁和主要的支架進(jìn)行功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計；對試驗機的部分零件和結(jié)構(gòu)給出CAD二維圖形表示。第五章結(jié)論高溫高速摩擦磨損試驗機是進(jìn)行高溫高速摩擦磨損試驗的有效設(shè)備，廣泛運用于對各種高速刀具的高溫摩擦磨損性能進(jìn)行測試和評價，是高速切削和新型刀具材料研制開發(fā)和應(yīng)用的必備設(shè)備。因此本文對銷盤式高溫高速摩擦磨損試驗機的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，給出了試驗機的基本參數(shù)，并對試驗機的機械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計、計算和計算機二維制圖，為試驗機的設(shè)計和實際制作提供了一定的依據(jù)和參考。該設(shè)計在滿足設(shè)計要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，沒有一味地追求高精度，適合進(jìn)行實際的生產(chǎn)。設(shè)計中采用了較為簡單的方法實現(xiàn)了相同的功能，例如在實現(xiàn)摩擦銷和摩擦盤的分離和摩擦銷的安裝這個功能上，沒有采用較高精度的電動機帶動絲杠螺母這一結(jié)構(gòu)，而是采用了簡單的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)這種純機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，既可以保證足夠的精度，又可以簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，制造、安裝、維修都大為簡化。此外，摩擦銷、摩擦盤的設(shè)計都很靈活，可以適用于尺寸、結(jié)構(gòu)都不同的摩擦副的試驗，例如尺寸不同的摩擦球，不同形狀的摩擦盤。同時也設(shè)計了相應(yīng)的夾持系統(tǒng)，這充分體現(xiàn)了互換性設(shè)計的思想。該設(shè)計只是針對摩擦磨損試驗機的機械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計計算和仿真，而電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的補充。參考文獻(xiàn)武文忠，郝建東，蘇俊義。高溫磨損試驗機的研制。北京：試驗技術(shù)與試驗機，2002，42（1，2），15～17桂長林，沈健。摩擦磨損試驗機設(shè)計的基礎(chǔ)：Ⅰ[1].摩擦磨損試驗機的分類和特點分析。合肥：固體潤滑。1990，10（1），48～55桂長林，沈健。摩擦磨損試驗機設(shè)計的基礎(chǔ)：II摩擦磨損試驗機設(shè)計方法的研究。合肥：固體潤滑。1990，10（2），120～136楊學(xué)軍，趙浩峰，趙昕月。高溫銷盤磨損試驗機的研制。太原：太原理工大學(xué)學(xué)報，2005，36（4），477～479李霞，許志慶，楊永。高速摩擦磨損試驗機的總體設(shè)計。北京：中國儀器儀表，2003，19～21?？烧?，金志浩。MPX—2000型盤銷式摩擦磨損試驗機的改裝。北京：機械科學(xué)與技術(shù)。1999。18（3），470～471，474何國仁，曾漢民，楊桂成。高溫摩擦磨損試驗機的研制。北京：北京：試驗技術(shù)與試驗機。1991，31（5），11～16王斌，蔡興旺。一種摩擦磨損試驗機的設(shè)計。北京：農(nóng)機化研究。2003，10，118～119馮辛安。機械制造裝備設(shè)計。北京：機械工業(yè)出版社。2004年1月成大先。機械設(shè)計手冊（單行本）機械傳動。北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2004年1月成大先。機械設(shè)計手冊（單行本）機械工程材料。北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2004年1月成大先。機械設(shè)計手冊（單行本）減（變）速器&電機與電氣。北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2004年1月邱宣懷。機械設(shè)計。北京：高等教育出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