销盘式高温高速摩擦磨损试验机设计.doc

1、I目录第一章 概述 .11.1本课题研究的目的和意义 .11.2国内外研究概况 .21.3 发展趋势 .51.4 小结 .5第二章 摩擦磨损试验机的影响因素 .72.1试验条件的影响； .8第三章 方案设计、分析与比较 .133.1 试验机的整体分析 .133.2 设计方案的制定 .133.3 方案比较 .16第四章 摩擦磨损试验机结构设计的相关计算 .174.1、试验机的主要性能指标的确定 .174.2试验机的主传动系统的相关计算 .174.2.1电机选择： .174.2.2同步带传动的计算： .184.2.3主轴计算： .224.2.4、主轴上键的强度校核： .244.2.5、横梁的强度校

2、核： .244.2.6、丝杠螺母副的相关计算： .244.2.7、轴承的校核： .25第五章 摩擦磨损试验机的结构设计 .285.1、磨损试验机的整体结构 .285.2、箱体的结构设计 .295.3、横梁的设计 .295.4、支架的设计： .305.5、摩擦销的结构设计： .315.6、摩擦盘夹持器的设计： .31第六章 结 论 .32致谢 .33参考文献 .34附录：外文翻译 .35II销盘式高温高速摩擦磨损试验机的设计摘要：摩擦学是一门实践性很强的应用科学，在国内的相关研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切人式摩擦、磨损试验机、盘销式摩擦磨

3、损试验机等。摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。高温高速摩擦磨损试验机是进行高温高速摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的高温摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制开发和应用的必备设备。该设备是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基础设备，该设备可以扩展该学科的研究领域和提高研究水平。关键词：高温、高速、试验机IIIPin disc high-temperature high-speed friction tester designAbstract：Fric

4、tion is a very practical application of scientific research in China is widely used in a roller-type testing machine abrasion tester, four-ball friction and wear tester, reciprocating friction and wear test machine, cutting people friction and wear test machine, disc pins and other friction and wear

5、 test machine. The purpose of friction and wear tests on the friction and wear in order to study the phenomenon and its essence, the correct assessment of the various factors on the friction and wear properties to determine compliance requirements of the friction pair components using the optimal pa

6、rameters. High temperature friction and wear tester is heat-efficient high-speed friction and wear test equipment, widely used in various high temperature friction and wear properties of tool to test and evaluation, and new high-speed cutting tool material developed and applied the necessary equipme

7、nt . The device is a high-speed machining and cutting tool material research studies needed infrastructure, the device can be extended to the subject of basic research and research level. Key words: high temperature, high-speed, friction testing machine.1第一章 概述 1.1本课题研究的目的和意义摩擦学是一门实践性很强的应用科学，研究材料摩擦磨

8、损行为一般需要借助摩擦磨损试验机测量摩擦副的摩擦磨损特性等一系列参量。在国内的相关研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切入式摩擦、磨损试验机、销盘式摩擦磨损试验机等。随着冶金、矿山、电力以及工程机械等行业的发展，人们对摩擦磨损危害的认识有了相当的提高。为了弄清磨损机理以减少有害的磨损，各国学者对材料在常温下的各种磨损问题都进行了大量的研究，但对于材料在高温下的磨损问题至今却研究的比较少，这和高温磨损试验装置的缺乏有关系。1910 年第一台磨料磨损试验机问世，1975 年美国润滑工程师学会（ALSE）编著的摩擦磨损装置一书中所公布的不同类型的摩擦

9、磨损试验机有上百种，但其中大部分是常温磨损试验机。近几十年来，磨损试验机和试验方法虽然有了较大的发展，但这些试验机大多还是由企业和研究工作者根据工作需要和实际工况自行设计制造的，如高温磨料磨损试验机和适合高分子及其复合材料试验用的高温摩擦磨损试验机等。只有少数试验机是由专门的试验机厂或仪器制造公司制造和供应的，而且这些试验机大都结构复杂，价格较贵，这说明了磨损问题的复杂性和进行实验室磨损试验研究的困难所在。摩擦磨损问题存在于人类物质活动的各个方面，在发电、设备、冶金、汽车、铁道、宇航、电子等各方面的机械都大量存在着摩擦学的问题。据估计，全世界约有 1/2- 1/3的能源以各种形式损耗在摩擦上，

10、如果从摩擦学方面采取正确的措施，就可以大大节约能源消耗。磨损是机械零部件三种主要的失效形式之一，所导致的经济损失是巨大的，大约有 80%的机械零件由于各种磨损导致失效。特别是随着物质文明的进步和工业技术现代化的发展，机械设备的开发使用普遍趋于高速、重载、高效率化，如何控制和改善机械的摩擦磨损状况、提高其使用寿命和工作可靠性，已成为机械工业技术人员必须关注的问题，并促使其研究不断的深入和发展。摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦磨损试验研究的内容非常广泛，如探讨摩擦、磨损和润滑机理以及影响

11、摩擦、磨损的诸因素，对新的耐磨、减磨及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，如何准确地获取摩擦磨损过程中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研2究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究具有非常重要的作用。高温高速摩擦磨损试验机是进行高温高速摩擦磨损试验的有效设备，广泛运用于对各种高速刀具的高温摩擦磨损性能进行测试和评价，是高速切削和新型刀具材料研制开发和应用的必备设备。该设备是高速加工和刀具材料研究方向研究工作急需的基础设备，该设备可以扩展该学科的研究领域和提高研究水平

12、。1.2国内外研究概况摩擦试验机对冶金、矿山、电力以及工程机械等行业的发展有着至关重要的作用,随着目前世界各国科技的飞速发展,各个行业在技术上的突飞猛进摩擦试验机对于各行业的重要性也越来越明显。 目前，世界只有美国、日本、瑞士等少数几个国家拥有摩擦磨损试验机的专业生产企业，而济南试金集团是国内最早研制和生产摩擦磨损试验机的厂家。早在 1964年为了满足我国石油工业和材料工业的发展需求，济南试金集团开始研制 MQ-12型四球摩擦试验机，1965 年研制成功并投入生产，1966 年又研制成功 MM-200型磨损试验机，两种试验机的研制成功标志我国有了自行研制摩擦磨损试验机的能力。近几年我国摩擦磨损

13、试验机行业发展速度较快，受益于行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，摩擦磨损试验机行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得该行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国摩擦磨损试验机行业重新迎来良好的发展机遇。进入 2011年我国摩擦磨损试验机行业面临新的发展形势，由于新进入企业不断增多，上游原材料价格持续上涨，导致行业利润降低，行业市场竞争也日趋激烈。图 1-1为济南试金集团生产的 MM-U10G屏显端面摩擦磨损试验机，该试验机是以端面滑动摩擦形式，在浸油润滑和无油润滑状态下对环状试样施加较高的端面试验力，用于平定材

14、料的摩擦性能。可应用于选择摩擦副配对材料，材料抗磨损性能的研究。主要技术规格及参数最大试验力：10kN 示值精度：1%主轴转速：3002800r/min，无级调速；精度：10r/min最大摩擦力：300N，示值精度：3%温度测量范围：室温200，精度2时间设定：1s9999min采用计算机数据采集，屏幕显示各主要参数，根据试验要求打出试验曲线及报告 。3图 1-1 WAW-600D 微机控制电液伺服万能试验机以下是对国外著名产品的介绍：美国 FALEX公司：FALEX公司是摩擦磨损测试仪器的专业制造商，其产品广泛应用在石化、机械，军工等多个领域，目前有超过 300 台四球机试验机在各个国家使用

15、，已被各国政府部门和工业界广泛的认同，FALEX 公司的很多仪器已成为摩擦磨损领域的测试标准，被收录在 ISO、ASTM 等国际和行业的标准中。Falex试验销和 V形块测试仪是当今应用最广泛的评估润滑材料摩擦磨损特性的试验机，到目前为止有超过 1300个用户分布在全世界各地。测试原理：Falex试验销和 V形块试验机是实验室专用设备，主要用于评估原料及润滑油在普通或极压下的摩擦磨损特性。设备包括直径为 1/4英寸的试验销和紧靠两边的 1/2英寸的 v形块，通过棘轮和一个偏轴臂的机械装置对测试接触区域施加和维持压力负荷。技术参数：负荷：通过轮和弹簧式负荷表指示 V形块施加于试验销的负荷，Fal

16、ex 双量程负荷表范围可指示从 200到 3000lbs的直接负荷，精度为满量程的2%，可到 300psi的平均初始水平压力，可选电子负荷表提供 3000lbs直接负荷的数字显示。还可选择低负荷表来增加测量精度。速度轴速：290rpm10rpm可变速度：50-5600rpm（F-1503 型）磨损：棘轮系统可测量在试验期间的磨损率和总磨损，14.4 棘轮齿数= 0.001 inch (0.025 mm)扭矩：0-100inch-lb 的数字显示，精度为满量程的2%（F-1503 和 F-1500C4可提供自动扭矩开关）实验环境实验：干式润滑剂液体润滑温度：室温到 150压力：最高 225psi

17、（可选）图 1-2 美国 Falex试验轴和 V型块(Pin and Vee Block)摩擦磨损试验机（FALEX Pin and Vee Block Test Machine）瑞士 CSM公司：瑞士 CSM公司是世界知名的表面力学性能测试设备制造商，数十年中，为世界范围的科研院所、工业用户提供了最先进的技术与应用服务。CSM公司提供多种功能的摩擦磨损实验设备，按不同的载荷以及使用条件可分为以下几类：纳米摩擦测试仪 NTR（Nano-tribometer） ；摩擦试验机 TRB（Tribometer pin-on-disk） ，可升级为真空摩擦试验机；高温摩擦试验机 THT（High tem

18、perature tribometer） ，可升级为高温真空摩擦试验机；磨损测试仪 CAW（Calowear） ；膜厚测试仪 CAT（Calotest） ，分为工业与实验室用 2种型号。CSM公司的摩擦试验机主要用于测定自润滑涂层的使用寿命，以及表征固体材料或硬质涂层在不同条件下的摩擦磨损行为，用户可以通过改变摩擦时间、接触压力、运动速率、环境温度、湿度、润滑剂等参数得到材料的一系列性能指标。5图 1-3 瑞士 CSM公司的摩擦磨损试验机1.3 发展趋势随着现代科学技术的进步，摩擦磨损测试技术发展迅速，摩擦磨损试验机呈以下发展趋势：（1） 、以高性能的电机系统取代机械变速系统：目前，高性能的电

19、机系统己经比较成熟，调速比可以达到一比几百、几千甚至更高。利用这种系统既可以实现转动，也可以实现摆动和直线运动。由高性能电机直接驱动主轴，不仅能使机械结构大大简化，而且还能降低试验机的摩擦损耗，提高整机的寿命和可靠性。但高性能电机系统价格比较昂贵。（2） 、在摩擦磨损试验机上应用微型计算机：微型计算机的价格低廉，操作简单，性能稳定，不仅可以取代以往的二次仪表对试验机进行控制，而且还可以对测试参数进行自动采集和数据处理，因而能使试验机的功能大大加强。（3） 、改进测试手段；（4） 、提高稳定性、测试精度，以使试验结果具有更好的重复性和再现性。1.4 设计要求本设计主要对销盘式高温高速摩擦磨损试验

20、机进行机械结构部分的设计与计算机三维实体造型以及二维图的绘制。所设计的试验机满足下面的性能要求：6(1) 主轴转速范围 03000 r/min，无级调速；(2) 工作的最高温度 1000 ；(3) 加载范围：020 N，采用砝码加载；(4) 样品盘最大尺寸为 80 mm，最大厚度 10 mm。本设计要求设计出实现上述要求的较为合理的方案，并进行相关计算。最后对整个试验机进行机械结构设计，用 AutoCAD绘制整个试验机的二维图。7第二章 摩擦磨损试验机的影响因素进行摩擦磨损试验的目的是要模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及规律性，以便通过选定参数的测量分析考察图 2-1所示的工作运转

21、变量、润滑变量和气氛变量等对特定摩擦磨损试验系统摩擦元素的影响。因此，摩擦磨损试验机的设计就是要依据这种目的和既定的具体任务要求，构思形成图 2-1所示的基本系统，其工作运转变量一般要求在一定范围内可调，对于测试参数应当根据需要选定.图 2-1 摩擦磨损试验机的基本系统1、2 摩擦元素 3润滑剂 4气氛2.1试验条件的影响；（1）运动形式的影响运动形式与试验机的摩擦副结构有关，二者都是由所要模拟的摩擦副决定的，试验机的摩擦副结构和运动形式一般是固定的，但也有一些多功能试验机的摩擦副和运动形式均可通过添加附件而加以改变。例如，美国 FALEX公司的多功能试样测试机在添加附件以后，就可以形成球-平面、四球、板-板(面接触)、液体侵蚀、针-盘和滚动四球等多种摩擦副形式。试验机上摩擦副的最基本运动形式一般有以下 4种，即滑动、滚动、自旋和冲击。在试验机上，对运动形式都有明确的规定，但对运动的位置精度却要求不高，因此这方面的要求可忽略。