1、PAGE PAGE - 17 - 四球摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)姓 名 院 系 專(zhuān) 業(yè) 年 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 答辯日期 答辯成績(jī) 內(nèi)容摘要本設(shè)計(jì)主要討論接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的目的是考察工作實(shí)際情況條件下的特征和變化，揭示各種因素對(duì)摩擦磨損性能的影響，從而確定符合使用條件的最優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，這種搖臂式結(jié)構(gòu)的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)體積小、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、試件裝夾方便。實(shí)驗(yàn)所用上試件可利用滾動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)球體，這種球體價(jià)格低，可以直接在市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)；實(shí)驗(yàn)所用下試件為圓盤(pán)，它對(duì)任何材料都可采用車(chē)削加工，加工成本低，便于不同材料的摩擦學(xué)性能測(cè)試，這是接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)

2、的最大特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)不僅詳盡地?cái)⑹隽穗p盤(pán)式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程：試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)原則，工作原理，試驗(yàn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：并且敘述了試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)參數(shù)的選擇的技術(shù)特性。為了分析不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)條件下的摩擦學(xué)特性以及在不同的載荷以及滾動(dòng)速度條件下，分析各種材料的摩擦學(xué)特性，設(shè)計(jì)雙盤(pán)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，使在機(jī)械以及航空領(lǐng)域中，得到廣泛，充分的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 接觸疲勞 摩擦 試驗(yàn)機(jī)AbstractRub to wear away experience of the purpose is an influence to investigate actual work term descend their chara

3、cteristic and change, announce to public every kind of factor to rub the wear and tear function. From but make sure to mateh the usage the conditonal and superior turning design the parameter. In many tests method, a dish contact fatigue test machine uses in the world more and more widespread a kind

4、 of friction wears away to experiment the method, and have Chiens, accurate etc.This design not only described in details a dish contact fatigue tries the design process that check the machine : Experiment the total design principle, work principle of the machine and experiment the basic constructio

5、n of the machine ; And describe the on trial machine experiment the choice of the parameter with the technique characteristic . Still collected to design the reference browsed in the process in the appendix. Learn the characteristic for the sake of the friction of the different and opposite sport in

6、 analysis term bottom and at carry the and roll over the flat-out term differently next, analyze the friction of every kind of material learn the characteristic, designing a pair of dishses contact the fatigue tries to check the machine,making in machine and aviation etc. Key words：realms ,get exten

7、sive ,well of application.目 錄第一章實(shí)驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)原則3（一）實(shí)驗(yàn)機(jī)的材料性能5（二）實(shí)驗(yàn)機(jī)性能5（三）實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和選擇原則5（四）經(jīng)濟(jì)性 5第二章實(shí)驗(yàn)條件因素6第三章實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)（一）驅(qū)動(dòng)部分10（二）傳動(dòng)部分10（三）摩擦盤(pán)11（四）加力機(jī)構(gòu)12（五）箱體13（六）實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇13（七）試驗(yàn)件加裝部分14第四章結(jié)論參考文獻(xiàn)16謝詞17附錄18需要全套圖紙等資料聯(lián)系，QQ：1047713170第一章 實(shí)驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)原則（一）實(shí)驗(yàn)機(jī)的材料性能實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ粮钡牟牧弦M可能使實(shí)驗(yàn)的幾何形狀簡(jiǎn)單，容易制造。實(shí)驗(yàn)潤(rùn)滑材料的性能則要求使用標(biāo)準(zhǔn)摩擦副式樣，便與大批量生產(chǎn)，如鋼球

8、，環(huán)塊或塊狀。（二）實(shí)驗(yàn)機(jī)性能1試件接觸形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)試件的接觸形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要和實(shí)際零件工作情況相同，實(shí)際的工作零件可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方式有滑動(dòng)，滾動(dòng)，滾動(dòng)兼滑動(dòng)，沖擊，其中有連續(xù)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。接觸形式分為只有一個(gè)設(shè)計(jì)表面和有兩個(gè)設(shè)計(jì)表面。其中有點(diǎn)接觸，面接觸和線(xiàn)接觸。不同的接觸形式對(duì)摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響，我們這里設(shè)計(jì)的兩試件的接觸為點(diǎn)接觸，是滑動(dòng)現(xiàn)象，示意圖如下： 調(diào)節(jié)試件的能力實(shí)驗(yàn)設(shè)備必須具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，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。實(shí)驗(yàn)機(jī)的精度不夠，影響數(shù)據(jù)的正確性；壽命短，影響實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)期進(jìn)行；有震動(dòng)，使得測(cè)得的數(shù)據(jù)之間誤差較大。試件的

9、調(diào)節(jié)能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇很重要。實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)調(diào)節(jié)方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散度很小，重復(fù)性很高，實(shí)驗(yàn)精度也就很高。（三）實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和選擇原則實(shí)驗(yàn)機(jī)的種類(lèi)很多，目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。模擬性的實(shí)驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵髞?lái)設(shè)計(jì)和選擇。一般性的接觸疲勞實(shí)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：接觸疲勞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。（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零件）和有兩個(gè)設(shè)計(jì)表面。其中有點(diǎn)接觸，線(xiàn)接觸和面接觸。不同的接觸形式

10、對(duì)摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響。（四）經(jīng)濟(jì)性 在分析設(shè)計(jì)高真空摩擦實(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)。第二章 試驗(yàn)條件因素試樣的表面性質(zhì)：包括材料種類(lèi)（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。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)定了試樣的形狀和尺寸。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。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。速度：速度對(duì)磨損影

11、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)。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)。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。周?chē)h(huán)境介質(zhì)：周?chē)h(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(wú)規(guī)律的變化。因此，試驗(yàn)過(guò)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。潤(rùn)滑方式：不

12、僅潤(rùn)滑劑種類(lèi)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(kāi)式、閉式、有否過(guò)濾器等）對(duì)摩擦副都有直接影響。第三章 實(shí)驗(yàn)機(jī)的機(jī)構(gòu)（一）驅(qū)動(dòng)部分本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速:綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，重量，價(jià)格和減速器的傳動(dòng)比，選擇轉(zhuǎn)速為1500的電動(dòng)機(jī)。 參看機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇Y123M-4號(hào)電動(dòng)機(jī)。所以選Y123M-4調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 （二）傳動(dòng)部分傳動(dòng)軸是將齒輪減速電動(dòng)機(jī)和摩擦盤(pán)連接的環(huán)節(jié)，有聯(lián)軸器帶動(dòng)軸承，使而者同功率轉(zhuǎn)動(dòng)。查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)軸空直徑尺寸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等條件選擇合適的規(guī)格。 聯(lián)軸器 GB5843-86 （三）摩擦盤(pán) 摩擦盤(pán)的材料選用滾動(dòng)

13、軸承鋼，簡(jiǎn)圖如下：（四）加力機(jī)構(gòu)加力機(jī)構(gòu)采用杠桿原理，簡(jiǎn)圖如下：（五）箱體1、設(shè)計(jì)方法：箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用結(jié)構(gòu)包容法，即根據(jù)箱體內(nèi)部零件尺寸和它們之間的相互關(guān)系，采用包容的方法來(lái)構(gòu)造箱體的結(jié)構(gòu)形狀及確定其結(jié)構(gòu)尺寸。與此同時(shí)，還應(yīng)考慮外部有關(guān)零部件對(duì)箱體和尺寸的要求。然后從美學(xué)角度進(jìn)行修正。2、箱體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇：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(lèi)比法，對(duì)同類(lèi)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)。本試驗(yàn)機(jī)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

14、動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。箱體用于安裝電動(dòng)機(jī)，承載試驗(yàn)裝置以及在其表面附帶線(xiàn)路控制板。其大小尺寸參考試驗(yàn)儀器及使用方便而定。 3、軸的計(jì)算 （1）軸的選擇與強(qiáng)度校核（連接大齒輪與摩擦盤(pán)的軸）（a）選擇軸的材料軸的材料選擇45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理（b）按轉(zhuǎn)距初算軸徑D= 16 mm（c）軸的強(qiáng)度校核與計(jì)算 Ft=3183.3 Ft= Fttg20=1158.6 62F-42 Ft=0 F=2156.4 F= Ft-FH2=1027.9 M=1027.920=20558N.mm M=373.7=7474N.mmM=21874.5N.mm（2）判斷危險(xiǎn)截面截面 I.IV. V.VI.A.B.D 只受扭距作用。無(wú)

15、需校核，截面III和IV處過(guò)映配合引起的應(yīng)力最嚴(yán)重，兩截面中的應(yīng)力集中影響相近，但截面IV不受扭距作用。同時(shí)軸徑也比較大所以不需要校核。因此只需要校核截面III左右兩側(cè)即可。（3）截面III左側(cè)抗彎截面系數(shù) w=0.1d=0.1153=337.5mm抗扭截面系數(shù) WT=0.2 d=675 mm截面彎曲切應(yīng)力 b=64.8Mpa扭距切應(yīng)力 =283 Mpa又=640 Mpa =275 Mpa =155 Mpa應(yīng)力集中系數(shù) a=2.0 a=1.31軸的材料敏性系數(shù)為 q=0.82 q=0.85有效應(yīng)力集中系數(shù) k=1+q(a-1)=1.82 k=1+q(a-1)=1.26尺寸系數(shù) =0.67 扭轉(zhuǎn)

16、尺寸系數(shù) r=0.82表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92軸沒(méi)經(jīng)表面強(qiáng)化處理 q=1所以 k=+-1=2.80k=+-1=1.62材料特性系數(shù) =0.1 =0.05（4）截面III左側(cè)抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.117=491.3mm抗扭截面系數(shù) W=0.2d=982.6mm=194.4Mpa彎距M以及彎曲應(yīng)力為 M=21874.5Nmm =44.5Mpa過(guò)應(yīng)配合處的k/=3.16 =0.8=2.52表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92所以 k=+-1=3.25 k=+-1=2.62所以軸在接III右側(cè)的安全系數(shù)為S=+=21.75 S=8.29S=7.75S=1.5所以軸在截面III右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。（

17、六）實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇1 .實(shí)驗(yàn)時(shí)間 選擇合適的滾動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)之后，要先對(duì)時(shí)間與磨損之間進(jìn)行細(xì)致分析，作出他們的關(guān)系曲線(xiàn)，特別要注意精確度，這可以作為確定實(shí)驗(yàn)時(shí)間的依據(jù)。還要考慮到傳感器等各種測(cè)量?jī)x器的精確程度，為了使測(cè)定磨損的精度在合理范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)獲取的磨損量要比測(cè)量?jī)x可能的誤差大的多。 2 實(shí)驗(yàn)載荷和摩擦盤(pán)轉(zhuǎn)速 對(duì)于模擬性的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，載荷和速度要根據(jù)實(shí)際摩擦副情況而定。速度對(duì)溫度，速度對(duì)潤(rùn)滑條件影響比較大，在實(shí)驗(yàn)試件中，經(jīng)常采用比實(shí)際系統(tǒng)高的載荷和速度進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)。顯然，這只有在對(duì)磨損過(guò)程沒(méi)有太大影響時(shí)才是使用的。3實(shí)驗(yàn)次數(shù) 因?yàn)槟Σ聊p實(shí)驗(yàn)的離散性很大，實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)之間往往存在誤差，主

18、要是系統(tǒng)誤差造成的，多次重復(fù)一種實(shí)驗(yàn)是必要的。一般取35次測(cè)量的算術(shù)平均值作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，必要時(shí)可增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)，或用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，確定有效數(shù)字，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4控制試件摩擦表面所處的狀態(tài) 摩擦表面的狀態(tài)控制不嚴(yán)，引起摩擦磨損測(cè)量結(jié)果無(wú)規(guī)律的變化。因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)防止摩擦表面被子異物污染，防止磨粒侵入，以及在裝卸試件時(shí)保證重裝位置精度。（七） 實(shí)驗(yàn)條件與摩擦的測(cè)定 1、載荷：520千克，主軸轉(zhuǎn)速：300轉(zhuǎn)/分2、摩擦的測(cè)定 式中 F 作用與接觸面上的總壓力 B 初始接觸長(zhǎng)度 和 分別為上盤(pán)和下盤(pán)的接觸線(xiàn)出的曲率半徑 和分別為上盤(pán)和下盤(pán)的泊松比 E1和E2分別為上盤(pán)和下盤(pán)的彈

19、性模量 第四章 結(jié)論本課題的主要特色就是為了研究在不同的載荷以及滑動(dòng)速度條件下，分析各種材料的疲勞強(qiáng)度的特性。雙盤(pán)接觸疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)明，調(diào)試和操作簡(jiǎn)單方便、結(jié)構(gòu)新穎、測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)容易。如果加以應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，鞏固所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。該試驗(yàn)機(jī)可用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，又可用于教師科研試驗(yàn)使用。希望該實(shí)驗(yàn)機(jī)能對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高起到推動(dòng)作用。我是第一次接觸這種機(jī)器。因此，感覺(jué)不知道怎么做，我的指導(dǎo)老師給予我很大的幫助。題目要求：通過(guò)設(shè)計(jì)雙盤(pán)接觸疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)，了解摩擦磨損原理，摩擦副結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系。從而揭示接觸疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理和使用方法以及重要性。根據(jù)之一要求將整個(gè)研究工作分成了幾個(gè)階段完成。第一階段：調(diào)研，收集摩擦學(xué)，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)的資料，分析各種材料。第二階段：學(xué)習(xí)摩擦磨損原理及有關(guān)知識(shí)。我又重新學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)（西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編）中的第四章摩擦磨損概述，翻閱了摩擦學(xué)原理等書(shū)籍。第三階段：考慮實(shí)驗(yàn)機(jī)的功能和制造要求實(shí)用性等。總之，可以歸納為首先規(guī)劃實(shí)驗(yàn)大致輪廓，分析銷(xiāo)盤(pán)式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)的原理，