（毕业设计全套）小型摩擦磨损试验机的研制设计（打包下载）

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置示意图滚动试验有无油状态下和润滑状态下的疲劳试验。图.，图.为疲劳试验的示意图，它们的基本结构致。加载杆的固定座上安装轴承架，其上安装个小轴承，轴承与试样的测试面线接触。试样随主轴旋转，带动轴承在试样表面滚动。这种安排用于评价间歇线接触的工作状态，如模拟齿轮的啮合状态，这时试样的接触面性能与齿轮表面性能致。如果轴承换成球或者球形圆周面的盘，则可模拟圆球在平面上的滚动。该试验要求附件和试样有较高的精度，同时准确安装，否则陪试轴承的寿命较短。图.无油状态下疲劳试验装置示意该试验机还可以进行高温摩擦试验，如图.所示。其中增加了个电加热附件，它适用于干摩擦状态下前面所述的各种摩擦试验。如可以进行高温下的环块试验，模拟气缸中活塞环和缸体的实际工作状况。另外，该试验机还能用同试样进行不同的摩擦试验，如用做过销盘试验的试样直接进行接触疲劳试验，这样可以排除不同试样的性能差异对试验数据的干扰，有利于研究涂层的摩擦性能与疲劳性能间的相关性。图.润滑状态下疲劳试验装置示意图图.高温摩擦试验装置示意图这种多功能试验机的主要性能为无级调速主轴转速范围试样所受载荷范围。设计启示由上面介绍可知，所研制的由主体试样装夹附件和计算机数据采集及处理系统组成的摩擦试验机，在结构设计构思上具有许多特点。只需更换主轴夹头和加载杆上的附件就可以进行不同的摩擦试验，还能通过设计新的附件来实现新的功能，体现了该试验机的多用性和功能的可拓展性在该试验机上进行各种摩擦试验时可以采用同试样，有利于研究试样各种摩擦性能间的相关性由于这种试验机采用计算机数据采集系统，使数据处理变得方便，快捷，试验结果准确，重复性好。由此可以认为，该多功能摩擦试验机将具有广泛的应用前景。.型试验机基本结构及工作原理该机为了适应不同状态下的试验，也是采用的拼装组合式模块化结构，图.是该试验机的结构简图。由图.可以看出，交流变频器将变频后的电流供给主电机上，通过谐波减速器仅低速时用腔外传动装置磁力耦合器穿过真空罩壁传至腔内装置上，再经过圆锥齿轮副传至腔内传动装置上，再经过圆锥齿轮副传至主机的主轴上。试件由于被紧固在主轴上，所以被带带动。而球形试件则被夹固在立轴上。立轴通过直线轴承，其上端可加试验载荷。而摩擦副间产生的摩擦力迫使横臂绕小立轴转动，但此转动由固定的弹性变形元件所阻止，其上帖有电阻应变片，因此可感知阻力大小，其数值经应变仪及微机处理后由打印机打印输出。.交流变频器.主电机.谐波减速器.腔外传动装置.磁力耦合器.腔内传动装置.主机.试件.球形试件.直线轴承.承载轴承.横臂.小立轴.变形原件.真空泵.应变仪.微机.打印机床身.真空泵.真空泵电机图.型真空多功能摩擦磨损试验机传动示意图带动试件的主轴转速可在内任意设置，由交流变频器或交流变频器与谐波减速器组合调速。试验可加最大载荷“环块”线接触如图.时.主机主轴.柱形试件.平面试件图.“环块”线接触试验示意图“球环”点接触如图.时.主机主轴.试件.球试件图.“球环”点接触试验示意图“环环”面接触如图.时。.主机主轴.环形试件.平试件图.“环环”面接触试验示意图当需要做线接触摩擦磨损试验时，只要把“球环”点接触摩擦磨损装置图.双点滑线所圈部分拆下来，换上“环块”线接触摩擦磨损试验装置如图.即可。当进行“环环”的面接触摩擦磨损试验时，拆下“线”接触摩擦磨损试验装置，换上“面”接触摩擦磨损试验装置即可。当进行常态试验时，可不用真空罩及真空泵，其他部件正常使用。并且应该注意，在使用前需对各应变片进行标定。设计启示型真空多功能摩擦磨损试验机是个商业化的大型多功能的智能试验机，通过专用软件就可以把相关的测试结果打印出来，而且该机采用模块化设计，做不同的试验采用不同的模块组件，能够有效的降低试验机的拥有成本，试验机的性价比很高。另外，该机做点接触，线接触以及面接触采用的部件结构对我的设计也是个很好的启发。在研制小型试验机时要将其可用的优点都用在自己的设计上。.柱形试件垫圈.轴.平面试件.法兰盘.直线轴承.型套.弹性元件.内套.轴承.压板.短外套.端盖.螺帽.支架.短铰臂.接头.弹片支座.防脱环.法兰盘.直线轴承座.挡块.传力杆.滑轮组件.六角螺帽.六角螺钉垫圈.平头螺钉.顶丝圆头螺钉.顶丝.尼龙绳图.“环块”线接触摩擦磨损试验装置结构示意图.本章小结本章比较了收集到的几种小型摩擦磨损试验机的结构及工作原理。通过对比发现了各种设计的优缺点，并为自己的设计选型提供了很好的参考依据。第章小型磨损试验机功能部件的结构设计功能部件的设计是小型摩擦磨损试验机设计的关键部分，只有将功能部件设计的巧妙合理了，才能整体提升试验机的性能。.试件装夹组件的设计在比较了几种小型摩擦磨损试验机并参考了几个大型摩擦磨损试验机的相关原理与结构之后，发现模块化的试验机是性价比较高的，而且可以进行多种摩擦磨损试验，能够比较好的满足学校实验室的教学需要，但像型真空多功能摩擦磨损试验机的各功能模块较大，对教学实验室来说，并不是非常合理的做法，但采用这种较大功能模块的设计具有精度高的优点。因此，我在设计小型试验机时，也采用模块化设计，但可更换的模块仅限于夹头部分，目前设计常用的用于滚动摩擦试验的圆柱夹头如图.和用于滑动摩擦试验的方柱夹头如图.，其余部分在做不同试验时不用变动。图.圆柱试件装夹模块示意图图.方柱试件装夹模块示意图夹头靠紧固螺钉和连接杆与试验机测力部件相连，更换时只需放松紧固螺钉，取下夹头即可，这样较少的更换模块实现较多的功能，而且对机型的测试精度影响很小，是比较可取的设计方案。试件尺寸按照常用试验机的上试件尺寸取方柱试件，圆柱试件直径，长度，两头加工锥底直径，高度.的锥孔，如图.所示。图.圆柱试件示意图.摩擦力测试组件的设计经过观察研究其他试验机测力原理，发现简单的试验机测力组件都是靠弹簧来测力的，价格便宜，设计应用简单是其最大的优点。虽然更多的精密试验机测力是靠压敏电阻来测力的，但考虑到我研制的试验机主要用于学校试验教学，演示磨损摩擦机理，较少的用于科学研究，所以还是选用价格便宜的扭转弹簧作为测力元件。在测力组件结构上，参考了其他些试验机的测力原理，但有所改进。主要改进的地方是测力组件的中心与摩擦盘同心。图.所示的球盘式试验机的测力的方式是般试验机普遍采用的方式，当试件受到摩擦力的推动以后，会带动绕旋转，如果受到的摩擦力较小，旋转幅度很小，不会与转杯发生碰撞，试验能够正常进行但如果试件受到的摩擦力较大的话，则可能与转杯发生碰撞，严重时甚至造成机器损坏。.带传动.电动机及齿轮减速器.转杯.下试件.上试件.夹头.砝码.杠杆.压力传感器图.球盘式试验机原理图为了克服这问题，让试验机测力组件的旋转中心与摩擦盘的旋转中心重合如图.，这样上试件的旋转范围扩大了很多，而且不论怎么旋转，上下试件的接触面积都不会改变，这样不仅有效的提高了摩擦磨损试验机的精度，而且扩大了测力范围。.试验力加载组件设计由图.可以看出，上试件的加载载荷是由砝码提供的，根据，可知，当要提供的压力时，需要加载个的砝码，当要提供的载荷时需要放个的砝码，因此给试验造成很大的麻烦。当然，也有不少的试验机采用液压组件进行加压，但因液压组件结构复杂，造价高，也不适合学校实验室使用。般的小型摩擦磨损试验机的试验力范围在之内，不能满足大多数磨损试验的需要，因为材料的磨损率是用单位时间或单位运动距离的磨损量来表示的，如果材料受到的摩擦力较小，短时间内受到的磨损就很少，难以测定，不容易来说明材料的磨损机理与规律。能加载较小的试验力的试验机只能比较清楚而简单的测试材料的摩擦系数与演示摩擦原理，不利于研究材料的磨损机理。图.小型摩擦磨损试验机功能部件示意图大型的摩擦磨损试验机广泛采用液压系统作为加载组件，该系统具有加载力大，加载效率高，加载较大试验力时比较简单易操作的优点，但液压系统比较复杂，尤其实现边加载力边旋转测力时，结构更复杂，不容易设计制造，并且成本很高，所以不便于使用。为了弥补以上两种加载力组件的不足，同时最好的满足实验室对教学试验机的使用要求，我在设计加载组件时，联想到普通的杆秤只需个小秤砣就能测出上百千克重物的质量，因此将杠杆原理引入到磨损摩擦试验机中，作为加载组件。这样既能比砝码加载方式提供更大的加载载荷，又没有液压组件的结构复杂，因此，这是个非常可取的设计方案。为了更好的实现摩擦磨损两种功能的测试，加载力初步定位，介于砝码加载方案和液压加载方案之间。.本章小结本章通过分析了几种其他磨损摩擦试验机的测试原理，与结构方式，找到其不足的地方与不适合自己设计要求的部分，然后想办法改进，将其应用到自己的设计之中，创造性的完成了小型磨损试验机功能部件的优化设计。第章小型磨损试验机传动部件设计进行完小型试验机主功能部件的设计，就是配套传动部件与整机的设计了，在该部分设计中，需要考虑产品易用性与实用性。.主要参数设计衡量个磨损摩擦试验机的性能的主要有最大试验力，试验力准确度，摩擦力矩最大值，主轴转速范围四个参数。般小型摩擦磨损试验机的试验力靠砝码加载，最大试验力，较大型的摩擦磨损试验机采用液压组件加载试验力，试验力范围般，我们教学试验主要用于演示摩擦磨损试验原理，不用加载那么大的试验力，但较小的试验力又不利于测试材料的磨损性能，根据老师给定的测试范围并考虑试验机结构的简洁，所以将加载的最大试验力定为。对于试验力的准确度初步按之内设计，具体准确度在设计制造完工之后进行测试标定，如果准确度超过，则要查找相关原因，进行改进。摩擦力矩的最大值经计算为•，计算过程如下根据参考文献，般金属材料间的动摩擦因素在.之内，只有粉末冶金材料的动摩擦因素在之间，但我们不常用，因此取材料间的最大动摩擦因素.，则在加载最大试验力时，摩擦力•最大转矩••.为了设计制造方便，以及具有广泛的主轴调速范围，主轴调速不便采用变速器，最好采用变频调速电机。现在的变频调速电机不仅价格越来越便宜，而且调速精度也比较高，如果单件小批量生产，采用自主设计的变速器的价格甚至比采用高精度变频调速电机的造价高很多，所以采用变频调速电机进行调速。系列变频调速电机的恒转矩调频范围为，恒功率调频范围，而该电机在时的转速为，因此其速度变化范围为，经传动比为的带轮传动装置减速后，其速度变化范围为在设计要求的范围之内。.整体结构设计为了便于样机的制造，试验机机架采用直角铁焊接而成，外面用.钢板覆盖，为了便于应用小型试验机进行试验，试验机的高度设计为左右，宽度左右，长度左右，试验机大小基本和单人学生课桌相当，非常便于试验操作人员操作试验机。试验机机架的基本结构如图.。图.试验机基本部件布置示意图试验机带轮传动装置采用带轮级减速，然后通过轴带动摩擦盘运转。轴的安装方式是立式的，并且承载左右的轴向力，因此采用角接触球轴承，两端固定方式如图.所示。图.轴承固定方式示意图.本章小结本章首先确定了试验机的基本参数，并根据基本参数初选了电动机。然后根据各部件尺寸以及布置方式，确定了试验机的基本框架以及传动轴的布置，为下步的具体部件的设计计算与相关的实体设计提供了理论依据。第章试验机零部件的设计与校核在确定了试验机的基本参数后，本张主要进行相关零部件的设