摩擦磨损试验机结构设计

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1、摩擦磨损试验机结构设计摘要先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，通过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动structural design of Friction-Wear Tester machine AbstractA

2、dvanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes, test the basic methods for comprehensiv

3、e analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure load structure in terms of friction an

4、d wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements.Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Reciprocating目录1 绪论11.1摩擦学概念11. 2摩擦磨损试验11. 2

5、. 1摩擦磨损试验分类11.2. 2摩擦磨损试验机21.2.3摩擦磨损测试技术研究现状42 摩擦磨损试验机机械结构总设计思路72.1摩擦磨损试验的基本系统72.2摩擦磨损试验机的设计思路82.2.1确定试验机设计要求82.2.2试验机的功能分析102.2.3 基本功能实现方案112.2.4对各实现方案进行组合，确定最优方案123 主传动部分设计163.1传动系统总体设计163.2驱动部分173.2 1.确定电动机类型173.2.2.确定电动机的容量173.2.3.确定电动机的转速183.3 传动部分同步带设计193.3.1同步带参数设计193.3.2 带轮挡圈参数223.4 主轴的设计223.

6、4.1.选择轴的材料及热处理方法223.4.2确定轴的最小直径233.4.3 轴承的选用233.4.4确定轴各段的尺寸263.4.5主轴强度的校核283.5轴承套筒的设计353.6 轴承座的设计353.7试验销夹具的设计363.7.1.总体设计363.7.2夹具设计374 加载机构总体设计404.1 气缸结构设计404.1.2活塞杆上输出力和缸径的计算404.1.3 气压缸的选择424.2 气缸加载夹具的设计434.2.1 夹具设计的总体方案434.2.2轴向试样安装夹具设计434.2.3径向试样安装夹具设计444.2.3夹具台设计454.3 滑动托板的设计454.3.1上滑动托板的设计454

7、.3.2下滑动托板的设计474.4 滚动导轨的设计与选择484.5 滚珠丝杠的设计与选择504.6 步进电机的设计与选择514.7 试验机底座的设53结束语54参考文献55致谢56附录57摩擦磨损试验机设计结构设计1 绪论1.1摩擦学概念摩擦学的现象和应用伴随着人类活动的各个方面，钻木取火就是摩擦学古老的应用。而摩擦学作为一个学科研究体系则是由英国H. P. Jost所主持的润滑工程工作组于1966年提出，现代牛津词典中把摩擦学定义为:“研究作相对运动的相互作用表面的科学技术及其有关的各种实际问题”。在机械工程应用领域，摩擦学主要研究的就是相互运动着的物体工作表面上的摩擦、磨损和润滑等课题，从

8、人类原始的很多简单劳动过程到当代的多种复杂工程系统，特别是机械工程系统，乃至日常生活的许多方面，都普遍地存在着种种不同形式的摩擦、磨损和润滑问题，这些问题的研究和解决，对人类创造光辉灿烂的历史文明和高度发达的现代科技都曾经起到了重要作用，并且还将对人类未来的科学技术发展和社会文明进步继续做出重要贡献。1. 2摩擦磨损试验1. 2. 1摩擦磨损试验分类摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象和本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用条件的最优参数。由于摩擦磨损现象十分复杂，实验方法和装置种类繁多，如何准确的获取摩擦磨损过程中的参数变化显得十分重要。摩擦磨损试验可根据实

9、验条件和目的分为两大类:第一类是现场实物摩擦磨损试验;第二类是实验室摩擦磨损模拟试验。 第一类摩擦磨损试验是在实际使用条件下进行的，这种试验的真实性和可靠性较好，但机器零件在实际使用中的磨损一般较慢，因而需要较长的周期才-能得到试验结果，而且磨损量还需要可靠和精确的仪器测量。机器在不同工况下运行，由于运行的条件不固定，因而所取得的测试数据重现性和规律性较差，不便研究摩擦磨损的规律性，也难以进行单项因素对摩擦磨损影响的观察。第二类试验不需要进行整机试验，只需要模拟机器零件和部件在实际使用条件下进行试验，同时可改变各种参数来分别测定其对摩擦磨损的影响，而且测试数据重现性和规律性较好，便于进行对比分

10、析，还可以通过强化试验条件，来缩短使用周期，减少试验费用。但这类试验方法所得到的结果，不能完全反映实际的复杂的摩擦磨损状况，往往不能直接应用，只有精确的模拟试验得到的结果才能有较好的实用性。 实践表明:摩擦磨损试验方法和条件不同，试验结果差别很大。所以在实验室中进行实验时，应当尽可能地模拟实际工矿条件，其中主要的有:滑动速度和表面压力的大小和变化、表面层的温度变化、润滑状态、环境介质条件和表面接触形式等等，对于高速滑动摩擦副的摩擦磨损试验，温度影响是主要问题，应当使试件的散热条件和温度分布接近实际情况。在低速摩擦副的实验中，由于磨合时间较长，为了消除磨合对试验结果的影响，可以预先将试件的摩擦表

11、面磨合，以便形成与使用条件相适应的表面品质;对于未经磨合的试件，通常不采集运转初期的测量数据，因为这些数据可能不稳定。1.2. 2摩擦磨损试验机 摩擦磨损实验机主要用来研究在不同速度、载荷和温度条件下各种材料和润滑剂的性能，也可以用来进行各种磨损形式的机理研究。摩擦磨损实验机试件之间的相对运动方式可以是纯滑动、纯滚动或者滚动伴随滑动，大多数实验机的试件采用旋转运动，也有是往复运动的。试件的接触形式可以分为面接触、线接触和点接触三种，通常面接触试件的单位面积压力为80100MPa，常用于磨粒磨损实验，线接触试件的最大接触压力可达到10001500MPa，适合于接触疲劳磨损实验和粘着磨损实验，点接

12、触试件的表面接触压力更高，最大可达5000MPa，适用于需要很高接触压力的实验，例如胶合磨损或高强度材料的接触疲劳磨损实验。常见的试验机有以下几种形式1：(1)销一盘式磨损试验机:由一个旋转的平圆盘和一个压在盘上的不动的圆柱销组成，销是试件，其端部可做成平面、半球形、锥形等，可进行各种摩擦副及润滑材料的摩擦磨损性能试验，也能进行粘着磨损规律的研究。国内产品型号有MD-240定速摩擦试验机等。(2)滚子式磨损试验机:上下两个母线接触的圆盘为试样，上下试样的转速不同，可获得纯滑动、纯滚动、滚动兼有滑动等运动形式。可对材科及润滑剂进行摩擦及磨损性能试验。适用于研究疲劳磨损等，国产型号有MM-200摩

13、擦磨损试验机，国外型号有阿姆斯勒(Amsler)磨损试验机等。(3)环一块型试验机:国外型号有梯姆肯(Timken)试验机等。试件用被测材料做成约小于1020平方毫米的方形平面，试环硬度非常大，与其它材料特别是塑料复合材料等磨时，可认为是不被磨的。因此可以直接测量试块在摩擦过程中被磨掉的体积。据此决定磨损量的相对值。较多用于快速筛选材料的耐磨损性能试验，试验中如能测出摩擦力的数值可以此计算摩擦系数。(4)四球式试验机:上球卡在夹头内，可以在不同速度下旋转，下面三个球固定，四个标准球均为中12. 7毫米，可从上面或下面施加载荷，主要用来评定润滑剂承载能力，也可测定摩擦副疲劳磨损寿命，国内有MQ-

14、800型，国外有壳牌四球机等型号。(5)端面摩擦磨损试验机: 端面摩擦磨损试验机采用面接触形式，如合肥工业大学摩擦学研究所研制的HDM-10端面摩擦磨损试验机采用上试样(圆环接触面，外径 30 mm，内径 22 mm)旋转，下试样(圆片状)静止的端面接触滑动摩擦形式，在油润滑和无油润滑条件下，对试样的摩擦磨损性能进行试验检测，该试验机特别适合于评定自润滑轴承材料、表面薄层或层状复合材料、固体润滑材料的减摩耐磨特性和综合使用性能。HDM-10端面摩擦试验机在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副配偶材料、光洁度、硬度等参数进行调整选择，考察试验材料在各种影响因素作用

15、下其摩擦磨损性能的变化，并根据不同条件下试验参数的变化和试样表面的磨损状况来评定在干摩擦或油润滑条件下试样材料的摩擦学特性及其综合使用性能。按不同试验要求，试验机又可分为快速磨损试验机、润滑材料性能试验机、高低温摩擦磨损试验机、高低速试验机以及轴承动态特性、齿轮疲劳、润滑油特性等试验机。常见的摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式在图1. 1中列出，其中(a)图所示的是四球试验机的摩擦副接触及运动方式。(b)图所示的是MM200试验机的摩擦副接触及运动方式。(c)图所示的是往复式试验机的摩擦副接触及运动方式。(d)图所示的是端面试验机的摩擦副接触及运动方式。(e)图PV摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式。图1.1 摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式1.2.3摩擦磨损测试技术研究现状机械设备是生产和生活的物质基础，在其运转过程中，可动零部件会按规定的接触表面作相对运动产生摩擦，消耗能量进而造成零部件的磨损。摩擦无处不在。由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列摩擦学问题普遍存在并对社会、经济的发展产生了巨大影响。有数据表明世界能源的1/31/2消耗于摩擦发热，而大约有80的零件损坏是由于磨损而引起的。