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1、-安 徽 工 业 大 学毕 业 设 计 设计（论文）题目 ： 直线往复运动摩擦磨损试验机的改造 学生姓名： 姜春桐 * ： 129054477 专业名称： 机械制造及自动化 指导教师 徐培民 教授2016 年 6月6日. z.-摘要本文对已有直线往复摩擦磨损试验机进行改造，将往复对磨的运动方式改成转动对磨，使改造后的试验机在满足试验要求的前提下，结构小巧，造价低廉，使用方便。主要设计内容包括以下几个方面。（1）转动对磨摩擦磨损试验机附加部分的整体结构设计。（2）对试验机附加部分的主轴驱动系统进行了详细设计，包括减速器设计、联轴器选择，实验轴设计校核等。（3）加载系统、润滑系统、密封系统及水箱的
2、结构设计。（4）利用SolidWorks和ProE软件对试验机的附加部分进行了三维建模，并对几个关键零部件的强度进行了校核。关键词：摩擦磨损试验机；转动对磨；摩擦磨损量；表面织构. z.-AbstractAn e*isting linear reciprocating friction wear test machine is modified and the manner of motion is changed from reciprocating to rotation. The main content of the design includes the following aspe
3、cts.(1) The overall structural design of the additional part of the friction and wear testing machine.(2) The main spindle drive system of the test machine is designed in detail, including design of reducer, choice of the coupling, check of the e*perimental shaft, and so on.(3) Design of the loading
4、 system, lubrication system, sealing system and water tank structure.(4) Three-dimensional model is established for the additional part of the test machine with ProE and SolidWorks and the strength of several key parts are checked.keywords：Friction and wear testing machine；Rotation of the grinding；F
5、riction and wear；Surface te*ture. z.-摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究的目的与意义11.2 研究动态11.3 设计内容2第2章总体设计42.1 实验背景42.2 设计方案42.2.1 驱动系统42.2.2 传动系统42.2.3 加载系统42.2.4 密封系统62.3 工作方式6第3章动力机选择83.1 确定电动机的功率83.1.1 计算工作机所需功率PW83.1.2 计算电动机所需功率P0103.1.3 确定电动机的额定功率Pm103.2 确定电动机的转速103.3 确定电动机型号113.4 本章小结11第4章减速器的设计124.1 选
6、择减速器的类型124.1.1 传动装置总传动比的计算124.1.2 传动装置的运动和动力参数124.2 闭式直齿圆柱齿轮传动的设计134.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数134.2.2 按齿面接触疲劳强度设计134.2.3 按齿根弯曲疲劳强度设计184.2.4 几何尺寸的计算254.3 轴的结构尺寸设计及计算254.3.1 输入轴的设计254.3.2 输出轴的设计284.3.3 确定轴的尺寸304.4 本章小结30第5章实验轴的设计325.1 轴的结构尺寸设计325.1.1 选择材料，确定许用应力325.1.2 初步确定轴的最小直径325.1.3 轴的结构设计335.2 轴的校核33
7、5.2.1 求出轴上转矩335.2.2 危险截面左侧33. z.-5.2.3 危险截面右侧375.3本章小结39第6章联轴器的选择406.1 与减速器主动轴配合的联轴器406.1.1 类型选择406.1.2 载荷计算406.1.3 型号选择406.2 与减速器从动轴配合的联轴器406.2.1 类型选择406.2.2 载荷计算426.2.3 型号选择426.3 本章小结42第7章机座与水池437.1 机座43机座的材料及制造方法437.1.2 机座的最小厚度447.2 水池447.2.1 水池的设计447.2.2 水池的密封447.3 本章小结45结论46参考文献47致48. z.-第1章 绪论
8、1.1 课题研究的目的与意义运动产生摩擦。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、经济的发展产生着巨大影响。由于摩擦学科学所涉及的问题，与节约能源、节约材料、减少磨损、提高资源利用率和保护环境等密切相关，成为我国走新型工业化道路和发展循环经济必须面对的科学问题，已受到科技界的高度重视。利用摩擦磨损试验机进行摩擦学相关试验是最简单便捷的测试材料摩擦性能的方法。与实际使用试验相比，试验机测试周期短，成本低，并且可单独控制一些参数进行单项测试，灵活性也很好。所以在摩擦学研究领域，摩擦磨损试验机被广泛应用于机械设计，材料科学等领域进行材料磨损摩擦性能试验，用以评定材料
9、的耐磨性能，也可用于测定摩擦功及材料的摩擦系数等。另外，摩擦磨损试验机能很简单明了地演示摩擦磨损机理，对于摩擦磨损的教学有很好的促进作用，因而摩擦磨损试验机也广泛应用于教学实验室。为了满足轴套、衬套的转动对磨试验的需要，参考我校现有摩擦磨损实验机的基本原理，设计一个结构简单、体积小巧、实用廉价的转动对磨摩擦磨损实验机，结合试验机开展摩擦学试验，对生产实践、摩擦学测试技术以及摩擦学理论研究都具有积极的参考价值。1.2 研究动态1910年第一台磨料磨损试验机问世，1975年美国润滑工程学会（ALSE）编著的“摩擦磨损装置”一书中所公布的不同类型摩擦磨损试验机已有上百种。近几十年来，摩擦磨损试验机和
10、试验方法有了较大发展，但价格都比较昂贵。80年代初美国的SoemanteiS等人1最早从事高温磨损试验机的研究，共研制了三台高温磨料磨损试验机。并在这些试验机上研究了纯铝和纯铜在室温到400范围内大气气氛下磨料磨损的特性。80年代末德国的FischerA等人2在总结前人对试验机研究的基础上，研制一台气氛可控的高温三体磨损试验机。该机最大的优点是气氛可控、严格保证试验的主要因素（温度、磨料、载荷等）恒定，实验数据重现性好。主要缺点是：耐高温工作部位未设冷却系统，影响设备精度；同时由于该机未考虑高温氧化对磨损的影响，在该机测定高温氧化与磨损的交互作用时误差较大。90年代西交大的邢建东等人3研制了一
11、台高温磨损试验机。在电阻炉中的磨损室内装有一水平放置的砂轮，砂轮上有一定的松散磨料。实验时试样夹上装有相同成分的3个试样，它们受到作用于表面铺有松散磨料的砂轮上的载荷，由于试样和砂轮及其松散磨料间的相对运动而产生两体和三体混合磨料磨损。该机可严格控制温度。一次3个试样，可减少重复试验次数。但其主要不足是：（1）试样总在同一轨迹上反复磨损，磨屑潜入砂轮间隙，使砂轮研磨能力逐渐下降；（2）气氛不易控制；（3）这种混合磨损与实际工况相差较远。近年来，西交大吴文忠、邢建东等人在FischerA的高温氧化磨损试验机的基础上，研制一台高温氧化三体磨损试验机。该机的主要优点是：摩擦学系统设计合理；气氛可控，
12、温度可控；关键部件设有冷却系统。主要不足是：密封还存在一些问题；冷却系统还不够完善；气氛成分不能定量测定等。太原理工大学的杨学军等4研制了一台高温销盘磨损试验机。该机结构简单，操作方便，加热温度可控，能在1000范围内对各种金属材料的摩擦磨损特性进行研究，摩擦速度可调，所加载荷稳定，试验磨损均匀，对试验参数的变化反应敏感。北方交大的李霞等5研制的高速摩擦磨损试验机，其最大滑动速度可达70m/s，可以测量高速状态下的摩擦学参数；可以模拟高速列车制动；可以实现多个测试数据的显示与同步记录。 北京机械工业管理学院的崔周平、宋期等6对MT-1型真空摩擦磨损试验机进行了实际的振动速度测量和频谱分析，得出
13、了有关振动速度值和主要的振动来源。设计出的MT-1型真空摩擦磨损试验机在空载情况下的摩擦盘强迫振动速度值较小。哈工大的宋宝玉等人7研究的SY-I型真空摩擦磨损试验机，可以提供410-3Pa的压力环境，速度在02800r/min范围内可调，并且可以自动进行数据采集和处理。该机可以在真空、不同气候环境、加热及冷却等多种条件下测定材料的摩擦性能。北方交大的徐双满等人8为了研究机车柴油机缸套-活塞环材料的摩擦学性能，研制了一台往复式销块摩擦磨损试验机。该试验机可以在一定范围内实现载荷、速度、润滑脂的单因素控制。但该试验机磨损量的测量采用的是不连续的称重法。1.3 设计内容本课题研究的主要内容是对直线往
14、复摩擦磨损试验机的改造，并使其有利于教学实验。主要研究方法是从摩擦磨损测试的基本原理出发，找出简单易用的传动、调速、加载和测力的结构方案，将往复对磨的运动方式改成转动对磨，并使研制的试验机结构小巧，造价低廉，功能完善。本文主要内容如下：1. 完成对往复对磨摩擦磨损试验机的整体改造设计。2. 完成对试验机的主轴驱动系统、摩擦磨损测定系统、加载系统、润滑系统、密封系统的结构设计。3. 通过计算校核总体结构及关键零部件的强度。第2章 总体设计2.1 实验背景为了减小热镀锌工艺里稳定辊轴套与衬套（轴瓦）之间的磨损，现拟用表面织构技术在轴套表面开槽，通过实验探讨最佳开槽形式，最终提高其摩擦磨损特性。但是现有的实验机为往复式磨摩擦磨损试验机，而这里的实际工况为衬套-轴套之间发生对磨，所以将原有实验机改造成转动式磨摩擦磨损试验机。2.2 设计方案试验机附加部分包括驱动系统、传动系统和加载系统、密封系统四部分组成。 驱动系统本课题选用Y系列三相交流异步电动机，根据稳定辊轴承所受实际载荷来估算转动对磨试验机驱动电机的负荷，从而确定电动机的型号。传动系统传动系统是将电动机的运动和动力传递给工作机的中间装置。本课题传动方案如图2.1所示。图2.1 传动方案电动机与联轴器1相连，联轴器1再与减
