直线往复运动摩擦磨损试验机的改造Word格式文档下载.docx

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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

Abstract

Anexistinglinearreciprocatingfrictionweartestmachineismodifiedandthemannerofmotionischangedfromreciprocatingtorotation.Themaincontentofthedesignincludesthefollowingaspects.

（1）Theoverallstructuraldesignoftheadditionalpartofthefrictionandweartestingmachine.

（2）Themainspindledrivesystemofthetestmachineisdesignedindetail,includingdesignofreducer,choiceofthecoupling,checkoftheexperimentalshaft,andsoon.

（3）Designoftheloadingsystem,lubricationsystem,sealingsystemandwatertankstructure.

（4）Three-dimensionalmodelisestablishedfortheadditionalpartofthetestmachinewithProEandSolidWorksandthestrengthofseveralkeypartsarechecked.

keywords：

Frictionandweartestingmachine；

Rotationofthegrinding；

Frictionandwear；

Surfacetexture

第1章绪论

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Soemantei·

S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Fischer·

A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Fischer·

A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，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-型真空摩擦磨损试验机，可以提供4×

10-3Pa的压力环境，速度在0~2800r/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。

2.2.1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。

2.2.2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再与减速器相连，通过减速器以得到所需的转速。

减速器通过联轴器2与实验轴相连，实验轴连接着工作机部分。

2.2.3加载系统

实验轴上装有轴套，轴套用螺栓与实验轴轴肩固定。

轴套、轴瓦浸没在水池中，轴瓦上方装有装夹块，装夹块与原试验机的加载系统相连。

轴套轴瓦尺寸如图2.2所示。

实际稳定辊的轴瓦长度为60mm，考虑到现实实验台的尺寸大小，将轴套长度缩短为20mm，并保证实验轴套的线载荷与实际轴套的相同。

实验时在轴套上先试开出0.8mm×

0.4mm的人字槽（图2.3）。

工作机的装配图如图2.4所示。

图2.2轴套、轴瓦的尺寸

图2.3人字槽

图2.4工作机的装配图

图2.4中1为实验轴，2为轴用挡圈，3为轴承，4为套筒，5为轴承座，6为轴承端盖，7为水池壁，8为装夹块，9为轴瓦，10为轴套，11为螺塞，12为固定实验轴与轴套的螺栓，13为O型密封圈，14为固定轴承端盖与轴承座的螺栓。

工作时实验机对装夹块施加压力，故在实验轴上安装两个轴承以承担受力，两轴承之间用套筒相连，一个轴承的一端与轴承端盖相接，另一个轴承的一端与轴用挡圈相接，以防止轴承错位。

两轴承一个安装在轴承座内壁，另一个安装在轴承支座上。

2.2.4密封系统

水池与实验轴用O型密封圈密封，O型密封圈安装在轴承端盖中，轴承端盖用螺栓与水池固定。

为了更好地观察实验效果，水池壁采用有机玻璃。

为了防止水槽中的水进入轴承，对水池与轴承端盖进行密封。

水槽通过玻璃胶粘贴在底座上。

由于实验平台最大高度为127mm，故设计水池的高度应低于最大高度。

水池安装时先安装水池下半部分，焊接在底座上，再把轴承端盖（含O型密封圈）、轴承、套筒顺序安装。

此时将实验轴插入水池，水池排水处用螺塞密封好。

最后将水池上部安装在水池下部上，轴承端盖用螺栓与水池固定，在需密封地方涂上水玻璃。

需更换轴套时只需旋下螺塞，待水池水排完后卸下固定轴套的螺栓，即可更换轴套。

各部件用螺栓与底座相固定。

底座直接安放在试验机平台上，并通过紧定螺栓固定在实验台上。

2.3工作方式

实验时接通电动机，电动机通过联轴器带动减速器转动，进减速器减速得到实验所需的转速，减速器再通过联轴器带动实验轴转动，实验轴带动轴套转动。

这时对装夹块施加压力，让轴套、轴瓦之间相互摩擦，此时通过试验机上的传感器来测定摩擦系数。

通过对摩擦系数的对比从而得出最佳开槽形式。

图2.5~图2.7为试验机附加部分装配图。

图2.5摩擦磨损试验机装配图（左视图）

图2.6摩擦磨损试验机装配图（俯视图）

图2.7摩擦磨损试验机装配图（轴侧图）

第3章动力机选择

动力机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽轮机、水轮机、汽轮机等。

电动机构造简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般生产机械上大多采用电动机驱动。

3.1确定电动机的功率

电动机功率选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。

当功