摩擦磨损试验机结构设计.doc
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1、本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 绪论31.1 本课题研究的目的和意义31.2 国内外研究概况41.3 发展趋势81.4 小结82 摩擦磨损试验机的影响因素92.1 试验条件的影响92.2 试验负荷的影响123 试验机的设计分析153.1 试验机的整体分析153.2 设计方案的制定153.3 方案分析194 摩擦磨损试验机结构设计的相关计算214.1 试验机的主要性能指标的确定214.2 试验机的主传动系统的相关计算215 摩擦磨损试验机的结构设计335.1 磨损试验机的整体结构335.2 箱体的结构设计345.3 横梁的设计345.4 支架的设计355.5 摩擦盘夹持器的
2、设计365.6 摩擦销的结构设计37结 论38参考文献39致 谢41本科论文摘 要随着科学技术的高速发展,越来越多的人开始注意到机械效率低下这一问题。造成机械效率低下的一个主要原因是各零件间存在摩擦磨损,也正是因为摩擦磨损的存在,机械设备工作一段时间后会出现损坏。因此为了提高机械效率,改善摩擦磨损现象,延长机器使用寿命本文设计了一种摩擦磨损试验机。该试验机的功能非常强大,不仅可以用来评定材料的抗磨损性能,还可以用来分析不同润滑油的极压特性,除此之外,该试验机还可以计算出不同粗糙度所对应的摩擦系数。本次设计的试验机主要应用在高校和研究所,主要是用来做实验室试验,所以可以非常方便的对摩擦磨损现象及
3、其本质进行研究。在实际生活中,摩擦的环境是不断变化的,为了更好的确定各个参数,设计一个符合要求的摩擦磨损试验机是非常重要的。在国内的相关研究中,无论是机械领域还是材料领域都会用到摩擦学,所以摩擦学在科研过程中扮演了一个非常重要的角色,因此本文设计了一种摩擦磨损试验机,它不仅可以促进机械领域摩擦现象的研究,还可以扩展学科的研究领域,提高研究水平。当然摩擦磨损试验机在进行试验时,可以非常准确的测出摩擦学中的各个参数,然后在经过反复的试验最后确定最优参数。关键词:摩擦;试验机;摩擦学;设计AbstractWith the rapid development of science and techno
4、logy, more and more people begin to notice the problem of low mechanical efficiency. One of the main reasons for low mechanical efficiency is the friction and wear between various parts. It is also because of the friction and wear that mechanical equipment will be damaged after working for a period
5、of time. Therefore, in order to improve the mechanical efficiency, improve the friction and wear phenomenon and prolong the service life of the machine, a friction and wear testing machine is designed in this paper. The function of this testing machine is very powerful. It can be used not only to ev
6、aluate the wear resistance of materials, but also to analyze the extreme pressure characteristics of different lubricating oils. In addition, the testing machine can also calculate the friction coefficient corresponding to different roughness. The testing machine designed in this paper is mainly use
7、d in universities and research institutes. It is mainly used for laboratory tests, so it is very convenient to study the friction and wear phenomenon and its essence. In real life, the friction environment is constantly changing. In order to better determine various parameters, it is very important
8、to design a friction and wear testing machine that meets the requirements. Tribology is used in domestic related research, both in mechanical field and material field, so tribology plays a very important role in scientific research. Therefore, this paper designs a friction and wear testing machine,
9、which can not only promote the research of friction phenomena in mechanical field, but also expand the research field of disciplines and improve the research level. Of course, the friction and wear testing machine can accurately measure various parameters in tribology when testing, and then determin
10、e the optimal parameters after repeated tests. Key words: Friction; Testing machine; Tribology; Design本科论文引 言在当今时代,摩擦学在科研领域起到了很大的作用,它被称作21世纪科学技术中最基础的技术。对于摩擦磨损试验机来说,现存的种类有许多,最常见的是滚子式磨损试验机。本文设计了一种摩擦磨损试验机,它主要是用来测量材料在试验中的各参数。导致机械设备效率降低的原因有许多,但是影响最大也是最常见的是本文所提到的摩擦磨损,几乎80%的机械设备效率低下都是由摩擦磨损导致的。现实条件下,摩擦磨损无处不
11、在,就算是机器正常工作时,它也是存在的,它与多种因素有关,最常见的影响因素是压力和冲击。本文设计的摩擦磨损试验机,从它的名字中,就可以看出它的用途。大多数人也许对这个名字感到陌生,但它还有一些常见的名字,如摩擦试验机和磨损试验机等,这些名字对于机械行业的人来说是非常熟悉的。摩擦磨损试验机的种类是非常多的,可以根据摩擦副的不同进行分类,根据摩擦运动方式不同进行分类,也可根据载荷范围不同进行分类。现阶段,我国的摩擦磨损试验机大概有上百种,这极大的推动了科研领域的发展。对现阶段的摩擦磨损试验机来说,大多数都采用电脑控制,试验结果会通过电脑的显示屏显示出来,以便于观察和分析。并且机电一体化,也是摩擦磨
12、损试验机的一个发展方向,如果得以完全实现,不仅可以提高试验的精度,减少试验的误差,也可以大大的节省人力和物力。现阶段的摩擦磨损试验机机电一体化已基本成熟,在进行摩擦磨损实验时,只需按照一定的标准将实验数据输入到试验机中,试验机即可自动控制试验的进行,当试验完成时试验机会发出声音,提醒试验员,试验已结束。控制系统也和传统的控制系统不同,它具有断电记忆的功能,既试验过程中,如果突然断电,试验机也会自动保持断电前输入的参数。摩擦磨损试验机的适用范围非常广泛,只要条件允许,它不仅可以模拟出滑动、滚动等各种运动,还可以模拟出滑滚复合运动等各种复合运动,以便完成各种接触形式的摩擦磨损试验。摩擦磨损试验机最
13、常被用来评定润滑油、金属以及其它材料的摩擦磨损性能。摩擦磨损试验机内部有数据采集处理系统,可以通过传感器将电信号转变为数字信号,计算机经过数值信号输入转变为模拟量输出,完成数据的存储与处理。对于一些用于教学的试验机,它的计算机只能记录实验数据,然后通过打印机打印,最后由学生手工完成绘制。随着社会的高速发展,摩擦磨损试验机逐渐成为了发达国家研究的热点。对于摩擦学来说,它的理论性一般,但是实践起来却很困难,所以为了进一步探究摩擦现象,可通过摩擦磨损试验机来进行实验分析。为了更好的了解磨损机理,减轻磨损所带来的危害,当今世界各个国家的学者都开始对材料出现的磨损问题进行探讨。1 绪论1.1 本课题研究
14、的目的和意义改革开放以来,随着科学技术突飞猛进的发展,摩擦学在科学领域扮演的角色越来越重要。摩擦学的理论性不是很强,但是实践性是非常强的,当材料发生摩擦磨损行为时,我们就会用到摩擦磨损试验机,主要是用它来测量材料摩擦时的各种参数。常见的摩擦磨损试验机有以下五种:四球式、切入式、滚子式、盘销式、往复式等。在近五十年以来,各个领域都得到了飞速的发展,尤其是机械、电气和材料等领域,在这些领域中,人们都开始逐渐意识到磨损的危害。为了更好的了解磨损机理,减轻磨损所带来的危害,当今世界各个国家的学者都开始进行常温下的摩擦磨损试验,这推动了常温下工作的试验机的发展,由于高温下的摩擦磨损试验是非常少的,所以导
15、致适用于高温试验的摩擦磨损试验机的研究非常少。常见的摩擦磨损试验机如图1.1所示。图1.1 摩擦磨损试验机世界上的第一台摩擦磨损试验机是在二十世纪一零年代发明的,试验机的发展还是非常快的,现阶段我们所知的摩擦磨损试验机有几百种不同的类型,可参考摩擦磨损装置这本书。但是80%都是在常温下工作的,即常温磨损试验机1-2。在二十世纪以来,摩擦磨损试验机得到了突飞猛进的发展,但是它的研发主要依靠的还是企业的需求。就像最为少见的高温摩擦磨损试验机的研发,就是在企业需要对高温材料进行试验的条件下研发的。对于70%的摩擦磨损试验机来说,它们有几个共同的特点价格高、结构复杂,这也从侧面反映了摩擦磨损问题是不简
16、单的,并且进行摩擦磨损试验也是非常困难的。就摩擦磨损试验而言,它的操作难度因试验而异,它不仅可以揭释摩擦现象的本质,还可以得出各参数在不同工况下产生的影响,以便选择符合条件的参数。该试验可以应用在多个方面,其中最常用的是确定影响摩擦以及磨损的要素,也可以用于探讨摩擦机理以及对新发现的材料进行润滑剂、抗冲击、耐磨的评定等。现阶段有一个重要的课题就是怎样更好的测得摩擦磨损过程中主要参数发生的变化,这一课题的难点是摩擦磨损现象复杂并且条件多样。为了更好的确定和探索影响摩擦磨损性能的机理,我们必须密切关注摩擦学的研究以及加强摩擦磨损测试技术的学习。在我们生活的各个方面都存在摩擦磨损问题,例如航空、汽车
17、、农机、铁道等。根据网络调研发现,世界上主要的能量消耗发生在摩擦上,因此摩擦学是非常重要的。如果想有效的减少能量的消耗,最好的方式是采取合理的摩擦方案。对于机械零件来说,磨损和压溃是最常见的失效形式。与压溃相比,每年因为磨损而失效的零件是非常多的,对经济造成了很大的损失,根据最新统计,大约五分之四的机械零件失效是磨损造成的。随着社会的飞速发展,机械设备不断朝着高效、重载改变的方向发展,不断成为全人类关注的问题,这将帮助人们进一步深入研究机械磨损。1.2 国内外研究概况摩擦磨损试验机的适用领域是非常广泛的,最常见的是在机械领域。近些年来,全球的经济都在高速的发展,好多行业的发展都取到了前所未有的
18、成功,摩擦磨损试验机也变的越来越重要3。现阶段,在摩擦磨损试验机行业,美国、意大利和英国依旧遥遥领先,我国处在中等偏上的位置。我国第一台摩擦磨损试验机是济南的试金集团发明的。早在二十世纪六五十年代,我国的石油行业就非常需要摩擦磨损试验机,于是在1964年初,试金集团研究出了全国第一台MQ-12型四球摩擦试验机,并于1965年开始大批量的生产。在此基础上试金集团于第二年研制出有一种摩擦磨损试验机,型号为MM-200。试金集团两种试验机的研发,很大程度上提高了我国的试验机研发能力。进入二十一世纪以来,又多了许多研究摩擦磨损试验机的厂家,并且又研制出了许许多多高质量的产品。现阶段,我国有许多可以研制
19、出高质量试验机的企业,竟成测试技术有限公司就是其中之一,它研发了SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机如图1.2所示:图1.2 SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机SFT-2M试验机的研制,更加促进了我国试验机行业的发展,为销盘式摩擦磨损试验机的研发奠定了坚实的基础。该装置可以更加准确的测得材料表面的磨损情况,也可以进行摩擦副试验进而得出在不同摩擦方式下,材料的摩擦系数等各种参数。最大的特点是测量精度高。主要技术指标如表1.1所示:表1.1 SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机主要技术指标项目名称技术指标载荷范围1N200N旋转速度1004500rpm样品尺寸880mm 0.530mm摩擦系数测量精度0.2
20、 F样品对偶尺寸36mm磨痕深度1mm精度0.1m除了该公司外,我国在该领域成熟的公司还有许多,例如思达测试技术有限公司,它研发了MME-2微机控制摩擦磨损试验机。该摩擦磨损试验机的用途是非常广泛的,例如用于干摩擦等摩擦状态、金属和非金属材料和模拟干摩擦等摩擦模拟试验,该机的创新点是采用PLC进行控制。微机控制摩擦磨损试验机直接与电脑相连,可直接通过电脑观察和记录数据,并且各个参数也会在电脑屏幕上显示。在实验结束后可以输出各种曲线,例如摩擦系数时间曲线。该设备的特点是功能非常多,成本高,使用方便等。该机器不仅在国内用的较多,在国外也很受欢迎。MME-2微机控制摩擦磨损试验机如图1.3所示,技术
21、参数如表1.2所示。图1.3 MME-2微机控制摩擦磨损试验机表1.2 MME-2微机控制摩擦磨损试验机技术参数项目名称技术指标最大试验力2500N摩擦力矩测量范围020N.m上、下试样轴转速0-600r/min试样轴向最大移动距离4mm试验力相对误差在10%以上,不超过2%试验力重复性相对误差在10%以上,不超过2%摩擦力矩相对误差在10%以上,不超过2%摩擦力矩重复性相对误差在10%以上,不超过2%温度适用范围25-60时间控制范围1s-9999min转数控制范围1-99999999外形尺寸9706601100试验机净重约500kg以下是对于国外的一些成熟产品介绍:美国FALEX公司:经过
22、网络调研可知,该公式具有70多年的历史并且它是一个专业制造摩擦磨损测试仪器的公司。该公司的生产范围是非常广泛的,无论是在机械、化工还是材料领域都有广泛的应用。迄今为止,该公司生产的最具影响力的摩擦磨损试验机四球法磨损实验测定仪已经在各个国家广泛应用,并被各国政府所认同。四球法磨损磨损试验机如图1.4所示,技术参数如表1.3所示。图1.4 FALEX四球法磨损实验测定仪表1.3 FALEX四球法磨损实验测定仪技术参数项目名称技术指标试验负荷可变驱动四球试验机,气动可变负载最大到 180kg标准四球试验机,固定砝码和机械杆,最大50kg试验速度气动连续可变驱动,60 -3600 rpm 连续可调,
23、可选1 -10,000 rpm速度转换组件V形带和滑轮驱动,提供三种速度选择 600, 1200, 1800 rpm.温度控制数字温度控制环境温度-232定时数字可编程定时器 (1s-999h)测量F-1519:集成测压元件和数字显示摩擦力F-1520:手动测量环境固态或液态(润滑油、润滑脂,固态膜涂层等)可选外罩仓增强温度控制精度可选压力仓,最大压力125psi尺寸168 cm x 91 cm x 81 cm电源220V, 50/60Hz、10A气源80 psi 干燥空气 ( F-1519)1.3 发展趋势随着科学和技术的不断发展,越来越多的人开始关注摩擦磨损技术,对于摩擦磨损试验机来说,它
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- 摩擦 磨损 试验 结构设计
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