胡曉旭++陳威

摘 要：摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)作為研究材料摩擦磨損性能的工具，根據(jù)摩擦副可分為球盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、盤盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等。本設(shè)計(jì)針對(duì)的是以滑動(dòng)摩擦為工作方式的銷盤式試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)中是用電機(jī)帶動(dòng)摩擦盤旋轉(zhuǎn)，中間選擇用帶輪連接；另外利用絲杠螺母的傳動(dòng)來帶動(dòng)摩擦銷的進(jìn)給加載運(yùn)動(dòng)，通過銷頭相對(duì)于式樣盤的移動(dòng)距離對(duì)絲桿螺母副進(jìn)行了較為精確的計(jì)算，從而確定了絲杠螺母副的基本尺寸以及與其配套的聯(lián)軸器和電機(jī)的選擇，使得摩擦盤和摩擦銷進(jìn)行摩擦；中間還設(shè)計(jì)了專用的式樣盤和式樣銷的夾持器、主軸的支架以及箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)機(jī) 銷 盤 摩擦

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0088-02

一般情況下將磨損分為五個(gè)基本類型：粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損。銷-盤式的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致銷與盤表面的相對(duì)以實(shí)現(xiàn)不同材料的摩擦磨損，可擬合刀具切削過程或軸承配副運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，可以科學(xué)地以試驗(yàn)的方式實(shí)現(xiàn)多配副方式的摩擦磨損性能研究。

在摩擦試驗(yàn)過程中，速度、載荷和溫度均對(duì)配副的摩擦磨損性能造成較為顯著的影響。如何實(shí)現(xiàn)速度、載荷和溫度的可控，在確定試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)予以關(guān)注。此外，試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，材料的選擇以及最優(yōu)方案的確定應(yīng)多角度進(jìn)行考慮。對(duì)于較高的載荷，應(yīng)考慮選用液壓加載比較合理，而對(duì)于較低加載，則選用砝碼加載就能滿足要求；如果是高速的摩擦運(yùn)動(dòng)，就會(huì)選用帶式傳動(dòng)使試驗(yàn)過程更加穩(wěn)定；同樣的，試驗(yàn)過程中若溫度較高，則應(yīng)對(duì)機(jī)構(gòu)的材料做出特殊的調(diào)整?？梢娭乜紤]速度、載荷和溫度的影響對(duì)本設(shè)計(jì)至關(guān)重要，當(dāng)然這只是三個(gè)比較重要的影響因素，另外還有許多因素會(huì)影響到試驗(yàn)過程，例如運(yùn)動(dòng)形式、測(cè)量參數(shù)和試驗(yàn)時(shí)間等。

1 試驗(yàn)機(jī)原理設(shè)計(jì)及方案比較

方案一采用齒輪，可以保證傳動(dòng)比，制造安裝精度要求不是很嚴(yán)格，并且可以防止過載時(shí)對(duì)電機(jī)的損壞。但是齒輪傳動(dòng)噪聲大，震動(dòng)劇烈，況且由于齒輪的金屬質(zhì)地使電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)熱影響到實(shí)驗(yàn)精度，見圖1。

方案二電機(jī)通過V帶傳動(dòng)，可以緩和載荷沖擊而且運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，制造安裝精度要求不是很嚴(yán)格，并且可以防止過載時(shí)對(duì)電機(jī)的損壞。主軸和電機(jī)之間的熱影響很小。專用的摩擦盤夾持器保證了摩擦盤旋轉(zhuǎn)時(shí)的精度，又可以保證其整體性，對(duì)于例如三角形硬質(zhì)合金可專位車刀刀片等尺寸小、性脆、不易打中心孔等的試件的夾持又有很大的優(yōu)勢(shì)。電機(jī)控制連續(xù)加載系統(tǒng)準(zhǔn)確，誤差較小。左邊T型導(dǎo)軌和橫梁是可以相對(duì)滑動(dòng)的，使系統(tǒng)穩(wěn)定性好，測(cè)量結(jié)果較精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且工作效率比較高，見圖2。

針對(duì)以上兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較，可以得出結(jié)論：方案三是這三種設(shè)計(jì)方案中比較合理的一種方案，該方案既可以滿足設(shè)計(jì)精度的要求，又具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

2 試驗(yàn)機(jī)主要結(jié)構(gòu)計(jì)算

首先根據(jù)摩擦盤出的摩擦力與相對(duì)摩擦速度計(jì)算出所需的功率，然后選擇出電機(jī)的型號(hào)為進(jìn)電機(jī)86BH2A65-408，該電機(jī)的主要參數(shù)為：重量1.7kg，長(zhǎng)度65mm，軸徑23mm，轉(zhuǎn)速700r/min，功率3.5kW。接下來是帶輪的相關(guān)計(jì)算，包括有關(guān)系數(shù)的查找（見表1）。

通過計(jì)算出小帶輪與大帶輪的直徑與中心距，以及后面帶的根數(shù)的計(jì)算，最終確定帶輪的結(jié)構(gòu)。與帶相連的是主軸，最小軸徑一段由于要與帶輪配合，故確定其長(zhǎng)度為46mm，軸徑定為20mm，然后根據(jù)后面的軸承與摩擦盤的配合一次確定各段軸的長(zhǎng)度和軸徑，包括確定軸的材料定為40Cr，調(diào)制處理。

摩擦盤的傳動(dòng)設(shè)計(jì)完成之后，再設(shè)計(jì)摩擦銷的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這里選用的是絲杠螺母副來帶動(dòng)銷上下移動(dòng)，同樣由相關(guān)要求確定好功率從而選擇電機(jī)，其型號(hào)為Y112M-6，主要參數(shù)為：額定功率p=2.2kW，轉(zhuǎn)速n=940r/min，效率為80.5，軸徑為28mm，轉(zhuǎn)矩T=2，重45kg，長(zhǎng)度60mm。這里需要將電機(jī)與絲杠螺母副相連，根據(jù)電機(jī)與絲杠螺母副的軸徑選擇合適的聯(lián)軸器型號(hào)，型號(hào)定為YL4（GB/T5843-1986），詳細(xì)尺寸信息為YL4（GB/T5843-1986）。另外還有軸承的校核，下面是校核過程：由于主軸處兩軸承采用的是雙固定結(jié)構(gòu)，軸向力幾乎全部由深溝球軸承承受，根據(jù)前面設(shè)定的摩擦盤所受最大正壓力為200N，故設(shè)承受軸向力Fa=200N；而徑向力主要來源于帶傳動(dòng)過程中造成的輕微振動(dòng)，受力很小，定最大為Fr=20N，所以主要是由深溝球軸承承受載荷，此處只需校核6205深溝球軸承。

由型號(hào)6205查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：C=14000，Co=7800；F/Co=0.0256，查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知其介于0.014～0.028，對(duì)應(yīng)的e介于0.19～0.22。

因Fa/Fr的值遠(yuǎn)大于e，故X=0.56，Y介于2.30～1.99，由線性插值可得：

（1）

載荷有輕微振動(dòng)，查設(shè)計(jì)手冊(cè)取fp=1.2，則：

P=fp（XFr+YFa）=1.2（0.56×20+2.172×200）=534.7N （2）

然后驗(yàn)算軸承壽命：

已知n1=700r/min，P=534.7N，C=14000，可得：

>15000 （3）

故，所選軸承可滿足壽命要求。

3 結(jié)語

通過前期大量的查找資料，試驗(yàn)機(jī)選用兩個(gè)電機(jī)：一用于帶動(dòng)摩擦盤穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，另一帶動(dòng)絲杠螺母的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用精度較高的電機(jī)去實(shí)現(xiàn)摩擦銷的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)加載的重要性直接會(huì)影響到最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析情況。

總的來說，在保證相對(duì)高的精度的同時(shí)也使得整個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，便于裝卸和保養(yǎng)，里面的關(guān)于摩擦核心部分的設(shè)計(jì)都比較靈活，它可以實(shí)現(xiàn)不同摩擦副之間的摩擦研究，互換性能較優(yōu)。里面的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、重要零件的校核，包括主軸、軸承等，都體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性以及保證它的正常穩(wěn)定工作的基本性能。

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