往復式高溫摩擦試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

附贈有CAD圖紙和說明書,領(lǐng)取Q 197216396 或 11970985 往復式高溫摩擦試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要本文所講述的摩擦試驗機為往復式高溫摩擦試驗機，主要測量材料在高溫往復運動狀態(tài)下的摩擦磨損性能，本設(shè)計主要面向中小型企業(yè)。根據(jù)往復式高溫摩擦試驗機設(shè)計的主要參數(shù)，確定出了試驗機各結(jié)構(gòu)的運動形式和方案。在驅(qū)動方式選取中采用電機驅(qū)動，往復結(jié)構(gòu)則選擇簡單靈活的曲柄搖桿機構(gòu)。電機通過聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)盤，從而實現(xiàn)連桿的旋轉(zhuǎn)運動，連桿帶動導桿通過導向裝置實現(xiàn)直線往復運動；彈簧加載系統(tǒng)實現(xiàn)壓力的輸出，同時可以減小振動對測量的影響，并通過應(yīng)變片進行壓力的測量；加熱裝置中電阻絲產(chǎn)生試驗所需的高溫溫度，通過熱電偶進行溫度的測量。接著對往復式高溫摩擦試驗機的各組成部件分別進行了設(shè)計。通過對各部件多種形式的選擇比較，確定出了本試驗機設(shè)計中要采用的形式，然后對其結(jié)構(gòu)進行了全面而詳盡的設(shè)計計算。最后利用AutoCAD軟件將往復式高溫摩擦試驗機的裝配圖及各部件零件圖繪制出來。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；摩擦；試驗機 THE STRUCTURAL DESIGN OF HIGH TEMPERATURE RECIPROCATING FRICTION TESTING MACHINEABSTRACTThe text relate to the friction of the pilot machine is high temperature reciprocating friction testing machine. Main measure of material in high temperature condition that a reciprocating sports wear performance. Designed primarily for smes.According to high temperature reciprocating the friction in designing the machines main argumentsfriction, Set out the test of the structure of sports exercises and programmes. Drive mode used motor drivers , Clearing structure has chosen a simple and flexible mechanism of the crank rockers .Through the crank rockers institutions to implement the exercise of the connecting rod, connecting rods in the report of the device package achieved by their line of sports, the spring load a system stress the realization of the output , at the same time can be reduced to measure the impact, and to measure gage pressure. Heating element realise a test of the high temperature, and use the thermocouple for temperature measuring.Then to reciprocating the friction in various parts of the machine.The parts of the multiple choice, identify out of the pilot machine designed to the form and structure of a comprehensive and detailed design calculations.Finally, Autocad software will make use of a reciprocating the friction of the machine parts and components assembly drawing a map drawn.KEY WORDS: Structural design;Friction; Testing machine 目 錄1緒論11.1摩擦磨損概述11.2摩擦磨損試驗簡介21.2.1摩擦磨損實驗的目的和意義21.2.2 摩擦磨損試驗的方法21.2.3 實際使用試驗31.2.4 磨損實驗步驟41.3摩擦試驗機的發(fā)展簡史41.4摩擦試驗機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢61.5摩擦試驗機的影響因素81.6往復式高溫摩擦試驗機的選題背景102往復式高溫摩擦試驗機的總體設(shè)計方案112.1往復式高溫摩擦試驗機的主要技術(shù)參數(shù)112.2各結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案112.2.1 往復結(jié)構(gòu)的選擇112.2.2 往復結(jié)構(gòu)的主要部件及運動122.2.3 驅(qū)動方式的選擇122.2.4 加載機構(gòu)的選擇122.2.5 高溫加熱裝置的選擇133往復結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算173.1往復結(jié)構(gòu)的基本要求173.2設(shè)計計算及校核173.2.1 電動機的選取173.2.2 聯(lián)軸器的選擇183.2.3 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計計算203.2.4 連桿的設(shè)計計算及校核203.2.5 導桿的計算及校核223.2.6 鍵的選取計算及校核233.2.7 導向裝置端蓋螺釘?shù)挠嬎?43.2.8 螺栓的設(shè)計計算及校核264加載系統(tǒng)的設(shè)計計算284.1加載系統(tǒng)的基本要求284.2加載系統(tǒng)的基本計算294.2.1 彈簧的設(shè)計計算294.2.2 彈簧的校核314.3試樣夾具的設(shè)計計算314.3.1 夾具的發(fā)展趨勢324.3.2 夾具設(shè)計的基本要求334.3.3 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定334.3.4 導軌的設(shè)計計算354.3.5 摩擦力的測量364.4 試樣的設(shè)計374.4.1 試樣參數(shù)的設(shè)計375高溫加熱裝置的設(shè)計計算395.1高溫加熱裝置的基本要求395.2高溫加熱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計39論文總結(jié)41參考文獻致謝 1. 緒 論1.1摩擦磨損概述摩擦學是一門實踐性很強的應(yīng)用科學，研究材料摩擦磨損行為一般需要借助摩擦磨損試驗機，通過摩擦磨損試驗測量摩擦副的摩擦磨損特性等一系列參數(shù)。摩擦學是一門年輕而又古老的學科，是“研究相互接觸、相對運動表面的科學、技術(shù)及相關(guān)的實踐1”。摩擦磨損問題存在于人類物質(zhì)活動的各個方面。在汽車、發(fā)電設(shè)備、冶金、鐵道、宇航、電子和農(nóng)機等各方面的機械都大量存在著摩擦學的問題。據(jù)估計，全世界約有1/2l/3的能源以各種形式消耗在摩擦上，如果從摩擦學方面采取正確的措施，就可以大大節(jié)約能源消耗。磨損是機械零部件3種主要的失效形式之一，所導致的經(jīng)濟損失是巨大的，大約有80的機械零件由于各種磨損導致失效2。特別是隨著物質(zhì)文明的進步和工業(yè)技術(shù)現(xiàn)代化的發(fā)展，機械設(shè)備的開發(fā)使用普遍趨于重載、高速、離效率化，如何控制和改善機械的摩擦磨損狀溫、提高其使用壽命和工作可靠性，已成為機械工業(yè)技術(shù)人員必須關(guān)注的問題，并促使其研究不斷發(fā)展。1966年英國學者HPJost發(fā)表了著名的學術(shù)報告一潤滑(摩擦學)、教育和研究(Areporton the Present and lndustry Need)，系統(tǒng)的闡述了“摩擦學(Tribology)”及其在國民經(jīng)濟中的重大意義并被人們普遍關(guān)注，也標志著摩擦學發(fā)展成為一門包括摩擦、磨損和潤滑在內(nèi)的跨學科的科學。摩擦學是研究在摩擦與磨損過程中相對運動表面之間相互作用、變化及其有關(guān)的理論與實踐的一門科學。摩擦磨損則是“兩個接觸表面之間的由于相對運動而發(fā)生的相互作用及物質(zhì)運動的過程。”摩擦與磨損是自然界中能量守恒和物質(zhì)守恒兩大基本規(guī)律的重要環(huán)節(jié)，因為減少摩擦和磨損從本質(zhì)上也就是節(jié)省能量和提高材料利用率的問題。在機器系統(tǒng)中，機器構(gòu)件的運動是最基本和最重要的功能。機器構(gòu)件之間的相對運動和接觸作用是通過摩擦副來實現(xiàn)的，同時也在摩擦副兩表面產(chǎn)生摩擦、磨損和潤滑等物理現(xiàn)象。機器中任何一個摩擦副故障（摩擦學失效），都將導致機器相關(guān)部件或全部功能的失效。因此，摩擦副的摩擦磨損問題是摩擦學研究的基本問題和及其重大的課題，也是機器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。摩擦學具有兩個重要屬性：(1)多學科性：摩擦學的研究涉及材料學、化學、機械學、測試技術(shù)、物理和力學等多個學科和領(lǐng)域，摩擦學的發(fā)展需要多學科的高度交叉、融合和支持；(2)實踐性：摩擦學理論分析往往需要大量實驗研究成果的支持，其應(yīng)用更是直接服務(wù)于各種生產(chǎn)實踐，因此，試驗測試技術(shù)的開發(fā)研究對摩擦學學科的發(fā)展和工程實際問題的解決縣有非常重要的作用，是一基礎(chǔ)性工程。機械零件摩擦磨損問題的解決有賴于實驗研究方法的進步及其測試技術(shù)的開發(fā)研究，也有賴于多學科的交叉和融合。1.2摩擦磨損試驗簡介1.2.1摩擦磨損試驗的目的和意義摩擦磨損試驗的目的是為了對摩擦磨損現(xiàn)象及其本質(zhì)進行研究，正確地評價各種因素對摩擦磨損性能的影響，從而確定符合使用要求的摩擦副元件的最優(yōu)參數(shù)。摩擦磨損試驗研究的內(nèi)容非常廣泛，如探討摩擦、磨損和潤滑機理以及影響摩擦、磨損的諸因素，對新的耐磨、減磨及摩擦材料和潤滑劑進行評定等。由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復雜，摩擦磨損條件不同，試驗方法和裝置種類繁多，如何準確地獲取摩擦磨損過程中的參數(shù)變化成為一個十分重要的研究課題。為了探索和驗證機械工程中摩擦磨損問題的機理以及有關(guān)影響因素，在摩擦學研究中開展摩擦磨損測試技術(shù)和數(shù)據(jù)分析研究具有非常重要的作用。1.2.2摩擦磨損試驗的方法由于摩擦磨損現(xiàn)象十分復雜，試驗方法和裝置種類繁多，試驗數(shù)據(jù)受眾多因素的制約，往往難以進行比較，所以有人提出建立摩擦磨損試驗的標準化問題以便建立統(tǒng)一試驗標準，規(guī)范試驗方法。近年來，試驗方法的標準化已得到越來越多的國家和組織的重視。材料摩擦磨損性能是多種影響因素的綜合表現(xiàn)，因而必須嚴格控制試驗條件，規(guī)范試驗過程已獲得可靠的結(jié)論。目前采用的試驗方法可以歸納為下列三類3：(1)實驗室試件試驗根據(jù)給定的工礦條件，在摩擦磨損試驗機上對試件進行試驗。由于實驗室的試驗環(huán)境和工礦參數(shù)容易控制，因而試驗數(shù)據(jù)的重復性較高，實驗周期短，試驗條件的變化范圍寬，可以在短時間內(nèi)獲得比較系統(tǒng)的數(shù)掘。但由于實際條件與實際工礦的差異，因而試驗結(jié)果的實用性較差。實驗室試驗主要用于各種類型的摩擦磨損機理和影響因素的研究，以及摩擦副材料、工藝和澗滑劑性能的評定。(2)模擬性臺架試驗?zāi)M性臺架試驗是在實驗室試驗所獲得的試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)所選定的參數(shù)設(shè)計易磨損零件，不需要在實際機器設(shè)備上進行操作，只需要模擬機器零件的使用工礦條件進行試驗由于臺架試驗條件接近實際工礦，增強了試驗結(jié)果的可靠性。同時，通過試驗條件的強化和嚴格控制，也可在較短的時間內(nèi)獲得系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)，還可對個別因素對磨損性能影響進行單項研究。臺架試驗的主要目的在于校驗實驗室試驗數(shù)據(jù)的可靠性和零件磨損性能設(shè)計的合理性。這種模擬試驗可以根據(jù)給定的工礦條件調(diào)節(jié)各種參數(shù)來分別測定其對摩擦磨損的影響，而且測得的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和規(guī)律性較好，便于進行對比分析。在實驗室模擬試驗狀態(tài)下還可以通過強化試驗條件來縮短試驗周期，減少試驗費用，可用來對機器元件的材料匹配特性和幾何形狀特性進行檢測評定和優(yōu)化改進。這類試驗方法所得到的結(jié)果，有時不能完全反映出實際工礦條件下的復雜的摩擦磨損狀況，往往不能直接應(yīng)用，只有精確的模擬試驗得到的結(jié)果才能有較好的實用性。臺架試驗由于試驗成本過高，而且會受許多干擾因素的影響，用模擬試驗方法代替臺架試驗是必要和經(jīng)濟的。1.2.3實際使用試驗在上述兩種試驗的基礎(chǔ)上，對實際零件進行使用試驗。這種試驗的真實性和可靠性最好，它是檢驗材料或工藝試驗方案最有效的方案。但它也存在嚴重的缺陷：(1)實驗周期長由于有些零件需要經(jīng)過幾個月甚至幾年的更換周期，如果重復幾次試驗，勢必需要較長時間才能得到有效結(jié)果。(2)影響因素比較復雜，試驗參數(shù)不易控制。在實際使用中，經(jīng)常會在不同工礦下運行，由于運行的條件不確定，試驗結(jié)果受多種影響因素的制約，試驗零件磨損量的測量比較困難，因而試驗結(jié)果的通用性較差、試驗數(shù)據(jù)的精確度不高，所取得的測試數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較差，隨機性較大，不便研究其摩擦磨損的規(guī)律性，也難以進行單項因素對摩擦磨損影響的觀察。通常這種方法僅作為整機系統(tǒng)的摩擦磨損性能綜合評定的一種手段。(3)花費多、收效少實際使用試驗需要花費較多的人力、物力、財力，試驗周期較長，有時收效甚少，得到的常常是一些精確度不高的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在二十世紀二十年代以前，實際工礦試驗應(yīng)用比較普遍。隨著近幾年室內(nèi)試驗測試技術(shù)的發(fā)展特別是磨損試驗機的逐步完善，同時考慮到實際試驗的某些困難和缺陷，實驗室試件試驗和模擬性臺架試驗已逐步成為檢驗和優(yōu)選材料方案的重要手段。1.2.4磨損實驗步驟摩擦磨損試驗一般要經(jīng)過以下三個階段：(1)在實驗室進行大量的試樣磨損試驗研究，預(yù)選材料、工藝方案及確定有關(guān)參數(shù)；(2)在臺架試驗時，進行實際零件或簡化試樣的磨損試驗，精選實際運轉(zhuǎn)參數(shù)的影響及效果；(3)通過實際使用試驗最后校驗和確定研究方案實現(xiàn)的可能性及使用效果。這三個階段可以根據(jù)具體情況來安排和取舍，以確定試驗重點和試驗方案以及試驗方法。實踐表明：摩擦磨損試驗的試驗方法和試驗條件不同，試驗結(jié)果必然差異很大。所以在實驗室中進行試驗時，應(yīng)當盡可能地模擬實際工礦條件，如滑動速度和表面壓力的大小和變化、表面層的溫度變化、潤滑狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)條件和表面接觸形式等等，對于高速摩擦副的磨損試驗，溫度影響是主要問題，應(yīng)當使試件的散熱條件和溫度分布接近實際情況。在低速摩擦副的試驗中，由于磨合時間較長，為了消除磨合對試驗結(jié)果的影響，可以預(yù)先將試件的摩擦表面磨合加工，以便形成與使用條件相適應(yīng)的表面品質(zhì)。對于未經(jīng)磨合的試件，在試驗初期，試驗數(shù)據(jù)受試件表面品質(zhì)的影響較大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，一般不宜采用。1.3摩擦試驗機的發(fā)展簡史1910年第一臺磨料磨損試驗機問世，1975年美國潤華工程學會(AlSE)編著的“摩擦磨損裝置”一書中所公布得不目類型摩擦磨損試驗機已有上百種4 僅幾十年來，摩擦磨損試驗機和試驗方法有了較大發(fā)展，但價格都比較昂貴。80年代初美國的Soemantri S等人最早從事高溫磨損試驗機的研究，共研制了三臺高溫磨料磨損試驗機5。并在這些試驗機上研究了純鋁和純銅在室溫400范圍內(nèi)大氣氣氛下磨料磨損的特性。80年代末德國的Fischer A等人在總結(jié)前人對試驗機研究的基礎(chǔ)上，研制了一臺氣氛可控的高溫三體磨損試驗機6。該機最大優(yōu)點是氣氛可控、嚴格保證試驗的主要因素(溫度、磨料、載荷等)固定，試驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。主要缺點是：上試件矩形缺口處未留倒角，磨料不易進入磨面，易發(fā)生粘著磨損；耐高溫工件部位未設(shè)冷卻系統(tǒng)，影響設(shè)備精度；同時由于該機未考慮高溫氧化對磨損的影響，在該機上測定高溫氧化與磨損的交互作用時誤差較大。90年代西交大的邢建東等人研制的高溫磨損試驗機在電阻爐中的磨損室內(nèi)裝有一水平放置的砂輪，砂輪上有一定的松散磨料。試樣夾上相同成分的3個試樣受載荷作用于表面鋪有松散磨料的砂輪上，由于試樣和砂輪及其松散磨料間的相對運動而產(chǎn)生兩體和三體混合磨料磨損7。該機即可嚴格控制溫度，一次3個試樣可減少重復試驗次數(shù)。但其主要不足是：(1)試樣總在同一軌跡上反復磨損，磨屑潛入砂輪間隙，使砂輪研磨能力逐漸下降；(2)氣氛不易控制：(3)這種混合磨損與實際工礦相差較遠。近年來，西交大吳文忠、邢建東等人在Fi scher A的高溫氧化磨損試驗機的基礎(chǔ)上，研制的一臺高溫氧化三體磨損試驗機，該機的主要優(yōu)點是：摩擦學系統(tǒng)設(shè)計合理；氣氛可控，溫度可控；關(guān)鍵部件設(shè)有冷卻系統(tǒng)。主要不足是：密封還存在一些問題；冷卻系統(tǒng)還不夠完善；氣氛成分不能定量測定等。太原理工大學的楊學軍等研制了的一臺高溫銷盤磨損試驗機，該機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，加熱溫度可控，能在1000范圍內(nèi)對各種金屬材料的摩擦磨損特性進行研究，摩擦速度可調(diào)，所加載荷穩(wěn)定，試樣磨損均勻，對試驗參數(shù)的變化反應(yīng)敏感8。北方交大的李霞等研制的高速摩擦磨損試驗機。其最大滑動速度可達70m/s，可以測量高速狀態(tài)下的摩擦學參數(shù)；可以模擬高速列車制動；可以實現(xiàn)多個測試數(shù)掘的顯示與同步紀錄9。崔周平等人研制的MT-1型真空摩擦磨損試驗機，該機可以提供從大氣到6.710Pa的壓力環(huán)境；測量的參數(shù)較多，除了測力和速度等參數(shù)外，還可以測量溫度和摩擦引起的震動頻率等；同時具有較為完善的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)10；只須改變夾具及其附件，便可實現(xiàn)多種接觸形勢和相對運動形式，以及不同的系統(tǒng)剛度和震動特性，拓寬了試驗機的應(yīng)用范圍。哈工大的宋寶玉等人研制的SYI型真空摩擦磨損試驗機，可以提供410。Pa的壓力環(huán)境，速度在02800r/min范圍內(nèi)可調(diào)11，并且可以自動進行數(shù)據(jù)采集和處理。該機可以在真空、不同氣體環(huán)境、加熱及冷卻等多種條件下測定材料的磨擦性能。北方交大的徐雙滿等人為了研究機車柴油機缸套一活塞環(huán)材料的摩擦學性能研制一臺往復式銷塊摩擦磨損試驗機，該試驗機可以在一定范圍內(nèi)實行載荷、速度、潤滑脂的單因素控制12，但該試驗機磨損量的測量采用的是不連續(xù)的稱重法。1.4摩擦試驗機的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的進步，摩擦磨損測試技術(shù)呈快速發(fā)展之勢，摩擦磨損試驗機呈以下發(fā)展趨勢13(1)以高性能的電機系統(tǒng)取代機械變速系統(tǒng)目前，高性能的電機系統(tǒng)己經(jīng)比較成熟，調(diào)速比可以達到一比幾百、幾千甚至更高。利用這種系統(tǒng)既可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，也可以實現(xiàn)擺動和直線運動。由高性能電機直接驅(qū)動主軸，不僅能使機械結(jié)構(gòu)大大簡化，而且還能降低試驗機的摩擦損耗，提高整機的壽命和可靠性。但高性能電機系統(tǒng)價格比較昂貴。(2)在摩擦磨損試驗機上應(yīng)用微型計算機微型計算機的價格低廉，操作簡單，性能穩(wěn)定，不僅可以取代以往的二次儀表對試驗機進行控制，而且還可以對測試參數(shù)進行自動采集和數(shù)據(jù)處理，因而能使試驗機的功能大大加強。(3)改進測試手段。(4)提高穩(wěn)定性，提高測試精度。提高試驗機的穩(wěn)定性，以使試驗結(jié)果具有更好的重復性和再現(xiàn)性。業(yè)，年市場容量約為1000億美元。像國際上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是機械手自動化生產(chǎn)線及物流與倉儲自動化設(shè)備的集成供應(yīng)商。摩擦磨損試驗機的種類繁多，分類的方式各不相同，最具代表性的分類方法有蘇聯(lián)的分類法和美國潤滑工程師協(xié)會的分類法。前者是根據(jù)模擬摩擦面的破壞形式，以便于查明各種影響因素，將摩擦磨損試驗機分為8種類型；后者是根據(jù)摩擦副的幾何形狀，為便于在選定了摩擦副的形式之后去查找相應(yīng)的試驗裝置和了解該裝置的主要技術(shù)指標而將試驗機分為12個大類。桂長林在文獻14中參照磨損類型的分類提出了一種按摩擦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和摩擦副的相對運動形式對摩擦磨損試驗機進行分類的新方法。這種分類方法突出了摩擦元素的特點和對試驗的特殊功能要求，從而便于采用設(shè)計方法學原理對試驗機進行設(shè)計。這種方法將摩擦磨損試驗機分成了4大類：(1)是固體固體摩擦磨損試驗機這類試驗機根據(jù)摩擦副的運動形態(tài)又分為5小類，即單項滑動、往復運動，旋轉(zhuǎn)滑動(含滾滑)、沖擊和微動摩擦磨損試驗機(根據(jù)需要可以在摩擦元素間加或不加潤滑劑)。每一小類試驗機的摩擦副形式又有很多種，因而它們又各包含有多種形式的試驗機。可以認為，大部分摩擦磨損試驗機種都屬于這一大類，它們可以重現(xiàn)粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損和摩擦化學磨損。從設(shè)計的角度來看，這一大類試驗機體現(xiàn)了摩擦磨損試驗機的基本結(jié)構(gòu)特點。根據(jù)試件的磨損特性和運動特性可以將其分為3小類，即三體磨粒磨損、二體磨粒磨損和動載磨粒磨損試驗機。與第一類試驗機相比，三體磨粒磨損試驗機要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨損試驗機的摩擦副一方是固定磨粒(一般都采用砂布盤)，另一方則可設(shè)計成各種不同形式，其特例是研究單個磨粒磨損的試驗機。在這一小類試驗機中，摩擦副多為銷一盤式(轉(zhuǎn)動)或銷一板式(往復運動)。為了防止偏磨，銷設(shè)計成能夠自旋，但是摩擦路跡一般不重復。自由磨粒磨損試驗機可以設(shè)計成試件運動、磨粒運動和試件與磨粒C時運動等3種形式。(2)是固體液體加磨粒(或固體一液體)的試驗機該類試驗機的最大特點是使含磨粒(或不含磨粒)的液體沖刷固體表面，因而其關(guān)鍵是要在試件表面形成具有一定流速的液流。通常利用泵、勢能和離心力來實現(xiàn)這種目的。從相對運動的原理出發(fā)，也可以讓試件相對于液體運動。液流和試件形成的沖擊角是一個重要參數(shù)，通常要求可調(diào)。(3)是固體氣體加磨粒的試驗機其功能是使含磨粒的氣流去沖刷固體表面。作為這類試驗機的特例是單顆磨粒沖擊裝置。這種試驗機有以下三種形式：1）供氣系統(tǒng)加磨粒加噴咀加試件；2）高速運動的試件加供給的磨粒。這種試驗機一般都要抽真空，以避免轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的空氣動力學現(xiàn)象對磨損的影響；3）利用離心力拋出磨粒。對于這類試驗機來說，磨粒向試件的沖擊角也是一個重要參數(shù)，同樣要求可調(diào)；4)是除了以上所述之外的特殊摩擦磨損試驗機。可控載荷、可控氣氛、高溫或低溫磨損試驗機均可歸入此類。這類試驗機在摩擦過程中摩擦元素所受的載荷是變化的?？煽貧夥漳Σ聊p試驗機有抽真空、通入或不通入特種氣體和控制或不控制濕度等特殊要求。密封問題對這類試驗機而言十分重要，非接觸式傳動磁力傳動在這類試驗機上也得到了充分的應(yīng)用。高溫或低溫摩擦磨損試驗機要求在高溫或低溫下工作，因而需要考慮高溫隔熱和低溫防護，其選材也要能夠滿足高溫或低溫要求。1.5摩擦試驗機的影響因素(1)運動形式的影響運動形式與試驗機的摩擦副結(jié)構(gòu)有關(guān)，二者都是由所要模擬的摩擦副決定的，試驗機的摩擦副結(jié)構(gòu)和運動形式一般是固定的，但也有一些多功能試驗機的摩擦副和運動形式均可通過添加附件而加以改變。例如，美國FALFX公司的多功能試樣測試機在添加附件以后，就可以形成球一平面、四球、板一板(面接觸)、液體浸蝕、針一盤和滾動四球等多種摩擦副形式。試驗機上摩擦副的最基本運動形式一般有以下4種，即滑動、滾動、自旋和沖擊。在試驗機上，對運動形式都有明確的規(guī)定，但對運動的位置精度卻要求不高，因此這方面的要求可忽略。(2)負荷的影響負荷是摩擦磨損試驗機的一個重要參數(shù)，其在試驗過程中一般應(yīng)當保持穩(wěn)定。試驗機對負荷的精度要求很高，國內(nèi)試驗機負荷示值的相對誤差為士lIo要滿足負荷精度的要求，就必須考慮在試驗機上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力。目前摩擦磨損試驗機比較常用加載方式有機械式、液壓式和電磁式三種。其中，機械式加載又可分為杠桿加載、彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式的組合，杠桿加載和重物直接加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，載荷穩(wěn)定，不存在負荷保持的問題，加載精度高，但當摩擦副運動不穩(wěn)定時卻會引起振動和沖擊;彈簧加載產(chǎn)生的振動比較小，但是，彈簧加載的精度不高，難于實現(xiàn)負荷精確調(diào)整。液壓式加載包括動壓加載和靜壓加載兩種，但液壓加載很難保持負荷穩(wěn)定。電磁加載易于實現(xiàn)負荷的自動控制，但其弱點是控制部分的成本較高，而且在已有摩擦磨損試驗機上使用還比較少。(3)恒比壓的影響目前使用的多種類型的摩擦磨損試驗機，對恒比壓有比較高的要求。目前試驗機上實現(xiàn)恒比壓的方法有：1) 從摩擦副的結(jié)構(gòu)上保證摩擦過程中接觸面積不變，借以在負荷不變的條件下實現(xiàn)恒比壓；2) 在試驗過程中隨著接觸面積的增大，依照一定的規(guī)律增大負荷以實現(xiàn)恒比壓。日本東京試驗機制作所生產(chǎn)的理研一大越式高速磨損試驗機就是利用這種方法實現(xiàn)恒比壓的；3) 同時測量摩擦副的接觸面積和試驗負荷，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，給出負荷的控制信號，使負荷隨著接觸面積的變化而變化，從而實現(xiàn)試驗過程中的恒比壓。這種方式先進、可靠，然而實施難度很大。這是因為試驗過程中摩擦副的接觸面積不易測量，故其至今尚未得到實際應(yīng)用。(4)滑動速度的影響滑動速度的大小對摩擦磨損往往具有關(guān)鍵性的意義8。因而也是摩擦磨損試驗的一個重要參數(shù)?；瑒铀俣鹊姆较蛴袉蜗蚝屯鶑蛢煞N，后者又可以分為擺動式和往復直動式。在試驗機上既可以用機械方式(如凸輪機構(gòu)和曲柄搖桿機構(gòu)等)實現(xiàn)擺動，也可以由電機(如伺服電機和步進電機)來實現(xiàn)擺動。往復直線運動通常是用曲柄滑塊等往復直線運動機構(gòu)實現(xiàn)。試驗機的速度大小一般都要求可調(diào)，所能采用的方式有級調(diào)速和無級調(diào)速兩種。有級調(diào)速是利用變換齒輪或皮帶輪速度比等方法實現(xiàn)的。無級調(diào)速可通過兩種方式來實現(xiàn):一種是機械式無級調(diào)速(如摩擦輪和差動輪系等)，但其調(diào)速范圍不大，另一種是使用無級調(diào)速電機進行，這種方式的調(diào)速范圍很大，如直流伺服電機的調(diào)速范圍可達1-2000r / min(下限還可以更低)。當采用電機無級調(diào)速時，一般都要求速度穩(wěn)定，因而常采用速度控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。(5)溫度的影響溫度是摩擦磨損試驗的又一個重要參數(shù)。有些試驗對環(huán)境溫度有其特定的要求，如高溫條件或低溫條件。高溫試驗通常采用電阻絲加熱，也可以借助于高頻加熱等。對于高溫試驗機，既要考慮加熱部件和其他部件的隔熱問題，又要針對加熱溫度很高的特定情況同時考慮其加熱部件的選材問題。低溫試驗機常采用適當?shù)闹评浞椒ㄊ乖嚰車木植凯h(huán)境保持低溫，也可以將摩擦副浸泡在制冷劑中實現(xiàn)低溫。(6)氣氛的影響有些試驗研究要求對氣氛進行控制(如真空試驗)。在只要求控制濕度的場合，簡易的辦法是將摩擦副部分加一個有較好密封性能的罩子，再在其中放置一些盛水的盒子即可調(diào)節(jié)濕度。當然，濕度調(diào)節(jié)也可以在濕度傳感器控制下自動地進行。此外，用于真空條件下摩擦磨損研究的試驗機對真空度的要求較高。實現(xiàn)真空可以使用真空泵，在這里密封問題很重要，尤其動密封往往是令人頭疼的問題。為了提高真空度，有些試驗機上采用了磁力傳動，借以少用或不用動密封。(7)試驗時間的影響試驗時間一般是依具體情況而定，大多數(shù)試驗機沒有配備定時裝置。要在試驗機上實現(xiàn)時間控制，可以采用定時器控制動力源，也有的是根據(jù)摩擦力或摩擦力矩的極限值來控制停機。這種控制方法對試驗機也起著過載保護作用。1.6往復式高溫摩擦試驗機的選題背景摩擦學是研究相對運動的作用表而間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門交叉學科。摩擦學研究的對象很廣泛，在機械工程中主要包括動、靜摩擦零件表而受工作介質(zhì)摩擦或碰撞、沖擊；機械制造工藝的摩擦學問題；彈性體摩擦；特殊工況條件下的摩擦學問題；深海作業(yè)的高壓、腐蝕、潤滑劑稀釋和防漏密封等情況下的摩擦。摩擦學涉及許多學科。如完全流體潤滑狀態(tài)的滑動軸承的承載油膜，基本上可以運用流體力學的理論來解算。在計算摩擦阻力時則需要認真考慮油的流變性質(zhì)，甚至要考慮瞬時變化過程的效應(yīng)，而不能把它簡化成牛頓流體。為了了解磨損的發(fā)生發(fā)展機理，尋找各種磨損類型的相互轉(zhuǎn)化以及復介的錯綜關(guān)系，需要對表面的磨損全過程進行微觀研究。僅就油潤滑金屬摩擦來說，就需要研究潤滑力學、彈性和塑性接觸、潤滑劑的流變性質(zhì)、表而形貌、傳熱學和熱力學、摩擦化學和金屬物理等問題，涉及物理、化學、材料、機械工程和潤滑工程等學科2. 往復式高溫摩擦試驗機的總體設(shè)計本課題是往復式高溫摩擦試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要任務(wù)是完成試驗機結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，主要包括驅(qū)動機構(gòu)、往復機構(gòu)、加載機構(gòu)、加熱裝置的設(shè)計。在本章中對試驗機的驅(qū)動機構(gòu)、往復結(jié)構(gòu)、加載結(jié)構(gòu)、加熱裝置等進行了選擇確定。2.1往復式高溫摩擦試驗機的主要技術(shù)參數(shù)由于本論文涉及的往復式高溫摩擦磨試驗機主要面向小型企業(yè)，所以該試驗機要求結(jié)構(gòu)簡單，能夠適合高速高溫運動，工作范圍較大，成本較低，操作簡單，控制方便。我們設(shè)計的往復式摩擦磨損試驗機的具體設(shè)計指標如下:(1) 載荷范圍:小于100N；(2) 主軸轉(zhuǎn)速范圍:0-600r/min，無級調(diào)速； (3) 摩擦溫度的測量范圍:室溫500；(4) 試樣尺寸：小于100mm； (5) 往復行程：200mm。2.2各結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案2.2.1往復結(jié)構(gòu)的選擇常見的能夠?qū)崿F(xiàn)往復運動的結(jié)構(gòu)可以分為以下3種:(1) 凸輪機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、精度高、運動范圍大、難以實現(xiàn)高速運動，多用于裝配、價格低的場合。(2) 曲柄滑塊機構(gòu)：工作范圍大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、定位精度較高、占地面積小，是較早使用的結(jié)構(gòu)形式。 (3) 齒輪機構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、較好的姿態(tài)確定性、適應(yīng)性好，缺點是坐標計算和控制復雜。綜合比較以上3種形式的往復結(jié)構(gòu)，由于本設(shè)計要求結(jié)構(gòu)簡單，而且成本不能較高，工作范圍較大，結(jié)合各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，因此本設(shè)計采用曲柄滑塊機構(gòu)。2.2.2往復結(jié)構(gòu)的主要部件及運動在往復結(jié)構(gòu)的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計要求，本往復結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)2個運動，即回轉(zhuǎn)運動和往復運動，將連桿的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為導桿的往復運動，如圖2-1所示。本往復結(jié)構(gòu)設(shè)計主要由4個大部件組成：(1) 轉(zhuǎn)盤：通過電動機帶動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。(2) 連桿：通過開口銷與轉(zhuǎn)盤相連實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。(3) 導桿：利用和連桿相連并通過導向裝置實現(xiàn)直線往復運動。(4) 導向裝置：用于實現(xiàn)導桿的直線往復運動。圖2-1 往復結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Construction of twin bed reciprocating grate schematic drawing 2.2.3驅(qū)動方式的選擇驅(qū)動機構(gòu)是摩擦試驗機的重要組成部分, 摩擦試驗機的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置的選擇。根據(jù)動力源的不同, 摩擦試驗機的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。本次設(shè)計根據(jù)性能要求采用電動機構(gòu)驅(qū)動摩擦試驗機,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便等優(yōu)點。因此，摩擦試驗機設(shè)計選擇電機驅(qū)動的驅(qū)動方案。2.2.4加載機構(gòu)的選擇 負荷是摩擦磨損試驗機的一個重要參數(shù)，其在試驗過程中一般應(yīng)當保持穩(wěn)定。試驗機對負荷的精度要求很高，國內(nèi)試驗機負荷示值的相對誤差為士1%。要滿足負荷精度的要求，就必須考慮在試驗機上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力。目前摩擦磨損試驗機比較常用加載方式有機械式、液壓式和電磁式三種。其中，機械式加載又可分為杠桿加載、彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式的組合，杠桿加載和重物直接加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，載荷穩(wěn)定，不存在負荷保持的問題，加載精度高，但當摩擦副運動不穩(wěn)定時卻會引起振動和沖擊;彈簧加載產(chǎn)生的振動比較小，但是，彈簧加載的精度不高，難于實現(xiàn)負荷精確調(diào)整。液壓式加載包括動壓加載和靜壓加載兩種，但液壓加載很難保持負荷穩(wěn)定。電磁加載易于實現(xiàn)負荷的自動控制，但其弱點是控制部分的成本較高，而且在已有摩擦磨損試驗機上使用還比較少。根據(jù)設(shè)計要求，我們最終選擇彈簧加載系統(tǒng)，通過和應(yīng)變片傳感器技術(shù)相結(jié)合可以達到精確測量壓力的要求，所以本試驗機采用彈簧加載系統(tǒng)。圖2-2 彈簧加載示意圖Fig. 2-2 Spring on-board schematic drawing2.2.5高溫加熱裝置的選擇 高溫加熱裝置主要包括以下三種(1)電烙鐵加熱裝置（如圖2-3所示）：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，缺點是功率小，度難以提高。圖2-3 電烙鐵加熱示意圖Fig. 2-3 Heated ironschematic drawing(2)電阻爐加熱裝置（如圖2-4所示）：優(yōu)點是溫度較高而且操作方便，缺點是結(jié)構(gòu)復雜，造價較高。圖2-4 電阻爐加熱示意圖Fig. 2-4 Heated resistance furnace schematic drawing(3)電阻絲加熱裝置（如圖2-5效果所示）：優(yōu)點是溫度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，而且配合熱電偶可以實現(xiàn)溫度的控制，便于操作和達到試驗溫度的目的。圖2-5 高溫示意圖Fig. 2-5 Spring on-board schematic drawing根據(jù)設(shè)計要求，我們最終選擇電阻絲，通過和熱電偶傳感器技術(shù)相結(jié)合可以達到精確測量溫度的要求，所以本試驗機采用電阻絲加熱裝置。各個裝置方案確定后，往復式摩擦試驗機整個結(jié)構(gòu)也就出來了，示意圖如圖2-6所示：電動機通過聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，從而帶動連桿運動，連桿帶動導桿運動，通過導向裝置將回轉(zhuǎn)運動變成直線往復運動，導桿帶動下試樣夾具沿著導軌實現(xiàn)往復運動。加載系統(tǒng)通過螺母向下旋轉(zhuǎn)從而壓住加載頭使其向下運動，進而壓縮彈簧從而對上試樣夾具產(chǎn)生壓力，上試樣對下試樣壓迫，從而實現(xiàn)在一定壓力下，測試摩擦性能。高溫加熱裝置通過電阻絲進行加熱，溫度通過熱電偶進行測量以便對溫度進行控制。由于溫度較高，在箱體各個側(cè)板內(nèi)都安置隔熱層，避免損傷的發(fā)生。圖2-6 摩擦試驗機示意圖Fig. 2-6 Friction testing machine schematic drawing1轉(zhuǎn)盤 2連桿 3導桿 4螺釘 5導向裝置 6左側(cè)板 7上側(cè)板 8螺母9螺桿 10加載頭 11套筒 12熱電偶 13隔熱層 14右側(cè)板 15電阻絲 16彈簧 17上試樣夾具 18滾珠 19螺釘 20上試樣 21下試樣 22下試樣夾具 23導軌 24試驗臺. 往復結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算3.1往復結(jié)構(gòu)的基本要求(1) 能夠?qū)崿F(xiàn)一定的往復運動，并且在運轉(zhuǎn)過程中能夠保證其平穩(wěn)性和安全性，而且便于操作和控制。(2) 往復結(jié)構(gòu)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計。3.2設(shè)計計算及校核3.2.1電動機的選取電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標準部件，選擇電動機包括確定類型、結(jié)構(gòu)、功率和轉(zhuǎn)速。電動機類型和結(jié)構(gòu)型式主要根據(jù)電源，工作條件和載荷特點來選擇。本結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求選擇交流三相鼠籠式異步電動機。 電動機選取應(yīng)綜合考慮的問題(1)根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。(2)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。所以選電動機功率應(yīng)留有余量，負荷率一般去0.80.9。過大的備用功率會使電機效率降低，對于感應(yīng)電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗強度的生產(chǎn)機械造價提高(3)根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護方式，選擇電動機的結(jié)構(gòu)形式。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。(5)根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過度過程性能的要求，以及機械減速機構(gòu)的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性，設(shè)備的供貨情況，備用備件的通用性，安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價格，建設(shè)費用、運行和維修費用，生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關(guān)系等各種因素。電動機容量主要由運行時的發(fā)熱條件來限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)運行的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩，所需電動機功率為： (3-1)工作機實際需要的電機輸出功率工作機所需輸入功率電機至工作機間傳動裝置總效率由電動機至轉(zhuǎn)盤的傳動總效率為： （3-2） （3-3） （3-4）F為加載力，最大為500N。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是：0-600r/min所以電動機可選范圍為600-1200r/min選電機同步轉(zhuǎn)速為960r/min，根據(jù)選用電機的額定功率要大于計算功率，因此選用Y2-132M型一般異步電動機。額定功率2.2KW，轉(zhuǎn)速960r/min，效率82。3.2.2聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。主要用來聯(lián)接軸與其回轉(zhuǎn)的零件，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩。對于聯(lián)軸器，在機器運轉(zhuǎn)時所聯(lián)接的兩軸不能分離，只有在機器停車并將聯(lián)接拆開后兩軸才能分離。聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被連接兩部分的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點：(1) 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。(2) 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高地和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器。(3) 兩軸相對位移的大小和方向。在安裝調(diào)整過程中，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當徑向位移較大時，可選用滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩端的連接可選用萬向聯(lián)軸器等。(4) 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強光等比較敏感，而且容易老化。(5) 聯(lián)軸器的制造，安裝，維護和成本。在滿足使用的前提下，應(yīng)選用裝柴方便，維護簡單，成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速，剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，廣泛應(yīng)用于一般的中小功率傳動。由于對機械手的回轉(zhuǎn)精度要求不高，故選用剛性聯(lián)軸器，如圖3-1。圖3-1 聯(lián)軸器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 Fig .3-1 The internal structure drawing of shaft coupling載荷計算：公稱轉(zhuǎn)矩 （3-5）式中：P電動機的額定功率，單位為KW；n電動機的輸出轉(zhuǎn)速，單位為r/min。其中公稱轉(zhuǎn)矩由后面電動機的選擇可以知道。由機械設(shè)計手冊查得KA=1.5，計算轉(zhuǎn)矩為 Tca=KAT=1.522.35=33.53 （3-6）其中：KA為工作情況系數(shù)。型號選擇：綜合考慮軸的轉(zhuǎn)速、軸徑及電動機的功率從GB/T4323-84中查得選用YL5型凸緣聯(lián)軸器滿足要求，該聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為160，最大轉(zhuǎn)速為3600r/min，軸徑d2、dz分別為28mm和28mm。主動端：J型孔 A型鍵槽dz=28mm，L1=60mm。從動端：J1型孔 B型鍵槽d2=28mm，L=44mm。記作YL5聯(lián)軸器 GB/T5843-1986。 3.2.3轉(zhuǎn)盤的設(shè)計計算 轉(zhuǎn)盤在往復結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用，通過電動機的帶動實現(xiàn)轉(zhuǎn)動從而帶動連桿運動，導桿運動進而實現(xiàn)直線往復運動。根據(jù)往復行程的要求，L=10CM所以 L=2r=200mm r=其中 r回轉(zhuǎn)運動的半徑?？紤]在圓盤邊上旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的向心力，在圓盤內(nèi)側(cè)又需要很大的力帶動旋轉(zhuǎn)，所以最終確定在圓盤半徑中心，所以 R=2r=200mm R轉(zhuǎn)盤的半徑因此，轉(zhuǎn)盤的直徑為40CM。材料選擇45鋼即可。3.2.4連桿的設(shè)計計算及校核連桿在往復運動中起著樞紐作用，連桿通過轉(zhuǎn)盤的帶動進行回轉(zhuǎn)運動，又通過與導桿相連，并將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線往復運動，在設(shè)計中要著重考慮連桿的安全性和穩(wěn)定性。連桿選用45鋼制成， 長度L=600mm，直徑d=45mm。最大壓力Fmax=200N.規(guī)定穩(wěn)定性安全系數(shù)為Ns=810?，F(xiàn)進行穩(wěn)定性校核。由公式求出 （3-7） 式中， 柔度臨界值；連桿簡化為兩端鉸支桿，。截面為圓形，i=。柔度為 所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由公式得 （3-8）其中， 最小柔度表3-1 優(yōu)質(zhì)碳鋼的和b的數(shù)值Table 3-1 The value of a and b of High-quality steel 材料/(MPa)b/(MPa)優(yōu)質(zhì)碳鋼4612.568可見連桿的柔度介于和之間，是中等柔度壓桿。如用直線公式，由表查處優(yōu)質(zhì)碳鋼的和b分別是：=461MP，b=2.568MP。由直線公式求出臨界壓應(yīng)力為 （3-9） 其中， 臨界應(yīng)力臨界壓力是 連桿的工作安全因數(shù)為 （3-10）所以滿足穩(wěn)定要求。3.2.5導桿的計算及校核導桿是連接連桿和下試樣夾具的中間橋梁，正是導桿的往復運動帶動了下試樣夾具做直線往復運動，從而實現(xiàn)下試樣和下試樣的往復摩擦。為了保證導桿沿一定的方向做直線運動，設(shè)置了導向裝置從而確保導桿沿固定方向運動。由于導桿受力并不是很大，所以導桿選用45號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理即可。下表3-2是導桿的主要參數(shù)表3-2 導桿的參數(shù)Table 3-2 Account of parameters長度/mm截面直徑/mm抗壓強度/MPa抗拉強度/MPa1024608080下面對導桿的受壓和受拉進行校核導桿的軸力為 根據(jù)校核公式 （3-11） 根據(jù)校核，所以導桿滿足強度要求。3.2.6鍵的選取計算及校核鍵聯(lián)接是通過鍵實現(xiàn)軸和軸上零件間的周向固定以及傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。鍵的工作面是兩個側(cè)面，工作時，靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間留有間隙。鍵的選擇主要包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的主要尺寸是鍵的截面尺寸(一般為鍵寬b鍵高h)與長度L，鍵的截面尺寸應(yīng)根據(jù)軸徑d有標準中選定。鍵的長度一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或短于輪轂的長度，并且鍵長應(yīng)符合標準長度系列。由于本試驗機是小型，鍵的工作場合，故采用雙圓頭平鍵聯(lián)接；具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性較好等特點。圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中周向固定良好。由于鍵是標準件，不需要計算，只要根據(jù)與鍵相配合的軸的直徑來確定。由于軸的直徑已經(jīng)確定，所以鍵的尺寸只需要查表確定，經(jīng)查表選擇鍵的尺寸型號為：鍵836mm GB/T1096-1979，鍵1456mm GB/T1096-1979。鍵的材料主要是抗拉強度不小于600MPa鋼，一般選擇45鋼。鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，除非嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷，因此通常只按工作面的擠壓應(yīng)力進行強度的計算。在進行強度校核后,如果強度不夠，可采用雙鍵聯(lián)接。本課題研究的試驗機中共有四處鍵聯(lián)接：即電機與聯(lián)軸器的連接，小齒輪軸和聯(lián)軸器以及與小齒輪的連接，大齒輪與軸連接。下面對鍵聯(lián)接進行強度計算：根據(jù)公式p=（2T1000）/kldp （3-12）式中：p鍵受到的許用應(yīng)力，單位MPap-鍵 軸 輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力，單位Mpa；經(jīng)查機械設(shè)計手冊選擇的數(shù)值為鑄鐵的最低，5060MPa。T-鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，T=F(d/2)，單位為Nm。K-鍵與輪轂槽的接觸高度K=0.5h，h為鍵的高度，單位mm。L-鍵的工作長度，單位mm，圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長度，b為鍵的寬度。d-軸的直徑，單位mm。(1) 首先是對電機主軸上的鍵進行計算由于電機的型號已經(jīng)確定為Y2-132M型，經(jīng)查表可知其額定轉(zhuǎn)矩為9.72Nm；額定功率為2.2KW；額定轉(zhuǎn)速為960r/min。所以p=（2T1000）/kld=(29.721000)/43628=4.7Mpap 強度合格。(2) 對轉(zhuǎn)盤軸上面的鍵進行校核由于本軸上共有兩處鍵聯(lián)接，且傳遞動力一樣，所以只需對一個鍵進行校核。首先要計算鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩,根據(jù)公式T=9550P/n，式中：P為軸所承受的功率,聯(lián)軸器的效率一般為0.98左右所以P1=0.982.2=2.156KWn為軸的轉(zhuǎn)速，即n1=940r/min所以T=9550P/N=21.5Nmp1=（2T1000）/kld=(221.51000)/43628=5.05mpap強度合格。所以經(jīng)過計算，本課題中所采用的鍵聯(lián)接都能滿足