畢業(yè)論文--x-dm型調壓變速摩擦試驗機(含外文翻譯）

1、<p>　　中 國 礦 業(yè) 大 學</p><p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　姓 名： 葉如哨 學 號： 03021012 </p><p>　　學 院： 機電工程學院 </p><p

2、>　　專 業(yè)： 機械制造及自動化 　 </p><p>　　論文題目： X-DM型調壓變速摩擦試驗機 </p><p>　　專 題： </p&g

3、t;<p>　　指導教師： 朱真才 職 稱： 教授 </p><p>　　2006 年 6 月 徐州</p><p>　　中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文任務書</p><p>　　學院 機電工程 專業(yè)年級 機自02-5 學生姓名 葉如哨 </p><p>

4、;　　任務下達日期：2006 年 2 月 20 日</p><p>　　畢業(yè)論文日期： 2006 年 3 月 15 日至 2006 年 6 月 20 日</p><p>　　畢業(yè)論文題目：X-DM型調壓變速摩擦試驗機</p><p>　　畢業(yè)論文專題題目： </p><p>　　畢業(yè)論文主要內容和要求：&l

5、t;/p><p>　　院長簽字： 指導教師簽字：</p><p>　　中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文指導教師評閱書</p><p>　　指導教師評語（①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內容的理論依據和技術方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：</

6、p><p>　　成 績： 指導教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文評閱教師評閱書</p><p>　　評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新

7、點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績： 評閱教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文答辯及綜合成績</p><p><b>　　摘 要</b>

8、</p><p>　　簡要介紹了摩擦試驗機的背景和發(fā)展趨勢，詳細論述了變速調壓摩擦實驗機的工作原理及在我國材料工程發(fā)展中占有的重要地位。</p><p>　　變速調壓摩擦實驗機是由國家非金屬礦制品質量監(jiān)督檢驗中心依托對定速摩擦試驗機的成功改進，是定速摩擦試驗機的升級版，它主要有正壓力加載系統(tǒng)、主機、計算機控制、強電控制系統(tǒng)四部分組成。本文將著重介紹其中的主機和壓力加載系統(tǒng)。主機除了保留定速

9、摩擦試驗機的優(yōu)點為，采用了更為穩(wěn)定可靠的門架式結構來進行正壓力的加載，以步進電機為動力，電機皮帶輪與主軸帶輪的傳動采用平衡拉桿，防止主軸在大扭距作用下的變形。壓力加載系統(tǒng)則是由液壓系統(tǒng)采用液體通過液壓缸對試片進行加壓。</p><p>　　在可調壓，可變速條件下對摩擦材料的摩擦磨損性能進行試驗決定它必將是企業(yè)，科研單位、檢驗機構進行質量控制、配方研究、產品檢測的主要實驗設備。</p><p&g

10、t;　　總的來說，此變速調壓摩擦實驗機全部采用開放式結構，它的主要特點為：結構簡單，安裝方便，維修容易，由于其低成本從而可以實現工業(yè)效益的最大化.</p><p>　　關鍵詞：摩擦 變速 調壓</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, we have briefly introd

11、uced the background and development of the friction test machine; we also have given a minute description of its working elements and its important status in the development of our country’s material engineering.</p&g

12、t;<p>　　The friction test machine which can change its speed is a successful amelioration, which is carried out by the country quality intendance center according to the friction test machine of fixed speed, and i

13、s the upgrade of the friction test machine of fixed speed, it mainly includes four parts --- the system of positive compressive stress, the mechanical system, the control system of electricity and the computer system. no

14、t only it has the excellence of the friction test machine of fixed speed, b</p><p>　　It must will be a equipment used by the corporations, the scientific research units, the quality intendance centers and th

15、e products test centers, because it has lots of strongpoints, especially it could change its circumgyrated speed. </p><p>　　In a word, this friction test machine is an open type structure, its main character

16、istics is: simple Structure, install conveniently, maintain easily, since it is low cost to carry out the optimization.</p><p>　　Keywords： Friction; Speed changing; regulate stress</p><p><b

17、>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 國內摩擦學的發(fā)展概況 10</p><p>　　1.1摩擦磨損理論 11</p><p&g

18、t;　　1.1.1 目前研究摩擦的幾種主要理論 13</p><p>　　1.1.2 不同磨損機理的磨損 14</p><p>　　1.2摩擦試驗機的分類

19、 18</p><p>　　1.3 我國摩擦試驗機的發(fā)展現況 10</p><p>　　1.3.1克服因展動造成的測試誤差 11</p><p>　　1.3.2試驗機性能驗證

20、 12</p><p>　　1.4 研制自己的機型在技術指標方面建的議 12</p><p>　　第二章 設計方案的確定 14</p>

21、;<p>　　2.1 已知設計要求 14</p><p>　　2.2 整體方案的確定 14</p><p>　　2.2.1 選擇動力形式

22、 14</p><p>　　2.2.2 機械傳動部分的動力傳遞方式 15</p><p>　　2.2.3 主要設計參數 15</p><p>　　第三章

23、 試驗機主要零部件的設計計算 16</p><p>　　3.1 傳動軸的設計 16</p><p>　　3.2 軸承的選擇

24、 20</p><p>　　3.2.1 軸承的轉速 20</p><p>　　3.2.2 計算軸承的額定負載和額定壽命 21</p><p>　　3.3 傳動帶的設計

25、 23</p><p>　　3.3.1 V帶的設計計算 24</p><p>　　3.3.2 V帶輪的設計

26、 25</p><p>　　3.4電機的選擇 26</p><p>　　3.5聯(lián)軸器 26</p><p>　　3.6其他機械部件的設計

27、 26</p><p>　　第四章 液壓泵站的設計 29</p><p>　　4.1 液壓缸的選擇計算 29</p><p>　　4.1

28、.1 活塞部分的計算 32</p><p>　　4.1.2 導向套的設計 35</p><p>　　4.1.3 油口的選擇

29、 36</p><p>　　4.2 液壓控制元件 36</p><p>　　4.3 選擇液壓工作介質 37</p><p>　　4.4 液壓輔件的選擇

30、 38</p><p>　　4.4.1 油箱的設計 38</p><p>　　4.4.2 選擇油管直徑

31、 39</p><p>　　4.4.3 選擇過濾器 40</p><p>　　4.4.4 蓄能器的選取 41</p><p>　　4.5 液壓泵的選擇

32、 42</p><p>　　4.6 驅動電機的選擇 43</p><p>　　4.7 聯(lián)軸器的計算選擇 43</p>&

33、lt;p>　　4.8液壓系統(tǒng)的維護 44</p><p>　　4.8.1 防止固體雜質混入液壓系統(tǒng) 44</p><p>　　4.8.2 防止空氣和水入侵液壓系統(tǒng)

34、 45</p><p>　　4.8.3 運行中注意事項 46</p><p>　　4.8.4 定期保養(yǎng)注意事項 47</p><p>　

35、　第五章．注意事項 49</p><p>　　5.1 試驗機的保養(yǎng) 49</p><p>　　5.2 易損件目錄

36、 49</p><p>　　5.3 實驗原理 49</p><p>　　5.4 試驗方法： 50</p><p>　　第六章．結論

37、 51</p><p>　　參考文獻 51</p><p>　　翻 譯

38、 53 </p><p>　　致 謝 ……………………………………………………………………… 66 </p><p>　　第一章 國內摩擦學的發(fā)展概況</p><p>

39、;<b>　　前言：</b></p><p>　　2004年12月25－26日，由中國工程院和國家自然科學基金委員會在北京香山飯店聯(lián)合召開了“摩擦學科學與工程前沿研討會”。此次會議是在徐匡迪院長的倡議下舉辦的。出席會議的學者和專家共115人。謝友柏、薛群基、徐濱士院士和中國機械工程學會摩擦學分會主任委員張嗣偉教授作為會議主席主持了會議。張彥仲、艾興、黃崇祺、李椿萱、劉友梅、王玉明、溫詩鑄、聞

40、邦春、聞立時、徐志磊、朵英賢等14位工程院和科學院院士參加了會議。黃伯云、鐘掘院士派代表參加了會議。中國工程院石立英副秘書長和國家自然科學基金委員會的工程與材料科學部雷源忠主任分別代表兩個單位致開幕辭，工程學部工作局李仁涵副局長出席了會議。 會議共分四個議題，即：1）高新技術發(fā)展中的摩擦學挑戰(zhàn)；2）裝備制造發(fā)展中的摩擦學設計；3）潤滑、摩擦與耐磨新材料；4）摩擦學與資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。與會學者和專家圍繞議題進行了熱烈的討論。會上，

41、張嗣偉教授作了題為《摩擦學科學與工程的進展與展望》的主題報告，艾興、徐濱士兩位院士和17位專家圍繞議題做了專題報告。謝友柏院士作了會議總結。</p><p>　　會議圍繞“摩擦學與高新技術、裝備制造、節(jié)能、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”為主題，就如何進一步發(fā)揮摩擦學在解決國家重大工程和裝備中的關鍵問題，特別是對摩擦學科學與前沿技術在解決國民經濟發(fā)展與資源、環(huán)境尖銳矛盾中的重要作用，著重進行了探討。院士專家們在會上，分別從空間

42、到地面及地下、水面及水下，大型裝備到精密機械，無生命到有生命系統(tǒng)，以及潤滑、摩擦與耐磨新材料等方面，介紹了我國摩擦學的發(fā)展現狀、前景和存在的問題。會議認為：我國摩擦學科學技術的水平在一些領域里，與國際差距不大。如近年來發(fā)展起來的空間摩擦學、仿生摩擦學和微納米技術在摩擦學領域中的應用等，無論是科學研究，還是技術應用都取得了重大突破，有的還處于前沿水平。會議指出：1）摩擦學是一個充滿著高新科學技術的、多學科交叉的工程領域，摩擦學的發(fā)展對航空

43、、國防安全和微納制造、生物制造、人類健康工程等領域都有直接的促進和推動作用。2）摩擦學對于節(jié)能、節(jié)材從而對于保護環(huán)境具有重要的意義。一般認為，人類一次能源大約1/3是消耗于摩擦，約有70％的設備損壞是由于各種形式的磨損而引起的。節(jié)約材料也是節(jié)約能源。目前，我國的GDP占世界的4％，卻消耗了占世界30％－4</p><p>　　會議針對我國經濟和社會發(fā)展所面臨的資源、能源、環(huán)境以及裝備制造和高新技術對摩擦學提出的挑

44、戰(zhàn)進行了深入的研討，明確該領域的許多關鍵技術和有工程背景的科學問題，為今后進一步開展多層次、多學科交叉的研究奠定了基礎。</p><p>　　會議建議：把討論的意見集中起來，用適當的形式向國家提出建議。內容可以包括：1）將摩擦學作為一項戰(zhàn)略共性領域列入國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃及“十一五”計劃；2）建立有關法規(guī)和制定相應政策；3）建立以企業(yè)為主體的節(jié)約資源、環(huán)保和提高生命質量為任務的產學研結合的摩擦學工程中心。

45、4）鼓勵擁有摩擦學研究成果的單位將自己的成果組織成能隨時支持產品設計的資源。5）普及摩擦學知識，加強摩擦學專門人才的培養(yǎng)和教育。同時，建議中國工程院立項進行《我國摩擦學科學技術及其工程應用現狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究》。</p><p>　　這次會議是對我國摩擦學科學和高技術研究成果、跟蹤國際前沿和實際應用的一次檢閱，也是對我國摩擦學存在問題的一次檢討。</p><p><b>　　1.1

46、摩擦磨損理論</b></p><p>　　摩擦學(Tribology)一詞是1966年以后開始使用的。Tribology是由希臘字tribos一詞派生而來，其含義是摩擦或摩擦的科學。摩擦對人類的生產生活有著很大的影響，因此人們對這一問題開展了大量的研究。然而過去對摩擦、磨損、潤滑的研究只是從各個力一而孤億的進行的，實踐表明當接觸表面作相對運動時就會產生摩擦，運動表面在摩擦過程中將發(fā)生一系列的物理、化學

47、、力學等方面的變化，因而摩擦學是涉及數學、力學、物理、化學、冶金、材料、機械工程、石油化工等多種學科領域的一門綜合性的邊緣科學，盡管有許多科技人員已對摩擦學理論和應用技術研究作出了許多重大成果，但因大都孤立的分散在各個工業(yè)部門中，人們無法全面、系統(tǒng)的看到它在機械工程中的重要性、普遍性和復雜性，從而妨礙了對它進行更加深入的科學研究。</p><p>　　近年來，隨著生產力的迅猛發(fā)展，潤滑技術的作用已日顯重要，許多生

48、產和重大工程技術問題迫切需要應用摩擦學技術和理論去解決，因而摩擦學得到了飛速發(fā)展。</p><p>　　摩擦學是研究相互運動表面的作用、變化、損傷理論和實踐的綜合科學技術，是研究機械中的摩擦、磨損和潤滑問題的一門邊緣學科。在塑性加工過程中，接觸表面作相對運動就產生摩擦，在摩擦過程中運動表面發(fā)生一系列的物理、化學、力學等方面的變化，這些變化對金屬成形加工過程和工件質量有著重要的影響，研究塑性加工中的摩擦、潤滑和磨損

49、現象及其規(guī)律，以采取有效措施改善加工條件，提高工件質量是塑性加工摩擦學的基本任務。 金屬板料成形在國民經濟及材料加工領域中占有相當重要的地位，板料成形的零件重量輕、耗材少、生產率高、成本低，己經廣泛地為各個工業(yè)部門所采用。摩擦是金屬薄板成形中的重要行為之一，不僅影響成形力的大小和能量消耗，還直接影響零件的成形極限、回彈和表面質量。摩擦是一種普遍存在于生產實踐中的現象，但在相當長的一段時間里僅依賴經驗而沒有正確的解析方法，在兩個剛體的接觸

50、摩擦研究中產生的一些摩擦理論如庫侖摩擦定律、剪切摩擦理論等，但均無法準確解決剛性體與塑性體之間高接觸壓力的摩擦問題，只是參照剛性體摩擦理論進行近似求解。近年來許多專家學者用有限元方法和有限差分法對板料成形過程進行計算機模擬，在有限元的計算機模擬過程</p><p>　　1.1.1 目前研究摩擦的幾種主要理論</p><p>　　關于摩擦的成因曾有過多種說法，主要有：</p>

51、<p>　　1.機械聯(lián)結理論。這是最早提出的摩擦機理，它認為摩擦力是兩個凸凹不平的表面因相互嚙合而產生的移動阻力。這個理論把固體表面的微凸體看成是絕對的剛體，兩固體相對運動，要沿微凸體的斜坡滑上滑下，所以要消耗一定的外功。</p><p>　　2.分子吸附理論。這一理論出現于二十世紀20年代，它認為材料的原子或分子在接觸表面上受到對方原子或分子的吸引，在被“拉開”時就必然要消耗能量。</p>

52、<p>　　3.靜電力理論。這一理論是在60年代初提出的，它認為兩摩擦金屬表面間出現的粘附現象是由于電子流動效應所致。這種電子流動會在界面上引起誘導極性的電荷聚集，這些電荷通過靜電吸引作用把兩表面吸合在一起。</p><p>　　4.粘附理論。這個新理論是1950年英國學者鮑頓(Bowden)提出的，現己得到普遍承認。兩金屬接觸時接觸點會因高壓和塑性流動而冷焊起來。物體要滑移須先剪斷這些焊接點，此剪

53、切力是構成摩擦力的主要原因之一。</p><p>　　對于摩擦的成因，粘附理論認為[al，形成相對移動的阻力的主要原因有二:其一是因為在真實接觸面上產生結合點，要相對滑移就必須用力來剪斷這些粘附結點；其二是因為相對移動時，硬質表面的微凸體會在軟質表面上進行刻槽(或稱切削)。前一項稱之為粘附項，后一項稱之為犁溝項。</p><p>　　一、正常運行的磨損過程摩擦副相對運動和相互作用時，工作表

54、面的物質不斷損失的現象稱為磨損。正常運行的磨損過程一般分為三個階段:</p><p>　?、?跑合階段(又稱磨合階段)— 新的摩擦表面具有一定的粗糙度，實際接觸面積較小。在一定的載荷下，摩擦表面逐漸磨平，實際接觸面積逐漸增大，磨損速度由快逐漸減緩。人們有意地利用跑合階段輕微磨損。為正常運行穩(wěn)定磨損創(chuàng)造條件。</p><p>　?、?穩(wěn)定磨損階段— 經過跑合，摩擦表面發(fā)生加工硬化，微觀幾何形

55、狀改變，建立了彈塑性接觸條件。這一階段磨損趨于穩(wěn)定，磨損量與時間成正比增加，磨損速度基本保持不變。</p><p>　?、?劇烈磨損階段— 經過較長時間的穩(wěn)定磨損后，摩擦條件發(fā)生較大變化，精度喪失，機械效率下降，甚至產生噪聲和振動，溫度迅速升高，最終導致零件失效.</p><p>　　1.1.2、不同磨損機理的磨損</p><p>　　① 粘合磨損一一當摩擦副相互接

56、觸時，由于表面不平，實際上是微凸體之間的接觸。在一定載荷作用下相對滑動時，接觸點發(fā)生塑性變形和剪切，摩擦表面溫度升高，嚴重時表層金屬局部會軟化或熔化，導致接觸區(qū)發(fā)生粘著或焊合。然后出現粘著一剪切一再粘著一再剪斷的循環(huán)過程，這就形成了粘著磨損.油潤滑的金屬表面在油膜破裂后可能發(fā)生粘著。根據粘著程度的不同，粘著磨損類型也不同。若接點的剪切強度低，剪切發(fā)生在粘著結合面上，表面轉移的材料極少則稱為“輕微磨損”。如果接合點強度較高，剪切發(fā)生在軟金

57、屬表面內，就會形成危害性的粘著磨損。這時被剪斷的軟金屬逐漸會轉移至硬表面上，一部分被轉移的金屬從母體分離而形成磨屑，最終導致表面破壞。當剪切發(fā)生在軟金屬表層，被剪切的軟金屬薄層以涂沫方式轉移到硬金屬表面上，稱為“涂沫”(Smearing)。若剪切發(fā)生在軟金屬表層下較淺部分，硬表面可能被劃傷，破壞方式則是沿滑動方向產生細小劃痕，稱為“擦傷”(Scratching).當剪切發(fā)生在摩擦副一方或雙方金屬表層較深處，由于表面局部溫度較高，壓力很大

58、，粘結點剪切強度比基體金屬高，相對滑動時表面就會產生撕脫性的破壞，這是一種危害較大的磨損，</p><p>　?、?磨料磨損— 硬的顆?；蛴驳耐黄鹞铮谀Σ吝^程中，引起材料脫落。磨料磨損機理包括有兩種情況。一種是一個粗糙的硬表面相對于一個軟表面滑動，犁細的溝槽等情況，因而要有一個相對硬而粗糙表面的作用引起磨損。</p><p>　?、?表面疲勞磨損— 表面疲勞磨損是表面在摩擦存在的條件下，

59、同時承受交變接觸應力，使表面產生疲勞裂紋并繼續(xù)發(fā)展而成。它和材料的一般疲勞破壞的區(qū)別主要是存在著摩擦、磨損作用，表層發(fā)生塑性變形和發(fā)熱等現象，并受液體介質的作用。疲勞磨損發(fā)生在潤滑油存在的條件下的。潤滑油存在不但能減小表面間的摩擦，而且增大了實際接觸面積，使接觸部分壓力接近平均分布，抗疲勞磨損能力提高，而且在合理的限度內，油的粘度越高，抗疲勞磨損能力提高。當摩擦表面出現疲勞裂紋后，潤滑油浸入裂紋內，而且粘度越低的油越容易浸入裂紋中，加速

60、裂紋擴展，加速磨損、降低壽命，為此根據具體條件選擇油的粘度是很重要的。</p><p>　　人類對于材料摩擦磨損的研究，概括起來可以分為三個階段。研究階段的初期完全是建立在經驗基礎上的，達·芬奇在十五世紀中葉就發(fā)現了摩擦力和載荷成正比，磨損隨載荷的增加而加劇。后來，德薩格利爾(J. T. Desagulier)在1724年提出了摩擦時存在粘附過程的可能性，這是摩擦磨損的粘附機制理論的最早萌芽。霍爾姆(R

61、.Holm) 1938年首先提出應把表觀接觸和實際接觸區(qū)分開來，標志著對摩擦磨損的研究進入了中期研究階段。在這一階段，以鮑登(F. P. Bowden)和泰伯(D.丁abor)為代表的一批科學家對摩擦學的研究做出了突出貢獻，初步建立了摩擦磨損的分子(粘著)與機械(力學)作用理論。60年代以后，隨著工業(yè)技術水平的迅速提高和現代測試技術的快速發(fā)展，摩擦磨損研究進入到借助于現代測試技術和表面分析工具的現代研究階段，使摩擦磨損的研究逐步趨于成熟

62、。當今我們對材料摩擦磨損的研究目標在于揭示摩擦磨損的物理本質，在材料的摩擦磨損與外界條件及材料本身已知的物理、機械和化學性能間建立起科學的數學關系。這樣就有可能象在線性機械系統(tǒng)中那樣，借助系統(tǒng)分析的方法，通過數學關系把輸入值和輸出值聯(lián)系起來，并找</p><p>　　而近年來，對摩擦磨損機理的研究表明，摩擦副和潤滑等條件不同，磨損機理也各不相同。英國學者W.J.TOMLIHSONI'l在無心磨床上用EM2

63、4鋼對滲碳鋼作了不加任何添加劑的干摩擦試驗，然后將試件用電子顯微鏡(SEM)觀測，發(fā)現試件表面上有0.25-0.29um的白層，它非常硬，能抵抗刻蝕。它的存在減少了疲勞抗力，卻增加了抗磨能力?？鼓ツ芰σ蕾囉诎讓雍穸?，在摩擦磨損機理上屬于二體磨料磨損。韓國學者S.C.KANG(21作了這樣一個試驗:將一個旋轉平面與一個靜止的圓柱體摩擦磨損，用油潤滑。他對這個試驗作了如下描述和討論:從滑動開始，一個黑色的膜形成在表面上，油開始變黑，黑膜是F

64、e304為主的氧化物.當足夠的氧化膜形成時，金屬的磨損碎片也停止形成。在氧化膜的形成和轉移速率之間，如果轉移速率占優(yōu)則表面失效，若氧化速率占優(yōu)則表面存在.這段評價的重要意義在于它揭示了在潤滑條件下表面氧化膜的形成和損失之間的動態(tài)平衡關系，現在己經被人們普遍所接受，在實踐上有重要意義。但為了到達快速磨損的目的，出現了在潤滑油中加入磨料的摩擦磨損技術。在靡擦磨損過程中，用硬的磨料切削掉摩擦表面上的凸峰，可以大大加快摩擦磨</p>

65、<p>　　60年代以后，隨著工業(yè)技術水平的迅速提高和現代測試技術的快速發(fā)展，摩擦磨損研究進入到借助于現代測試技術和表面分析工具的現代研究階段，使摩擦磨損的研究逐步趨于成熟。當今我們對材料摩擦磨損的研究目標在于揭示摩擦磨損的物理本質，在材料的摩擦磨損與外界條件及材料本身已知的物理、機械和化學性能間建立起科學的數學關系。這樣就有可能象在線性機械系統(tǒng)中那樣，借助系統(tǒng)分析的方法，通過數學關系把輸入值和輸出值聯(lián)系起來，并找到耐磨和

66、減摩或增摩的可靠途徑。</p><p>　　首先是對摩擦材料的研究，材料的性能是由其微觀組織決定的，而材料的微觀組織又是由材料的成分及制備工藝決定的。研究顆粒增強鋁基復合材料的摩擦磨損性能，首先必須能夠穩(wěn)定地獲得成分、組織均勻，增強相與基體合金界面結合良好的復合材料試樣。復合材料的一大特點就是成分、組織及性能的可設計性。為了獲得成分、組織均勻，性能滿足要求的復合材料試樣，需要根據前人的研究成果，在充分考慮各項影響

67、因素的基礎上，選擇適合于用作制動盤類零件的增強相種類、尺寸、體積分數及基體合金，并確定其研究范圍。由于復合材料的制備工藝對材料的性能有較大的影響，還需要從眾多的制備方法中選擇合適的制備工藝，改善顆粒增強相與基體合金的潤濕性，控制界面反映，盡可能減少試樣制備缺陷對材料摩擦磨損性能的影響。</p><p>　　材料的摩擦理論，至今仍是摩擦學研究的重要課題，對于材料的摩擦系數許多研究者還給出了不同的計算表達式Ilfi]

68、。綜合前人的研究結果，試驗材料與半金屬摩擦材料配副的干滑動摩擦系數受三方面因素的影響，可以用下列公式表達:</p><p>　　μ=μd+μp+μa</p><p>　　式中: μd為微凸體的變形分量,μp為磨損粒子和硬的表面微凸體的犁削作用分量; μa為表面之間的粘著分量。這些分量在摩擦系數中所占的分量取決于滑動面間的狀態(tài)，它又受滑動歷程、所用的摩擦副材料、摩擦表面形貌和環(huán)境等多種因素的

69、影響。</p><p>　　而近年來，對摩擦磨損機理的研究表明，摩擦副和潤滑等條件不同，磨損機理也各不相同。英國學者W.J.TOMLIHSONI'l在無心磨床上用EM24鋼對滲碳鋼作了不加任何添加劑的干摩擦試驗，然后將試件用電子顯微鏡(SEM)觀測，發(fā)現試件表面上有0.25-0.29um的白層，它非常硬，能抵抗刻蝕。它的存在減少了疲勞抗力，卻增加了抗磨能力?？鼓ツ芰σ蕾囉诎讓雍穸?，在摩擦磨損機理上屬于二體

70、磨料磨損。韓國學者S.C.KANG(21作了這樣一個試驗:將一個旋轉平面與一個靜止的圓柱體摩擦磨損，用油潤滑。他對這個試驗作了如下描述和討論:從滑動開始，一個黑色的膜形成在表面上，油開始變黑，黑膜是Fe304為主的氧化物.當足夠的氧化膜形成時，金屬的磨損碎片也停止形成。在氧化膜的形成和轉移速率之間，如果轉移速率占優(yōu)則表面失效，若氧化速率占優(yōu)則表面存在.這段評價的重要意義在于它揭示了在潤滑條件下表面氧化膜的形成和損失之間的動態(tài)平衡關系，現

71、在己經被人們普遍所接受，在實踐上有重要意義。但為了到達快速磨損的目的，出現了在潤滑油中加入磨料的摩擦磨損技術。在靡擦磨損過程中，用硬的磨料切削掉摩擦表面上的凸峰，可以大大加快摩擦磨</p><p>　　1.2摩擦試驗機的分類</p><p>　　一般說來，摩擦試驗機的分類主要依據三個方面：</p><p>　　1．摩擦副特性：即試驗機所采用的模擬摩擦副的形式；<

72、;/p><p>　　2．比例特性，即所用試件與原構件的比例；</p><p>　　3．速度與加載特性：即摩擦速度范圍和加載方式。這三方面決定了摩擦試驗機的“硬件”基本模式和功能，執(zhí)行的試驗規(guī)范。 電機經聯(lián)軸器，齒輪箱拖動主軸旋轉，試件為原配制動盤、制動卡鉗和整片摩擦襯片，電機功率30KW，380V，50HZ，不調速，制動盤(鼓)以每分鐘660轉定速轉動，許用最大制動力矩440NM，制動鉗上的油

73、壓由氣液轉換產生。從機械結構特點上看，所謂克勞斯試驗機的基本模式就應該是：</p><p>　　1．采用盤式制動摩擦副形式(雖然必要時也可兼用于鼓式制動副)；</p><p>　　2．采用原配制動盤，制動鉗和整片摩擦襯片為試件(既1：1試件；鼓式試驗時可用試樣)；</p><p>　　3．定速滑摩(轉速660轉／分)，非慣性式加載。</p><p

74、>　　這三條構成克勞斯機的必要條件決定了它的特色和功能。只要具備或可實現這三個條件的試驗機，就具有克勞斯機的基本模式，就可以歸類于克勞斯試驗機的范疇。自第一臺克勞斯問世以來到現在，盡管其機械結構有變化，控制和測量系統(tǒng)也在不斷更新，從而不斷產生新型號的克勞斯機。但克勞斯機的基本模式卻不能改變。</p><p>　　1.2.1新型試驗機應具備的功能</p><p>　　新型試驗機應具備的

75、功能為了完成摩擦材料的符合性(合格性)測試和內在品質的鑒別，摩擦材料試驗機應該具備以下性能特征:</p><p>　　1.在同等壓力和同等速度條件下，進行不同溫度區(qū)間的摩擦磨損試驗</p><p>　　2.在同一溫度區(qū)間和同等壓力條件下，進行不同速度范圍的摩擦磨損試驗</p><p>　　3.在同一溫度區(qū)間和等同速度條件下，進行不同壓力條件下的摩擦磨損試驗</

76、p><p>　　4.在同一速度和同一壓力條件下，進行摩擦升溫試驗</p><p>　　5.在一定速度和一定壓力的條件下，進行模擬制動試驗第一種功能用以實現現行國家標準規(guī)定的質量合格性試驗方式，后四種用以對摩擦材料的內在質量進行綜合評價。為實現以上目標，新型可調速可調壓干式摩擦材料性能試驗機將原有定速試驗機的速度從500r/min 1個檔位提高到了2000r/min和多個檔位，將試驗壓力從原來的

77、0.49Mpa和0.98MPa2個檔位提高到最高壓力6Mpa和多個檔位，將試驗溫度從原來的試驗溫度V-間100一350 cC提高了100一400 `C，在上述范圍內，可以根據試驗者的設置條件進行試驗，也可以按照實際工況條件設置進行試驗。</p><p>　　1.3 我國摩擦試驗機的發(fā)展現況</p><p>　　我國現行的摩擦材料性能測試方法一般采用定速式摩擦性能試驗機，執(zhí)行的測試技術標準是

78、汽車用制動器襯片GB5763一98和汽車用離合器面片GB/T 5764 - 98，該標準規(guī)定測試摩擦材料的摩擦磨損性能的條件為壓力0.98 M pa、轉速度500r/min，這種試驗屬于符合性(合格性)測試，主要用以檢驗摩擦材料是否達到最低性能要求。因為500r/min的試驗條件僅僅相當于中型載重汽車25 Km/h的行使速度在我國交通事業(yè)突飛猛進的時代，高速公路上的汽車行使速度約為100Km/h，一般制動速度為50Km/h，此時僅用25

79、 Km/h來評估摩擦材料的質量將無法接近實際工況。事實上，只有選擇不同壓力、不同速度的測試條件才有可能滿足接近實際使用工況的試驗。為此，國內摩擦材料領域的許多專家學者和工程技術人員已經提出了“新型摩擦材料試驗機能否在不同的速度，不同的壓力下，對摩擦材料的性能進行對比測試，以鑒別其內在品質差異”的課題。在這一背景下，我國研制出了我國第一代可調速可調壓摩擦材料性能試驗機，這種試驗機屬于一個界于定速試驗和臺架試驗之間用以評估摩擦材料的品質的新

80、型試驗機?？烧{速可調壓摩擦材料性能試驗機</p><p>　　實現可調速可調壓測試性能應解決的技術路徑:為了實現以上性能測試功能，在新試驗機的研制過程中，解決了涉及功能和測試精度的下述技術問題:</p><p>　　圖1.3為可調速可調壓摩擦試驗機結構原理圖</p><p>　　變速功能的實現為保證主軸轉速最高達到2000r/min和變速功能的實現，新型試驗機采用轉

81、速為900 r/min的15KW交流電機為動力源，采用PY97G.V4普傳變頻調速器(臺灣產)實現變速功能，試驗機主軸可以在0一2000r/min范圍內無級(多檔)變速。2.2變壓功能的實現根據經典摩擦定律理論:</p><p><b>　　F=fw</b></p><p>　　知摩擦力與正壓力成正比，式中:F一摩擦力，W一正壓力，f一摩擦系數。由上式可見，正壓力準確

82、施加是試驗機測試過程的關鍵，保證壓力載荷垂直施加在摩擦盤上和保證壓力載荷數值的準確施加是新型試驗機設計過程需要解決的重要問題。為實現這一目標，在技術上應該解決:川施壓的準確點不受其它因素帶來的影響;(2)合理的結構排除諸因素帶來的誤差。本試驗機采取氣體施壓方式，保證了氣缸體與承壓軸的同軸度一致和施壓數值十分準確，在結構形式上采用了龍門架式，氣體壓力通過龍門架的中點垂直于測試面施加，在施壓系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)方面較好的保證了試驗機的可行性，結構

83、原理見圖1.3</p><p>　　1.3.1克服因展動造成的測試誤差</p><p>　　試驗機在測試運轉過程中會產生一定的機械震動，硅碼加載的重力也會因機械摩擦發(fā)生變化，并隨之帶來平行度誤差、杠桿配置誤差、硅碼施力因素帶來的誤差，在不同程度和范圍影響測試數據的精確度和準確度。由試驗機結構原理圖(圖1)可見，新試驗機在設計上首先排除了單臂杠桿加壓不穩(wěn)定因素，減少了因機械震動帶來的誤差，在

84、龍門架的中心孔配置有活套和向心軸承裝置，以達到減小正壓力傳遞時的阻力和相對轉動產生切向力的阻力。采用氮氣或空氣壓力通過氣缸直接施壓于摩擦面，在任何狀態(tài)下都可保持正壓力的準確性和穩(wěn)定性。</p><p>　　1.3.2試驗機性能驗證</p><p>　　為檢驗可調速可調壓摩擦材料性能試驗機的上述功能，我們對四種實驗樣片進行了性能測定，三種樣片來自國內不同廠家按現行標準規(guī)定的質量樣片，一種來自

85、華東理工大學胡以強副教授提供的冷壓新型材料樣片。試驗時先將這些樣片按照國家標準規(guī)定的定速試驗方式，選用0. 98Mpa壓力和500r/min轉速從10090 - 350%溫度檔進行5000圈的試驗，考察結果發(fā)現四種樣片的測試結果幾乎一樣，摩擦系數均在0.4以上，高溫檔有輕微的衰減，磨損率等項目全部符合國家標準規(guī)定的質量指標。然后，用新研制的可調速可調壓干式摩擦材料性能試驗機對這四種摩擦片進行超標準條件試驗，壓力(0.98Mpa)和其它測

86、試條件不變，主軸轉速提高到1000r/min，結果發(fā)現，前三種樣片都在250度檔時被燒損，摩擦系數衰減較大。而華東理工大學胡以強副教授提供的冷壓新型摩擦材料樣片明顯優(yōu)于其它三種樣片，完成了1000r/min速度下的100℃一3509u全程測試(摩擦曲線見圖3)。以上試驗證明，可調速可調壓干式摩擦材料性能試驗機可在不同速度和不同壓力下對摩擦材料的性能進行多方位對比試驗，能夠區(qū)分出符合性測試結果相同的摩擦材料的內在品質的</p>

87、<p>　　研制成功了我國第一代可調速可調壓摩擦材料性能試驗機，該機可以在不同壓力、不同速度等測試條件下對摩擦材料的摩擦磨損性能進行試驗，可以用于摩擦材料的符合性試驗和內在質量評估。經過對四種摩擦材料的性能測試結果進行對比，證明可調速可調壓干式摩擦材料性能試驗機不僅可以完成摩擦材料的符合性試驗，同時可以進行接近實際工況條件的試驗，如模擬制動的試驗、強制磨損試驗，以達到全面鑒別摩擦材料內在質量的目的。</p>

88、<p>　　1.4 研制自己的機型在技術指標方面的建議</p><p>　　1.總體結構要適合我國國情。從目前國際上的機型看有二種基本形式，一種是電機上置，另—種是電機下置，后者可附設慣性飛輪組。本文認為能夠附設飛輪組的機型不增加太多成本，一機多用, 非常適合我國試驗機利用率較低和缺少慣性臺架(尤其缺少適合轎車制動器試驗臺架)的實際情況. </p><p>　　2．主要性能參數要

89、留有發(fā)展余地。試驗機使用周期較長，—般要一、二十年，為適應發(fā)展而不落后，除盡量采用最先進技術外，性能參數值應留有余地。綜合國外參數，建議國產機的主要參數不應低于表2中的數值：　</p><p>　　3.追求設備的高質量，全部功能元件應進行優(yōu)選，少數關鍵元件(如電一一氣伺服閥等)可考慮進口．機械結構設計在保證強度，剛度同時，要注意重外觀化工作,提供必要的方便,共同為提高我國的摩擦材料測試水平而努力。</p&g

90、t;<p>　　第二章 設計方案的確定</p><p>　　2.1 已知設計要求</p><p>　　X-DM型調壓變速試驗機要求對進行以下五個標準的,GB5763/-1998汽車用制動器襯片,GB/5764-1998汽車用離合器面片,GB/T11834-2000工業(yè)機械用石棉摩擦片,QC/T227.1-1997摩托車和輕便摩托車制動片摩擦性能試驗方法,SY/T5023-19

91、94石油鉆機用剎車塊的符合性試驗,還能夠進行不同正壓力,不同速度,多種溫度條件下的組合試驗,全面檢驗摩擦材料的內在品質。</p><p>　　2.2 整體方案的確定</p><p>　　2.2.1 選擇動力形式</p><p>　　摩擦實驗機根據加載的壓力不同可分為液壓加壓和氣壓加壓，通過兩種方法的比較，在本試驗機中采用液壓的加壓方法。</p><

92、;p>　　液壓傳動所具有的特點：</p><p>　　液壓傳動能在運行中實行無級變速，調速方便且調速范圍比較大。</p><p>　　在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕、功率大、結構緊湊能傳遞較大的力和力矩。</p><p>　　液壓傳動工作比較平穩(wěn)，反應快，沖擊小，能告訴啟動，制動和換向。液壓系統(tǒng)的換向頻率，回轉運動每分可達500次</p

93、><p>　　液壓傳動裝置的控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較簡單、省力，易于實現自動化，與電氣控制配合使用能實現復雜的順序動作和遠程控制。</p><p>　　液壓傳動裝置易于實現過載保護，系統(tǒng)超負荷，油液經溢流閥回油箱。</p><p>　　液壓傳動易于實現系列化，標準化，通用化，易于設計，制造和推廣使用。</p><p>　　液壓傳動易于實現回轉

94、、直線運動，且元件排列布置靈活</p><p>　　液壓傳動中，由于功率損失所產生的熱量可由流動著的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置產生過度溫升。控制方便等特點、速度、扭矩、功率均可作無級調節(jié)，能迅速換向和變速，調速范圍寬，快速性好，工作平穩(wěn)、噪音小，元器件已實現系列化、標準化，通用化等一系列優(yōu)點。而氣壓傳動的空氣具有可壓縮性，不易實現準確的速度控制和很高的定位精準，負載變化時對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大；同時，壓

95、縮空氣的壓力較低，一般用于輸出較小的場合。</p><p>　　因此，在本試驗機中使用液壓系統(tǒng)來提供正壓力的加栽</p><p>　　2.2.2 機械傳動部分的動力傳遞方式</p><p>　　1、為實現電機與傳動軸之間的能量傳遞，而兩者都是做軸向的旋轉運動，所以，要實現兩者的連接必須使用繞性機械傳動，而饒性傳動分為帶傳動、鏈傳動及鋼絲繩傳動。帶傳動分為摩擦型和嚙合

96、型兩種，摩擦型有平帶傳動、V帶傳動等，由于有彈性滑動，沒有準確的傳動比，但是在過載是可以打滑能起到保護其他零件不受損傷的作用。在本實驗機中比較適合。而捏合型傳動有同步帶傳動，可以保證傳動同步，但是制造工藝比較復雜。而鏈傳動主要應用在兩軸相距較遠，環(huán)境比較惡劣的地方。鋼絲繩是起重、提升和牽引機械廣泛使用的。因此，機械部分的動力傳遞選用V帶傳動。</p><p>　　2、為保證主軸轉速最高達到2000r/min和變速

97、功能的實現，新型試驗機采用轉速為900 r/min的15KW交流電機為動力源，采用PY97G.V4普傳變頻調速器(臺灣產)實現變速功能，試驗機主軸可以在0一2000r/min范圍內無級（多檔)變速。</p><p>　　2.2.3 主要設計參數</p><p>　　1、試驗機總功率：２０ＫＷ</p><p>　　2、測試最大摩擦力：2000N</p>

98、<p>　　3、正壓力測試范圍：0.5MPa~3.0MPa</p><p>　　4、摩擦盤轉速范圍：200r~1200r/min</p><p>　　第三章 試驗機主要零部件的設計計算</p><p>　　3.1 傳動軸的設計</p><p>　　軸是機器中的重要零件，各種作旋轉運動的零件都必須安裝在軸上，才能進行運動和動力的傳遞。

99、因此軸的功能是支承旋轉零件及傳遞運動和動力。軸及軸上零件組成的系統(tǒng)稱為軸系，與軸配合使用的零、部件稱為軸系部件，如齒輪、帶輪、鏈輪、軸承和聯(lián)軸器等。</p><p>　　在軸的設計中需要解決的兩個主要問題：結構設計和工作能力設計。</p><p>　　結構設計是根據軸上零件的安裝、定位及制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形狀和尺寸。工作能力計算是通過強度、剛度和穩(wěn)定性計算，保證軸具有

100、足夠的工作能力和可靠性。大多數軸只需進行強度計算，防止斷裂和塑性變形；對于剛度要求較高的軸才進行剛度計算，避免發(fā)生過大的變形；對于高速轉動的軸還要進行振動穩(wěn)定性計算，避免發(fā)生共振。其設計步驟通常是先擬定軸上零件裝備方案，然后根據裝備和制造要求，確定軸的結構形狀和尺寸，最后進行軸的強度校核，必要時進行剛度計算或振動穩(wěn)定性計算。</p><p><b>　　1、選擇軸的材料</b></p&

101、gt;<p>　　軸的材料種類很多，要根據強度、剛度、和耐磨性等要求選擇材料種類和熱處理方式。根據材料的機械性能，在此選擇45號鋼。</p><p>　　45號鋼的機械性能：</p><p>　　硬度HBS：217~255</p><p>　　抗拉強度極限：[σB]=650</p><p>　　屈服極限：[σS]=360<

102、/p><p>　　彎曲疲勞極限：[σ-1]=300</p><p>　　剪切疲勞極限：[τ-1]=155</p><p><b>　　2、初步估算軸徑：</b></p><p>　　按扭轉強度估算輸出端聯(lián)軸器的最小軸徑。</p><p>　　軸的扭轉強度條件是：τ=T/WT</p>&l

103、t;p>　　式中：τ——軸的扭轉切應力；MPa</p><p>　　T——軸所傳遞的轉距；N·mm</p><p>　　Wt——軸的抗扭截面系數；</p><p>　　P——軸所傳遞的功率；kw</p><p>　　n——軸的轉速；r/min</p><p>　　τ——軸的許用扭轉切應力。</p

104、><p>　　而對于實心圓柱　WT=πd/16≈d/5代入上式得州徑為：</p><p><b>　　d≥==33.4</b></p><p>　　(此處，τ=25~45由于此處只受扭轉作用，所以τ取大值，故τ=40)</p><p><b>　　dmin=40mm</b></p><

105、;p><b>　　3、軸的結構設計</b></p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度如圖3.1所示：</p><p>　　軸段① 頂端用緊固螺帽定位，按軸段②的直徑d2=45mm，取軸段①的直徑d=35,外車螺紋，再取擋板D=50，軸段①的長度L1=40mm

106、</p><p>　　軸段② 該軸段與托盤連接，直徑d2=45mm.,長度L2=1400mm</p><p>　　軸段3 該軸段安裝傳感器，并且金固托盤。軸肩h=4,直徑d3=53,長度L3=160</p><p>　　軸段4 該軸段安裝滾動軸承，考慮到軸承同時受徑向力和軸向力作用，選擇圓錐滾子軸承。取軸段直徑d4=71mm，定位軸肩h2=（0.07~0.1d），長