摩擦试验机样机设计【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸+带任务书+中期检查表+答辩ppt+29页加正文1.14万字】-jxsj26

摩擦试验机样机设计【优秀课程毕业设计+含5张CAD图纸+带任务书+中期检查表+答辩ppt+29页加正文1.14万字】-jxsj26【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】ppt.ppt中期检查表.docx凸缘联轴器.dwg图纸总汇零件图.dwg封面.doc摩擦试验机样机设计.docx支架.dwg文件清单.txt答辩记录表.doc装配图.dwg轴.dwg轴承座.dwg摘  要本论文分析了摩擦试验机的现状和发展方向，详细介绍了摩擦实验机的工作原理以及在我国材料工程发展中的重要意义。本次设计的摩擦试验机是模拟高速铁路运行时轮轨摩擦磨损的试验机。它是对环块式摩擦试验机的改进，主要有正压力加载系统、传动系统、控制系统三部分组成。本文将着重介绍其中的传动系统和压力加载系统。主机除了保留环块摩擦试验机的优点外，采用了更为稳定可靠的液压系统来进行正压力的加载，通过电动机带动主轴上的车轮旋转。压力是由液压系统通过液体工作介质驱动液压缸对试样加载压力。该试验机能够在不同压力，不同速度情况下对摩擦材料的摩擦磨损性能进行试验。因此它将会是一些企业和科研机构对材料性能进行测试、产品性能检验的重要实验工具。关键词：摩擦试验机；液压加载；加载系统；传动系统ABSTRACTThis paper analyzes the present situation and the developing direction of friction testing machine, friction testing machine was introduced in detail the working principle and important significance in the development of materials engineering in our country. The friction tester of this design is a test machine that simulates the friction wear of high-speed railway. It is an improvement of the ring friction test machine, which mainly consists of three parts of the positive pressure loading system, transmission system and control system. This article focuses on the transmission system and the pressure loading system. Host in addition to the advantages of retaining ring piece of friction testing machine, have adopted a more stable and reliable hydraulic system for positive pressure load, through the motor drives the wheels on the spindle rotation. The pressure is driven by the hydraulic system through the liquid working medium and the hydraulic cylinder is applied to the sample loading pressure.The test machine can test the friction wear properties of the friction material under different pressure and speed. Therefore, it will be an important laboratory tool for the testing and testing of material performance by some enterprises and scientific institutions. keywords：Friction tester; Hydraulic loading; loading system; transmission system目  录1 绪论11.1 选题背景及意义11.2 摩擦试验机及其分类11.3 摩擦试验机发展现状21.4 本论文主要研究内容32 总体方案的设计42.1 设计要求42.2 主要设计参数42.3 摩擦试验机的总体方案的设计53 试验机主要系统的设计53.1 传动系统的设计53.2 传动系统的确定63.3 加载系统的设计63.4 加载系统的确定74 摩擦试验机的设计计算74.1 传动系统74.1.1 工作压力的计算74.1.2 试验机电机选择94.1.3 主轴设计，校核以及联轴器选择114.2 液压系统的设计154.2.1 液压缸的设计154.2.2 液压泵194.2.3 液压控制元件204.2.4 液压辅助元件204.2.5 液压工作介质的选择214.2.6 夹具22总结23致谢24参考文献25 本科生毕业答辩 学院：机械工程学院 班级：机械工程 13姓名：潘鹏 摩擦试验机样机设计 设计任务书 1 摩擦试验机介绍及设计要求 2 摩擦试验机传劢系统设计 3 4 汇报提纲 摩擦试验机加载系统的设计 4 成果展示 5 1. 设计任务书 文献检索及调研工作，文献检索不低于 15篇。 1 进行机械结构设计 2 应用三维造型完成各零部件建模与装配 3 4 绘制装配图和零件图张（ 4 6 撰写设计说明书 5 摩擦试验机介绍 2 2 选题的背景和意义： 列车运行伴随着滚动摩擦，由摩擦磨产生的安全问题和成本效率问题愈来愈严重，会造成一系列经济损失，研究其摩擦磨损性能显得尤为重要，所以需要摩擦试验机来模拟轮轨的运行，研究其在不同速度和压力下的运性能状况，分析其材料的摩擦性能。 2. 摩擦试验机介绍和设计要求 摩擦试验机分类： (一 )按摩擦副的运动方式可分为 : （二）按接触形式可分为： 2线接触 3 面接触 常见 摩擦副接触及运动方式 2. 摩擦试验机介绍和设计要求 摩擦试验机设计要求 : 模拟高速铁路轮轨滚动摩擦，高速铁路运行速度不同，质量多样， 车轮承受的压力不同。摩擦试验机要实现在不同速度和压力下的试验。速度要求实现车轮的同步转速，压力要求模拟车轮轴重， 高速铁路可达到 300KM/h,车轮设计转速最高要求 1882r/ 轴重 /t 载荷 /7 142 16 5 4 3 车轴重与模拟实验载荷的关系 传劢系统的设计 3 3 传劢系统的设计 （一） 电机的选择 考虑到摩擦试验机的变速要求，选择交流伺服电机，通过联轴器带劢摩擦主轴转劢。 3 传劢系统的设计 （二）轴的设计 （ 1）初步估算轴的直径 d=d（ 1+6%）考虑键槽影响增大轴径 （ 2）选择 联轴器 计算 转矩 3传动系统的设计 （ 3）轴承的选择 考虑到轴承同时受到轴向和径向载荷，并且有较高转速要求，选择角接触轴承 7007C。 （ 4）轴各段尺寸的确定 根据轴上零件的定位确定轴的各段尺寸 4加载系统的设计 4 加载系统的设计 （一）加载系统的方案 （ 1） 机械的加载方法有杠杆加载、弹簧加载和重物直接加载 （ 2） 液压加载是通过液压执行元件提供压力。 综合考虑加载系统需提供较大的的压力和较高的加载精度，选取液压系统通 过液压缸提供压力。 4加载系统 （一）液压执行元件 液压缸做为液压系统的执行元件，通过活塞杆的运动实现载荷的加载。 （ 1）缸筒内径的计算，并且选择合适的内径 （ 2）活塞杆直径的计算，选择合适的活塞杆 （ 3）缸筒壁厚的计算 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 加载系统 （二）液压辅助元件 (1)过滤器 过滤器主要是清除液压系统工作介质中的固体杂质，保持工作介质清洁，延长器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠该液压系统涉及液压泵，液压阀等，其过滤精度要求在 10 20 （ 2）油箱 按经验公式确定油箱容量 （ 3）蓄能器 蓄能器在液压系统中是用来保存、释放能量 本系统中使用气囊式蓄能器 加载系统 液压控制元件 （ 1） G） 溢流阀 6 该溢流阀是先导型溢流阀 . 额定流量； 200L/ 调压范围； 7 安装方式；管式 质量； 4.5/ (2) 通径： 15 额定流量： 80L/ 额定压力： 20 允许背压： 果展示 5 5 5 总装配图 存在的问题 （一）整体结构布局有所欠缺，会造成材料浪费。 （二）在设计过程中在考虑加工工艺方面考虑有所不足 致谢 大学本科生毕业论文（设计）中期检查表 学生姓名 潘鹏 学院 班级 机械工程 学院 机械 13导 教师 祁文军 论文（设计）题目 摩擦试验机样机设计 已 完 成 的 任 务 是否符合 任务书要 求进度 基本符合 尚 须 完 成 的 任 务 （ 1） 液压系统 设计计算。 （ 2） 零件、装配图绘制 。 （ 3） 说明书。 能否按期完成任务 可以 存 在 的 问 题 和 解 决 办 法 填 表 人 祁文军 日期 教研室主任签字： 教学副院长（主任）签字： 大学毕业论文 (设计 ) 题 目 : 摩擦试验机样机设计 指导老师 : 祁文军 学生姓名： 潘鹏 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程（矿山机电） 班 级 ： 机械 13 完成日期 ： 2017 年 5 月 28 日 大学毕业论文 (设计 ) 题 目 : 摩擦试验机样机设计 指导老师 : 祁文军 学生姓名： 潘鹏 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程（矿山机电） 班 级 ： 机械 13 完成日期 ： 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 声 明 本人郑重声明 ，毕业设计论文 摩擦试验机样机设计系本人在老师指导下独立完成，没有抄袭、剽窃他 人成果，由此造成的一切后果由本人负责。 声明人 ： 年 月 日 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 新 疆 大 学 毕业论文（设计）任务书 班 级： 机械 13 姓 名： 潘 鹏 论文（设计）题目： 摩擦试验机样机设计 专 题： 论文（设计）来源： 应用研究 要求完成的内容： 献检索不低于 15 篇 制原理图草图） 械结构、执行元件） 发题日期： 2016 年 12月 30日 完成日期： 2017 年 5 月 28 日 实习实训单位： 中国一拖 地点： 洛阳 论文页数： 页； 图纸张数： 指 导教 师： 祁文军 教研室主任： 伊力哈木 院 长 ： 孙文磊 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） I 摘 要 本论文分析 了摩擦试验机的现状和发展 方向，详细介绍了摩擦实验机的工作原理以及在我国材料工程发展中 的重要意义。 本次设计的摩擦试验机是模拟高速铁路运行时轮轨摩擦磨损的试验机。它是对环块式摩擦试验机的改进， 主要有正压力加载系统、传动系统、控制系统三部分组成。本文将着重介绍其中的传动系统和压力加载系统。主机除了保留环块摩擦试验机的优点外，采用了更为稳定可靠的液压系统来进行正压力的加载，通过电动机带动主轴上的车轮旋转。压力是由液压 系统通过液体工作介质驱动液压缸对试样加载压力。 该试验机能够在不同压力，不同 速度情况下对摩擦材料的摩擦磨损性能进行试验 。 因此它将会是一些企业和 科研 机构对 材料性能 进行 测试、产品性能检验的重要实验工具。 关键词 ： 摩擦试验机 ； 液压加载 ； 加载系统 ； 传动系统 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） of in in of in of is a of It is an of of of on in to of of a on is by is to of it be an of by 疆大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 录 1 绪论 . 1 题背景及意义 . 1 擦试验机及其分类 . 1 擦试验机发展现状 . 2 论文主要研究内容 . 3 2 总体方案的设计 . 4 计要求 . 4 要设计参数 . 4 擦试验机的总体方案的设计 . 5 3 试验机主要系统的设计 . 5 动系统的设计 . 5 动系统的确定 . 6 载系统的设计 . 6 载系统的确定 . 7 4 摩擦试验机的设计计算 . 7 动系统 . 7 作压力的计算 . 7 验机电机选择 . 9 轴设计，校核以及联轴器选择 . 11 压系统的设计 . 15 压缸的设计 . 15 压泵 . 19 压控制元件 . 20 压辅助元件 . 20 压工作介质的选择 . 21 具 . 22 总结 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 1 1 绪论 题背景及意义 世界第一条铁路在英国开通，铁路运输业发展迅猛，取得了较大的社会效益和经济效益，高速铁路运行过程中，车轮和轨道接触伴随着摩擦磨损，随着科学技术的进步，高速列车不断提速，类型不断增多，轴重类型不一，铁路运输对科学研究有了更高的要求，高速铁路愈来愈注重其轮轨作为高速铁路中重要的一部分，列车运行伴随着滚动摩擦，由摩擦磨产生的安全问题和成本效率问题愈来愈严重，会造成一系列经济损失，研究其摩擦磨损性能显得尤为重要，所以需要摩擦试验机来模拟轮轨的运行，研究其在不同速度和压力下的运行性能状况，分析其材料的摩擦性能。不仅高速 铁路轮轨摩擦的研究，机械设备是生产和生活的物质基础，现阶段机械产品正在向速度越快、精度越高、产量越大、自动化程度越高的方向发展。 物体通过接触 ， 并且相互运动就会产生摩擦 ， 在一起接触的两个物体或介质之间会在外力的作用 ，会发生相对运动或者产生运动的趋势，在运动的过程中物体接触表面上所产生的阻碍作用称为摩擦力，这种阻碍相对运动的力称为摩擦力。摩擦力的方向就是物体接触面的切线方向，力的方向和物体的运动方向正好相反 1。 由摩擦引起的材料磨损 以及对其润滑和能源浪费，甚至还有安全问题等很多摩擦学问题广泛存在，对社会的进步 、经济的发展有比较大影响。对于机械产品和应用中，按其摩擦副的形式有两种，分为滑动摩擦和滚动摩擦，由于摩擦力的存在，使得机械效率降低，造成资源浪费，甚至有些机构磨损严重而失效，直接造成经济损失。如不考虑摩擦、磨损，就不可能生产出符合标准的产品，产生材料上的浪费，会造成经济上的浪费，甚至由于材料的摩擦性能不合格，出现重大的安全事故。因此在设计阶段就要考虑其摩擦性能， 为了了解 摩擦、磨损的原理和摩擦 、 磨损的结果，寻找各种磨损类型不同情况下的复杂关系，需要对 材料 表面的磨损的过程和结果进行 分析和记录，对材料的摩擦磨损性 能进行研究，所需的试验设备是摩擦磨损试验机，利用摩擦试验机进行摩擦实验，选取合适的材料，这种试验机是最简单有效测试材料性能的方法。 擦试验机及其分类 摩擦试验机 ， 又称之为摩擦磨损试验机 ，可以用于评定材料的耐磨性能和材料的摩擦系数，摩擦磨损试验机主要用来试验材料在不相同速度、载荷压力以及还有温度条件下各种材料性能，还有在添加润滑之后对其摩擦的改变，也可以用于对其磨损形式和磨损形状的研究。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 2 摩擦试验机可以通过摩擦副运动形式划分，其划分形式有滑动摩擦，滚动摩擦，滚动摩擦和滑动摩擦都存在的，按其接触形式分 为点接触形式，面接触形式，线接触形式。按其形态分为固体与固体之间的摩擦，固体与颗粒与固体之间的摩擦 2。很多摩擦试验机的试件都是旋转运动的，也有的试件是来回循环往复运动的。 按完成不同试验的需求，试验机可以分为快速磨损试验机、润滑材料性能试验机、高低温摩擦磨损试验机、高低速试验机 3。 比较常用的摩擦磨损试验机的摩擦副的接触形式在图 1. 1 中列出，图中 (a)所示的是四球试验机简易的摩擦副接触类型。图中 (b)所示的是 验机的摩擦副接触类型。 (c)图所示的是往复式试验机的摩擦副接触类型。图中（ b） 所示的是端面试验机的摩擦副接触形式。图中（ e）所示的是滚子式摩擦磨损试验机摩擦副接触类型。 擦试验机发展现状 我国的摩擦试验机的研究制造较晚，济南试验机厂是较早从事摩擦试验机研制的厂家，该厂于在 965年制作了第一台摩擦试验机 3。该厂在国内最先模仿制造了美国 典 国 些产品对我国摩擦学研究中产生了重要的作用。在我国现在还有一些小规模的厂也生产摩擦试验机，因为其生产规模较小，摩擦试验机种类也相对比较少。 (1)销一盘式磨损试验机 : 此类试验机的机构是由由一个固定的圆柱销压紧在一个旋转的圆盘上进行摩擦运动，其中销是被测试验件，销的底部可以做成平面、半球形等形状，我国生产的该类型的摩擦试验机主要是 。 (2)滚子式磨损试验机 : 图 擦副接触及运动方式 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 3 该试验机是由两个母线相互接触的圆盘相互摩擦， 其中两个圆盘的转速是不一样的，该类机型有纯滑动、纯滚动、滚动和滑动并存等运动形式。可对材科进行摩擦及磨损性能试验，可用于做材料疲劳磨损的实验，我国生产该类型的摩擦试验机主要是 ，在国外生产该类型的主要是有阿姆斯勒 (型。 (3)环一块型试验机 : 美国 被测材料制做成符合要求的方块来充当试样进行试验，并且其试环的硬度很大，在与其它材料特别是塑料复合材料等做磨损实验时，可认为其材料不被磨损。所以可以直接测量试块在摩擦磨损实验过程中被磨 掉的体积和形状。据此判定磨损量的相对大小。该种摩擦试验机主要是通过实验用来快速选择合适的材料，试验中可以通过测量摩擦力来计算摩擦系数。 (4)四球式试验机 : 四球式摩擦试验机，顾名思义，其试验机中有四个标准的球，其中一个上试验球安装在上面，并且是可以按不同速度要求下转动，在下面 3 个试验球固定，可从分别从上面或下面施加载荷，其作用是用来判定润滑剂承载能力，也可用于测定材料疲劳磨损寿命，我国生产此类机型主要是有 国外生产机型主要是壳牌四球机。 (5)端面摩擦磨损试验机 : 端面摩擦磨损试验机其摩擦副是面与面接触的，在我国摩擦学研究所制作的 边试件固定不动，可以分别在润滑和无润滑的情况下，检测试样的摩擦磨损性能，端面试验机主要特点是检测润滑轴承材料、复合材料、固体润滑材料的摩擦磨损特性和其使用性能。端面摩擦试验机在实际使用过程中，可以进行不同负载、速度、时间、温度以及摩擦副材料、硬度等参数条件下的试验检测，评定试验材料在不同因素作用下的摩擦磨损性能，对于在不同试验条件下试验参数的变化和所得试样表面的磨损状况来了解在有无润滑情 况下试样材料的摩擦特性和使用性能。 论文主要研究内容 论文主要设计一种能够模拟高速铁路运行时轮轨摩擦磨损的试验机 ，包括总体方案的设计，主传动部分设计，加载系统设计，并 完成其机构的设计计算 。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 4 2 总体方案的设计 计要求 本设计要求模拟高铁轮轨转动磨损，通过轴带动轮子转动实现变频调速，轮子对轨道的作用力是可以调节的。 要设计参数 （ 1）、轮子最高转速 1882r/ 2）、正压力测试范围： 1080N1420N （ 3）、摩擦试样的 尺寸 长 宽 高 =402020 擦试样 （ 4）、轮子尺寸轮子尺寸 直径 D=60宽度 B=20孔直径 d=40图 擦车轮 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 5 擦试验机的总体方案的设计 摩擦试验机的组成主要由传动系统，加载系统，控制系统组成。 （ 1）传动系统：电动机带动主轴上轮子转动模拟车轮转速，选择的电动机需要调节其转速，因此，选择变频调速三相异步电动机。 （ 2）加载系统：加载系统需要对试样提供一定的压力，使得夹在夹具上的摩擦试样压在轮子上，压力的大小模拟车轮所承受的轴重。 （ 3） 控制系统：用单片机对摩擦试验机进行控制，用单片机控制电机的转动带动轮子转动，和控制液压缸给其施加正压力，以及压力传感器、速度传感器来采集相应的数据。 3 试验机主要系统的设计 动系统的设计 传动部分是由电动机通过传动部分带动摩擦主轴旋转，控制摩擦主轴的转速来控制试样的端面滚动摩擦速度，初步拟定如下方案： 方案一：电机输出轴通过机械调速机构（如普通 V 带轮无级调速机构）与摩擦主轴连接，工作过程中，通过手工调节无级调速机构的传动比进而实现摩擦速度的变换。 方案二，电机通过联轴器带动摩擦主轴，传动性能稳定，传动精确，不需要润滑的特点。由于现在电机系统有较高的性能 , 调速比可以达到较好的调节范围。利用这种系统既可以实现转动，通过调节其频率而达到转速的无级控制。且可在图 体方案简图 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 6 摩擦轴上加装转速传感器，将信号反馈到到变频系统中，进而实现摩擦轴转速的控制，这样子便可随着试样负荷的变换而实时调整，保证转速的稳定。 动系统的确定 综合考虑上述因素选择方案二如下图所示 图 动系统简图 载系统的设计 加载系统需要对试样提供一定的压力，用来模拟车轮所承受的轴重，摩擦试验机加载方式可分为机械式、液压式、电磁式三种，其中电磁式在摩擦试验机中运用较少，他们有自己的优势和劣势，以及不同的适应范围。 方案一；机械的加载方法有杠杆加载、弹簧加载和重物直接加载等，还有是它们的组合形式，杠杆加载和重物直接加载系统的结构比较简单，操作起来比较便利，应用最为广泛，但是其运作程度小，当运动副运动不稳定时却会引起冲击和振动，导致加载精度不高，并且其提供压力的大小范围较小。 方案二；液压加载是通过液压执行元件提供压力。液压加载比 较容易控制载荷，收集数据等比较容易，但其缺点是控制部分的成本比较大，弹簧加载和液压加载时由振动产生的影响甚微，但是弹簧压缩量的控制上不够精确从而影响调节载荷的精度，因此弹簧加载负荷的稳定性较差。 液压系统加载有如下优点：通过液压缸输出力作用实现加载，液压传动能在运行中进行无级变速。在同等功率的条件下，液压传动装置的所占体积相对小，而在同等体积的情况下，液压系统比电气装置能够产生更多的动能， 质量较小、结构 能传递较大的力和力矩。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 7 载系统的确定 综合考虑以上各种因素，应该考虑加载精度问题，决定最终方案为采用液压系统提供正压力，由活塞杆的推动实现加载，这样的加载方式可以实现从轮子下方加载，满足了试验要求。因此，在本试验机中使用液压系统通过液压缸的输出力来提供正压力的加栽。 液压系统包括液压执行元件 （液压缸），液压泵，液压辅助元件，液压阀。 （ 1）液压缸 液压缸是液压系统的输出部分，是液压系统的执行元件，必须满足机器设备的运动性能，和安装上的要求。液压缸通过活塞杆输出力推动夹具，提供压力，需计算其缸筒内径和壁厚，活塞杆直径，及其工作行程。 （ 2）液压辅助元件 液压辅助元件包括蓄能器 、 过滤器 、油箱、管路。 蓄能器主要是存储油液的压力能，能在短时间内供应大量压力油液，能够维持系统压力。设计计算其有效工作容积。 （ 3）过滤器 过滤器用于滤除混在液压油液中的杂质，降低进入系统中油液的污染度。过滤器按其过滤精度选择。 （ 4）液压泵 液压泵是把驱动电机的机械能转换成压力能 ，设计计算其最大工作压力和液压泵的流量 (5)液压阀 液压阀可以调节液压系统中液体工作介质的流动方向并且能够调节其压力和流量。本液压系统需要方向控制阀阀和和压力控制阀。 (6)夹具 摩擦试验 机中的夹具主要用来夹持摩擦试样。根据试样的尺寸确定其夹具结构和大小 4 摩擦试验机的设计计算 动系统 作压力的计算 电机通过联轴器与主轴连接，带动轮子转动，轮子转速模拟车轮转速，高速列车最高时速 300KM/h。并且可以不断改变其速度，所以电动机要选择可以变频调速的电动机。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 8 加载系统模拟高铁轴重，列车轴重最高 17t，可用赫兹模拟准则模拟轮轨接触应力 3，查得其实验室载荷和现场轴重之间的关系公式为： 12（ 1111 = 12( 11+ 12+ 11+ 12) （ 4 1 ,2为车轮曲面的两个曲率半径 ， 1 ， 2为轮轨曲面的两个曲率半径； 图 轮的曲率半径 为实验室轮轨的当量几何半径 为现场轮轨的当量几何半径 高铁车轮直径为 860顶圆弧半径为 600试验中轮子直径为1 = 80轮横向圆弧半径为 2 = ， 1 = ， 2 = A=12（ 1600+ 1430） = = （ 130 + 1576） = = ()2 （ +1） （ 4 K 为动载系数，取 = （ 28500（ ） = 142 加载系统模拟正压力大小为 1420N。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 9 表 4车轴重与模拟实验载荷的关系 轴重 /t 载荷 /7 142 16 5 4 3 试验机电机选择 (1) 选择电机功率 电机功率是由轮子轮子功率确定，而轮子所需功率 工作阻力和摩擦系数计算确定。由最大正压力 为 1420N；转速 为 1882r/轮 的最大直径： 60 故 所需功率： 9550.w （ 4 T 电机的 转矩 ； n 车轮转速； 常见材料摩擦副的动摩擦系数 在 间，取常用值 = 由古典摩擦公式： f = N （ 4 f = N =1420 =568 N N 车轮承受的正压力； 摩擦系数； 则加载于电机上的扭矩 T 最大值为： T = f R （ 4 = 568 m f 车轮 所产生的 摩擦力； R 车轮半径； 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 10 (2)电机的输出功率 则电机所需功率为：9550.w = 3)确定电机的额定功率 联轴器的传动效率 取 电机额定功率 : （ 4 (4) 选择电机转速 电动机需要调速，一般情况下要求电动机的同步转速 n 能够满足整个调速范围，并且其最高工作转速不超过电机允许的最大转速，由此选取同步转速为2920r/电机可满足调速要求 , (5) 选择电机型号 根据电机类型，结构形式，功率和转速，选取 流伺服电动机。 它具有结构简单、维修方便等特点，有良好的起动和运行性能，性能指标高、体积小、噪音低。 表 4动机参数 型号 标称 功率 (功率因数 转速 (r/额定电流 /A 额定转矩 /000 疆大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 11 轴设计，校核以及联轴器选择 (1) 主轴材料选择 由于试验机的尺寸较小，轴材料选用 45 钢，调质处理。 由 机械设计手册查得其材料的力学 性能数据如 表 4 表 4料的 力学 性能 材料牌号 热处理 硬度/拉强度 屈服强度 弯曲疲劳极限1 剪切疲劳极限1 许用弯曲应力 1 5 正火 170217 590 295 255 140 55 回火 162217 570 285 245 135 调质 217255 540 355 275 155 60 (2) 估算轴径和选择联轴器 初步估算轴径 由于材料为 45 钢，则轴最小直径为： 3（ 4 由机械设计手册查得轴常用材料的 A 值如下表 4 表 4常用材料 轴的材料 0 0 45 40 149126 135112 126103 11297 其中 A 取值为 115 3 mm n 转速； P 电机的输出功率； 因轴上有键槽和联轴器相连，且径向力较大，需要将轴径增加 6%，则取 d = 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 12 联轴器的选择 考虑到试验机启动时动载荷和运转过程中可能出现的过载情况，所以应当按轴上的最大转矩作为联轴器的计算转矩，考虑到试验机转矩变化和冲击载荷中等，工况系数 则其计算转矩为： k T （ 4 = m 式中 ； T 公称转矩， Nm K 工作情况系数 由于主轴和电机是水平安装，考虑其对中性，和转矩，故在选取连轴器时应考虑其上因素，选择 缘联轴器。凸缘联轴器刚性比较好，并且传递转矩较大，其结构简单，工作可靠，维护起来方便，结构紧凑，装配方便，用于两轴对中精度良好的轴系转动。根据主轴转矩以及电机的尺寸选择联轴器型号为： 3 2438 2438 半联轴器的孔径 4第段轴径 24轴配合长度 38 4）轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 由选取的联轴器可知与轴配合的长度 8输入 轴直径 4 初步选择滚动轴承 因轴承主要受到径向力，故选角接触轴承 ， 根据 4轴承产品初步选择角接触轴承 7007C dDB=3524 安装轴承轴段直径d2=5右端滚动轴承采用轴肩轴向定位，查得 7007C 型轴承的定位轴肩高度 h=3此取 轴承定位轴段直径 1 取安装轮子处的轴段直径 0子与左轴承之间采用套筒定位，已知轮子宽度为 20了使套筒端面可靠的压紧轮子，此轴段应略短，故取8子右端采用轴肩定位，轴肩高度 h=(2 3)R，由轴径 d=40得R，得 R=取 h=5轴环处的 直径 0环宽度 b0 轴承座的宽度为 20据轴承添加润滑脂的要求，取轴承座的外端面与联轴器后端面的距离 L=22取 4 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 13 取轮子与右端轴承座之间距 为 22 轴肩宽度为 10得22轮子与左端轴承距离为 244+20+2=46 （ 5）轴的校核 计算轮子受力 轮子径向力 是液压缸加载的最大正压力为 2 =1420N 2 = 2 （ 4 2 = 420 = 568 2 轮子圆周力 ； 摩擦系数； 2 最大正压力； T = 2 2 （ 4 T = m T 转矩 ； 2 圆周力； d 车轮直径； 计算支反力 = = 22 = 284 （ 4 水平面支反力 ； = = 22 = 710 （ 4 垂直面支反力 ； 弯矩 = . （ 4 = 284 水平面弯矩 ； L 轴的支承跨距； = . （ 4 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 14 = 710 垂直面弯矩； L 轴的支承跨距； M = 2 +2 （ 4 M = m M 总弯矩 ； （ 4）校核轴的强度 已知轴的弯矩和扭矩后，以弯矩合成强度校核计算。按第三强度理论计算应力： 22 4 （ 4 对于直径为 曲应力为,扭转 切应力 ，考虑启动、停车等的影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环 变 应力，取 折合系数 。 则轴的弯扭合成强度条件为 : )2(4)(13222222（ 4 轴的计算应力， M 轴所受的弯矩， T 轴所受的扭矩， W 轴的抗弯截面系数， 3； 轴的抗扭截面系数， 3； 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 15 1 轴的许用弯曲应力， 所以轴满足强度要求。 （ 6）键的选用 该试验机所用到的两根键都为平键，为实现两旋转体之间的正常连接，键的尺寸通过它要连接的轴的轴径来选择，选用标准件，而键的长度则由轴段长度来确定，故轮子上键选用键 bhL=12814半联轴器上的键选用键bhL= 8728 压系统的设计 压缸的设计 此液压缸采用 45 号钢的无缝钢管调质，调质处理是为了保证强度高，加工性能好 . 而液压缸的型号采用法兰式液压缸。 图 4压缸简图 2211m （ 4 式中： 21 4/ 无杆活塞杆有效作用面积（ 2； )(4/ 222 有杆活塞杆有效作用面积（ 2； 1P 液压缸工作腔压力（ 2P 背压力，液压缸回油腔压力，其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表 4处选取背压 2p 0。 D 油缸内径（ ； d 活塞杆直径（ 。 D 652,7742设计） 16 表 4统背压力 系统类型 背压力 /单系统或轻载节流调速系统 油路带调速阀的系统 油路设置有背压阀的系统 补油泵的闭式回路 油路较复杂的工程机械 3 回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计 由上式可推出无杆腔液压缸内径 4 （ 4 按载荷选取工作压力，考虑夹具质量、自重、阻力的影响， F 取值偏大 1500500N，则工作压力小于 1选取工作压力为 液压缸的机械效率 为 （ 1）计算可得 D 圆整得 63据常用液压缸内径如下表所示， D=63 4（ 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 （ 2） 用杆径比 式 = d/D， 其比值可按下表选取 ： 表 4工作压力选取 d/D 工作压力 /d/D 据杆径比公式 = d/D， 在 现取 D=3=圆整 36据常用活塞杆直径如下表所示， d=36 3）活塞宽度一般为 (1)D,B=38 表 4用 活塞杆 内径 d（ 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 （ 4） 根据实际需要查液压缸活塞行程系列 ，活塞行程 S=100 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 17 表 4（ 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 （ 5） 液压缸的最小导向长度 H 20 + 2 (4H 6） 缸筒壁厚 2 (4 D 缸筒内径； 试验压力，当缸的额定压力 16 取 = ； 缸筒材料的许用应力， =/n, 为材料抗拉强度， 般取 n=5， 查表取缸筒材料的抗拉强度 = 500 。 3取 5筒外径 73 （ 7） 活塞杆直径的校核 d 4 (4d 液压缸的最大推力； 活塞杆材料的许用应力； =/4 因此选取的活塞杆直径 36足要求。 （ 8）活塞杆的稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力 F 不能超过使它保持稳定工作允许的临界负载免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆稳定性的校核依下式（稳定条件）进行 F式中 安全系数，一般取。此处取。 活塞杆的柔性系数 1 ，其值查表 4得 1 =85 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 18 表 4 、 1 的值 材料 f / 1 铸铁 560 11600 80 锻钢 250 19000 110 低碳钢 340 17500 90 中碳钢 490 15000 85 由液压缸支撑方式决定的末端系数 2 ，查表 4 =41表 4端系数 2 的值 支撑说明 一端自由一端 固定 两端铰接 一端铰接一端 固定 两端固定 末端系数 14 1 2 4 安装长度 l ,由于活塞杆的行程为 100装初取 l =150塞杆横截面惯性矩 J =644d = 4124 1064 3614.3 m（ 4 = 064 活塞杆的横截面积 A， A= 22d =62 1018 m =1017 2610 m （ 4 d 活塞杆直径； 活塞杆截面最小回转半径J =90 （ 4 活塞杆的细长比为0150=1 =8541 =疆大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 19 所以1 ，且 2021 =20，所以21 （ 4 式中 f 有材料强度决定的实验值， 查表可 取 f =4.9 810 为系数， 查表可得 =50001所以 21 = =为 F=以活塞杆 杆满足稳定性要求。 压泵 （ 1）液压泵工作压力的确定 液压泵的最大工作压力 必须大于或等于液压执行元件最大工作压力 和进油路上总压力损失 之和 。 + (4对于管路简单，流速不大的 取值 取 1 液压缸最大总流量 Q = 24 = 62/ (4V 活塞杆运动速度 A 活塞面积 （ 2）液压泵流量的确定 （ 4 / K 系统泄露系数；一般取 处选取 此可选取压力大小为 速为 960r/叶片泵。 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 20 压控制元件 选定液压控制阀时 ， 要考虑的因素有压力 、流量 、 工作方式 、 连接方式 、 稳定性 ，但价格 、 寿命 、 维修性也要考虑。 G） 溢流阀 6 该溢流阀是先导型溢流阀 . 额定流量； 200L/压范围； 7装方式；管式 质量； 4.5/2)换向阀 通径： 15定流量 ： 80L/定压力： 20许背压： 液压辅助元件 蓄能器的选择 蓄能器在液压系统中是用来保存、释放能量的，其主要作用有 :可作为辅助液压源较短时间内提供一定数量的压力油，满足系统对速度，压力的要求，可实现支路液压缸的增速、保压、缓冲、吸收、液压冲击。蓄能器选择应考虑工作压力及耐压。 蓄能器的种类主要有重锤式、充气式和弹簧式三种类型。 重锤式蓄能器是利用重物的位置变化来储存和释放能量的。这中蓄能器结构简单，压力稳定，但容量小、体积大、反应不够灵活、容易产生泄漏。 弹簧式蓄能器是利用弹簧的伸缩来储存和释放能量的。一般用于低压、小容量的系统，承压较低。 冲气式蓄能器是利用气体的膨 胀来储存和释放能量的。常用的有活塞式和气囊式良种。而活塞式蓄能器由于造价高、易泄漏、放映灵敏度差等缺陷不使用于本系统。 因此，在本系统中使用气囊式蓄能器，它惯性好，反应灵活，结构尺寸小、重量安装方便。 蓄能器有效工作容积 V = （ 4 V = 053 A 液压缸的有效作用面积； 大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 21 L 液压缸的工作行程； K 油液泄露系数，一般取 K=管路的选择 d = 4 （ 4 d =q 通过管内的流量 v 管内允许速度，推荐流速 间； m/s 确定油箱容量 按经验公式确定油箱容量 V= （ 4 V=181033 q 液压泵每分钟排除压力油的容积 a 经验系数，低压系统取值 2到 4之间，取值为 3 过滤器的选择 过滤器主要是清除液压系统工作介质中的固体杂质，保持工 作介质清洁，延长器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。因此过滤器对液压系统来说是不可或缺的辅件。因此选择过滤器要考虑以下几点： 1）根据选择的过滤器类型来选择安装位置过滤器安装形式。 2）过滤器应满足清洁度要求。 3）使用的过滤器的滤芯，应满足工作介质的要求，并具有足够的强度。 4）过滤器的强度和压力损失是一个需要重点关注的因素选择，安装过滤系统会引起局部压力下降或反压后时需要考虑的。 5）该系统应考虑选择适当的过滤保护配件。 6）结构应简单，紧凑，合理的安装形式。 该液压系统涉及液压泵 ， 液压阀等 ， 其过滤精度要求在 10 20 m 之间。 压工作介质的选择 工作介质有液压油和液压液两类。在此选择液压油作为工作介质。 对液压油的主要要求有： （ 1）、粘度合适，温度对其影响较小。工作介质的粘度是根据液压系统中特别的液压元件的油膜承载能力来选择的的，因此应保证承载能力的条件下，选择大学机械工程学院本科毕业论文 （设计） 22 合适的介质粘度。 （ 2）、润滑性能好。工作介质对液压系统中各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和减少磨损，能够保证系统长时间的正常工作。 （ 3）、抗氧化。工作介质和氧气接触会产生氧化作用，高温、高压和某些物质会加速氧化过程。 （ 5）、防锈和不腐蚀金属。液压系统中许多金属零件长期和工作介质接触，其表面在溶解于介质中的水分和空 毕业论文 （设计） 答辩记录表 学院： 机械工程学院 专业： 机械工程 班级： 机械 13 11 论文题目： 摩擦试验机样机 设计 学号： 2012008206 姓名： 潘鹏 指导教师： 祁文军 职称： 教授 答辩 小组 名单： 乌日开西，海几哲，陈坤，伊力哈木，章翔峰 答辩 记录 ： 1 摩擦试验机所用电动机的类型 ？ 选择的依据是什么？ （ 乌日开西 老师提问） 答：本次设计所用电机为交流伺服电机 。 因为考虑其速度要求以及 所需 功率的 大小来选择合适的电机。 2. 选用的轴承是什么类型？为什么选用该 类轴承 ？（ 伊力哈木 老师提问） 答：本次选用的轴承是 7007C 角接触轴承，因为轴承要承受径向和轴向载荷，并且有较高的转速要求。 3. 怎么确定的轴各段尺寸 ？ （ 陈坤 老师提问） 答： 轴的尺寸先是估算轴的最小直径，然后根据与选用的联轴器以及轴上车 轮和轴承的定位来确定轴的尺寸 。 4. 试样的安装位置 ？ 它是怎么实现与车轮摩擦的？ （ 乌日开西 老师提问） 答：试样是安装在车轮下面的夹具之中 。 它是通过液压缸活塞杆推动试样与车轮进行摩擦的。 答辩时间 ： 2017 年 6 月 4 日 本科生毕业答辩 学院：机械工程学院 班级：机械工程 13姓名：潘鹏 摩擦试验机样机设计 设计任务书 1 摩擦试验机介绍及设计要求 2 摩擦试验机传劢系统设计 3 4 汇报提纲 摩擦试验机加载系统的设计 4 成果展示 5 1. 设计任务书 文献检索及调研工作，文献检索不低于 15篇。 1 进行机械结构设计 2 应用三维造型完成各零部件建模与装配 3 4 绘制装配图和零件图张（ 4 6 撰写设计说明书 5 摩擦试验机介绍 2 2 选题的背景和意义： 列车运行伴随着滚动摩擦，由摩擦磨产生的安全问题和成本效率问题愈来愈严重，会造成一系列经济损失，研究其摩擦磨损性能显得尤为重要，所以需要摩擦试验机来模拟轮轨的运行，研究其在不同速度和压力下的运性能状况，分析其材料的摩擦性能。 2. 摩擦试验机介绍和设计要求 摩擦试验机分类： (一 )按摩擦副的运动方式可分为 : （二）按接触形式可分为： 2线接触 3 面接触 常见 摩擦副接触及运动方式 2. 摩擦试验机介绍和设计要求 摩擦试验机设计要求 : 模拟高速铁路轮轨滚动摩擦，高速铁路运行速度不同，质量多样， 车轮承受的压力不同。摩擦试验机要实现在不同速度和压力下的试验。速度要求实现车轮的同步转速，压力要求模拟车轮轴重， 高速铁路可达到 300KM/h,车轮设计转速最高要求 1882r/ 轴重 /t 载荷 /7 142 16 5 4 3 车轴重与模拟实验载荷的关系 传劢系统的设计 3 3 传劢系统的设计 （一） 电机的选择 考虑到摩擦试验机的变速要求，选择交流伺服电机，通过联轴器带劢摩擦主轴转劢。 3 传劢系统的设计 （二）轴的设计 （ 1）初步估算轴的直径 d=d（ 1+6%）考虑键槽影响增大轴径 （ 2）选择 联轴器 计算 转矩 3传动系统的设计 （ 3）轴承的选择 考虑到轴承同时受到轴向和径向载荷，并且有较高转速要求，选择角接触轴承 7007C。 （ 4）轴各段尺寸的确定 根据轴上零件的定位确定轴的各段尺寸 4加载系统的设计 4 加载系统的设计 （一）加载系统的方案 （ 1） 机械的加载方法有杠杆加载、弹簧加载和重物直接加载 （ 2） 液压加载是通过液压执行元件提供压力。 综合考虑加载系统需提供较大的的压力和较高的加载精度，选取液压系统通 过液压缸提供压力。 4加载系统 （一）液压执行元件 液压缸做为液压系统的执行元件，通过活塞杆的运动实现载荷的加载。 （ 1）缸筒内径的计算，并且选择合适的内径 （ 2）活塞杆直径的计算，选择合适的活塞杆 （ 3）缸筒壁厚的计算 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 加载系统 （二）液压辅助元件 (1)过滤器 过滤器主要是清除液压系统工作介质中的固体杂质，保持工作介质清洁，延长器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠该液压系统涉及液压泵，液压阀等，其过滤精度要求在 10 20 （ 2）油箱 按经验公式确定油箱容量 （ 3）蓄能器 蓄能器在液压系统中是用来保存、释放能量 本系统中使用气囊式蓄能器 加载系统 液压控制元件 （ 1） G） 溢流阀 6 该溢流阀是先导型溢流阀 . 额定流量； 200L/ 调压范围； 7 安装方式；管式 质量； 4.5/ (2) 通径： 15 额定流量： 80L/ 额定压力： 20 允许背压： 果展示 5 5 5 总装配图 存在的问题 （一）整体结构布局有所欠缺，会造成材料浪费。 （二）在设计过程中在考虑加工工艺方面考虑有所不足 致谢