胡晓旭++陈威
摘 要：摩擦磨损试验机作为研究材料摩擦磨损性能的工具，根据摩擦副可分为球盘摩擦磨损试验机、销盘摩擦磨损试验机、盘盘摩擦磨损试验机、四球摩擦磨损试验机等。本设计针对的是以滑动摩擦为工作方式的销盘式试验机，当中是用电机带动摩擦盘旋转，中间选择用带轮连接；另外利用丝杠螺母的传动来带动摩擦销的进给加载运动，通过销头相对于式样盘的移动距离对丝杆螺母副进行了较为精确的计算，从而确定了丝杠螺母副的基本尺寸以及与其配套的联轴器和电机的选择，使得摩擦盘和摩擦销进行摩擦；中间还设计了专用的式样盘和式样销的夹持器、主轴的支架以及箱体的结构设计。
关键词：试验机 销 盘 摩擦
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0088-02
一般情况下将磨损分为五个基本类型：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损。销-盘式的摩擦磨损试验机是以旋转运动导致销与盘表面的相对以实现不同材料的摩擦磨损，可拟合刀具切削过程或轴承配副运转的过程，可以科学地以试验的方式实现多配副方式的摩擦磨损性能研究。
在摩擦试验过程中，速度、载荷和温度均对配副的摩擦磨损性能造成较为显著的影响。如何实现速度、载荷和温度的可控，在确定试验机设计方案时应予以关注。此外，试验机进行结构设计时，材料的选择以及最优方案的确定应多角度进行考虑。对于较高的载荷，应考虑选用液压加载比较合理，而对于较低加载，则选用砝码加载就能满足要求；如果是高速的摩擦运动，就会选用带式传动使试验过程更加稳定；同样的，试验过程中若温度较高，则应对机构的材料做出特殊的调整。可见着重考虑速度、载荷和温度的影响对本设计至关重要，当然这只是三个比较重要的影响因素，另外还有许多因素会影响到试验过程，例如运动形式、测量参数和试验时间等。
1 试验机原理设计及方案比较
方案一采用齿轮，可以保证传动比，制造安装精度要求不是很严格，并且可以防止过载时对电机的损坏。但是齿轮传动噪声大，震动剧烈，况且由于齿轮的金属质地使电动机的产热影响到实验精度，见图1。
方案二电机通过V带传动，可以缓和载荷冲击而且运行平稳，无噪声，制造安装精度要求不是很严格，并且可以防止过载时对电机的损坏。主轴和电机之间的热影响很小。专用的摩擦盘夹持器保证了摩擦盘旋转时的精度，又可以保证其整体性，对于例如三角形硬质合金可专位车刀刀片等尺寸小、性脆、不易打中心孔等的试件的夹持又有很大的优势。电机控制连续加载系统准确，误差较小。左边T型导轨和横梁是可以相对滑动的，使系统稳定性好，测量结果较精确，结构简单，而且工作效率比较高，见图2。
针对以上两种设计方案的优缺点的分析比较，可以得出结论：方案三是这三种设计方案中比较合理的一种方案，该方案既可以滿足设计精度的要求，又具有成本低、结构简单等特点。
2 试验机主要结构计算
首先根据摩擦盘出的摩擦力与相对摩擦速度计算出所需的功率，然后选择出电机的型号为进电机86BH2A65-408，该电机的主要参数为：重量1.7kg，长度65mm，轴径23mm，转速700r/min，功率3.5kW。接下来是带轮的相关计算，包括有关系数的查找（见表1）。
通过计算出小带轮与大带轮的直径与中心距，以及后面带的根数的计算，最终确定带轮的结构。与带相连的是主轴，最小轴径一段由于要与带轮配合，故确定其长度为46mm，轴径定为20mm，然后根据后面的轴承与摩擦盘的配合一次确定各段轴的长度和轴径，包括确定轴的材料定为40Cr，调制处理。
摩擦盘的传动设计完成之后，再设计摩擦销的传动机构，这里选用的是丝杠螺母副来带动销上下移动，同样由相关要求确定好功率从而选择电机，其型号为Y112M-6，主要参数为：额定功率p=2.2kW，转速n=940r/min，效率为80.5，轴径为28mm，转矩T=2，重45kg，长度60mm。这里需要将电机与丝杠螺母副相连，根据电机与丝杠螺母副的轴径选择合适的联轴器型号，型号定为YL4（GB/T5843-1986），详细尺寸信息为YL4（GB/T5843-1986）。另外还有轴承的校核，下面是校核过程：由于主轴处两轴承采用的是双固定结构，轴向力几乎全部由深沟球轴承承受，根据前面设定的摩擦盘所受最大正压力为200N，故设承受轴向力Fa=200N；而径向力主要来源于带传动过程中造成的轻微振动，受力很小，定最大为Fr=20N，所以主要是由深沟球轴承承受载荷，此处只需校核6205深沟球轴承。
由型号6205查设计手册可知：C=14000，Co=7800；F/Co=0.0256，查设计手册可知其介于0.014～0.028，对应的e介于0.19～0.22。
因Fa/Fr的值远大于e，故X=0.56，Y介于2.30～1.99，由线性插值可得：
（1）
载荷有轻微振动，查设计手册取fp=1.2，则：
P=fp（XFr+YFa）=1.2（0.56×20+2.172×200）=534.7N （2）
然后验算轴承寿命：
已知n1=700r/min，P=534.7N，C=14000，可得：
>15000（3）
故，所选轴承可满足寿命要求。
3 结语
通过前期大量的查找资料，试验机选用两个电机：一用于带动摩擦盘稳定的旋转，另一带动丝杠螺母的直线往复运动。采用精度较高的电机去实现摩擦销的直线往复运动，因为运动加载的重要性直接会影响到最后对试验结果的分析情况。
总的来说，在保证相对高的精度的同时也使得整个机构设计较为简单，便于装卸和保养，里面的关于摩擦核心部分的设计都比较灵活，它可以实现不同摩擦副之间的摩擦研究，互换性能较优。里面的机构设计计算、重要零件的校核，包括主轴、轴承等，都体现了设计的严谨性以及保证它的正常稳定工作的基本性能。
参考文献
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