(参考资料)一种摩擦磨损试验机的机械机构设计(机械CAD图纸)

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 201060144Y [45]授权公告日2008年5月14日专利号 ZL 200720039048.9[22]申请日2007.06.30[21]申请号200720039048.9[73]专利权人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市中国矿业大学科技处[72]设计人葛世荣 王世博 [74]专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司代理人黄雪兰[51]Int.CI.G01N 3/56 (2006.01)G01N 19/00 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页[54]实用新型名称一种滚动摩擦磨损试验机[57]摘要一种滚动摩擦磨损试验机，由三个不同方位的驱动步进电机，扭矩传感器，二维移动平台，测力传感器，滚动负荷模块和计算机程控模块构成，其中一个步进电机与扭矩传感器相连，与扭矩传感器相连的动力轴上设有主动摩擦环试样，动力轴设在轴承座上；第二个步进电机与二维移动平台中的上面一个移动平台相连，测力传感器设在移动平台上，滚动负荷模块设在传感器上，滚动负荷模块的动力轴上设有被动摩擦环试样，其下方设有测力传感器；第三个步进电机与二维移动平台中的下面一个移动平台相连。

用两种滚动负荷模块可以实现两种滚动摩擦试验，适用与直径20mm－100mm之间任意环试样的滚动摩擦磨损试验。

其结构简单，拆卸方便，加载更平稳，迅速准确，具有广泛的实用性。

200720039048.9权 利 要 求 书第1/1页 1.一种滚动摩擦磨损试验机，其特征在于：它主要由三个不同方位的驱动步进电机，扭矩传感器(14)，二维移动平台，测力传感器(10)，滚动负荷模块(12)和计算机程控模块(15)构成，其中一个步进电机(1)与扭矩传感器(14)相连，与扭矩传感器(14)相连的动力轴(5)上设有主动摩擦环试样(6)，动力轴(5)设在轴承座(4)上；第二个步进电机(8)与二维移动平台中的上面一个移动平台(9)相连，测力传感器(10)设在移动平台(9)上，滚动负荷模块(12)设在传感器(10)上，滚动负荷模块(12)的输出轴上设有被动摩擦环试样(13)，其下方设有测力传感器(10)；第三个步进电机(11)与二维移动平台中的下面一个移动平台(7)相连。

磨擦磨损试验台得设计摘要长期以来，试验台的性能检测方法是采用简易的人工检测，其缺点是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。

随着科学技术的发展，自动化技术越来越多地应用到工业中，用人工进行试验台性能检测的方法已经跟不上时代的步伐，试验台性能的自动化检测必将成为该行业的主流。

本论文研究的试验台试验系统正是为某试验台公司研制的自动化检测系统，它将改变该公司目前人工检测的状况，实现检测过程的自动化，提高检测效率，减少人为因素的影响。

能够实现自动化检测的前提和基础就是拥有一套准确可靠的自动化夹具。

本文的研究内容就是设计一套能够夹紧各种阀体的夹具系统。

它的基本要求是在测试之前，完成对被测阀体的夹紧工作，并且保证在测试过程中无泄漏。

同时，夹具必须操作简单，维护方便。

本课题是在认真分析各种被测阀体的测试需求，外形尺寸，工作参数的基础上完成机械设计的过程。

为了保证密封良好，不仅多处应用了机械密封理论知识，而且结构上力求优化合理。

在设计完成之后。

应用Solidworks三维软件进行建模和运动仿真，直观的检验设计的效果。

为了从理论上保证系统的可靠性，在本文的第四章，对机械密封圈的相关理论作了一定的研究，其中包括工作原理，设计方法及主要失效形式。

作为测试系统的重要组成部分，夹具的好坏直接关系到整个测试系统的成败。

所以说本文有较高的理论价值和实用价值。

在设计上，本文突破传统夹具的设计方法，引入多处创新设计思想设计出一套更为实用合理的夹具系统。

所以说，本系统将和整个测试系统一起，在试验台的测试领域里发挥重要的作用。

关键词：试验台试验，夹具，密封理论，建模与仿真Research and Development of Fixture forSolenoid Valves Test SystemAbstractSolenoid valve needs to be tested by hand for a long time. So the testing efficiency is low and it is prone to be affected by artificialness. Now, automation technology has been applied to more and more factories. The Solenoid Valve test system will also realize auto-test by computer in the future. The Solenoid Valve test system researched in this paper is developed for a company. It will realize auto-test, improve the efficiency in testing solenoid valve performance and make the testing data more precise than before.In order to realize auto-test in the system, it needs a fixture system which is exact and credible. This paper discusses a kind of fixture which can clamp all kinds of solenoid valves. The basic request is to finish clamping the tested valves before the test, and to assure that there’s no leakage during the test.At the same time, the fixture must be easy to manipulate and convenient to maintenance.The fixture designing is finished after researching the requirement of the valves’ test figure size and work parameter. In order to keep good airproof, the fixture not only used mechanism airproof theory, but did some optimizing design on structure. After the design, SolidWorks is used to model and do some kinematics analysis. It can check up the effect of the design more intuitively. In order to keep the system more reliably, in chapter 4, mechanism airproof theory is researched. It contains work principle, design method and main invalidation form.As an important part of valves’ test system, whether the fixture is good or not is correlate to the whole test system’s capability. So the paper is valuable on theory and practicality. This paper breaks through traditional design method, and designs a more practical fixture system by introducing innovation design method. So this fixture system and valves test system will both exert important action in valves test field.Key words:test of solenoid valve, fixture, airproof theory, modeling and simulation目录独创性声明 (i)摘要 (ii)Abstract (iii)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 课题相关技术发展概况 (2)1.2.1 如今试验台测试技术的发展概况 (2)1.2.2 机械密封理论的发展概况 (2)1.2.3 创新设计理论概述 (2)1.2.4 现代机械功能优化设计理论概述 (4)1.2.5 三维建模及运动仿真技术 (5)1.3 本文研究的主要内容 (6)第二章试验台夹具系统总体规划和目标要求 (7)2.1 试验台夹具系统分类 (7)2.1.1 被测阀体的测试要求 (7)2.1.2 夹具系统的分类 (7)2.2 试验台夹具系统总体规划 (8)2.2.1 试验台夹具系统总体布置 (8)2.2.2 试验台夹具系统重要参数的计算 (10)第三章试验台夹具结构 (13)3.1 两位两通试验台典型支路夹具结构 (13)3.1.1 夹具工作行程的确定 (13)3.1.2 夹具工作原理 (13)3.1.3 夹具结构 (14)3.1.4夹具相关计算及强度校核 (16)3.1.5夹具研发中关键技术的分析 (18)3.2 两位两通试验台水压强度试验夹具结构 (22)3.2.1 水压强度试验夹具的特点 (22)3.2.2 水压强度试验夹具工作原理 (23)3.2.3 水压强度试验夹具结构 (24)3.2.4 水压强度试验夹具研发中关键技术的分析 (26)3.2.5 创新设计在水压强度试验夹具结构研发中的运用 (28)3.3 两位多通试验台夹具结构 (30)3.3.1两位多通试验台夹具结构特点 (30)3.3.2 两位多通试验台夹具结构 (30)3.4 试验台夹具附件——电动升降台结构 (33)3.4.1 升降台行程确定 (33)3.4.2 升降台工作原理 (34)3.4.3 升降台结构 (35)3.4.4升降台相关计算 (36)3.4.5 创新原理在升降台结构研发中的应用 (38)第四章密封圈密封理论的研究 (39)4.1 O形密封圈的密封原理 (39)4.2 O形密封圈设计及相关计算 (39)4.2.2 O形密封圈产生摩擦力的计算 (40)4.3 Y形密封圈设计使用中若干问题的研究 (42)4.3.1 Y形密封圈的工作原理 (42)4.3.2 Y形密封圈的失效原因及解决措施 (43)4.4 影响密封圈密封的因素 (44)4.4.1 温度对密封圈密封的影响 (44)4.4.2 硬度对密封圈密封的影响 (45)4.4.3 应力松弛对密封圈密封的影响 (45)4.4.4 摩擦对密封圈的影响 (45)第五章试验台夹具三维建模和运动仿真 (47)5.1 试验台夹具的三维建模 (47)5.1.1 两位两通试验台夹具的三维建模 (47)5.1.2两位两通试验台水压强度试验夹具的三维建模 (49)5.1.3 两位多通试验台夹具三维建模 (52)5.1.4电动升降台三维建模 (53)5.2 试验台夹具的运动仿真 (53)5.2.1 两位两通试验台夹具运动仿真过程 (53)5.2.1 两位多通试验台夹具运动仿真过程 (54)5.2.2 两位两通试验台水压强度试验夹具运动仿真过程 (56)第六章结论 (60)参考文献 (61)第一章绪论1.1 课题研究的背景与意义本课题来自鞍山试验台股份有限责任公司和东北大学机械电子工程研究所合作对厂方原有的试验台测试系统改造。

目录 CONTENT第1章绪论 (1)1.1课题研究的现状 (1)1.2摩擦磨损实验的目的 (3)1.3发展趋势 (3)1.4摩擦磨损试验机测控技术及其发展 (4)1.5小结 (5)第2章摩擦磨损试验机的影响因素 (6)2.1试验条件的影响 (6)2.2测量参数的影响 (6)第3章摩擦磨损实验台结构设计的相关计算 (7)3.1往复式摩擦磨损试验台的工作原理 (7)3.2传动的计算 (7)3.3主要零部件的分析和校核 (8)3.3.1电机和减速器的选择及其主要参数 (8)3.3.2齿轮1和齿轮2的分析和校核 (8)3.3.3同步带的传送和计算 (9)3.3.4主轴的计算 (11)3.3.5主轴的强度校核 (11)3.3.6主轴上键的强度校核 (12)3.3.7摩擦销的结构设计 (12).第4章磨损量的测量 (12)4.1.常用的磨损量的测量方法 (12)4.2摩擦系数测试部分 (13)小结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一外文原文 (28)附录二中文翻译 (34)往复式摩擦磨损试验台的设计第1章绪论1.1 课题研究的现状1910年第一台磨料磨损试验机问世，1975年美国润滑工程学会（ALSE）编著的“摩擦磨损装置”一书中所公布的不同类型摩擦磨损试验机已有上百种，仅几十年来，摩擦磨损试验机和试验方法有了较大发展，但价格都比较昂贵。

80年代初美国的Soemantei S等人[1]最早从事高温磨损试验机的研究，共研制了三台高温磨料磨损试验机。

并在这些试验机上研究了纯铝和纯铜在室温到400℃范围内大气气氛下磨料磨损的特性。

80年代末德国的Fischer A 等人[2]在总结前人对试验机研究的基础上，研制一台气氛可控的高温三体磨损试验机。

该机最大的优点是气氛可控、严格保证试验的主要因素（温度、磨料、再喝等）恒定，实验数据重现性好。

主要缺点是：耐高温工作部位未设冷却系统，影响设备精度；同时由于该机未考虑高温氧化对磨损的影响，在该机测定高温氧化与磨损的交互作用时误差较大。

摩擦磨损试验机结构设计摘要先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。

本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，通过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。

该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。

关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动structural design of Friction-Wear Testermachine AbstractAdvanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes, test the basic methods for comprehensive analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure load structure in terms of friction and wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements.Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Reciprocating目录1 绪论 (1)1.1摩擦学概念 (1)1. 2摩擦磨损试验 (1)1. 2. 1摩擦磨损试验分类 (1)1.2. 2摩擦磨损试验机 (2)1.2.3摩擦磨损测试技术研究现状 (4)2 摩擦磨损试验机机械结构总设计思路 (7)2.1摩擦磨损试验的基本系统 (7)2.2摩擦磨损试验机的设计思路 (8)2.2.1确定试验机设计要求 (8)2.2.2试验机的功能分析 (10)2.2.3 基本功能实现方案 .............................................. 错误！未定义书签。

1.1摩擦磨损实验机的原理及使用说明1.1.1实验机机械部分的原理图3-64为HIT-1型球盘式摩擦磨损实验机原理图。

电动机2经带传动1驱动托盘3回转，下试件4安装在托盘3上并随托盘3一起回转，上试件5装在夹头6中。

载荷P由砝码7的重量W产生，摆杆8在摩擦力F作用下摆动，摆杆的另一端压在压力传感器9上，压在压力传感器上的力Q可经数据采集测量系统获得。

工作时，托盘3中可加入润滑油或在下试件4表面上滴润滑油（边界润滑），也可不加润滑油（干摩擦）。

1带传动2电动机3托盘4下试件5上试件6夹头7砝码8摆杆9压力传感器图3-64 HIT-1型球盘式摩擦磨损实验机原理图试验机主要技术指标：转速：100~500r/m最大载荷：W=10N1.1.2摩擦系数测试原理如图3-64所示，本实验机作用在试件上的载荷P由砝码重量W产生，P与W的关系为：P=W（N）(3-4）图3-65 试件结构及尺寸作用在上试件5上的摩擦力F 与作用在压力传感器9上的力Q 的关系为：QL 1=FL 2 (3-5)本试验机 L 1=L 2=100mm 则：Q=F (3-6)摩擦系数：P W f F Q== (3-7) 所以，只要预先确定加载砝码W 的重量再测出传感器受力Q 的大小，即可计算出摩擦系数f 。

1.1.3 数据采集处理系统本试验机配有自动数据采集处理系统，图3-66为数据处理系统框图，系统的硬件有：传感器、数据采集卡、计算机等。

图3-66 数据处理系统框图数据的结果有两种形式：一是由计算机直接做出摩擦系数随时间的变化曲线。

在屏幕上显示，并在打印机上打印出曲线。

二是计算机只记录实验数据，并通过计算机打印出数据，由学生手工绘图。

1.1.4 本试验机的应用范围(1) 改变上下试件材料，研究不同材料配副的摩擦、磨损情况。

(2) 改变速度快慢，研究不同速度下的摩擦，磨损情况。

(3) 改变载荷大小，研究不同载荷下的摩擦、磨损情况。

(4) 改变试件的表面加工质量，研究表面质量不同时的摩擦、磨损情况。

MLS——225型湿砂橡胶轮式磨损试验机使用说明书张家口市宣化科华试验机制造有限公司（原宣化试验机厂）一、试验机适用范围及性能特点MLS—225型温砂橡胶轮式磨损试验机为湿砂半自由磨料磨损试验机。

它利用转动的橡胶轮带动与水混合的矿砂、砂石、泥沙等磨料对各种金属或非金属材料主生磨损，从而对材料进行耐磨性试验。

由于橡胶轮的转速及对试样施加的正压力等参数可以改变，故本机能很好地模拟各种工况，可为农业机械，建筑机械、矿山机械、采掘机械、运输机械等各行各业，在试验室内进行耐磨材料的筛选试验。

本机也能更好地为科研部门使用，进行磨料磨损机理的研究。

本机为了延长橡胶轮的使用时间，增加夹具的调整装置，使夹具支点可调整。

同时还采用定转数计数器，当试样被磨损到预定的转数时，能自动控制停机。

二、主要技术规格1、最大负载机225牛顿2、橡胶轮转动方向逆时针3、橡胶轮转速240转/分、181转/分374转/分、498转/分4、橡胶轮直径178毫米5、橡胶轮硬度50、60、70（邵尔硬度）6、砂浆比例1000克水1500克砂（广东新会石英砂，室温自来水）7、试样尺寸长×宽×厚=57× 25.5× 6毫米8、电机型号：YD100L—8/6双速电机三相：380V 501周/秒转速：750转/分 1000转/分功率：0。

75KW/1.1KW9、外形尺寸（长×宽×高）710×740×1600（单位毫米）10、重量：500公斤三、试验机的结构本机由传动系统、试样夹具部分、夹具调整装置、转数控制系统，电气部分及底座、泥浆槽等组成。

1、传动系统：双速电机带动轴端的皮带轮1，通过两根三角皮带轮2转动，带动Ⅰ轴转动，又借助Ⅰ轴上小齿轮与Ⅱ轴上的大齿轮的啮合，得到第二次降速，带动Ⅱ轴转动。

Ⅲ轴由弹性联轴节与装在轴承座内的Ⅲ轴联接，使橡胶轮转动。

本机使用双速电机，两组皮带轮，更换皮带轮可得到四档速度。