摩擦磨损 摩擦学论文.doc

1.概论摩擦学的研究, 不但对国民经济具有很重要的技术经济意义, 而且有深远的科学理论价值, 引起了世界各先进国家的普遍重视, 也受到了我国有关部门的重视。摩擦磨损实验机是研究摩擦学的重要工具之一。磨损是材料失效的主要形式之一,对材料进行摩擦磨损实验是研究材料性能的常用方法。摩擦磨损实验机主要用于测试在不同速度、较小载荷条件下各种材料和润滑剂的摩擦性能,然后进行摩擦磨损机理的研究。摩擦磨损实验中常用的摩擦实验机,主要有往复式和球盘式（或销盘式）两种,考虑到实验条件以及试验特点,研制了一种球盘式摩擦实验机,这种结构的摩擦磨损实验机体积小、机械传动结构简单、试件装夹方便,便于不同材料的摩擦学性能测试。1.1摩擦磨损实验机的研究范围和目的 摩擦磨损试验机是进行摩擦学试验研究必不可少的设备，充分地了解和分析摩擦磨损试验机的特点，并对其进行恰当的分类，则是进行试验机设计的基础。机械设备中的零部件的摩擦磨损性能是由材料、工作参数、接触几何及环境条件等因素决定的；因此，研究零部件的摩擦磨损性能，需要根据使用场合的情况设计试验并选择适当的实验机和评价参数。1.1.1摩擦磨损实验机的适用范围：在一定的接触压力下，能够模拟滚动、滑动或滑滚复合运动，具有多种摩擦副，能够完成点、线、面摩擦模拟试验。可用来评定润滑剂、金属、塑料、涂层、橡胶、陶瓷等材料的摩擦磨损性能。既能满足传统石化行业用户研制、开发、检测各种中高档系列液压油、内燃机油、齿轮机油的需求，又能满足新兴材料开发、新工艺研究用户进行模拟评定测试的需求。1.1.2摩擦磨损实验机的研究目的：摩擦、磨损和润滑作为一种自然现象，不仅在机械设备中而且在人们的生活中也广泛存在着(机器的寿命、人们、关节)，过去仅从力学角度研究摩擦、磨损现象，而对摩擦的结果带来的危害估计不足，据统计，世界上约有 l/3l/2的能源，以各种形式消耗于摩擦中；摩擦又带来两物体摩擦接触表面的磨损，磨损使机器零件失去工作能力而失效，约占总失效的30。为此而制作配件，一些发达国家每年因此造成的损失达数十亿美元，所以从节约能源，降低原材料消耗来研究摩擦、磨损是很有必要的。实践证明润滑是减少摩擦、磨损的重要手段，随着科学技术的发展，人们把研究有关摩擦、磨损及润滑的科学技术统称为摩擦学。摩擦学的定义是：研究相对运动中相互作用着表面的科学、技术及有关实践的知识，它与数学、物理、化学、材料、工艺、工程实践有关，它是一门发展很快(60年代中期)的新兴边缘应用学科。由于运用现有的摩擦学知识，去解决机器设备中的问题可以取得显著的经济效益，据英、美、日等国摩擦学应用调查，应用现有的摩擦学知识和技术每年可获得的经济效益，占国民经济总产值的2以上(日本7，西德5，英25，美2)。我国到1999年总产值83190亿元，按12计算可获998亿元的效益，同时摩擦学问题大量存在于机器设备中，而机器设备向高精度、高寿命、高速、大功率方向发展，要求生产的连续性，自动化程度、可靠性程度不断提高，为解决好机器设备的摩擦学问题创造了摩擦学设计，即应用摩擦理论及实践去解决好机器的设计、制造和运行维护等问题。进行摩擦磨损实验的目的是要模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及其规律性，以便通过选定参数的测量分析考察的工作运转变量、润滑变量和气氛变量等对特定摩擦磨损系统摩擦元素的影响。因此，摩擦磨损试验机的设计就是要依据这种目的和既定的具体任务要求，构思形成的基本系统。其工作运转变量一般要求在一定范围内可调，对于测试参数应当根据需要选定。1.2摩擦磨损实验机的要求和分类1.2.1摩擦磨损实验机的技术要求摩擦磨损实验机是进行摩擦磨损实验实验设备。摩擦磨损实验机主要用于测试在不同速度、较小载荷条件下各种材料和润滑剂的摩擦性能，然后进行摩擦磨损机理的研究。设计摩擦磨损实验机机械部分首先应满足摩擦学实验和实验教学的基本要求，其次易于不同配副材料的更换和不同参数的调节。在此基础之上还要求实验机运转平稳、机械震动小，以减小由于机械原因产生的误差。结合实验特点，设计的摩擦磨损实验机采用球盘式结构，这种结构的摩擦磨损实验机体积小、机械传动结构简单、试件装夹方便。实验所用上试件可利用滚动轴承的标准球体，这种球体价格低，可以直接在市场购买；实验所用下试件为圆盘，它对任何材料都可采用车削加工，加工成本低，便于不同材料的摩擦学性能测试，这是球盘式摩擦磨损实验机的最大特点。1.2.2摩擦磨损实验机的分类摩擦磨损实验机的种类很多，人们对其分类的方式也不相同，最有代表性的两种是苏联N.B.Kparenbcknn的分类法和美国润滑工程师协会的分类法。前者为了模拟摩擦面的破坏形式，便于查明各种影响因素，将摩擦磨损试验机分为8 种类型，后者则是根据摩擦副的几何形状而将试验机分为12 大类，以便于选定了摩擦副的形式之后去查找相应的试验装置和了解该装置的主要技术指标。表1 所列是对摩擦磨拟试验机分类的结果。这是参照磨损类型的分类提出的一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法。这种分类法突出了摩擦元素的特点和对试验的特殊功能要求，从而便于采用设计方法学原理对试验机进行设计。由表1 可见，这种方法将摩擦磨损试验机分成了五大类。第一类是固体-固体摩擦磨损试验机。这类试验机又分为5 小类，即单向滑动、往复运动、旋转滑动（含滚滑）、冲击和微动摩擦磨损试验机（根据需要可以在摩擦元素间加或不加润滑剂）。每一小类试验机的摩擦副形式又有很多种，因而它们也各含有许多种试验机。可以认为，大部分摩擦磨损试验机种都属于这一大类，它们可以重现粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和摩擦化学磨损。从设计的角度来看，这一大类试验机体现了摩擦磨损试验机的基本结构特点。第二类是固体-体加磨粒（或固体-粒）的试验机，统称为磨粒磨损试验机。根据试件的磨损特性和运动特性又可以将其分为3 小类，即三体磨粒磨损、二体磨粒磨损和动载磨粒磨损试验机。与第一类试验机相比，三体磨粒磨损试验机的不同点是要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨损试验机的摩擦副一方是固定磨粒（一般都采用砂布盘），另一方则可设计成各种形式，其特例是研究单个磨粒磨损的试验机。在这一小类试验机中，摩擦副多为销-盘式（转动）或销-板式（往复运动）。为了防偏磨，销最好能够自旋，但是摩擦路迹一般不重复。自由磨粒磨损试验机可以设计成试件运动、磨粒运动和试件与磨粒同时运动的3 种形式。表1第三类是固体-液体加磨粒（或固体-液体）的试验机，其特殊功能是使含磨粒（或不含磨粒）的液体冲刷固体表面因而关键是要形成有一流速的液流。利泪泵、势能和离心力均可达到这种目的。从相对运动的原理出发，也可以让试件相对于液体运动。液流和试件形成的冲击角是一个重要参数，通常要求可调。第四类是固体-气体加磨粒的试验机，其功能是使含磨粒的气流去冲刷固体表面。作为这类试验机的特例是单颗磨粒冲击装置。这种试验机有以下三种形式：a 供气系统加磨粒加喷咀加试件， b 高速运动的试件加供给的磨粒。这种试验机一般都要抽真空，以避免转子旋转时所产生的空气动力学现象对磨损的影响，。c 利用离心力抛出磨粒。对于这类试验机来说，磨粒向试件的冲击角也是一个重要参数，同样要求可调。第五类是除了以上所述之外的特殊摩擦磨损试验机。可控载荷、可控气氛、高温或低温摩擦磨损实验机均可归入此类。其中，可控载荷指的是在摩擦过程中摩擦元素所受的载荷是变化的（木文作者正在设计中）。可控气氛摩擦磨损实验机的特殊要求是抽真空、通入或不通入特种气体和控制或不控制湿度等。密封问题对其十分重要，非接触式传动-磁力传动在这类试验机上可以得到充分的应用。高温或低温摩擦磨损试验机要求产生高温或低温，因而需要考虑高温隔热和低温防护，其选材也要能够满足高温或低温的要求。1.3摩擦磨损实验机的特点分析 进行摩擦磨损试验的目的是要模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及其规律性，以便通过选定参数的测量分析考察图1所示的工作运转变量、润滑变量和气氛变量等对特定摩擦磨损试验系统摩擦元素的影响。因此，摩擦磨损试验机的设计就是要依据这种目的和既定的具体任务要求，构思形成图1 所示的基本系统。其工作运转变量一般要求在一定范围内可调，对于测试参数应当根据需要选定。运动形式与试验机的摩擦副结构有关，二者都是由所要模拟的摩擦副决定的。试验机的摩擦副结构和运动形式一般是固定的，但也有一些多功能试验机的摩擦副和运动形式均可通过添加附件而加以改变。例如，美国FALEX 公司的多功能试样测试机在添加附件以后，就可以形成球-平面、四球、板-板（面接触）、液体浸蚀、针-盘和滚动四球等多种摩擦副形式。摩擦副最基本的运动形式可以归纳为4 种，即滑动、滚动、自旋和冲击。在试验机上，对运动形式都有明确的规定，但对运动的位置精度却要求不高，因而往往不提这方面的要求。负荷是摩擦磨损试验机的一个重要参数，其在试验过程中一般应当保持稳定。试验机对负荷的精度要求很高，国内试验机负荷示值的相对误差为 士 1 。要满足负荷精度的要求，就必须考虑在试验机上减小加载系统的摩擦阻力。一般地说，试验机的加载方式有机械式、液压式和电磁式三种。其中，机械式加载又可分为杠杆加载、弹簧加载和重物直接加载等多种，或者是它们的组合；液压式加载包括动压加载和静压加载两种。杠杆加载和重物直接加载系统的结构简单，载荷稳定，不存在负荷保持的问题，加载精度也高，但当摩捺副运动不稳定时却会引起振动和冲击。弹簧加载和液压加载所产生的振动都比较小。但是，弹簧加载的精度不高，难于实现负荷的精确调整，液压加载很难保持负荷稳定。动压加载和电磁加载易于实现负荷的自动控制，但它们的弱点是控制部分的成本较高，而且电磁加载的实例在已有的试验机上还很少见。 在许多场合下，试验机还必须满足恒比压的要求（这里所指的是宏观恒比压）。现在，试验机上实现恒比压的方法有两种，其一是从摩擦副的结构上保证摩擦过程中的接触面积不变，借以在负荷不变的条件下实现恒比压（如图2 所示）；其二是在试验过程中随着接触面积的增大依照一定的规律增大负荷以实现恒比压。利用这种方法实现恒比压的有如日本东京试验机制作所生产的理研大越式高速磨损试验机。如图3 所示，大越式高速磨损试验机的摩擦副形式为长方形的试块-旋转圆环（侧面承载）。在磨痕宽度b ( 13 mm ）远比旋转圆环外径2r ( 30mm ）小的情况下，经数学推导得到保持恒比压的条件是施加负荷P与磨损距离1 的平方根成正比例关系。试验机从传动结构上实现这个条件所采用的加载方式是：主电机-齿轮传动-加载凸轮-齿轮传动-弹簧加载机构-齿轮-杠杆-试件。这是由加载凸轮和弹簧加载机构实现的关系，由凸轮升程与磨损距离1 的平方根成正比。由凸轮压缩弹簧，以弹簧带动齿轮齿条加载，从而实现试验过程中的宏观恒比压条件。第三种方式是同时测量摩擦副的接触面积和试验负荷，经过数据处理，给出负荷的控制信号，使负荷随着接触面积的变化而变化，从而实现试验过程中的恒比压。这种方式先进、可靠，然而实施难度很大。这是因为试验过程中摩擦副的接触面积不易测量，故其至今尚未得到实际应用。滑动速度的大小对摩擦磨损往往具有关键性的意义，因而也是摩擦磨损试验的一个重要参数。滑动速度的方向有单向和往复式两种，后者又可以分为摆动式和往复直线运动式。在试验机上既可以用机械方式（如凸轮机构和曲柄摇杆机构等）实现摆动，也可以由电机（如伺服电机和步进电机）来实现摆动。往复直线运动通常是用曲柄滑块等往复直线运动机构实现的。试验机的速度大小一般都要求可调，所能采用的方式有有级调速和无级调速两种。有级调速是利用变换齿轮或皮带轮速度比等方法实现的。无级调速又包含有两种方式一种是机械式无级调速（如摩擦轮和差动轮系等）, 但其调速范围不大，另一种是使用无级调速电机进行，这种方式的调速范围很大，如直流伺服电动机的调速范围可达12000r/min（下限还可以更低）。当采用电机无级调速时，一般都要求速度稳定，因而常采用速度控制环节实现速度的闭环控制。温度是摩擦磨损试验的又一个重要参数。有些试验对环境温度有其特定的要求（如高温条件或低温条件）。高温试验通常采用电阻丝加热，也可以借助于高频加热等。对于高温试验机，既要考虑加热部件和其他部件的隔热问题，又要针对加热温度很高的特定情况同时考虑其加热部件的选材问题。低温试验机常采用适当的制冷方法使试件周围的局部环境保持低温，也可以将摩擦副浸泡在制冷剂中实现低温。 某些试验研究要求对气氛进行控制。在只要求控制湿度的场合，简易的办法是将摩擦副部分加一个有较好密封性能的罩子，再在其中放置一些盛水的盒子即可调节湿度。当然，湿度调节也可以在湿度传感器控制下自动地进行。此外，用于真空条件下摩擦磨损研究的试验机对真空度的要求较高。实现真空可以使用真空泵，在这里密封问题很重要，尤其动密封往往是令人头疼的问题。为了提高真空度，有些试验机上采用了磁力传动，借以少用或不用动密封。试验时间一般是依具体情况而定，大多数试验机没有配备定时装置。要在试验机上实现时间控制，可以采用定时器控制动力源，也有的是根据摩擦力或摩擦力矩的极限值来控制停机。这种控制方法对试验机也起着过载保护作用试验机上一般都要对试验负荷进行测量，所采用的测量方式往往随加载方式而不同。机械式杠杆-砝码加载可以直接根据加载砝码得到负荷值（如Timken试验机）, 机械式弹簧加载可以根据游标显示的弹簧变形量得到负荷值（如AMSLER 试验机）, 液压加载可以通过加载油缸的压力换算得到负荷值（如MQ-800 型四球式摩擦试验机）。诚然，不论在哪种加载方式下，都可以利用负荷传感器直接测量负荷值。负荷传感器应当安装在尽量靠近摩擦副的位置上，以避免或减小导向部分承擦勺引起的测复误差。在试验机上，摩擦力（或摩擦力矩）和摩擦系数一般只测一项。例如，在已知负荷P 的情况下，只要测出摩擦力F ，就可以根据公式求出摩擦系数值。这可以利用微机或数字电路实现运算处理。测量摩擦力常用的方法有两种，即测量作用在驱动轴上的扭矩，或者是借助于弹性元件测定作用在固定件上的力。在采用第二种测量方法的情况下，由于固定件在沿摩擦力方向自由运动时必然地要传递法向力，所以应当将其安装在滚动轴承之水的低摩擦装置上，以使附加的摩擦力尽可能地减小，从而保证摩擦力的测量精度。摩擦扭矩可以采用扭矩传感器进行侧量，其安装位置既可以是在运动轴上，也可以是在固定轴上。当把扭矩传感器安装在运动轴上时，需要确保传感器的信号输出良好。在试验机上，通常是将摩擦扭矩转换成拉力或压力对其进行测量（见图4 ) , 但要注意使转换机构造成的误差不得超过允许值。在有些试验机上还要求对速度进行测量，可以采用的一次仪表有测速发电机和光电传感器等多种。记录转数最常用的是机械式计数器。需要测量的温度有环境温度、润滑剂温度和摩擦副的摩擦面温度，其中最难测量的是摩擦面温度（因为它不暴露在外面）。在试验机上常用的测温方法是热电偶法和红外测温法。用这两种方法测得的摩擦面温度都是近似值。这是由于热电偶无法安装在摩擦面上，而只能安装在靠近摩擦面位置上的缘故，而红外测温法则是因为只能测得摩擦面边界上的温度或试件的体温。如果能够知道试件温度的分布情况，那就可以对测温结果进行修正，从而使测量误差减小。此外，也可以把实际试件之一（或两件）组合成热电偶的一部分，这就是所谓的“自然热电偶”测温法。这种方法原则上可以直接从摩擦面取得温度信息，然而这个信息不仅会受到由于润滑剂的作用所产生的界面电动势的影响，而且在多触点中的循环电流对它也有影响。因此，在现有的试验机上很少使用这种侧温方法。磨损量是磨损试验中都要测量的一个参数。目前，磨损量的在线检测尚有困难，以往都是将试件取下再测量磨痕或称量失重而得之。现在，有人采用电测法或光栅对摩擦副在磨损过程中的相对位移进行测量，以此实现磨损量的在线检测。摩擦磨损实验机能否给出重复性和再现性都比较好的试验结果，取决于每次试验用的试样和条件（包括仪器的工作状态）是否都能保持一致。西德Optimol公司的SRV型标准化微动式摩擦磨损测试机之所以能够给出较好重复性和再现性的试验结果，就是因为它的关键部件振动系统和力监测系统的工作状态养常稳定。为了使试验条件稳定，就要从动力源和试验机结构上保证负荷及速度等工况稳定，同时还需要测试系统稳定，应能准确地测出工况，以便于调整。此外，合理的摩擦副接触形式也是取得较好重复性和再现性试验结果的有利因素。一般说来，点接触比面接触受外界的影响小，因而在相同条件下，点、线接触有利于再现摩擦副的接触状态。下图为一种球盘式摩擦磨损实验机的真机，为设计作为参考。2.方案设计2.1摩擦磨损实验机的工作原理 图1为球盘式摩擦磨损试验机的主视图与俯视图。其工作过程及原理为：试样固定在试样夹上，试样夹由机台上的电动机带动，恒速转动。加载砝码施加一定载荷，加载杆前端固定有作为摩擦副的小球，小球材料可以是GCrl5钢或WC等。当电动机转动后，摩擦副小球在试样表面纯滑动，此时有摩擦力F。传感器固定在机台的一边，通过传力线与加载杆相连。工作时，摩擦力F通过传力线传到传感器，通过A-D转换，传感器将摩擦力F转变成电信号后送人计算机或者X-Y记录仪中，将实验数据与标定好的数据进行比较，即可得到摩擦力F的大小。正压力N由加载砝码的质量m求得(N=m ·g，g为重力加速度)，则摩擦因数f=F/N。另外一点很重要，即通过平衡砝码保证横梁的左右平衡。2.2设计计算2.2.1电机的选择设计的技术参数：电机的转速范围：901500r/min,通过减速后转杯和下试件转速范围18300r/min,摩擦半径为10mm30mm，摩擦线速度的范围是：0.020.94m/s，最大载荷N=10N。上试件下试件的材料选取 软钢铸铁 摩擦系数=0.180.2对上试件和下试件的接触点进行受力分析： (1) (2) (3)由(1) ，(2)， (3)得到： 为电动机通过皮带和齿轮传动所提供的角速度由摩擦半径和摩擦线速度可以得出为19286r/min,得到为0.0361.8KW，电机转速为901500r/min，由于去除了减速器，需要由电机自带调速功能，传动比为1：5，选取YVP系列变频调速三项异步电动机。（优点：调速范围大，运行稳定，噪音小。）根据机械设计手册表17-1-78 选择型号YVP100L1-4 标称功率为2.2KW。2.2.2轴承设计2.2.2.1连接大带轮和伞齿轮的轴上的轴承设计作用在下轴上的轴压力：轴向力较小，约为1KN选用深沟球轴承，主要承受径向载荷，可以承受少量轴向载荷。装轴承处的轴径直径在40mm左右，预计计算寿命=5000h。1000/33.61000=0.03根据表13-5深沟球轴承最小e值为0.19,此时计算当量动载荷P,根据按照表13-6，=1.01.2，取=1.2按照表13-5，X=1,Y=0=1.2133.6=40.32KN根据式13-6，轴承应有的基本额定动载荷值=40.32查表9-1选择C=29.5KN的6208轴承，轴承的基本额定动载荷=18.0KN2.2.2.2连接转盘和伞齿轮的轴上的轴承：作用在上轴上的轴向力：径向力较小，约为1KN选用角接触球轴承，主要承受轴向载荷，也可以承受径向载荷。装轴承处的轴径直径在40mm左右，预计计算寿命=5000h。计算当量动载荷P,根据按照表13-6，=1.01.2，取=1.2按照表13-5，X=1,Y=0=1.2152.6=63.12KN根据式13-6，轴承应有的基本额定动载荷值=查表9-1选择C=36.8KN的6208轴承，轴承的基本额定动载荷=25.8KN2.2.3皮带的选取一、带传动的工作原理 带传动属于摩擦传动，由于环形带张紧在带轮上，带中产生初拉力F。，带与带轮在接触处产生正压力，当主动轮在驱动力矩作用下转动时，轮与带轮之间产生摩擦力，并带动带运动，同样带又带动从动带轮克服工作阻力而转动，这样就可把主动轮的运动和动力传到从动轴上。 带传动是工业广泛使用的一种传动零件，仅次齿轮传动。例如：汽车柴油机冷却风扇，拖拉机，液压机，破碎机，客车发电机等。二、带传动的特点 1结构简单，装拆方便，对制造要求不高。 2适合于大中心距的传动，例如电动机与车床床头箱之间。 3能缓和冲击振动，传传动平稳无噪音。 4传动比不准确。 5轴及轴承上受力较大。 6外廓尺寸大，比传递同样功率的齿轮大，较低，带的寿命较短，只有30005000h，相当七、八个月。 7一般 N50kW，V525ms。三、带传动的类型 摩擦传动：平带、V带、圆带 机械工业上V带应用最多，与平带传动比较优点 l根据楔形增压原理，在同样的压紧力Q作用下，V带传动的摩擦力比平带大三倍，所以传递载荷大近三倍。 2V带传动没有接头，传动平稳，结构紧凑。 3V带传动几根同时使用时，若一根坏，机器不致停车。 4V带适于大传动比，短中心距。已知条件：（1）传动的功率P为0.0361.8KW （2）小带轮和大带轮的转速 （3）传动用途，原动机种类及工作制度由于转盘与大皮带轮转速相同，=19286r/min，传动比为1：5，可知小皮带轮转速=951430r/min。（1）设计功率=（为工况系数，由表13-1-17查出）取=1（2）带型由和选择窄V带，窄V带相对于普通V带，具有极限带速高，带轮宽度和直径可减小等优点，普通V带降低20%40%。（3）小带轮基准直径已知和查表13-1-20选取=90mm，选取SPZ型号窄带轮（4）大带轮基准直径=430mm (5)带速基准宽度制=（6）初定中心距 取（7）小带轮包角轮槽截面尺寸设计由表13-1-11选择外径，槽型窄V带轮SPZ 基准宽度=8.5mm=2mm=9mm=7mm=5.5mm=0.20.5mm=0.51.0mm带轮槽角2.2.4锥齿轮的设计与圆柱齿轮相比，圆锥齿轮其制造、装配都比较复杂，所以除布置和其它特殊要求外尽量少用，两圆锥齿轮轴线间夹角一般为90°，否则箱体加工和安装调整都比较困难。    圆锥齿轮传动振动和噪声都比较大，所以应用于速度较低的传动中，V5ms，传动比 i3，鼓形齿经研磨可用于高速传动    特点：轮齿分布在截锥体上，垂直于轮齿的各剖面，齿廊大小是变化的，与其到锥顶的距离成正比。大端刚度大，小端刚度小，圆锥齿轮沿齿宽的载荷分布不均匀。    为简化计算假定圆锥齿轮的强度与其当量齿轮相等，该当量齿轮是以圆锥齿轮齿宽中点处的参数为参数，这样借助于当量齿轮把圆锥齿轮转化为直齿圆柱齿轮，将当量齿轮参数代入圆柱齿轮强度计算公式。根据传动结构的布局选择锥齿轮为正交传动，轴交角锥齿轮传动的几何计算选取直齿主齿轮的齿形制为GB/T 12369-1990齿形角齿顶高系数顶隙系数齿数比u=1大端端面模数m=3mm，查表14-3-5变位系数，对于：，节锥角 齿数z 分度圆直径d 锥距R=53mm齿宽系数齿宽系数不宜取得过大，否则将引起小端齿顶过薄，齿根圆角半径过小，应力集中过大，故一般取=齿宽b齿顶高待添加的隐藏文字内容1齿高h齿根高齿顶圆直径齿根角齿顶角（等顶隙收缩齿）顶锥角根锥角外锥高支撑端距H齿距p由于结构设计中，此锥齿轮的作用主要是改变传动的方向使结构更合理，故锥齿轮1和锥齿轮2的尺寸相同。2.2.5转盘和卡具设计2.2.5.1上试件夹具设计根据设计要求下试件转动，而上试件需要静止，需采用紧固装置进行定位。这个装置采取了四个自攻锁紧螺钉作为卡具，对小球进行定位。采用螺钉固定有两个优点：（1）此实验机需要进行不同材料的磨损测试，经常要更换上试件，采用螺钉固定，便于更换而且节省时间。（2）由于四个螺钉均匀安装在卡柱上，小球受力相对均匀，对实验效果和精度影响相对较小。2.2.5.2下试件夹具设计根据摩擦半径为，选择下试件为半径为50mm，厚度为10mm的圆盘，这样可使下试件有足够的空间进行转动，摩擦半径可调，提高下试件圆盘的利用率，节约实验成本。因为转盘要和下试件一起运动，而下试件又需要根据不同的实验进行材料的更换，所以采用四个固定V型块进行固定，优点是可以灵活的拆卸，方便更换下试件。2.2.5.3转盘设计根据设计要求，转盘和下试件的转速为18300r/min，属于比较低速的转动，所以采用键连接转盘和上轴。材料选择不锈钢，原因是：（1）因为转盘的转动，不锈钢油足够的强度承受扭转而不会产生变形。（2）由于转盘内所进行的是不同材料的磨损，会产生一定的碎屑，不锈钢易于清理，也不会因为碎屑而磨损转盘造成表面刮伤，影响下试件的放置。根据下试件为半径为50mm，厚度为10mm的圆盘，设计转盘的直径为100mm，这样有充足的空间进行转动，而不会与其他部件存在干涉。转盘设计高度为30mm，有充足的空间放置下试件和卡具，还能够放置碎屑的飞溅。2.2.6压力传感器的选择 压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，在实际应用中，应根据具体的使用场合、条件和要求，选择较为适用的传感器，做到经济、合理。.额定压力范围 额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。最大压力范围 最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为提高线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的倍。 损坏压力 损坏压力是指能够加工在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。线性度 线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。 压力迟滞 为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。 温度范围压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。由于此摩擦磨损实验机用于教学实验，精度相对较低，故采用机械式传感器-测力环，通过力-位移的变化，测算出两种材料的相对摩擦系数。测量范围为10N1000N，示值误差为（0.30.5）%。