磨蝕實驗臺設(shè)計【試驗臺】

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Especially the attrition between work object, the tool in the attrition aspect's life has not advantageous theory according to,The drop of the working efficiency because of the attrition has not a accurate estimation plan,this will cause the machine run in low mechanical efficiency long time,we need develop a estimation research about attrition.to accurately estimation attrition in the different material, expresses this kind of influence through certain parameter , We may through the concrete value estimate that the specific material the mechanical property which displays under the specific abrasion environment. From this we may estimate machinery's working life, may carry on the control in the new machinery's design process of manufacture to machinery's life, may know ahead of time the machinery later will present the low working efficiency movement, may before this condition appears replaces the influence efficiency the working part, guarantees the production efficiency. Key words: attrition; estimation; life; production efficiency 前言 磨蝕系數(shù)是采掘機械設(shè)計及使用中需要注意的重要參數(shù)之一。該參數(shù)的引入，將在采掘機械的制造和使用中的降低成本和提高效率及其它方面均起到積極的作用。 當用各種機械的方法破碎巖石時，諸如鑿巖、鉆眼、截割、挖崛等等，所使用的工具必然要受到巖石的反作用而磨蝕。工具的磨蝕，增加了工具的消耗，更重要的后果則在于將降低破碎巖石的效率，增加更換工具所需要的輔助時間，致使破碎機械的實際生產(chǎn)率大大降低。由于工具的強烈磨蝕，它甚至成為進一步發(fā)展機械破碎巖石技術(shù)的主要障礙之一。 研究巖石的磨蝕性及其規(guī)律，不僅直接關(guān)系到機械和工具的壽命、生產(chǎn)的效率和成本，并且還可以作為改進機具設(shè)計的依據(jù)，也是采取合適工作參數(shù)的基礎(chǔ)，此外也使制訂消耗定額有所依據(jù)。 設(shè)計、制造煤巖磨蝕系數(shù)臺對降低煤巖磨蝕性的研究成本，提高實驗的可操作性起到一定的作用。 雖然目前對磨蝕性的測試有幾種不同的方法，但沒有統(tǒng)一的規(guī)定，采用不同方法測出的磨蝕性，只能近似地給出物料對工具的磨損程度，供選擇相關(guān)機械、工具及其操作參數(shù)時參考。磨蝕性試驗裝置也可用于對比由各種材質(zhì)制成的工具的相對耐磨性以及預(yù)估其使用壽命。 目前，投入實際使用的能夠測試磨蝕性的裝置很少，僅有邦德葉片磨蝕性測定裝置、洪堡威達公司磨蝕性試驗機、Yancy-Geer-Priec磨蝕性試驗裝置等。 1 實驗臺整體設(shè)計 1.1 原理設(shè)計 工作部分采用圓盤式摩擦片進行磨蝕試驗，這種工作方式的優(yōu)點在于位于圓盤不同直徑處擁有不同的工作速度這樣更能接近實際的工作的環(huán)境狀態(tài)獲得更準確的估測值。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖： 圖1-1 總體結(jié)構(gòu) Fig.1-1 Totality Structure 工作壓力由上部的液壓缸提供，容器內(nèi)放置磨料，測試圓片安裝于旋轉(zhuǎn)平臺上，工作原理為：加壓裝置給磨料施加壓力使磨料與測試圓片之間產(chǎn)生一定的壓力，旋轉(zhuǎn)平臺帶動測試圓片旋轉(zhuǎn)，使測試圓片與磨料產(chǎn)生相對滑動進行摩擦。 1.2 系統(tǒng)基本設(shè)計參數(shù) 磨料施加最大壓力不小于0.3，主軸轉(zhuǎn)速為100. 本試驗系統(tǒng)所制定的磨蝕系數(shù)為試驗材料在與試驗?zāi)チ显谝欢▔毫ο孪鄬σ苿舆^試驗材料在厚度上的損失，損失單位為，制定的磨蝕系數(shù)為。 1.3 磨料裝載部分設(shè)計 裝載部分采用圓筒式容器，圓形有很好的壓力特性，圓筒內(nèi)徑為400，初步選定圓筒高度為300。 液壓缸是液壓裝置中將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)直線往復(fù)運動或擺動往復(fù)運動的執(zhí)行元件。（選用內(nèi)徑為63，壁厚為的液壓缸，額定壓力為,通過與此液壓缸相類比，容器壁厚取足夠承受0.3） 壁厚校核： 容器壁厚與內(nèi)徑的比值為 故可按薄壁圓筒進行分析計算 應(yīng)力分析 容器的軸向不受力 容器的徑向受力為 ——加壓裝置所施加的壓力 ——容器內(nèi)徑 ——壁厚 所以 變形分析 容器周向正應(yīng)變?yōu)閇7] ——彈性模量 鑄鋼的彈性模量 ——泊松比 所以 金屬的屈服強度極限通常按其產(chǎn)生永久殘余變形量為原長的0.2%，既， 材料的強度滿足 考慮到磨料對容器的磨損，在長時間運行下會使壁厚降低，所以對壁厚的厚度增加5. 測試盤片安裝臺設(shè)計：承載平臺承受著磨料對測試盤的所有壓力，為保證測試盤平穩(wěn)進行摩擦試驗，承載盤應(yīng)具有很好的剛度，初取盤片厚度為30，直徑為300。 1.4 加壓裝置設(shè)計 裝載部分受加壓裝置壓力的全部面積為： 裝載部分受有效壓力的面積為： 要產(chǎn)生0.3的壓強需要的壓力為： 加壓裝置的加壓方式采用液壓缸加壓，采用液壓方式加壓可以方便壓力的調(diào)節(jié)，液壓系統(tǒng)的操控性強，而且在磨料的體積發(fā)生變化的情況下，通過液壓控制閥的調(diào)節(jié)可以使壓力保持不變。加壓裝置的設(shè)計壓力還要有一定的預(yù)留壓力，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品的參數(shù)進行參考。 選擇液壓缸內(nèi)徑為63，此液壓缸在額定壓力為的壓力下可以產(chǎn)生推力為43，設(shè)計推力選為40 1.5 液壓缸的設(shè)計 單作用液壓缸的內(nèi)徑可由下式計算： （1—1） 式中： F—液壓缸的推力，這里為40； p—液壓缸的進液壓力，為14； —液壓缸機械效率，通常橡膠密封時，=0.95； 將上述數(shù)值代入到式（1—1）中， 得到： = ≈62 液壓缸的缸筒內(nèi)徑由表（1-1）圓整為標準值。 表1-1 液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列 Tablet.1-1 Cylinder bore size series 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500 所以缸筒內(nèi)徑取為63。 按中厚缸筒壁厚計算： 當時 （m） （1—2） 式中 D—缸筒內(nèi)徑（）,即為0.063； —最高允許壓力（）,取為20； —缸筒材料的許用應(yīng)力（）， ； —缸筒材料的屈服強度； n—安全系數(shù)。 缸筒常用35號，45號無縫鋼管制成，有時也有用20號無縫無縫鋼管。當缸筒上需要焊缸蓋、耳軸或管接頭時，宜采用35號鋼并在粗加工后調(diào)質(zhì)處理。不與其他兩件焊接的缸筒用45號鋼，并調(diào)質(zhì)處理到HB241～285，以改善加工性能和強度。此外，也有用鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵以及鋁合金和黃銅等材料制成的。在承受負荷很大的情況時，常采用高強度合金無縫鋼管做缸筒。 缸筒材料選用高精度冷拔無縫鋼管35號 查表，得到材料的屈服強度=520，安全系數(shù)取為2， 屈服強度 = 按中厚壁缸筒計算[7] 代入式（2） = = ≈0.0023（） ≈2.3 () 缸筒壁厚取為10。 外徑 (1—3) =63+10×2 =83() 液壓缸行程按表（1—2）選取標準值 表1-2 液壓缸活塞行程系列 單位： Tablet.1-2 Cylinder piston stroke series 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 液壓缸行程選為300。 該推力可對磨料產(chǎn)生的壓強為 （1—4） 式中： N—液壓缸產(chǎn)生的推力，即43KN； —裝載部分受加壓裝置壓力的全部面積，即為0.1256； 代入式（1—4）中，得到： 旋轉(zhuǎn)平臺所受到的壓力為： （1—5） 式中： P—推力可對磨料產(chǎn)生的壓強，即為342357； —裝載部分受有效壓力的面積，即為0.07065； 代入式（1—5），得到： 平臺轉(zhuǎn)動需要的力矩為： 常用材料之間的摩擦系數(shù)最大值為0.3 旋轉(zhuǎn)平臺的等效轉(zhuǎn)矩半徑為75 轉(zhuǎn)速選為100 所需功率為 （1—6） 式中： M—平臺轉(zhuǎn)動需要的力矩，即為544； V—轉(zhuǎn)速，即為100； 將上述值代入式（1—6）中， 則有： 液壓缸詳細參數(shù)為： 缸徑D/mm: 63 活塞桿直徑d/mm: 35 活塞面積/ 大面積: 31.17 活塞面積/ 小面積: 21.54 工作壓力14MPa|推力/kN: 43.64 工作壓力14MPa|拉力/kN: 30.18 工作壓力16MPa|推力/kN: 49.87 工作壓力16MPa|拉力/kN: 34.48 工作行程 mm 300 圖1-2 加壓部分裝置 Fig.1-2 Pressurization part Installment 為了保證在加壓裝置退出磨料容器后，當加壓裝置進入磨料倉的時候順利進入，而不至于與磨料倉相干涉，在加壓裝置增加兩個耳環(huán)配合旁邊的支撐立柱進行導(dǎo)向，支撐立柱連接的上部橫梁是安裝液壓缸的地方，為液壓缸提供向下的壓力。加壓裝置在未進入磨料倉之前可以由支撐立柱進行導(dǎo)向，進入磨料倉以后可以由磨料倉內(nèi)壁和支撐立柱共同導(dǎo)向。 缸筒和缸蓋與外部的連接方式，決定于液壓缸的使用要求和安裝形式。當要求液壓缸固定時，缸蓋或缸筒上要有相應(yīng)的底座或法蘭。為了降低支撐立柱的高度并且節(jié)省材料，液壓缸的安裝方式采用端部法蘭連接。采用法蘭安裝時，可將法蘭設(shè)置在液壓缸的頭部或尾部。 1.6 摩擦試驗臺設(shè)計 摩擦方式采用旋轉(zhuǎn)的相對運動進行摩擦試驗，試驗材料做成圓片狀，將試驗材料安裝于一個旋轉(zhuǎn)的平臺上，由這個旋轉(zhuǎn)的平臺帶動試驗圓片在一定壓力的磨料中進行旋轉(zhuǎn)摩擦試驗，主軸上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，通過速度和時間來計算出試驗圓片與磨料在一定速度下摩擦過的距離，最終計算出該種材料在一定壓力一定速度下的磨蝕系數(shù)。 由于摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，所以旋轉(zhuǎn)平臺所選的轉(zhuǎn)速為不高于100，系統(tǒng)的熱量的問題要根據(jù)實際運行以后，系統(tǒng)在達到熱平衡狀態(tài)下的溫度來決定是否增加散熱裝置，由于實際工程機械的工作機構(gòu)在進行切割等動作的時候也會具有很高的溫度，所以溫度也是影響材料性能的客觀因素。所以不能完全排除溫度，也不能放任不管。 1.7 主軸設(shè)計 為了使本實驗臺具有增大功率運行的潛力，也就是說在單方面改變系統(tǒng)的負載的情況下不用對工作的傳動部分進行改進，該傳動部分可以輸出的最大功率要大于額定的功率一部分，所以設(shè)計功率選為。 軸的轉(zhuǎn)向方式：單向恒定 軸的工作情況：無腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速： 功率: 所設(shè)計的軸是實心軸 材料牌號：45調(diào)質(zhì) 硬度(HB)：230 抗拉強度：650 屈服點：360 彎曲疲勞極限：270 扭轉(zhuǎn)疲勞極限：155 許用靜應(yīng)力：260 許用疲勞應(yīng)力：180 軸的最小直徑計算： （1—7） 式中： A—考慮了彎矩影響的系數(shù)，取115； P—軸傳遞的功率，即為6； —軸的轉(zhuǎn)速，即為100； 將上述值代入式（1—7）中， 得到： 圖1-3 軸 Fig.1-3 shaft 軸段1的直徑按扭轉(zhuǎn)強度確定，由于此軸段上加工有鍵槽，所以直徑要大于最小直徑10%，所以直徑經(jīng)過圓整取50，長度由大齒輪的厚度決定，為了使軸端擋圈能夠壓緊齒輪，長度上要稍微比齒輪的厚度略短一些，長度為58。 軸段2的直徑要大于軸段1的直徑，以便制出軸肩，保證齒輪的軸向定位，取軸段2的直徑為58，長度要大于軸承蓋的厚度和軸承蓋螺栓的厚度之和，還要與螺栓有一定的間隙，長度取30 軸段3的直徑由深溝球軸承的內(nèi)徑?jīng)Q定，直徑取60，此軸段只需要安裝軸承，所以長度為軸承的厚度，長度為13。 深溝球軸承型號為 軸承代號|60000型: 61912 基本尺寸/mm|d: 60 基本尺寸/mm|Ｄ: 85 基本尺寸/mm|B: 13 安裝尺寸/mm|da (min): 66 安裝尺寸/mm|Da (max): 80 安裝尺寸/mm|ra (max): 1 其他尺寸/mm|d2 ≈: 67.9 其他尺寸/mm|D2 ≈: 77.2 其他尺寸/mm|r (min): 1 基本額定載荷/kN|Cr: 16.4 基本額定載荷/kN|C0r: 14.2 極限轉(zhuǎn)速/(r/min)|脂: 6700 極限轉(zhuǎn)速/(r/min)|油: 8000 重量/kg|W ≈: 0.181 軸段4的直徑要稍比軸段3小一些，為了方便安裝另一端的軸承，直徑取58，為了使軸的徑向擺動小，此軸段的長度取200。 軸段5的直徑由深溝球軸承的內(nèi)徑?jīng)Q定，直徑為60，由于深溝球軸承不能與推力軸承接觸，所以軸段的長度要大于深溝球軸承的厚度。所以長度取18 軸段6的直徑由推力軸承的內(nèi)徑?jīng)Q定，直徑為65，長度為推力軸承的厚度，長度為27。 推力滾子軸承型號為 軸承代號|80000型: 81213 基本尺寸/mm|d: 65 基本尺寸/mm| D: 100 基本尺寸/mm|H: 27 安裝尺寸/mm|da(min): 96 安裝尺寸/mm|Da(max): 69 安裝尺寸/mm|ra(max): 1 其他尺寸/mm|d1(min): 67 其他尺寸/mm|D1(max): 100 其他尺寸/mm|r(min): 1 基本額定載荷/kN|Ca: 112 基本額定載荷/kN|C0a: 362 最小載荷常數(shù)|A: 0.012 極限轉(zhuǎn)速/(r/min)|脂: 850 極限轉(zhuǎn)速/(r/min)|油: 1300 重量/kg|W≈: 0.874 軸段7的直徑要大于軸段6的直徑，由于主軸主要受軸向力，而此軸向力全部由此軸段的軸肩承受，所以軸肩要大一些，直徑取90，長度要大于密封擋圈的厚度和擋圈螺母厚度的和，長度取40， 軸段8的直徑要小于軸段7，由軸段7為旋轉(zhuǎn)平臺提供軸肩，所以此軸段直徑取60，長度要稍微小于平臺的厚度，以方便測試圓片與平臺壓緊，長度取28。軸段末端要加工出一個正方形的凸臺，以方便測試圓片的安裝，測試圓片的軸向固定靠磨料所產(chǎn)生的壓力來固定?？紤]到磨料對此凸臺的磨損，應(yīng)該專門制造一個可以蓋住此凸臺的保護罩以保護在摩擦試驗中磨料對凸臺造成的損害。 第1軸段鍵設(shè)計： 經(jīng)查詢 型號為 鍵的強度校核： （1—8） 式中： T— 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩； — 軸的直徑； — 鍵與輪轂或軸槽長度接觸高度； =11，則 ； — 鍵的工作長度； —許用擠壓應(yīng)力，； 將上述值代入式（1—8）中， 得到: 滿足強度要求 由于所選的液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速為400為了使其配合主軸轉(zhuǎn)速需要增加一對傳動比為4的圓柱齒輪進行變速。 第8軸段鍵設(shè)計：經(jīng)查詢直徑為60mm的軸的通用鍵型號為， 由于鍵是固定旋轉(zhuǎn)平臺的，所以鍵的長度不能大于平臺的厚度，并且為了方便加工鍵槽，鍵槽的位置不能太靠近軸肩的位置，所以取鍵的長度為25mm，為了保證鍵的工作長度不至于太小，選擇b型鍵，鍵槽一端離定位軸肩的距離為3mm。 鍵的強度校核： 式中： T— 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩； — 軸的直徑； — 鍵與輪轂或軸槽長度接觸高度； =11，則 ； — 鍵的工作長度；=25 —許用擠壓應(yīng)力，； 將上述值代入式（6）中， 得到: 滿足強度要求 由于采用過盈配合，所以鍵承受的壓力會小于132 1.8 齒輪減速機構(gòu)設(shè)計 1.8.1 設(shè)計參數(shù) 傳遞功率 傳遞轉(zhuǎn)矩 齒輪1轉(zhuǎn)速 齒輪2轉(zhuǎn)速 傳動比 　　原動機載荷特性 SF=輕微振動 　　工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn) 　　預(yù)定壽命 H=10000(小時) 開式傳動 采用脂潤滑 1.8.2 材料及熱處理 齒輪最常用的材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，有時也用非金屬材料。鍛鋼是制造齒輪最常用的材料。用于一般場合的齒輪，可選擇軟齒面齒輪。軟齒面齒輪常用的材料為45、40Cr、35SiMn等中碳鋼和中碳合金鋼，采用熱處理調(diào)質(zhì)或正火，使其硬度在HBS180～280之間。 所以： 小齒輪選用調(diào)質(zhì) 大齒輪選用正火 1.8.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 由下表（1—3）和（1—4）[2] 表1-3 各種機器所用齒輪傳動的精度等級參考范圍 Tablet.1-3 Gear of all kinds machine transmission grade of accuracy reference extents 應(yīng)用范圍 精度等級 應(yīng)用范圍 精度等級 測量齒輪 透平機齒輪 精密切削機床 一般切削機床 內(nèi)燃機或電機車 輕型機車 載重汽車 2～5 3～5 3～7 4～8 5～8 5～8 7～9 航空發(fā)動機 拖拉機 一般減速器 軋鋼機 起重機械 地質(zhì)礦山轎車 農(nóng)業(yè)機械 4～7 6～10 6～8 5～10 6～9 6～10 7～11 表1-4 齒輪第Ⅱ公差組精度與齒輪傳動最大圓周速度（部分） Tablet.1-4 Gear allowance accuracy and gear drive biggest peripheral speed 傳動種類 齒的形式 齒面硬度 /HBS 精度等級 5 6 7 8 9 10 圓柱齒輪 直齒 >350 >15 >15 18 15 12 10 6 5 4 3 1 1 選取第Ⅱ公差組8級 小圓分度圓直徑 （1—9） 式中 K—載荷系數(shù)；主要考慮材料彈性模量和泊松比對接觸應(yīng)力的影響。 —小輪轉(zhuǎn)矩； —齒寬系數(shù)； u—齒數(shù)比； —彈性系數(shù)； —節(jié)點影響系數(shù)；用以考慮節(jié)點處齒廓曲率對接觸應(yīng)力的影響。 —重合度系數(shù)；用以考慮重合度對單位齒寬載荷的影響。 —許用接觸應(yīng)力； 齒寬系數(shù)由下表（1—5），按照齒輪相對軸承為非對稱布置選取[3] 表1-5 齒寬系數(shù) Tablet.1-5 Tooth width factor 齒輪相對于軸承的位置 軟齒面 硬齒面 對稱布置 非對稱布置 懸臂布置 0.8～1.4 0.6～1.2 0.3～0.4 0.4～0.9 0.3～0.6 0.2～0.25 所以， 小齒輪齒數(shù) 在推薦值20-40中選取 大齒輪齒數(shù) 齒數(shù)不需要圓整，所以沒有傳動比誤差 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) （1—10） 式中 — 使用系數(shù)，由表（1—6）查得， 表1-6 使用系數(shù) Tablet.1-6 Plant factor 原動機工作特性 工作機工作特性 平穩(wěn) 中等沖擊 較大沖擊 平穩(wěn)（電動機、汽輪機） 1.00 1.25 1.75 輕度沖擊（多缸內(nèi)燃機） 1.25 1.50 2.00或更大 中等沖擊（單缸內(nèi)燃機） 1.50 1.75 2.25或更大 經(jīng)查上表，； —動載荷系數(shù)； —齒向載荷分布系數(shù)； 經(jīng)查相關(guān)的圖表，選取得到，=1.22； —齒間載荷分配系數(shù)； 經(jīng)查表，得 將，，，代入式中， 則載荷系數(shù)的初值 根據(jù)表（1—7），彈性系數(shù) 經(jīng)查相關(guān)的圖， 節(jié)點影響系數(shù) 重合度系數(shù) 表1-7 彈性系數(shù) Tablet.1-7 Coefficient of elasticity 配對齒輪材料 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑膠 11.8 20.2 20.6 0.785 鍛鋼 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 許用接觸應(yīng)力 （1—11） 式中： —接觸疲勞極限應(yīng)力； —接觸強度的壽命系數(shù)； —硬化系數(shù)； —接觸強度安全系數(shù)； 查圖，得： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 查詢得 硬化系數(shù) 表1-8 最小安全系數(shù) Tablet.1-8 Smallest safety factor 使用要求 失效概率 說明 高可靠度 較高可靠度 一般可靠度 低可靠度 ≦1/10000 ≦1/1000 ≦1/100 ≦1/10 1.5～1.6 1.25～1.3 1.0～1.1 0.85 2 1.6 1.25 1 一般齒輪傳動不推薦采用低可靠度設(shè)計 由上表，接觸強度安全系數(shù) 將上述、、、代入式（1—8）中， 得到： 所以的設(shè)計初值為 齒輪模數(shù) 由表（1—9）查找標準模數(shù) 表1-9 標準模數(shù)系列 Tablet.1-9 Standard modulus serious 第一系列 1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、16、20、25、32、40、50 第二系列 1.75、2.25、2.75、（3.25）、3.5、（3.75）、4.5、5.5、（6.5）、7、9、（11）、14、18、22、28、36、45 查表取值 小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值 圓周速度 與估計值很相近 對取值影響不大 不必修正 =1.16 =2.05 小齒輪分度圓直徑 大齒輪分度圓直徑 中心距 齒寬 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 1.8.4 齒根彎曲疲勞強度校核計算 [3] （1—12） 式中： —齒形系數(shù)，其大小取決于齒數(shù)和變位系數(shù)，而與模數(shù)無關(guān)，它是考慮齒形對彎曲應(yīng)力影響的一個無量綱參數(shù)。 —應(yīng)力修正系數(shù)，它是考慮齒根過度曲線處的應(yīng)力集中及其他應(yīng)力對齒根應(yīng)力的的影響系數(shù)，它與齒數(shù)、變位系數(shù)有關(guān)。 —重合度系數(shù)， 它是將載荷作用于齒頂時的齒根彎曲應(yīng)力折算到載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點的齒根彎曲應(yīng)力的系數(shù)。 齒形系數(shù) 經(jīng)過查圖 小齒輪 大齒輪 應(yīng)力修正系數(shù) 經(jīng)過查圖 小齒輪 大齒輪 重合度系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 彎曲疲勞極限 彎曲壽命極限 尺寸系數(shù) 安全系數(shù) 則 齒根彎曲強度足夠 小齒輪參數(shù)： 分度圓直徑 齒頂高系數(shù) 齒頂高 頂隙系數(shù) 齒根高 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 齒全高 大齒輪參數(shù)： 分度圓直徑 齒跟圓直徑 齒頂圓直徑 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計 由于同其他形式的傳動相比較，在傳動功率相同的情況下，液壓傳動裝置的重量輕，體積緊湊，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。運動件的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸震，并具有過載保護的功能；與電氣配合，容易實現(xiàn)動作和操作自動化，與微電子和計算機配合，能實現(xiàn)各種自動控制工作，元件已基本上系列化、通用化、標準化，利于CAD技術(shù)的應(yīng)用，提高工作效率降低成本。 任何液壓系統(tǒng)都是由一個或多個基本液壓回路組成的。所謂基本液壓回路是指那些為了實現(xiàn)特定的功能而把某些液壓元件和管道按一定方式組合起來的油路結(jié)構(gòu)。基本液壓回路又可分為系統(tǒng)的主回路和系統(tǒng)的基本控制回路。 任何一個液壓系統(tǒng)，無論復(fù)雜程度與否，通常由以下幾部分組成： （1）動力元件：它是把原動機提供的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能的轉(zhuǎn)換裝置，通常把動力元件稱為液壓泵（或油泵）。 （2）執(zhí)行元件：它是把輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的轉(zhuǎn)換裝置。執(zhí)行元件分為兩種：一種是輸出直線往復(fù)運動或擺動形式機械能的液壓缸，另一種是輸出連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的液壓馬達（或油馬達）。 （3）控制元件：其作用是控制液壓傳動系統(tǒng)中的液流方向、壓力和流量，從而改變執(zhí)行元件的運動方向、作用力（或轉(zhuǎn)矩）和運動速度（如換向閥、節(jié)流閥和溢流閥等）。 （4）輔助元件：它包括油箱、油管、管接頭、濾油器、蓄能器以及密封裝置等。輔助元件也是液壓系統(tǒng)中必不可少的元件，它對保證液壓傳動系統(tǒng)可靠地工作具有重要作用。 （5）工作介質(zhì)：它通常采用液壓油，既是液壓傳動的傳遞介質(zhì)，又是液壓元件和系統(tǒng)的潤滑劑。 2.1 液壓馬達的選擇 液壓馬達是將液壓液體的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動機械能的轉(zhuǎn)換元件。液壓馬達能起到與電動機相類似的作用，所不同的是，在液壓系統(tǒng)中，它是靠輸入的壓力油產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動工作機構(gòu)作功。所以，液壓馬達在液壓系統(tǒng)中，又屬于液壓執(zhí)行元件。 根據(jù)系統(tǒng)需要的轉(zhuǎn)速和要求的轉(zhuǎn)矩，規(guī)定測試圓盤的轉(zhuǎn)速為，在選定的液壓缸的最大壓力下所需要的轉(zhuǎn)矩為544,在現(xiàn)有的液壓馬達產(chǎn)品中比較接近系統(tǒng)所需功率的液壓馬達為： 型號: 1QJM001-0.10 排量/ 0.104 壓力/|額定: 10 壓力/|尖峰: 16 轉(zhuǎn)速范圍/: 8～400 額定輸出/ 154 此液壓馬達的轉(zhuǎn)速最高為400，額定輸出轉(zhuǎn)矩為154，為了使此液壓馬達更能適應(yīng)系統(tǒng)所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，增加一級傳動比為4的圓柱齒輪傳動，這樣就可以使液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速降為100，轉(zhuǎn)矩可以增大為616。 2.2 液壓泵選擇 液壓泵是液壓傳動的動力源，是液壓傳動系統(tǒng)的“心臟”。液壓泵在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)，吸進低壓液體，將具有一定壓力和流量的高壓液體送給液壓傳動系統(tǒng)。因此，液壓泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為工作液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。由于絕大部分工作液體均是石油類產(chǎn)品的液壓油，故通常將液壓泵稱為油泵。 所選的液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速下的流量為 （2—1） 式中： —液壓馬達的排量，為0.104； —液壓馬達的轉(zhuǎn)速，為400； 將兩者代入式（2—1）中 ， 得： 待選液壓泵的輸出流量應(yīng)不小于 經(jīng)過對現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格篩選，所選的液壓泵型號為 型號: Y2B－B48C 理論排量/ 48.3 額定壓力/: 14 轉(zhuǎn)速/r/min|額定: 1200 轉(zhuǎn)速/ |最高: 1800 重量/kg|腳架安裝: 71 重量/kg|法蘭安裝: 68 容積效率 0.9 該液壓泵在轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)每分鐘的電動機的驅(qū)動下，理論輸出流量為 可以滿足液壓馬達的各方面要求 2.3 電動機的選擇 電動機的能源供給對象為液壓泵，液壓泵的額定要求驅(qū)動功率為， 液壓馬達要求的輸出功率為, 液壓馬達的容積效率 液壓馬達的機械效率 液壓馬達的總效率為 液壓泵的容積效率 液壓泵的機械效率 液壓泵的總效率 整個試驗傳動系統(tǒng)機械效率取0.9 總機械效率 所以需要的電機功率為 所選電動級的功率要高于9.2, 所以電動機型號選為 型號: Y160M-4 額定功率/kW: 11 鐵心長度/mm: 100 氣隙長度/mm: 0.55 定子外徑/mm: 290 定子內(nèi)徑/mm: 187 定子線規(guī)nc-dc: 1-1.18 每槽線數(shù): 54 并聯(lián)支路數(shù): 2 繞組型式: 雙層疊式 節(jié)距: 1～11 槽數(shù)Z1/Z2: 48/44 2.4 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 液壓系統(tǒng)傳動圖如圖（2—1）所示： 圖2-1 液壓傳動系統(tǒng) Fig.2-1 Hydraulic Transmission system 2.4.1 液壓傳動系統(tǒng)中元件 1液壓系統(tǒng)中的閥[4] 1）單向閥： 單向閥的基本功能是控制工作液體只能向一個方向流動，而不允許它反向通過。對單向閥的性能要求是：液流通過閥口的壓力損失要??；閥口反向密封性要好；閥芯運動靈敏而平穩(wěn)，啟閉時不應(yīng)產(chǎn)生撞擊和噪聲。 2）定壓減壓閥： 定壓減壓閥的主要功能是將其出口液體壓力調(diào)節(jié)到一個調(diào)定值的壓力控制閥，它的出口壓力為穩(wěn)定的調(diào)定值，不隨外部干擾而改變，它廣泛應(yīng)用于機床和壓力機械中。 3）安全閥： 是限制液壓傳動系統(tǒng)的最高工作壓力，起安全保護作用；當系統(tǒng)工作壓力小于閥的開啟壓力即閥關(guān)閉時，其閥口的密封性要好；當系統(tǒng)壓力大于開啟壓力時，其閥口要及時開啟，反應(yīng)靈敏，以可靠地保護系統(tǒng)和元件的安全。 4）調(diào)速閥： 是由節(jié)流閥和定差減壓閥組成的復(fù)合閥。通常將定差減壓閥串聯(lián)在節(jié)流閥的進液口之前（或出液口之后），對節(jié)流閥閥口壓力進行補償，以保證閥口壓差基本不變。 2液壓系統(tǒng)中的輔助元件 1）油箱： 油箱的功用主要是儲存油液，此外還起著散發(fā)油液中熱量（在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、釋放混在油液中的氣體、沉淀油液中的污物等作用。 2）濾油器： 濾油器用于濾除油液中非可溶性顆粒污染物，對油液進行凈化，以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定和延長液壓元件的使用壽命。 3）散熱器： 作用在于控制液壓系統(tǒng)的正常工作溫度，保證液壓系統(tǒng)的正常工作，一般安裝在回油管或低壓管路上。 2.4.2 液壓系統(tǒng)中的回路 旁路節(jié)流回路： 旁路節(jié)流回路[4]是節(jié)流閥安放在執(zhí)行元件進油管路的支路上。這種調(diào)速回路，油泵的流量等于進入液壓缸流量和經(jīng)節(jié)流閥回油箱的流量之和。因此，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥便可以控制進入液壓缸的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸活塞的伸出速度。由于這種回路使用定量泵，必須并聯(lián)一個安全閥，且回路工作壓力隨負載而變化；溢流閥在此起安全閥的作用，只在回路過載時才打開。因此這種調(diào)速又稱變壓式節(jié)流調(diào)速回路。 2.4.3 液壓系統(tǒng)說明 1加壓裝置工作循環(huán)： 加壓裝置液壓回路由定壓減壓閥和單向閥以及一個三位四通閥組成，定壓減壓閥的作用是調(diào)節(jié)液壓缸進油口的壓力，以調(diào)節(jié)液壓缸輸出推力的大小，單向閥是起鎖定的作用，當液壓缸內(nèi)油壓達到調(diào)定值時，定壓減壓閥閥口會減小，使出口壓力穩(wěn)定為調(diào)定值，在受到反向推力的時候由于單向閥的鎖定作用活塞桿不會縮短長度，定壓減壓閥的閥口流量值等于液壓缸的泄露的流量，使液壓缸壓力保持恒定。 當三位四通閥處于中間位置時,液壓缸回路直接與油箱接通，回路出口壓力為零，這時定壓減壓閥打開，液壓泵的出口直接引回油箱，這樣可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無負載啟動，有利于保護電動機以及液壓泵、液壓馬達不受啟動負載造成的沖擊載荷的影響。 當三位四通閥位于左部位置時，高壓回路接通液壓缸的底部，使液壓缸進行伸出動作，當液壓缸運動到工作位置時，由于磨料對液壓缸的反作用力，會事液壓缸底部的壓力逐漸增大，當壓力增大到定壓減壓閥調(diào)定值的時候，定壓減壓閥閥口通流面積減小，出口壓力保持恒定，這時閥口的流量等于液壓缸的泄露流量，通過定壓減壓閥調(diào)節(jié)壓力，通過壓力表精確顯示壓力。 當三位四通閥位于右部位置時，液壓缸進行收縮運動，由于液壓缸的收縮運動不承受很大的拉力，只有加壓裝置承受的重力，所以在進行收縮運動的時候定壓減壓閥的出口壓力不會很大，不會使定壓減壓閥減小閥口通流面積，從而直至液壓缸完全收縮， 2主回路系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)中油液常有來自外部或系統(tǒng)內(nèi)部的污物，來自外部的污染原因有液壓元件及系統(tǒng)的加工、裝備過程中殘留的切屑、毛刺、型砂、銹片、漆片、棉絮、灰塵等污染物進入油液。來自系統(tǒng)內(nèi)部的污染原因是系統(tǒng)運行過程中零件磨損的脫落物和油液因理化作用而生成的氧化物、膠狀物等。這些污染物加速液壓元件中相對運動表面磨損，擦傷密封件，影響元件及系統(tǒng)的性能和使用壽命，同時污染物也可堵塞系統(tǒng)中的小孔、縫隙，卡主閥類元件，造成元件動作失靈甚至損壞，有資料顯示，以上的液壓系統(tǒng)故障是由于油液污染造成的。所以系統(tǒng)要安裝過濾器。 液壓馬達的調(diào)速機構(gòu)采用旁路節(jié)流調(diào)速。 由于旁路節(jié)流調(diào)速在主回路內(nèi)不出現(xiàn)節(jié)流損失和發(fā)熱現(xiàn)象，在局部負載下也能保持高效率，最宜用在速度較高，負載較大，負載變化不大，對運動平穩(wěn)性要求不高的場合，但是它不能承受負方向的負載，由于此系統(tǒng)沒有負方向負載，所以選擇旁路節(jié)流調(diào)速。 為了保護各個液壓元件不受液壓油里的雜質(zhì)的影響，在進油口之前增加一個過濾器，液壓泵的輸出的高壓油直接供給液壓馬達，通過旁路節(jié)流調(diào)速來控制調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速，液壓泵的輸出口裝有一個溢流閥來限定主回路的壓力，來保護各個液壓元件不受高壓力的損害，液壓泵的額定壓力為10.5，液壓馬達的工作壓力為10-16，所以溢流閥的調(diào)定壓力為液壓泵的額定壓力，所以主回路溢流閥的調(diào)定壓力為10.5。 3油溫問題 由于液壓系統(tǒng)的平均工作功率要大于5,液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵和液壓馬達的容積損失和和機械損失、閥類元件和管路的壓力損失及液體摩擦損失等消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能以熱量的形式表現(xiàn)出來，這些熱量除一部分散發(fā)到周圍的空間外，大部分熱量將使系統(tǒng)油液溫度升高，如果油液溫度超過80度，將嚴重影響液壓系統(tǒng)的正常工作，所以系統(tǒng)中在回油部分要增加散熱器以控制油的溫度，在油箱的選用中盡量選擇散熱效率高的油箱。 3 系統(tǒng)運行 在工作裝置的主軸上安裝有轉(zhuǎn)速測量裝置，經(jīng)過現(xiàn)有產(chǎn)品的選用，可以選擇m108186 光電測速表，具體參數(shù)為 測量范圍： 5-99999RPM 分辨率： 0.1RPM小于1000RPM；1RPM超過1000RPM 精度： ±（0.05%+1字） 采樣時間： 1秒（超過60RPM） 量程選擇： 自動選擇 存儲： 過去值，最大值和最小值 光電投射距離： 5-15cm（光線好時最高到30cm） 在液壓系統(tǒng)中需要用到一個壓力表，用來測量油壓達到更準確的估計值，在系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中還需要增加一個循環(huán)水泵，通過類比可以選用的水泵的功率在200既可滿足要求。 在測量可壓縮性磨料的時候，由于液壓缸行程的限制，有可能液壓缸已經(jīng)達到最大行程而磨料的實際壓力還沒有達到預(yù)定值，這樣需要進行二次加壓，當磨料填滿磨料倉的時候用加壓裝置對磨料進行加壓，是磨料進行壓縮，然后退出加壓裝置，再次將磨料填滿磨料倉，這個過程可以重復(fù)多次，通常在運行中，加壓裝置在達到預(yù)定壓力的時候加壓裝置的最佳位置是剛好進入磨料倉20mm-30mm，這樣可以保證較大的磨料體積的變化空間，而不會使行程造成的壓力失效。 在系統(tǒng)運行的過程中，通過壓力表顯示加壓裝置的準確壓力，由此壓力可以推算出磨料對測試圓盤產(chǎn)生的壓力，由光電傳感器測速裝置測量主軸的轉(zhuǎn)速，通過秒表來測量系統(tǒng)的運行時間，由轉(zhuǎn)速和時間可以計算出測試圓片與磨料摩擦過的距離，通過游標卡尺來測量圓片不同位置的厚度減小值，通過數(shù)學(xué)方法推算出位于同一直徑處的平均值，此平均值與摩擦總行程的比就是本系統(tǒng)所得到的最終的該材料的在試驗環(huán)境下的摩擦系數(shù)，由于未進行過實踐操作，對測試的結(jié)果的準確度還知道能否達到一個滿意的效果，由于各種誤差的存在，需要在測試數(shù)據(jù)的推倒過程中引入一個修正系數(shù)，用來修正估計值與真是值之間的差別，這個修正值需要進行實踐研究來獲得，通過對實際材料的測量值，與實際條件的真實值相比較而得到準確的修正值，這樣會形成一種測量體系，可以建立起與磨蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，用作科學(xué)研究與實際生產(chǎn)中的參考資料。 4 結(jié)論 本測試系統(tǒng)通過簡單的結(jié)構(gòu)，通過不同的壓力，不同的測試材料、可變的環(huán)境材料、不同的試驗轉(zhuǎn)速，來估測某種材料在特定環(huán)境下的磨蝕系數(shù)，使我們更深得了解了這種材料的在磨損方面的物理特性，我們對這些特性的認識可以使我們更好的利用這種材料，在生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中，起到積極的作用，通過對磨蝕系數(shù)的認識，我們在機械設(shè)備的設(shè)計制造過程中，可以使我們所設(shè)計的機械有更合理的參數(shù)，有更高的壽命，摩擦系數(shù)的應(yīng)用會逐步提高我們對工具的利用效率。 5 可行性分析 由于本試驗系統(tǒng)并未實際運行過，它的測量結(jié)果肯定會存在或多或少的誤差，修正系數(shù)的確定還需要通過實際應(yīng)用來確定，試驗系統(tǒng)在投入實際應(yīng)用還需要一個過程，這是不可避免的，另外本系統(tǒng)的操作計算系統(tǒng)還不完善，可以設(shè)計一套專門針對本系統(tǒng)的測量裝置，其功能包括：壓力的測量、主軸轉(zhuǎn)速的測量、時間的測量等，還需要增加運算部分，使系統(tǒng)可以自動計算出需要環(huán)境下的測量結(jié)果，這些方面都還需要完善。 致謝 在本畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我謹懷誠摯的心情向指導(dǎo)老師張東升老師致以崇高的敬意，感謝老師在整個畢業(yè)設(shè)計過程中給與我們的耐心指導(dǎo)，我們?nèi)〉玫某煽兣c進步是與老師的指導(dǎo)分不開的。 在設(shè)計過程中，還有很多身邊的朋友對我提出過寶貴的意見與建議，所以也向所有關(guān)心、支持及幫助過我的老師、同學(xué)、朋友致以誠摯的謝意。 由于本人水平有限、時間的倉促，本畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容難免有不足和錯誤之處，懇請老師 批評指正。 參考文獻 [1] 雷天覺．新編液壓工程手冊[M]．第1版．北京：北京理工大學(xué)出版社，1998. 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