论文总字数：21864字

摘 要

本课题研究的是盘销式磨损试验机的设计与实现。实现的试验机主要用于磨损实验，以盘和销试样为实验对象，得到不同材料，压力，润滑条件下的磨损实验数据。为磨损机理的研究提供实验数据参考。

通过了解已有的几种盘销式磨损试验机的结构，学习利用CAD以及CAE软件的设计，将标准件和机加工的自制件以及部分3D打印件组装，实现满足0-400N压力内的盘销式磨损试验机。试验机使用PLC控制对几个电机进行控制，使压力控制稳定。设计的试验机采用一种不同以往的结构布置，拥有更好的散热性质和更稳定的润滑条件。采用水冷的散热方式，相比于风冷或不加散热，热量对实验结果的影响更小，结果更精确。控制方面使用施耐德HMIGXO系列触控人机界面，通过设置简单参数与PLC交互便可执行实验操作。操作方便，安全，使用界面简洁，减少了机械培训带来的费用。使用丝杠导轨和电机的加载方式，以人机界面输入加载量的方式进行加载，相比实物加载，精度更高，操作更方便，安全性更好。

关键词：磨损试验机，盘销式，PLC，人机界面

Abstract

The research of this topic is designing and achieving the pin-on-disk wear tester. The testing machine is mainly used for the abrasion test. The pin and disk specimens are used as the experimental objects to obtain the wear test data under different materials, pressures and lubrication conditions. The machine provide experimental data reference for the study of wear mechanism.

By understanding the structure of several existing pin-on-disk wear testers, and learning CAD and CAE software to achieve the designing. Assembling standard parts and machined self-manufactured parts and some 3D prints to meet the wear tester which can work in pressure within 0-400N. The tester uses PLC to control several motors to stabilize the pressure. The designed testing machine adopts a different structural arrangement and has a better heat dissipation properties and more stable lubrication conditions. With water-cooled heat dissipation methods, the effect of heat on the experimental results is smaller and the result is more accurate than when air-cooled or unheated. The control uses the Schneider HMIGXO3501 series human machine interface, and the experiment can be performed by setting simple parameters. The advantage of the HMI is operating easily and safely, also reducing the cost of mechanical training. The loading method of the machine is using screw guide and the motor to load by operate on the human-machine interface. Compared to the physical loading, the accuracy in this way is higher, the operation is more convenient, and the safety is better.

KEY WORDS: wear tester, pin-on-disk, PLC, HMI

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 项目背景与意义 1

1.1.1 高温摩擦磨损试验机 2

1.1.2 高速摩擦磨损试验机 2

1.1.3 真空摩擦磨损试验机 3

1.1.4 意义 3

第二章 结构设计 4

2.1 整体方案 4

2.1.1 散热问题 4

2.1.2 润滑问题 4

2.1.3 散热及润滑方案 5

2.1.4 机械方案一 5

2.1.5 机械方案二 6

2.2 设计细节 9

2.2.1 导热板 9

2.2.2 偏心轴 9

2.2.3 轴的校核 11

2.2.4 弹簧 11

2.2.5 主电机计算 11

2.2.6 电机支架 12

第三章 电控设计 14

3.1 主电机控制 14

3.2 抱闸伺服电机 14

3.2.1 控制原理 15

3.2.2 伺服驱动器 16

3.2.3 控制模式 16

3.2.4 控制模式可行性选择 17

3.3 模拟量与放大器 21

3.4 冷却控制 23

3.5 PLC控制程序 23

第四章 人机界面的使用 25

4.1 界面设计 25

4.2 电路连接测试 27

第五章 实物搭建 28

第六章 总结与展望 31

致谢 32

参考文献 33

绪论

项目背景与意义

磨损是伴随摩擦产生的必然结果，材料的损耗必然会导致能量的浪费。磨损也是零件失效的一种基本形式，同时磨损也降低了机器的精度和可靠性。但磨损和摩擦不同，磨损更为复杂，对于摩擦系数相差不大的材料，磨损率却可能相差极大。磨损有着更大的敏感度，影响摩损的因素有许多，如载荷、材料性能、硬度、表面粗糙度、润滑、温度等。磨损的复杂性使得我们难以预测机器的磨损。

磨损的研究开展较迟，1953年美国J·F·Archard提出简单的磨损计算公式，1957年苏联克拉盖尔斯基提出固体疲劳理论和计算方法，1973年美国N·P·Suh提出磨损剥层理论^[1]。

到20世纪60年代后，电子显微镜、光谱仪、能谱仪、俄歇谱仪及电子衍射仪等测试仪器和放射性同位素示踪技术和铁谱技术等大量综合应用，使得磨损研究在磨损力学、机理、失效分析、监测及维修等有了较快的发展。

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