摘 要
为了更好的测量在一定压力下碳棒的磨损量，提高碳棒磨损量的测量精度，本文设计了一种MMW-1碳棒磨损机，该碳棒磨损机属于柱盘式摩擦磨损试验机的一种。该机器主要用于做和碳棒有关的摩擦磨损试验，可以更准确的获得相关的参数。本次设计的设备主要应用在摩擦学领域，对摩擦学来说，试验是必不可少的一个环节。本文所设计的MMW-1碳棒磨损机，是在分析摩擦学原理的基础上，依据摩擦磨损试验机的工作原理设计的。该试验机设有扭矩测量工具，包括支架、扭矩传感器、伺服电机、摩擦轮、加载试验、加载装置等，加载装置设有缓冲装置，采用手动加载，加载力用测力传感器测量。该机可进行多种摩擦试验例如滑动和滚动，试验所用的碳棒形状可以为方形也可以为圆柱形，所以它做试验是非常方便的。本文设计的摩擦磨损试验机，可以有效的测量出碳棒在试验中的摩擦力、冲击力、温度等工作参数，方便信息的收集。该试验机的试验范围比较窄，只适用于测量碳棒的参数，因此不能广泛应用。
关键词：碳棒；磨损机；设计；摩擦学
1 结构设计
1.1 电机选择
查找碳棒磨损机的相关资料，结合设计要求，确定出碳棒磨损机的性能指标如下[12]：
载荷：10-50kg；
主轴转速：750r/min；
试件直径：30-50㎜；
厚度：10㎜；
载荷固定在摩擦圆盘上，摩擦圆盘由主轴带动旋转。
(1)驱动部分
①选择原理：对电动机来说，它是一个标准件，需要根据工作参数来选择合适的电动机。现阶段来说电动机的种类是非常多的，有直流、交流、步进等几种电机。前两者的价格高，经常用在一些特殊的场合；而后者主要用在数控设备中。对于交流异步电机来说，它最大的优点是价格低，方便维修和安装，并且交流电在机械设备中应用是非常多的，所以容易获得。除此之外，在工程上还有一种常用的电动机，为三相异步交流电动机，它的电压为380伏，不能应用在易燃易爆的场合，主要应用在没有特殊要求的机械设备上，并且适合应用在大转矩的机械上，如压缩机。电动机主要应用在机械，电气等领域，在各个领域中，异步电动机的应用都是广泛的。
②具体计算：根据电动机的工作条件和经济性，来选择合适的电动机功率。对于电动机的功率来说，选的太小，可能会导致机械设备不能正常工作；选的太大，可能会导致电动机不能充分发挥它的作用，并且它的成本比较高，由于电动机不能再满载下运行，所以它的工作效率比较低，造成了严重的浪费。
2 加载装置设计
2.1 称重传感器
对称重传感器来说，它的工作原理是将质量信号转变为电脑可以读懂的电信号。当使用传感器时，首先必须考虑的是它的工作环境，因为工作环境是选择称重传感器必须考虑的。当使用传感器时，它的寿命也不应忽略，这将直接影响到机器的测量精度和安全稳定性。对于传感器来说，它分为两种技术指标，一种是新的，另一种是旧的，二者的差距是非常大的。常见的有BK-2型、S型等。
本次设计选用的传感器为BK-2型秤重传感器。BK-2型秤重传感器的外形图如图4.4所示。
图4.4 BK-2型秤重传感器的外形图
该传感器主要特点:
(1)弹性体采用剪切(或弯曲)悬臂梁结构，高度低，结构强度高，抗疲劳、抗偏信能力强 ；
(2)测量精度高，安装使用方便，性能稳定可靠；
(3)特别适用于皮带秤、料斗秤、平台秤、地中衡等测力称重系统中；
(4)并备有分体式变送器可供选择如：0-5V，±5V，0-10V，4-20ma；
(5)在航空航天工业、实验室中大量应用；
(6)备有四合一变送器，可供选择，此产品功能为，将四个变送器的信号经处理变换成一个标准模拟信号输出，此模块为针对重系统专门设计，可以用四个传感器称一个物体的重量，同时具有很好的平衡性。
(7)备高、中档XS系列称重仪表与测力、称重传感器配套使用，以实现计量控制。
4 夹具设计
本次设计的碳棒磨损机，夹具部分比较简单，为一个矩形磨棒卡具，是专门用来夹紧矩形碳棒的，通过调换磨棒卡具的形状可以夹不同形状的碳棒。本次设计的矩形磨棒卡具如图4.8所示。该种设计最大的优点是接触性好，加工精度高。
图4.8 矩形磨棒卡具
对于摩擦盘来说，它的转动是由主轴带动的，并且需要依靠丝杠螺母副的传递运动来实现。但是在传递过程中它的力是非常小的，所以一般情况下可以忽略不计。故只需对丝杠螺母副进行结构设计，而不需进行强度校核。
4 三维建模
4.1加载装置的建模
根据弹簧磨损机的工作要求，当机器工作时，应能储存足够的动能，故设计加载装置的结构图如图5.1所示。
加载装置是保证碳棒磨损机正常工作必不可少的一个装置。该装置是由弹簧、支架、滑动板、手轮、螺母等装置组成的，可以保证碳棒磨损试验时的效率。
图5.1 加载装置的结构图
5 三维整体装配
用SolidWork画出碳棒磨损机的整体装配图，外观效果如图5.4、5.5、5.6所示。
图5.4 碳棒磨损机主视图
图 5.5 碳棒磨损机左视图
图5.6 碳棒磨损机俯视图
6 结 论
通过以上分析可知，碳棒磨损机是摩擦磨损试验机的一种，它主要应用在碳棒磨损试验中，用于对碳棒摩擦磨损性能进行测试和评价，是碳棒磨损试验必不可少的试验设备。与摩擦磨损试验机相比，碳棒磨损机的应用范围较窄，但它对碳棒磨损量测定的精度高。
本次设计的碳棒磨损机采用柱盘式结构，采用的加载方式为弹簧加载，加载稳定，工作平稳。本次设计的创新处为添加了称重传感器，这样可以使测量的力更加准确，减小了中间环节的误差。试验中用的碳棒形状可以有多种形式，例如圆柱形和方形，机械加工非常方便。并且整机的各部件加工简单、工作可靠、成本低廉。本次设计的碳棒磨损机，机械振动小，工作稳定，具有商业化推广的价值。
本文首先介绍了国内外碳棒磨损机的研究现状和未来发展趋势，然后对碳棒磨损试验进行了分析，最后对碳棒磨损机的整体结构进行了设计，并完成了碳棒磨损机的三维图。
