摘 要
為了更好的測量在一定壓力下碳棒的磨損量，提高碳棒磨損量的測量精度，本文設計了一種MMW-1碳棒磨損機，該碳棒磨損機屬于柱盤式摩擦磨損試驗機的一種。該機器主要用于做和碳棒有關的摩擦磨損試驗，可以更準確的獲得相關的參數。本次設計的設備主要應用在摩擦學領域，對摩擦學來說，試驗是必不可少的一個環節。本文所設計的MMW-1碳棒磨損機，是在分析摩擦學原理的基礎上，依據摩擦磨損試驗機的工作原理設計的。該試驗機設有扭矩測量工具，包括支架、扭矩傳感器、伺服電機、摩擦輪、加載試驗、加載裝置等，加載裝置設有緩沖裝置，采用手動加載，加載力用測力傳感器測量。該機可進行多種摩擦試驗例如滑動和滾動，試驗所用的碳棒形狀可以為方形也可以為圓柱形，所以它做試驗是非常方便的。本文設計的摩擦磨損試驗機，可以有效的測量出碳棒在試驗中的摩擦力、沖擊力、溫度等工作參數，方便信息的收集。該試驗機的試驗范圍比較窄，只適用于測量碳棒的參數，因此不能廣泛應用。
關鍵詞：碳棒；磨損機；設計；摩擦學
1 結構設計
1.1 電機選擇
查找碳棒磨損機的相關資料，結合設計要求，確定出碳棒磨損機的性能指標如下[12]：
載荷：10-50kg；
主軸轉速：750r/min；
試件直徑：30-50㎜；
厚度：10㎜；
載荷固定在摩擦圓盤上，摩擦圓盤由主軸帶動旋轉。
(1)驅動部分
①選擇原理：對電動機來說，它是一個標準件，需要根據工作參數來選擇合適的電動機。現階段來說電動機的種類是非常多的，有直流、交流、步進等幾種電機。前兩者的價格高，經常用在一些特殊的場合；而后者主要用在數控設備中。對于交流異步電機來說，它最大的優點是價格低，方便維修和安裝，并且交流電在機械設備中應用是非常多的，所以容易獲得。除此之外，在工程上還有一種常用的電動機，為三相異步交流電動機，它的電壓為380伏，不能應用在易燃易爆的場合，主要應用在沒有特殊要求的機械設備上，并且適合應用在大轉矩的機械上，如壓縮機。電動機主要應用在機械，電氣等領域，在各個領域中，異步電動機的應用都是廣泛的。
②具體計算：根據電動機的工作條件和經濟性，來選擇合適的電動機功率。對于電動機的功率來說，選的太小，可能會導致機械設備不能正常工作；選的太大，可能會導致電動機不能充分發揮它的作用，并且它的成本比較高，由于電動機不能再滿載下運行，所以它的工作效率比較低，造成了嚴重的浪費。
2 加載裝置設計
2.1 稱重傳感器
對稱重傳感器來說，它的工作原理是將質量信號轉變為電腦可以讀懂的電信號。當使用傳感器時，首先必須考慮的是它的工作環境，因為工作環境是選擇稱重傳感器必須考慮的。當使用傳感器時，它的壽命也不應忽略，這將直接影響到機器的測量精度和安全穩定性。對于傳感器來說，它分為兩種技術指標，一種是新的，另一種是舊的，二者的差距是非常大的。常見的有BK-2型、S型等。
本次設計選用的傳感器為BK-2型秤重傳感器。BK-2型秤重傳感器的外形圖如圖4.4所示。
圖4.4 BK-2型秤重傳感器的外形圖
該傳感器主要特點:
(1)彈性體采用剪切(或彎曲)懸臂梁結構，高度低，結構強度高，抗疲勞、抗偏信能力強 ；
(2)測量精度高，安裝使用方便，性能穩定可靠；
(3)特別適用于皮帶秤、料斗秤、平臺秤、地中衡等測力稱重系統中；
(4)并備有分體式變送器可供選擇如：0-5V，±5V，0-10V，4-20ma；
(5)在航空航天工業、實驗室中大量應用；
(6)備有四合一變送器，可供選擇，此產品功能為，將四個變送器的信號經處理變換成一個標準模擬信號輸出，此模塊為針對重系統專門設計，可以用四個傳感器稱一個物體的重量，同時具有很好的平衡性。
(7)備高、中檔XS系列稱重儀表與測力、稱重傳感器配套使用，以實現計量控制。
4 夾具設計
本次設計的碳棒磨損機，夾具部分比較簡單，為一個矩形磨棒卡具，是專門用來夾緊矩形碳棒的，通過調換磨棒卡具的形狀可以夾不同形狀的碳棒。本次設計的矩形磨棒卡具如圖4.8所示。該種設計最大的優點是接觸性好，加工精度高。
圖4.8 矩形磨棒卡具
對于摩擦盤來說，它的轉動是由主軸帶動的，并且需要依靠絲杠螺母副的傳遞運動來實現。但是在傳遞過程中它的力是非常小的，所以一般情況下可以忽略不計。故只需對絲杠螺母副進行結構設計，而不需進行強度校核。
4 三維建模
4.1加載裝置的建模
根據彈簧磨損機的工作要求，當機器工作時，應能儲存足夠的動能，故設計加載裝置的結構圖如圖5.1所示。
加載裝置是保證碳棒磨損機正常工作必不可少的一個裝置。該裝置是由彈簧、支架、滑動板、手輪、螺母等裝置組成的，可以保證碳棒磨損試驗時的效率。
圖5.1 加載裝置的結構圖
5 三維整體裝配
用SolidWork畫出碳棒磨損機的整體裝配圖，外觀效果如圖5.4、5.5、5.6所示。
圖5.4 碳棒磨損機主視圖
圖 5.5 碳棒磨損機左視圖
圖5.6 碳棒磨損機俯視圖
6 結 論
通過以上分析可知，碳棒磨損機是摩擦磨損試驗機的一種，它主要應用在碳棒磨損試驗中，用于對碳棒摩擦磨損性能進行測試和評價，是碳棒磨損試驗必不可少的試驗設備。與摩擦磨損試驗機相比，碳棒磨損機的應用范圍較窄，但它對碳棒磨損量測定的精度高。
本次設計的碳棒磨損機采用柱盤式結構，采用的加載方式為彈簧加載，加載穩定，工作平穩。本次設計的創新處為添加了稱重傳感器，這樣可以使測量的力更加準確，減小了中間環節的誤差。試驗中用的碳棒形狀可以有多種形式，例如圓柱形和方形，機械加工非常方便。并且整機的各部件加工簡單、工作可靠、成本低廉。本次設計的碳棒磨損機，機械振動小，工作穩定，具有商業化推廣的價值。
本文首先介紹了國內外碳棒磨損機的研究現狀和未來發展趨勢，然后對碳棒磨損試驗進行了分析，最后對碳棒磨損機的整體結構進行了設計，并完成了碳棒磨損機的三維圖。
