弹子盘接触副力传递效率研究范文

《车辆与动力技术杂志》2014年第二期

1弹子-弹子盘接触副力传递效率试验机的结构与原理

1.1试样结构图1为弹子及弹子盘试样，其中弹子盘为材料与几何形状完全相同的一对试样，分别模拟弹子盘加压机构的移动盘和转动盘．弹子盘半径为R1=64mm，弹子槽半径为r1=13mm，弹子槽所对应的螺旋线半径为R2=32mm、升角为α=15°或25°．弹子的半径为r2=12.5mm．

1.2试验机试验机的整体结构见图2．其工作原理为:伺服电机产生的旋转运动经过减速器、联轴器、滚珠丝杠转变为齿条的直线运动，齿条通过齿圈带动转动盘作旋转运动，并通过弹子在一定角度的弹子槽中的滚动，转变为移动盘的直线运动，实现一个加载过程．伺服电机反向转动，则实现卸载．通过驱动器控制伺服电机输出扭矩，改变施加在转动盘的扭矩;通过调整伺服电机的转速，控制加载速率．在移动盘的上部有一个可控温的加热系统，以模拟弹子盘加压机构的实际工作温度．两个位移传感器分别测量齿条的位移(可换算成转动盘的转角)和移动盘的轴向位移;两个力传感器分别测量作用在齿条上的驱动力(可换算成转动盘所受扭矩)和移动盘的轴向输出推力．将加载阶段移动盘输出的推力与转动盘受到的扭矩的比值定义为增力系数．试验测得的增力系数称为实际增力系数λ，假设弹子-弹子盘没有任何能量损失的理想条件下，由计算得到的增力系数称为理论增力系数λ0．则力传递效率η是指实际增力系数λ与理论增力系数λ0的比值．

2试验方案

2.1弹子及弹子盘试样试验用弹子的材料均为GCr15，弹子盘的材料有两种，每种材料弹子盘的弹子槽倾角也有两种，具体参数如表1所示．

2.2试验条件计算机输出三角波电压信号至驱动器，调节电压使移动盘的最大输出推力分别为4.5kN、9kN和18kN，加载频率均为0.4Hz，加热温度180℃．

3试验结果与分析

力传递效率η随载荷的变化规律见图3．从中可以看出:随着载荷增加，各种弹子盘与弹子接触副的力传递效率η都有所下降．这是因为随着载荷的增大，弹子与弹子槽的接触变形增大，接触面积也增加，因此滚动摩擦和滑动摩擦有所增加．当移动盘输出推力较低时，移动盘和转动盘的材料(38CrSi和GCr15)对力传递效率η影响较小;当载荷增加时，GCr15的弹子盘的力传递效率η下降幅度比38CrSi的小，这是因为GCr15的硬度比38CrSi高，接触区域及表面微凸体的塑性变形量较小．弹子槽倾角α=25°的弹子盘试样的力传递效率较弹子槽倾角α=15°的力传递效率总体偏低，但对38CrSi弹子盘在18kN载荷时的实测力传递效率偏高，还需要进一步验证．

4结论

1)随着载荷增加，各种弹子盘与弹子接触副的力传递效率η都有所下降．2)当移动盘输出推力较低时，移动盘和转动盘的材料(38CrSi和GCr15)对力传递效率η影响较小;当载荷增加时，GCr15的弹子盘的力传递效率η下降幅度比38CrSi的小．3)在所采用的试验条件和载荷下，弹子槽倾角α=25°的弹子盘试样的力传递效率较弹子槽倾角α=15°的力传递效率总体偏低．

作者：王建吉陈文滨兰海宁克焱徐久军单位：大连海事大学中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室