一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法，首先分析摩擦副的外在支撐結構特點，選取與對偶片相同材料屬性的銷釘，其次根據(jù)摩擦元件的工況條件模擬摩擦副工作狀態(tài)下的接觸壓力分析，通過對接觸區(qū)壓力分析和加載特點確定銷釘在對偶片上的分布與對偶片銷釘空的配合尺寸，通過對對偶片進行二次加工和磨合，獲得與原對偶表面相似的屬性，最后通過預埋銷釘應變獲得該區(qū)域的接觸壓力。本發(fā)明能夠實現(xiàn)摩擦副接觸區(qū)的動靜態(tài)壓力測量，在不改變摩擦區(qū)接觸狀態(tài)的前提下，實現(xiàn)接觸壓力的動靜態(tài)測試，在確定了摩擦副精確邊界條件的同時，為摩擦副動態(tài)測試提供了依據(jù)。
【專利說明】
-種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明的一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法，屬于履帶車輛傳動 領域制動器摩擦副接觸表面應力應變測量技術領域。
【背景技術】
[0002] 高能量密度摩擦傳動系統(tǒng)是高性能傳動的關鍵，其顯著特征是大功率、高轉速，摩 擦副由于其優(yōu)異的耐磨性和較高的熱容被廣泛應用于履帶車輛的傳動領域。Cu基、Fe基粉 末冶金摩擦副，包括制動器與離合器，工作在多應力復合環(huán)境中，作為=參數(shù)邊界-壓力、速 度、溫度是影響摩擦副摩擦特性的主要因素，也是摩擦副設計過程中的重要參考?，F(xiàn)階段速 度邊界能夠通過實驗準確測量，而壓力邊界的動態(tài)測試一直是=邊界測量中的重點和難 點。目前在錐形對偶片領域一直沒有有效的并且可靠的摩擦副接觸表面應力測量的成熟方 法，對摩擦副進行多維有限元壓力分析是主要的分析手段。
[0003] 長期W來摩擦副表面應力測量困難主要集中在W下幾方面：（1)測量元件難W測 量高速摩擦的接觸表面的應力；（2)現(xiàn)階段無法實現(xiàn)對于摩擦副從分離、接觸到滑摩的全過 程動態(tài)測量。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題為:是為了解決現(xiàn)有技術中存在的摩擦副壓力邊界條件 無法測量的問題，提供一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法，該方法有效的 解決了當前摩擦副接觸表面壓力分布無法真實獲得的困難，在不改變摩擦副表面接觸狀態(tài) 的前提下，實現(xiàn)接觸壓力動態(tài)測試，在確定了摩擦副精度壓力邊界條件的同時，為摩擦副動 態(tài)設計提供了理論依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法， 其實現(xiàn)步驟如下：
[0006] 步驟一、分析摩擦元件的工況條件及摩擦副的加載支撐結構的特點，獲得摩擦副 的幾何尺寸，按照所需要測量摩擦面的工藝要求確定摩擦接觸表面的粗糖度要求和同軸度 要求；
[0007] 步驟二、根據(jù)步驟一中分析獲得的摩擦副的支撐結構特點和摩擦副的幾何尺寸建 立有限元分析模型，添加摩擦副材料屬性，對=維模型進行多方向壓力載荷的有限元仿真， 獲得摩擦副接觸表面的應力范圍，為接觸壓力測試銷釘布局和電阻應變片的選擇提供依 據(jù)；
[000引步驟=、根據(jù)步驟一中分析的摩擦副支撐結構特點、摩擦副的幾何尺寸W及有限 元仿真分析確定對偶片上的測量點分布和測點數(shù)量N;分析獲得的摩擦片的彈性模型和泊 松比的要求，結合摩擦副接觸表面的尺寸、對偶片的厚度、應變片的尺寸及測量精度要求確 定銷釘?shù)闹睆紻和長度L
[0009]步驟四、按照步驟=確定的銷釘?shù)某叽缂庸やN釘，并在銷釘側圓柱面上加工一平 面，用來粘貼電阻應變片，加工平面的寬度和長度應略大于電阻應變片的大小，在對偶片所 需測量區(qū)域的布點位置按照已經確定好的D和L打預埋銷釘?shù)目?，在對偶片非接觸面的銷釘 孔內攻入螺紋，攻入螺紋的深度為B-UB為對偶片厚度，選取過渡配合作為孔與銷釘?shù)呐浜?尺寸公差；
[0010] 步驟五、根據(jù)步驟二的仿真分析初步確定摩擦副接觸表面應力的極限范圍，并根 據(jù)此范圍確定電阻應變片的主要參數(shù)：電阻應變片初始電阻值、測量范圍、靈敏度和耐熱 性，進而根據(jù)運些參數(shù)確定電阻應變片的型號；
[0011] 步驟六、通過步驟五確定了電阻應變片的型號，將選好的應變片粘貼于銷釘?shù)膫?平面上，并將銷釘裝入對偶片上對應的銷釘孔中并用預緊螺釘固定，通過測量應變片電阻 值是否為電阻應變片電阻值來鑒定電阻應變片是否損壞；
[0012] 步驟屯、將安裝電阻應變片的對偶片按照摩擦副接觸表面的粗糖度等要求進行二 次加工，然后安裝到摩擦磨損試驗機上進行磨合，磨合時間不低于15min，磨損工況和步驟 一確定的一致；
[0013] 步驟八、將充分磨合過的摩擦副進行靜動態(tài)加載，通過橋盒連接應變片，將電流傳 入應變采集儀，獲得銷釘處摩擦表面的各個測點的應力應變狀態(tài)。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0015] (1)本發(fā)明采用電阻應變片貼片式動態(tài)測溫，實現(xiàn)靜動態(tài)接觸應力測量；
[0016] (2)本發(fā)明將電阻應變片測量元件埋于摩擦副內部，二次加工使銷釘與對偶片融 為一體，使測量元件和對偶片充分接觸，測量結果更準確；
[0017] (3)本發(fā)明測量方法簡單，測試點位布置方便，測試成本較低。
【附圖說明】
[001引圖1為本發(fā)明方法實現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明中錐形對偶片樣件圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明中銷釘分布圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明中銷釘結構圖，其中左圖是主視圖，右圖為左視圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明中銷釘?shù)妮S測圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明中銷釘安裝剖面圖，其中，a為螺塞，b為銷釘，C為平面；
[0024] 圖7為本發(fā)明中銷釘側平面貼片圖，其中，1、防潮劑;2、應變片；3、引線;4、透明膠 紙;5、接線端子;6、錫焊；
[0025] 圖8為本發(fā)明中橋路連接圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了清楚說明本方案的技術特點，下面通過一個具體的實施方式，并結合其附圖 對本方案進行闡述。
[0027] 理論研究和試驗過程都發(fā)現(xiàn)Fe基粉末冶金摩擦副在接合過程中應力分布并不均 勻，該特點的產生是由于加壓結構的特點與接觸表面特性共同決定的。為了實現(xiàn)摩擦副接 觸壓力的測試，本發(fā)明采用嵌入式銷釘測量方法，在對偶片非接觸表面上加工若干銷釘孔， 在銷釘上安裝電阻應變片，一起安裝在對偶片上，并進行二次加工，然后在摩擦磨損試驗機 上進行磨合，并連接多通道應變采集儀，實現(xiàn)摩擦副靜動態(tài)接觸壓力測量。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明在銷釘上安裝電阻應變片測量的動態(tài)接觸應力具體測試方法 如下：
[0029] 步驟一、確定摩擦元件的工況條件及摩擦副的加載支撐結構的特點，如圖2所示， 包括采用哪種支撐，加載力的位置和方向；通過測繪獲得摩擦副的幾何尺寸，為后面的建模 提供必要的參數(shù)支持;按照所需要測量摩擦面的工藝要求確定摩擦接觸表面的粗糖度要求 (1.6皿)和同軸度要求(0.05);
[0030] 步驟二、根據(jù)步驟一中分析獲得的摩擦副的支撐結構特點和摩擦副的幾何尺寸建 立有限元分析模型，添加摩擦副材料屬性，對=維模型進行多方向壓力載荷的有限元仿真， 具體方法為：
[0031] 在Pro/E中按照摩擦副的支撐結構和尺寸，建立錐形對偶片的S維模型，然后倒入 ANSYS有限元分析軟件，添加摩擦副的材料屬性和加載載荷，選取對偶片接觸表面節(jié)點處的 應力和應變作為輸出結果，獲得摩擦副接觸表面應力分布的大致范圍，為后面的應變片選 擇提供初步的依據(jù)。
[0032] 步驟=、根據(jù)步驟一中分析的摩擦副支撐結構特點、摩擦副的幾何尺寸W及有限 元仿真分析確定對偶片上的測量點分布和測點數(shù)量N，如圖3所示，對于支撐結構附近和距 離加載點較近的區(qū)域應力較大，致使摩擦副變形明顯，造成摩擦片和對偶片面壓力分布不 均，應多布點；分析獲得的摩擦片的彈性模型和泊松比的要求，結合摩擦副接觸表面的尺 寸、對偶片的厚度、應變片的尺寸及測量精度要求確定銷釘?shù)闹睆紻和長度L，確定方法如 下：
[0033] 一般銷釘直徑D<(R-r)/2，R為對偶片外徑，r為對偶片內徑;B/2<L<2B/3，B為對偶 片厚度，一般1.6粗糖度0.05同軸度的摩擦接觸表面選用D不應大于12mm，接觸程度越好選 用的D越小，但越小不應該小于最大應變片的寬度，范圍使4-12mm，例如R為120mm，r為 100mm，可選 D 為5mm。
[0034] 步驟四、按照步驟=確定的銷釘?shù)某叽缂庸やN釘b，并在銷釘側圓柱面上加工一平 面C，如圖4和圖5所示，用來粘貼電阻應變片，加工平面的寬度和長度應略大于電阻應變片 的大小，在對偶片所需測量區(qū)域的布點位置按照已經確定好的D和L打預埋銷釘?shù)目?，在?偶片非接觸面的銷釘孔內攻入螺紋，如圖6所示，a是螺塞，攻入螺紋的深度為Ui=L片-Lfg,選 取過渡配合作為孔與銷釘?shù)呐浜铣叽绻睿?br>[0035] 步驟五、根據(jù)步驟二的仿真分析初步確定摩擦副接觸表面應力的極限范圍，應力 應變的選取點在單元的節(jié)點處，并沿著錐角分布，所獲取的范圍就是應力分為，并根據(jù)此范 圍確定電阻應變片的主要參數(shù)：電阻應變片初始電阻值、測量范圍、靈敏度和耐熱性，選擇 應變片時，應注意到構件的材料性質和應力狀態(tài)，進而根據(jù)運些參數(shù)確定電阻應變片的型 號；（具體選擇方法詳見應變片相關數(shù)據(jù)）；
[0036] 步驟六、通過步驟五確定了電阻應變片的型號，將選好的應變片粘貼于盲孔底部 的平面上，如圖7所示，通過測量應變片電阻值是否為電阻應變片電阻值來鑒定電阻應變片 是否損壞，如果電阻顯示和電阻應變片的初始電阻差別不大，說明應變片貼片成功，橋接線 路，如圖8所示，B、D端分別于接線端子相連的導線相連接，A、C端分別接于外部穩(wěn)定5V電壓， 即保證A、C端之間的電壓為穩(wěn)定的5V電壓。其電路的計算公式為：
[0037]
[003引如果RiR3=R2R4貝化=0，運就是應變片的調零電路，當電阻在形狀改變時其電阻發(fā) 生改變后，電壓的值的改變量為：
[0039
[0040] 通過上式可W求出電阻的改變值，并進而根據(jù)電阻本身特性求出應變量的值，并 再通過摩擦副材料特性計算出壓力值。
[0041] 步驟屯、將安裝電阻應變片的對偶片按照摩擦副接觸表面的粗糖度等要求進行二 次加工，然后安裝到摩擦磨損試驗機上進行磨合，磨合時間不低于15min，磨損工況和步驟 一確定的一致；
[0042] 步驟八、將充分磨合過的摩擦副進行靜動態(tài)加載，通過橋盒連接應變片，將電流傳 入應變采集儀，通過計算機軟件操作進行調零，然后加載與實際工況一樣的載荷，采集儀進 行采集，通過計算機顯示，獲得銷釘處摩擦表面的各個測點的應力應變狀態(tài)。接觸壓力較大 地方的應力應變的測量值大，反之接觸不充分的地方，應力應變相對較小，該方法可W有效 的測量摩擦片從分離狀態(tài)到接觸狀態(tài)，再到滑摩狀態(tài)的實時壓力狀態(tài)的測量和監(jiān)控。
[0043] 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
【主權項】
1. 一種用于錐形摩擦副接觸壓力銷釘嵌入式測量方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下： 步驟一、分析摩擦元件的工況條件及摩擦副的加載支撐結構的特點，獲得摩擦副的幾 何尺寸，按照所需要測量摩擦面的工藝要求確定摩擦接觸表面的粗糙度要求和同軸度要 求； 步驟二、根據(jù)步驟一中分析獲得的摩擦副的支撐結構特點和摩擦副的幾何尺寸建立有 限元分析模型，添加摩擦副材料屬性，對三維模型進行多方向壓力載荷的有限元仿真，獲得 摩擦副接觸表面的應力范圍，為接觸壓力測試銷釘布局和電阻應變片的選擇提供依據(jù)； 步驟三、根據(jù)步驟一中分析的摩擦副支撐結構特點、摩擦副的幾何尺寸以及有限元仿 真分析確定對偶片上的測量點分布和測點數(shù)量N;分析獲得的摩擦片的彈性模型和泊松比 的要求，結合摩擦副接觸表面的尺寸、對偶片的厚度、應變片的尺寸及測量精度要求確定銷 釘?shù)闹睆紻和長度L; 步驟四、按照步驟三確定的銷釘?shù)某叽缂庸やN釘，并在銷釘側圓柱面上加工一平面，用 來粘貼電阻應變片，加工平面的寬度和長度應略大于電阻應變片的大小，在對偶片所需測 量區(qū)域的布點位置按照已經確定好的D和L打預埋銷釘?shù)目?，在對偶片非接觸面的銷釘孔內 攻入螺紋，攻入螺紋的深度為B-L，B為對偶片厚度，選取過渡配合作為孔與銷釘?shù)呐浜铣叽?公差； 步驟五、根據(jù)步驟二的仿真分析初步確定摩擦副接觸表面應力的極限范圍，并根據(jù)此 范圍確定電阻應變片的主要參數(shù)：電阻應變片初始電阻值、測量范圍、靈敏度和耐熱性，進 而根據(jù)這些參數(shù)確定電阻應變片的型號； 步驟六、通過步驟五確定了電阻應變片的型號，將選好的應變片粘貼于銷釘?shù)膫绕矫?上，并將銷釘裝入對偶片上對應的銷釘孔中并用預緊螺釘固定，通過測量應變片電阻值是 否為電阻應變片電阻值來鑒定電阻應變片是否損壞； 步驟七、將安裝電阻應變片的對偶片按照摩擦副接觸表面的粗糙度等要求進行二次加 工，然后安裝到摩擦磨損試驗機上進行磨合，磨合時間不低于15min，磨損工況和步驟一確 定的一致； 步驟八、將充分磨合過的摩擦副進行靜動態(tài)加載，通過橋盒連接應變片，將電流傳入應 變采集儀，獲得銷釘處摩擦表面的各個測點的應力應變狀態(tài)。
【文檔編號】G01L1/22GK105953953SQ201610279277
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】方景林, 費如純, 劉志君, 蘇國營, 吳向宇, 王延忠
【申請人】遼寧科技學院, 北京航空航天大學