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1无级变速器中摩擦环的应力分析SerdarTumkor设计与制造研究所,史蒂文斯技术学院,赫德森城堡,霍博肯,新泽西州07030,美国摘要在无极变速器(CVT)中摩擦环最常见的失效模式是疲劳失效。此研究的主要目的是确定这种失效的原因并改善环的形状。这种环是仿照有限元法(FEM)和解析公式生成的圆环。计算表明,在与环的接触表面上存在很高的内应力。修改环的形状是为了获得环的最佳形状和尺寸。根据有限元法分析,在环的螺旋槽内侧,其表面应力有所下降,但槽附近的应力增加与否主要取决于槽半径大小。经过分析和优化处理,用维数为R1.95mm作为槽半径进行计算和检测。通过测试修改环发现,疲劳失效有所减小。2000年埃尔塞维尔科学B.V拥有所有版权。关键字无极变速器形状优化有限元模型的参数化1.简介企业想要快速发展必须了解许多与其相关的机制。这里有一种被称为无极变速器(CVT)机制的可变速度和扭矩比的机制类型。这些不同类型的CVT驱动器已经在各行业中应用多年了。其中可变金属链带驱动器是众所周知的。在这项研究里,对用一个圆锥和钢圈装配来牵引的驱动器进行了研究。一个用钢圈制成的CVT驱动器因为环结构简单、成本低所以价格便宜。但是,高扭矩无法通过摩擦驱动器来传递。由于法向力是通过圆锥和圆环的相互摩擦约束而获得的,随着时间的推移,观测到一种被称为点蚀疲劳失效的类型。关于CVT的文献是非常少的。一个可变的金属V带驱动器的性能特点,也有类似的组装和性能特点,由文献【1】Sun给出。文献【2】中卡拉姆对速比,传递扭矩,和可变金属V带传动摩擦系数的影响进行了分析。文献【3,4】中桑原等人对CVT的动力传导机构进行了研究。为了获得运动系统的预测真实性对链摩擦传动的运动进行模拟【5,6】。在列车自动驱动系统中,波许和菲佛【7】对链传动CVT的非线性动力学进行了研究。另一项对CVT的研究是由竹本等人进行的。文献【8】是关于金属2之间相互碰撞所引起的噪声问题。在有限元法(FEM)的基础上,新的优化程序已经从生物传输优化机制发展到了机械工程【9】。这意味着,在一段时间内,任何生物负载体的应力趋于恒定得以证实。因为应力集中会导致失效所以无法承受高应力,所以在负载区中浪费了材料。因此,轻量化设计的原则是以自然结构形状为主要标准的。在某些情况下,几何约束应考虑机器的运作问题,因此几何学变得比重量因素更为关键。在一些计算机辅助优化(CAO)方法的原则中可以使用,但是必须加以考虑某些几何约束。这个方法由Mattheck和伯克哈迪特【10】开发,用以如何减小表应力从而改善高负载部件的同质化问题。在实际负载和边界条件下,用有限元(FEM)运动应力第一法则与有限元模型来计算。这种应力分布会导致形状的变形,之后改进的有限元(FEM)运动应力的峰值将减小并被同质化。卡斯帕将一些优化方法与一般数值领域计算方法如有限元(FEM)计算方法【11】相结合来讨论。在这些关于CVT机制的报道中,有一个是关于金属环承受高应力而导致疲劳失效的问题。一个关于轴向应力的近似解被计算出来。为了得到应力分布,运用了有限元分析。修改环的设计应用于CAO中的混合和曲线拟合程序集成中。修改方案检测到疲劳失效有所减小。专业术语A横截面面积mm2b1宽度(mm)d直径(mm)E弹性模量(杨式模量)(Pa)FN法向力(N)h质心距离(mm)k常数M弯矩(Nmm)R槽半径(mm)r半径(mm),径向力rn中心轴半径(mm)Rr质心轴半径(mm)x,y,z坐标u摩擦系数v泊松比max最大应力(MPa)轴向应力(MPa)32.该机制的说明图一中在滑轮电机轴机制中有两个摩擦锥,b1锥和b2锥在轴向上的固定是自由的。b2锥在规定的范围内可移动。因为他们是相互连接的,所以他们的移动距离一样。等轴侧视图和CVT机制图分别为图2和图3。相对于滑轮,在不同位置上环的速度比中的最小值和最大值会有所不同。扭矩是通过圆锥和钢圈相对滑动形成的接触线来传递的。考虑到所给预应力在圆锥和钢圈的接触点上,在摩擦面上的法向力就可以满足。对于无滑动的滚动,法向力和摩擦力与摩擦系数有关,如下/fFFN(1)假设摩擦系数都为【12】。埃尔森等人审查基于库伦公式的其他模型【13】。对于类似的机制,Kim和Lee【14】对金属V带无级变速器的V带特性进行了研究和实验解析。在这项研究中,不是用金属V带而是用钢圈来传递扭矩。虽然部分材料的屈服应力要比环上的最大应力值高,导致在机制运行中出现了由疲劳造成的损坏。许多点蚀发生都比预想的大出了0.1mm,如表1。图4为已损坏的钢圈图片。图1CVT机制的装配图4图2无级变速器械的等轴侧视图图3该无级变速器机制图
编号:201311171631007292    大小:6.96MB    格式:DOC    上传时间:2013-11-17
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