CN109115680A - 一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法 - Google Patents

一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法 Download PDF

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宋玉环
吴向宇
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Abstract

本发明涉及一种适用于锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，为锥形摩擦元件结构设计和扭矩匹配设计提供依据。本发明针对锥形摩擦元件结构设计和扭矩匹配设计要求，从锥面构型结构特点出发，对锥形摩擦元件的摩擦扭矩进行测试和分析，通过等效半径表征摩擦系数，形成锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法。本发明设计了摩擦系数测试方案，通过摩擦系数等效评价方法对锥形摩擦元件摩擦系数进行评价，本方法可以作为设计锥形摩擦元件的扭矩容量设计依据，简化扭矩设计流程。

Description

一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法
技术领域
本发明涉及锥形摩擦元件结构设计的技术领域，具体涉及一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，适用于锥形摩擦元件结构设计和扭矩匹配设计过程。
背景技术
锥形摩擦元件是一种新构型摩擦元件，不同于传统的平面摩擦元件，主要利用锥形表面传递扭矩。在相同的内外半径和加载压力条件下，锥形摩擦元件利用增加接触面积的方式，提高传递扭矩的能力。摩擦系数作为评价扭矩传递能力的重要参数，是摩擦元件设计过程中的关键。目前没有针对锥形摩擦元件摩擦系数评价方法，一般是通过大量试验来确定锥形摩擦元件摩擦特性。为了满足锥形摩擦元件设计要求，提高锥形摩擦元件结构设计和扭矩匹配设计的准确性，提升锥形摩擦元件设计能力，缩短设计流程和设计时间，需要建立一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，准确评价锥形摩擦元件扭矩传递能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：针对锥形摩擦元件结构和扭矩匹配设计要求，从优化设计过程的角度出发，对锥形摩擦元件摩擦系数进行分析，提出一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，形成摩擦系数测试、锥形摩擦元件等效半径计算、锥形摩擦元件摩擦系数计算以及锥形摩擦元件摩擦系数等效评价的设计流程，为锥形摩擦元件结构设计提供了一种有效的方法。
本发明采用的技术方案是：一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，该方法通过试验测定典型结构试样的摩擦扭矩，确定典型工况条件下锥形摩擦元件等效半径和摩擦系数的计算方法。根据平面摩擦元件摩擦系数评价方法，提出锥形摩擦元件摩擦系数等效评价方法，通过试验修正等效评价方法。
包括如下步骤：
步骤(1)：设定锥形摩擦元件构型参数、工况参数、测试变量，确定变速条件下的锥形摩擦元件摩擦系数测试方案，采用盘-盘式摩擦试验机测量锥形摩擦元件摩擦扭矩。
步骤(2)：对锥形摩擦元件进行受力分析，建立锥形摩擦元件扭矩计算公式，确定等效半径计算方法；
步骤(3)：根据试验机测量原理，通过测定的加载压力和摩擦扭矩，计算锥形摩擦元件等效摩擦系数，获得等效摩擦系数的计算方法；
步骤(4)：根据平面摩擦元件摩擦系数评价方法，对锥形摩擦元件摩擦系数计算方法进行修正，获得锥形摩擦元件摩擦系数等效评价方法。
本发明的原理在于：根据锥形摩擦元件结构特点，试制测试样件，通过试验测定摩擦元件加载压力、摩擦扭矩；通过摩擦扭矩计算方法确定锥形摩擦元件等效半径；结合平面摩擦元件摩擦系数评价方法，通过计算获得的等效半径以及测定的加载压力、摩擦扭矩得到锥形摩擦元件等效摩擦系数；通过试验修正摩擦系数评价方法，最终获得锥形摩擦元件摩擦系数评价方法。
本发明与现有技术相比的有益效果是：目前摩擦元件多为平面摩擦元件，针对新的锥形构型摩擦元件的摩擦系数评价还没有相应的方法。本发明建立了锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，通过该评价方法指导锥形元件设计，可以较为准确的对特定工况条件下的摩擦系数进行评价。可以针对具体锥形摩擦元件扭矩设计要求，确定合适的构型方式，有效的地减少锥形结构设计过程的时间，缩短设计周期，同时也为结构优化和扭矩匹配设计提供有效的方法。
附图说明
图1为本发明实现流程图；
图2为本发明试验样件图；
图3为本发明测试原理图；
图4为本发明受力简图；
图5为本发明等效半径计算简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法的实施过程进行说明。
本发明一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，包括(1)设计锥形摩擦元件构型参数、工况参数、测试变量，确定变速条件下的锥形摩擦元件摩擦系数测试方案，采用盘-盘式摩擦试验机测量锥形摩擦元件摩擦系数和摩擦扭矩；(2)对锥形摩擦元件进行受力分析，建立锥形摩擦元件扭矩计算公式，确定等效半径；(3)根据摩擦试验机测量原理，结合平面摩擦元件摩擦系数评价方法，通过测定的加载压力和摩擦扭矩值，计算锥形摩擦元件摩擦系数；(4)通过试验对锥形摩擦元件摩擦系数评价方法进行修正，获得锥形摩擦元件摩擦系数等效评价方法。
步骤(1)确定锥形摩擦元件构型参数、工况参数、测量变量。针对锥形摩擦元件构型特点，设计锥形摩擦试样，如图2所示。结构尺寸适用于盘-盘摩擦试验机，试验原理如图3所示，测试过程中上试样随主轴转动，下试样静止不动，加载压力在下试样上，测定试验加载压力、摩擦扭矩、转速等参数。
步骤(2)对锥形摩擦元件进行受力分析，如图4定义法向压力Fn，轴向压紧力Fa，摩擦元件的半锥角α，RD为等效半径。轴向压紧力Fα为法向压力的分力。
Fa＝Fnsinα
单个锥的摩擦元件有两个锥面，如图5所示，单个锥面的摩擦扭矩定义为
则锥形摩擦元件的摩擦扭矩为
T＝T1+T2
步骤(3)根据试验机测量原理，平面摩擦元件摩擦系数
Fa为试验机轴向力(N)，T试验机摩擦力矩(N·mm)，平面摩擦元件平均半径R＝(Ro+Ri)/2。
对于锥形摩擦元件，扭矩计算公式还可以表示为
TD＝μFaRD
设定锥形摩擦元件轴向力Fa与平面摩擦元件相同，则两个锥面所受轴向力同为等效半径为
通过等效半径值以及测定的加载压力和摩擦扭矩值，计算锥形摩擦元件等效摩擦系数，
步骤(4)将计算获得锥形摩擦元件摩擦系数μD与实测平面摩擦元件摩擦系数μ对比，判定偏差值K，若偏差值小于5％，则认为计算方式准确；若偏差值大于5％，则需通过试验确定修正系数。对锥形摩擦元件摩擦系数进行等效评价。
以45°锥角、加载压力500N、速度变化范围0-1000r/min的测试过程进行说明。步骤(1)针对锥形摩擦元件构型特点，设计锥形摩擦元件和平面摩擦元件各一对，结构尺寸适用与盘-盘摩擦试验机，试验加载压力为500N，速度以100r/min为增量，从100r/min增加到1000r/min，测定十个速度节点，每个速度节点持续10s。采样频率为4Hz，测定试验加载压力、摩擦扭矩、转速。对试验结果进行分析，确定各速度节点下的扭矩值，如表1所示。
表1不同转速条件下摩擦扭矩测试结果
步骤(2)确定等效半径值，平面摩擦元件等效半径37.50mm，45度锥角摩擦元件等效半径98.57mm。
步骤(3)根据等效半径值以及测定的试验力和摩擦扭矩值，确定平面摩擦元件摩擦系数和锥形摩擦元件等效摩擦系数。
步骤(4)将计算获得锥形摩擦元件摩擦系数与实测平面摩擦元件摩擦系数对比，判定偏差值K，偏差值小于5％，认为计算方式准确。
表2不同转速条件下摩擦系数
表3不同转速条件下偏差值K

Claims (5)

1.一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，其特征在于实现步骤如下：
步骤(1)：锥形摩擦元件摩擦系数测试；
步骤(2)：锥形摩擦元件等效半径计算；
步骤(3)：锥形摩擦元件摩擦系数计算；
步骤(4)：锥形摩擦元件摩擦系数等效评价。
2.根据权利要求1所述的一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，其特征在于：所述步骤(1)中锥形摩擦元件摩擦系数测试，主要包括构型设计、工况设计、变量设计，确定变速条件下的摩擦系数测试方案，测量锥形摩擦元件工况参数和摩擦扭矩。
3.根据权利要求1所述的一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，其特征在于：所述步骤(2)中的锥形摩擦元件等效半径计算，主要包括确定摩擦元件结构尺寸、构型特征参数、加载压力等计算条件，计算锥形摩擦元件的等效半径。
4.根据权利要求1所述的一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中的锥形摩擦元件摩擦系数计算，主要包括分析测试结果中加载压力值和摩擦扭矩值，通过等效摩擦系数计算公式，计算锥形摩擦元件的摩擦系数。
5.根据权利要求1所述的一种锥形摩擦元件等效摩擦系数评价方法，其特征在于：所述步骤(4)中的锥形摩擦元件摩擦系数等效评价，主要是以平面摩擦元件摩擦系数评价方法为依据，对锥形摩擦元件摩擦系数进行评价，同时通过试验测试修正评价方法，提出适用于锥形摩擦元件的等效摩擦系数评价方法。
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