[发明专利]一种用于环形摩擦副接触压力嵌入式测量方法

说明书

技术领域

本发明一种用于环形摩擦副接触压力嵌入式测量方法，属于履带车辆传动领域离合器摩擦副接触表面压力测量技术领域。 

背景技术

高能量密度摩擦传动系统是高性能传动的关键，其显著特征是大功率、高转速，摩擦副由于其优异的耐磨性和较高的热容被广泛应用于履带车辆的传动领域。Cu基粉末冶金摩擦副，包括制动器与离合器，工作在多应力复合环境中，作为三参数边界-压力、速度、温度是影响摩擦副摩擦特性的主要因素，也是摩擦副设计过程中的重要参考。现阶段速度和温度边界能够通过实验准确测量，而压力边界的测试一直是三边界测量中的重点和难点，动态测试更加困难，目前在湿式摩擦片的设计领域一直没有有效的并且可靠的摩擦副接触表面压力测量的成熟方法。对摩擦副进行三维建模模拟加压接触是获得接触压力的主要手段。现阶段采用的表面张贴薄膜传感器的方法由于改变了接触表面特性且不能进行动态测量，不能适应履带车辆摩擦副的动态设计，无法满足新型号新装置摩擦副的设计要求。 

长期以来摩擦副表面压力测量困难主要集中在以下几方面：(1)测量元件参与接触，改变了接触表面的接触特性，摩擦副真实接触情况得不到反映，接触压力的测量不够准确；(2)无法实现对于摩擦副从分离、接触到滑摩的全过程的动态测量；(3)由于湿式摩擦副接触压力分布范围小，常规的压力感应纸方法精度低，很难有效反映出接触表面的压力分布状态。 

发明内容

本发明的技术问题：是为了解决现有技术中存在的摩擦副压力边界条件无法测量的问题，提供一种用于摩擦副接触压力动态测量方法，该方法有效的解决 了当前摩擦副的接触表面压力分布无法真实获得的困难，在于不改变摩擦副表面接触状态的前提下，实现了接触压力的静动态测试，在确定了摩擦副精确压力边界条件的同时，为摩擦副动态设计提供了理论依据。 

本发明技术解决方案：一种用于环形摩擦副接触压力嵌入式测量方法，实现步骤如下： 

步骤一、分析摩擦副工作状态下的工况条件及摩擦副的加载结构特点，获得摩擦副的几何尺寸，按照所要测量的摩擦副的工艺性要求确定摩擦副接触表面的粗糙度要求和表面平面度的加工要求； 

步骤二、根据步骤一所获得的摩擦副材料特性，几何尺寸特性，支撑结构特点，加载特点等建立摩擦副三维仿真模型，对三维模型进行多方向压力载荷的有限元仿真，为接触压力测试提供理论基础和数值范围的预测； 

步骤三、根据步骤二中分析获得的摩擦副的加载结构特点和摩擦副的几何尺寸确定摩擦副对偶片上的测量点的位置分布及测点数量N；分析获得的摩擦片弹性模量和泊松比的要求，结合摩擦副接触表面的尺寸、对偶片厚度、应变片尺寸及测量精度要求确定出盲孔的直径D及孔深L，确定方法如下： 

盲孔直径D应根据应变片尺寸选择常用的Φ10mm或者Φ12mm，孔底粗糙度1.6平面度0.04，由于需要测量孔底应变获得接触应力，孔底部的厚度应控制在1mm，若假设钢片厚度为B，这样孔的深度H可以表示为B＝H-1。 

步骤四、按照步骤三获得的盲孔尺寸及分布加工盲孔，并且精铣盲孔底面，用来粘贴应变片，盲孔底面的大小应大于应变片的大小，根据对偶片所需测量区域的布点位置按照已经确定好的D和H在对偶片非接触表面加工盲孔，盲孔底部粗糙度应该小于1.6μm； 

步骤五、根据步骤二的仿真结果初步确定摩擦副接触表面的应力范围，并根据此范围确定出适合于该摩擦结构的电阻应变片的主要参数，所述主要参数包括应变片的初始电阻，灵敏系数和应变极限，通过主要参数获得应变片选择的依据； 

步骤六、通过步骤五选取并获得合适的测量应变片，将适应于仿真所得的应变量程的应变片贴于盲孔底部加工的平面上，检查应变片电阻值是否为电阻应变片的初始电阻，如果电阻显示与电阻应变片的初始电阻差别不大，说明应变片贴片成功，桥接应变控制线路，测试系统状态。 

步骤七、将装配完成的对偶钢片安装到摩擦磨损试验机上进行磨合，磨合时间不低于30min，磨合转速根据步骤一中分析获得的摩擦副的所处工况转速确定； 

步骤八、将磨合充分的摩擦副进行静动态加载，接通电阻应变采集仪，通过电压指示计调零电路，并通过桥接电路的信号传输，获取盲孔处摩擦表面的各个测点的应力应变状态。本发明与现有技术相比的优点在于： 

(1)本发明采用嵌入式盲孔测量的方法，实现摩擦副静动态接触压力的测量。 

(2)本发明将测量元件埋于摩擦副内部，接触表面与原表面具有相似的特性，消除了测量元件本身对接触特性的影响。