亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        楔塊重心位置對斜撐離合器性能的影響

        2021-02-22 02:02:22嚴(yán)宏志王志標(biāo)蔡孟凱
        中國機械工程 2021年3期
        關(guān)鍵詞:楔塊弓形離合器

        嚴(yán)宏志 王志標(biāo) 朱 楚 蔡孟凱 黎 佳 胡 璇

        1. 中南大學(xué)輕合金研究院,長沙,410012 2. 中南大學(xué)機電工程學(xué)院,長沙,410012 3. 中南大學(xué)高性能復(fù)雜制造國家重點實驗室,長沙,410012 4. 中國航發(fā)湖南動力機械研究所,株洲,412002

        0 引言

        強制連續(xù)約束(positive continuous engagement,PCE)型斜撐離合器是直升飛機傳動系統(tǒng)中的一個重要部件,而楔塊是斜撐離合器的一個重要零件,通過楔塊與內(nèi)外環(huán)的接觸和脫離可以實現(xiàn)離合器的接合和超越狀態(tài)。

        目前,國內(nèi)外學(xué)者對離合器工作過程中的動靜力學(xué)進行了一系列的研究。CHASSAPIS等[1]基于接觸力學(xué)理論,建立了離合器在傳動過程中的非線性動力學(xué)分析模型。XU等[2-4]建立了離合器的非線性數(shù)值分析模型,提出了離合器楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸為點-點接觸,得到了接觸力與溜滑角的數(shù)學(xué)模型,并通過實驗證明了相應(yīng)結(jié)論。CHESNEY等[5]對偏心圓弧型面離合器楔角變化進行了分析,得到了楔角隨內(nèi)外環(huán)半徑差增大而變大的結(jié)論,并得到了楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。VERNAY 等[6]通過實驗分析了斜撐離合器在瞬時過載時的力學(xué)性能及楔塊與滾道接觸面微動磨損現(xiàn)象。CENTEA等[7]考慮離合器慣性、尺寸和楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力等參數(shù),建立了斜撐離合器的非線性多體動力學(xué)模型。ROACH等[8]從離合器接合方式、承載能力方面對彈簧離合器、滾柱離合器和斜撐離合器進行了對比研究與評價。CHEN等[9]研究了多種規(guī)格楔塊的斜撐離合器的接觸特性。朱自冰[10]對斜撐離合器楔角、接觸應(yīng)力、變形、升程等參數(shù)進行了研究分析。楊振蓉[11]對斜撐離合器設(shè)計方法進行了研究,通過疲勞實驗、過載實驗等對離合器進行了研究,并分析了實驗結(jié)果。嚴(yán)宏志課題組[12-18]對PCE型斜撐離合器進行了系統(tǒng)研究:基于Hertz理論與厚壁圓筒理論,得到了Hertz應(yīng)力數(shù)學(xué)模型,求解了斜撐離合器楔塊Hertz接觸應(yīng)力、周向壓應(yīng)力、內(nèi)外環(huán)楔角與變形等參數(shù)隨負(fù)載的變化曲線[12-13];對偏心圓弧、阿基米德曲線和對數(shù)曲線3種型面楔塊進行了參數(shù)化設(shè)計,建立了動靜力學(xué)分析模型并對楔塊型面進行了優(yōu)化[14];對斜撐離合器磨損進行了研究,并基于磨損量對斜撐離合器失效進行研究[15];研究了不同楔角對數(shù)型面斜撐離合器接觸特性,并對楔塊型面進行了優(yōu)化[16];對阿基米德斜撐離合器楔塊型面進行了修形設(shè)計,并分析了其性能[17];研究了輸入轉(zhuǎn)速波動下斜撐離合器的動態(tài)接合特性[18]。然而,重心位置對離合器性能影響規(guī)律的研究未見相關(guān)報道。

        本文研究PCE型斜撐離合器楔塊重心位置對離合器性能的影響,為不同工作模式的離合器楔塊重心位置的設(shè)計提供理論依據(jù)。

        1 楔塊重心位置的求解方法

        PCE型離合器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        1.楔塊 2.保持架 3.內(nèi)環(huán) 4.外環(huán) 5.注油孔 6.彈簧 7.軸承圖1 PCE型離合器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of PCE clutch

        1.1 楔塊受力分析

        楔塊在運動過程中,其重心與它繞自身旋轉(zhuǎn)的中心不重合。當(dāng)楔塊重心位于旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)時,楔塊產(chǎn)生的離心力會導(dǎo)致楔塊與內(nèi)外環(huán)的接觸力增大,有利于楔塊與內(nèi)外環(huán)楔緊。當(dāng)楔塊重心位于旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)時,楔塊產(chǎn)生的離心力會導(dǎo)致楔塊與內(nèi)外環(huán)的接觸力減小,可以減小楔塊與內(nèi)外環(huán)之間的磨損。超越狀態(tài)和正常傳動狀態(tài)下不同重心位置的楔塊受力如圖2和圖3所示,圖中Fr為彈簧對楔塊徑向力,F(xiàn)n(o)為外環(huán)對楔塊法向力,F(xiàn)n(i)為內(nèi)環(huán)對楔塊法向力,Cg為楔塊重心位置,Cr為楔塊旋轉(zhuǎn)中心位置,F(xiàn)cen為離心力。

        (a) 重心在左側(cè)

        (b) 重心在右側(cè)

        (a) 重心在左側(cè)

        (b) 重心在右側(cè)

        1.2 楔塊重心位置求解模型

        1.2.1楔塊設(shè)計坐標(biāo)系下重心位置模型

        斜撐離合器中楔塊的幾何形面由圓弧與直線組成,是一個不規(guī)則的幾何圖形。要求解其重心位置,可以將其分成若干三角形及弓形,分別求出這些圖形的重心,再通過疊加法求出楔塊重心位置,分解后的楔塊截面如圖4所示。

        圖4 楔塊截面組成Fig.4 Sprag section composition

        按照上述方法將楔塊形面分解后,計算三角形的重心坐標(biāo)和面積,三角形的幾何坐標(biāo)如圖5所示。分解后的三角形的3個頂點坐標(biāo)分別為O(xO,yO)、A(xi,yi)、B(xi+1,yi+1),則三角形的重心gOi(xOi,yOi)和面積SOi可表示為

        (1)

        (2)

        (3)

        圖5 三角形幾何坐標(biāo)圖Fig.5 Triangle geometry

        計算分解后每個弓形的重心坐標(biāo)和面積,弓形的幾何坐標(biāo)圖見圖6。已知弓形的圓心坐標(biāo)為Oi(xOi,yOi),圓弧起點坐標(biāo)為A(xi,yi),圓弧終點坐標(biāo)為B(xi+1,yi+1),則弓形的重心g1i(x1i,y1i)可由扇形OiAB與三角形OiAB重心疊加求出,三角形OiAB重心坐標(biāo)(xOg1,yOg1)及面積SO1可表示為

        (4)

        (5)

        (6)

        扇形OiAB重心坐標(biāo)(xOg2,yOg2)及面積SO2可表示為

        (7)

        (8)

        (9)

        由式(4)~式(9)可以得到弓形OiAB重心坐標(biāo)(xOi,yOi)及面積SOi表達式:

        (10)

        (11)

        SOi=SO2-SO1

        (12)

        圖6 弓形幾何坐標(biāo)圖Fig.6 Arch geometry

        按照上述計算方法得到每一個三角形和弓形的重心位置與面積后,由疊加法可計算楔塊截面的重心坐標(biāo)(xj,yj),其表達式為

        (13)

        (14)

        由于PCE型斜撐離合器形狀復(fù)雜,且兩端開有凹槽,故在計算重心位置時上述公式只能用于中間段計算,要求得實際重心位置,還需將其分為左中右3段,如圖7所示。在求出每段重心位置及體積后,通過下式疊加求出楔塊重心Cg(x,y):

        (15)

        (16)

        式中,Vj為楔塊每段體積。

        圖7 楔塊三維幾何模型Fig.7 3D geometric model of the sprag

        1.2.2不同工況下楔塊重心位置模型

        我國1998年頒布的《建設(shè)項目環(huán)境保護管理條例》第15條規(guī)定公眾參與主體為“建設(shè)項目所在地的有關(guān)單位和居民”。2002年《環(huán)境影響評價法》則用“公眾”代替了“居民”,體現(xiàn)了公眾參與主體范圍的擴展。但目前我國在不同的法律、法規(guī)、規(guī)章和行政規(guī)范性文件中,大都只是提到“公眾”一詞,缺乏對“公眾” 進一步的概念界定。相關(guān)立法中有關(guān)“公眾”的含義,有狹義上的“公眾”,即公民,將其與單位和專家并提,獨立于單位和專家之外;廣義上的“公眾”,包括單位和個人,單位和居民,有關(guān)部門、組織、專家,建設(shè)項目周圍單位、個人;最廣義上的“公眾”包括任何單位和個人。具體而言,有以下幾種情形:

        在不同扭矩作用下斜撐離合器楔塊楔緊時所處的位置不同,楔塊旋轉(zhuǎn)后的位置需要根據(jù)迭代公式求解,同理,楔塊旋轉(zhuǎn)后的重心位置可以根據(jù)坐標(biāo)變換原理求解。

        (1)空間齊次坐標(biāo)變換原理。根據(jù)齊次坐標(biāo)變換原理,當(dāng)基坐標(biāo)系S沿X軸、Y軸、Z軸平移距離x、y、z得到變換后的坐標(biāo)系T時,兩坐標(biāo)系的齊次變換矩陣如表1所示。當(dāng)基坐標(biāo)系S沿X軸、Y軸、Z軸轉(zhuǎn)動角度α、β、γ得到變換后的坐標(biāo)系R時,兩坐標(biāo)系的齊次變換矩陣如表1所示。

        表1 齊次坐標(biāo)變換矩陣

        (2)楔塊在不同工況下重心位置模型。依據(jù)上述齊次坐標(biāo)變換原理,楔塊從設(shè)計坐標(biāo)系O2X2Y2到離合器基坐標(biāo)系O1X1Y1的齊次變換矩陣

        (17)

        其中,楔塊設(shè)計坐標(biāo)系O2X2Y2原點為楔塊上凸輪圓弧圓心,離合器基坐標(biāo)系O1X1Y1原點為離合器內(nèi)外環(huán)圓心,楔塊在不同坐標(biāo)系下的示意圖見圖8。

        圖8 楔塊在不同坐標(biāo)系下的示意圖Fig.8 Schematic diagram of sprag in different coordinate systems

        依據(jù)坐標(biāo)變換,可計算出楔塊重心位置Cg在離合器基坐標(biāo)系O1X1Y1下的坐標(biāo)值,變換矩陣為

        (18)

        (19)

        (20)

        2 楔塊重心位置對離合器性能影響分析

        2.1 斜撐離合器動力學(xué)建模

        (1)材料選擇。在斜撐離合器工作過程中,楔塊需承受交變載荷,要求其強度高、耐磨性好,可以采用軸承鋼GCr15,內(nèi)外環(huán)和保持架采用18CrNi4A鋼,離合器各部件材料參數(shù)如表2所示。

        表2 斜撐離合器各部件材料參數(shù)

        (2)邊界與初始條件的施加。對斜撐離合器的結(jié)構(gòu)和接觸情況等作如下假設(shè)和簡化:①忽略斜撐離合器在制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差;②各部件視為剛體;③楔塊均勻地承受彈簧彈力。根據(jù)斜撐離合器的工作原理,添加相應(yīng)的負(fù)載和運動激勵來實現(xiàn)離合器的運動,構(gòu)建的離合器虛擬樣機模型如圖9所示。施加邊界條件及載荷如下 :①內(nèi)外環(huán)的運動副均為旋轉(zhuǎn)運動,分別在其中心設(shè)置對Ground的Joint約束;②對楔塊與內(nèi)外環(huán)和保持架施加接觸約束;③在接合過程中,外環(huán)為驅(qū)動元件,因而對外環(huán)施加轉(zhuǎn)速運動,內(nèi)環(huán)為被驅(qū)動元件,因而對內(nèi)環(huán)添加一個恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩,分別對33個楔塊施加彈簧的作用力矩,加載曲線如圖10所示;④設(shè)定重力加速度為9.8 m/s2。

        圖9 斜撐離合器虛擬樣機模型Fig.9 Diagonal clutch virtual prototype model

        圖10 加載曲線Fig.10 Loading curve

        2.2 楔塊重心位置對接觸壓力的影響

        按照圖10加載條件,對3組不同重心位置楔塊進行動力學(xué)仿真,得到楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力與重心位置關(guān)系,如圖11和表3所示。由圖11及表3可得,在離合器接合過程中,楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)且離中心距離為0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm時,楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力增大,說明重心位于左側(cè)時能適量增加楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力,有利于楔合。

        圖11 接觸力隨時間變化曲線(左側(cè))Fig.11 Contact force varies with time(left)

        表3 楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力大小及變化率(左側(cè))

        對重心位置位于旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)且離中心距離分別為0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm的3組楔塊進行動力學(xué)仿真,得到楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力與重心位置關(guān)系如圖12和表4所示。由圖12及表4可得,在離合器接合過程中,楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)且離中心距離為0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm時,楔塊與內(nèi)外環(huán)沖擊力和穩(wěn)態(tài)力都減小,說明重心位于右側(cè)時會減小楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力,減小磨損,但不利于楔合。

        圖12 接觸力隨時間變化(右側(cè))Fig.12 Contact force varies with time(right)

        表4 楔塊與內(nèi)外環(huán)接觸力數(shù)值及變化率(右側(cè))

        2.3 楔塊重心位置對接合脫開性能影響分析

        按照圖10加載條件,對重心位置位于旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)且與中心距離分別為0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm的3組楔塊進行仿真,得到離合器接合規(guī)律,如圖13及表5所示,圖中點A為離合器接合時間點。

        圖13 楔塊與內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線(左側(cè))Fig.13 Speed curves of sprag and inner-outer ring vary with time(left)

        表5 重心對接合性能的影響(左側(cè))

        由圖13及表5可得,楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)時,離合器內(nèi)外環(huán)同步時間縮短,重心距離旋轉(zhuǎn)中心0.05 mm比距離0.01 mm時內(nèi)外環(huán)同步時間縮短13.64%,因此,楔塊重心位于左側(cè)有利于接合。

        按照圖10加載條件,在0.02 s之后將外環(huán)減速到0,仿真重心位置位于旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm的3組楔塊,得到離合器接合規(guī)律,如圖14及表6所示,圖14中點B為離合器響應(yīng)時間點,點C為離合器脫開時間點,脫開時間為BC段。

        圖14 楔塊與內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線(右側(cè))Fig.14 Speed curves of sprag and inner-outer ring vary with time(right)

        表6 重心對接合性能的影響(右側(cè))

        由圖14及表6可得,在離合器接合過程中,楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)時,離合器脫開時間短,重心距離旋轉(zhuǎn)中心0.05 mm比距離0.01 mm時內(nèi)外環(huán)同步時間增長19.12%,脫開時間縮短20%,因此,楔塊重心位于右側(cè)有利于脫開。

        3 實驗驗證

        為了驗證上述分析的結(jié)論,設(shè)計重心在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)且與中心距離分別為0.01 mm、0.03 mm、0.05 mm的3組楔塊,實物見圖15,并搭建圖16所示的斜撐離合器實驗臺,完成斜撐離合器的動力學(xué)測試實驗。

        圖15 三組楔塊實物圖Fig.15 Three sets of sprags

        1.驅(qū)動電機 2、4、12、15.聯(lián)軸器 3.扭矩傳感器 5、11、14.磁環(huán)非接觸式編碼器 6、10.軸承支架 7、9.脹緊套 8.斜撐離合器 13.齒輪減速器 16.負(fù)載電機 圖16 斜撐離合器實驗臺Fig.16 Sprag clutch test bench

        驅(qū)動電機的設(shè)置轉(zhuǎn)速為2 000 r/min,負(fù)載電機設(shè)置負(fù)載扭矩10 N·m,測試3組楔塊接合性能,通過光柵尺測量輸入輸出轉(zhuǎn)速,得到輸入輸出轉(zhuǎn)速時域圖,每組楔塊測試3次,得到實驗數(shù)據(jù)取平均值,結(jié)果如圖17所示。

        圖17 楔塊實驗結(jié)果Fig.17 Test results of sprag

        實驗中,先啟動負(fù)載電機,離合器處于超越狀態(tài),內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動,再反向啟動驅(qū)動電機使得離合器接合,A點為響應(yīng)時間點,B點為接合時間點,A、B點時間差值為內(nèi)外環(huán)同步時間,不同重心位置楔塊內(nèi)外環(huán)同步時間實驗結(jié)果如表7所示。

        表7 不同重心位置內(nèi)外環(huán)同步時間

        由于離合器存在制造安裝誤差,實驗加載的轉(zhuǎn)速及負(fù)載小于實際工況,所以實驗比仿真得到接合時間長,但是3組楔塊對比得到的接合時間增加率與仿真結(jié)果吻合,表明楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)時能夠提高楔塊接合性能。

        4 小結(jié)

        (1)楔塊重心位置在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)時,接合過程產(chǎn)生的離心力能夠適量地增大其與內(nèi)外環(huán)接觸力,在右側(cè)時減小接觸力,楔塊重心到旋轉(zhuǎn)中心距離為0.05 mm比距離為0.01 mm時接觸力增大(左側(cè))或減小(右側(cè))了6%左右。

        (2)楔塊重心離旋轉(zhuǎn)中心左側(cè)越遠,越有利于離合器接合。當(dāng)楔塊重心位于旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)時,脫開時間縮短,表明有利于楔塊脫開。

        (3)在實際使用中,斜撐離合器主要用于接合狀態(tài)時,可根據(jù)重心位置模型設(shè)計楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心左側(cè);主要用于超越狀態(tài)時,設(shè)計楔塊重心在旋轉(zhuǎn)中心右側(cè)。

        猜你喜歡
        楔塊弓形離合器
        電梯安全鉗楔塊磨損原因
        漸開線型面楔塊超越離合器接觸特性仿真分析
        拉伸機夾頭結(jié)構(gòu)形式及楔塊角度的選取
        閘門楔塊的標(biāo)準(zhǔn)化與夾具設(shè)計
        機械制造(2021年11期)2021-12-13 07:14:04
        降低弓形換位線圈換位尺寸偏差研究
        防爆電機(2020年4期)2020-12-14 03:11:16
        一次由“弓形回波”所引發(fā)的冰雹天氣過程雷達特征分析
        模糊PID在離合器綜合性能實驗臺中的應(yīng)用
        豬弓形體病的診治
        三速電磁風(fēng)扇離合器應(yīng)用
        一例豬弓形體病的診治
        精品无码国产污污污免费网站| 人妻av有码中文字幕| 精品视频一区二区三区在线观看 | 日韩久久久黄色一级av| 国产一区二区一级黄色片| 一本一道久久精品综合| 人妻久久久一区二区三区| 日本VA欧美VA精品发布| 国产三级在线观看性色av | 美女扒开腿露内裤免费看| 欧美xxxx做受欧美| 66lu国产在线观看| 久久久久亚洲AV无码专区一区| av天堂亚洲另类色图在线播放| 看久久久久久a级毛片| 久久精品国产自清天天线| AV在线中出| 久久精品国产亚洲av麻豆床戏| 免费国产成人肉肉视频大全| 推油少妇久久99久久99久久| aa视频在线观看播放免费| 华人在线视频精品在线| 欧美精品黑人粗大免费| 国产成人精品精品欧美| 一个人的视频免费播放在线观看| 国产日韩厂亚洲字幕中文| 欧美最大胆的西西人体44| 久久狠狠高潮亚洲精品暴力打| 国产一区二区三区乱码在线| 国产成人久久精品一区二区三区| 国产亚洲精品bt天堂精选| 日韩AV无码一区二区三不卡| 青青草视频视频在线观看| 人妻洗澡被强公日日澡电影| 97精品伊人久久大香线蕉app | 欧美巨大精品欧美一区二区| 日韩精品av在线一区二区| 国产精品亚洲专区无码不卡| 欧美尺寸又黑又粗又长| 国产高清一级毛片在线看| 中文字幕人妻互换av|