一種研究同步器的撥叉環和滑塊隨機振動磨損的試驗裝置及振動對機構磨損系數的分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及振動對磨損的影響，尤其設及一種研究同步器的撥叉環和滑塊隨機振 動磨損的試驗裝置及振動對機構磨損系數的分析方法。
【背景技術】
[0002] 非振動條件下，計算磨損量或磨損率時，使用Archard公式中的磨損系數都是靠查 表選取，運個磨損系數是在靜態條件下得到的。如果求得動態條件下的磨損量或磨損率，顯 然用動態條件下的磨損系數更符合實際。運個系數反映了振動頻率、振幅、功率譜密度、振 動方向及振動隨機性等因素的影響。
[0003] 靜態條件下的磨損系數的測定方法及試驗裝置是比較多的，但在動態條件下，當 前還沒有較合適的試驗裝置。
[0004] 振動條件下，計算磨損量或磨損率時，由于沒有動態磨損系數可查，通常采用靜態 磨損系數替代，然后將振動每一時段的載荷及移動的距離相乘累加，代替靜態的載荷和整 個行程，用Archard公式給出。
[0005] 對于振動條件下的試驗裝置，往往用靜態試驗裝置替代。
[0006] 在許多機械運行過程中，經常會出現振動的情況，而在計算磨損量或磨損率時，通 常采用靜態條件下的磨損系數，運顯然不符合實際情況。實際工況中，運種影響有時還是很 大的，本專利就是解決該問題。通過在本發明的實驗裝置上加裝激振器來模擬機械裝置在 運行中出現的振動，并通過傳感器來測出實驗數據，然后在計算機上利用編制的軟件進行 計算，從而算出機械裝置在振動情況下的磨損系數。
[0007] 目前在計算振動條件下的磨損量或磨損率的比較常用的技術，是利用傳統 Archard公式，仍采用靜態的磨損系數，給出磨損量或磨損率。運種方法的缺點是，沒有考慮 振動的方向、振動的隨機性及模態等因素的影響，況且在實際磨損測量情況下都是人工拆 卸試驗裝置，然后取出磨損部件人工測量，浪費人力、物力、財力，測得的實驗數據也會因人 而異，浮動很大。因此，得出的結果是與實際有較大的誤差。
【發明內容】
[000引本發明的目的是為了研究實際工況中的振動對磨損的影響而提供一種研究同步 器的撥叉環和滑塊隨機振動磨損的試驗裝置及振動對機構磨損系數的分析方法。
[0009]本發明的目的是運樣實現的：一種研究同步器的撥叉環和滑塊隨機振動磨損的試 驗裝置，同步器的箱體安裝在實驗臺上，在所述箱體的下表面或者箱體的第一側面與下表 面或者箱體的下表面與第二側面上設置有激振器頂桿，激振器頂桿的端部通過加載導桿與 激振器連接，所述激振器安裝在激振器座上，所述箱體的第一側面與第二側面是相鄰的箱 體的兩個側面，在同步器的撥叉環上設置有信號接收器，在同步器的滑塊上設置有信號發 射器，在撥叉環與滑塊接觸的表面上還設置有Ξ個壓阻式壓力傳感器，所述信號發射器、信 號接收器和Ξ個壓阻式壓力傳感器分別通過數據傳輸線與外部的數據采集卡連接，數據采 集卡與計算機連接。
[0010] -種振動對機構磨損系數的分析方法，
[0011] 第一步:數學計算模型的建立：
[0012] 同步器工作過程中，同步器的滑塊與撥叉環之間產生相對滑動和正壓力，而滑塊 的磨損率h用Archard公式表示是：
[0013]
[0014] 其中：h表示滑塊的磨損率，W表示滑塊的磨損量，P表示滑塊密度，A表示拔叉環和 滑塊的接觸面積，Η表示接觸材料硬度，F表示正壓力，L表示拔叉環與滑塊的相對滑動距離， Κ表示磨損系數；
[0015] 而對于隨機振動過程，由于正壓力F是隨機變量，則修訂后的Archard公式是：
[0016]
[0017] 其中：Ili = L表示每個計算時間步長中的相對滑動距離，和<7/,是通過傳感器 測出的隨機變量F的均值和標準差，其余相同；
[0018] 則磨損系數K是：
[0019]
[0020] 第二步:滑塊的磨損量W的測量：
[0021] 在同步器的撥叉環上設置有信號發射器，在同步器的滑塊上設置有信號接收器， 由發射器發射一個脈沖信號到接收器，接收器接收到信號后將收到的信號傳輸到計算機 中，計算機將計算出收到信號和發射信號的時間差，用時間差乘W信號的傳輸速度計算出 滑塊和拔叉環的距離值，N次測量后形成一條曲線，在曲線上取出距離的最小值即為磨損的 最大處的值Le，同步器靜止狀態時的滑塊與拔叉環的距離Ls，則滑塊的磨損量W=Ls-Le;
[0022] 第；步:隨機變量F的均值A,和標準差:
[0023] 在撥叉環與滑塊接觸的表面上設置有Ξ個壓阻式壓力傳感器，在同步器工作過程 中，測得一次接觸的Ξ組壓力數據，并傳輸到計算機中進行分析計算存儲，N次測量后經計 算機計算得出正壓力的均值公《和標準差C文.；
[0024] 第四步:將第二步與第Ξ步得出的胖、^;.和^^.代入至磨損系數K的公示中，求出磨 損系數K。
[00巧]本發明還包括運樣一些結構特征：
[0026] 1.所述N次測量是指撥叉環與滑塊接觸1000次。
[0027] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明給出動態條件下的磨損系數，通過 儀器測量磨損量和正壓力，大大簡化了工作量，況且由于儀器比較固定，得出的每次數據偏 差不大，同時減少了人為因素的影響。修正原來傳統Archard公式中靜態磨損系數的局限 性，擴展Archard公式的應用范圍。動態磨損系數的分析中，采用傳感器和儀器測量的方法 大大簡化了實驗步驟，節約了工時，減小了人為因素的影響;對于振動隨機過程，選取載荷 的均值和標準差，改造 Archard公式，給出動態磨損系數的數學模型。給出動態條件下，測定 和分析綜合傳動裝置的磨損系數的試驗裝置的結構。本發明利用了傳感器和高精度測量儀 器測量實驗數據和計算機采集分析計算方法，誤差較小，分析簡單，精度更高。本發明提出 一種考慮振動工程實際的機械零件的磨損系數的分析方法，能有效處理在隨機振動過程的 載荷分析。給出動態條件下的磨損系數，比起靜態的系數更體現了動態條件下影響。本發明 彌補了動態條件下磨損系數的空白，使Archard公式在動態條件下，計算磨損量或磨損率的 精度提局。
【附圖說明】
[0028] 圖1是一向試驗裝置結構示意圖；
[0029] 圖2是二向試驗裝置結構示意圖；
[0030] 圖3是同步器裝配關系圖；
[0031] 圖4是磨損量測量裝置圖；
[0032] 圖5是正壓力測量裝置圖；
[0033] 圖6是壓力傳感器布置圖；
[0034] 圖7是履帶車環境垂直軸振動功率譜；
[0035] 圖8是履帶車環境橫測軸振動功率譜；
[0036] 圖9是履帶車環境縱向軸振動功率譜；
[0037] 圖10是設計原理圖；
[0038] 圖11是本發明的具體流程圖；
[0039] 圖12是計算機顯示面板的示意圖。
[0040] 1、拔叉環，2、滑塊，3、拔叉，4、二檔齒輪，5、輸出軸，6、箱體，7、數據傳輸線，8、激振 器頂桿，9、數據采集卡，10、激振器座，11、激振器，12、加載導桿，13、計算機，14、同步器體， 15、連接齒套，16是同步器銷，17是拔叉軸，18是信號發射器，19是信號接收器，20是數據傳 輸線，21是壓阻式壓力傳感器，22是數據傳輸線，23是彈黃。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0042] 本發明的技術方案是在原靜態試驗條件下，通過加裝激振器來組成新的動態試驗 裝置。在需要測量的部位(本專利是對同步器中撥叉環和滑塊的磨損進行研究)通過加裝位 移和正壓力傳感器來測出相應的實驗數據，實驗數據傳輸到計算機內進行儲存和分析，并 通過事先給出的數學模型來計算磨損系數，然后得出結果顯示在屏幕上。
[0043] 1、數學計算模型的建立
[0044] 同步器同步過程中，同步器體滑塊與撥叉環之間產生相對滑動和正壓力，通過傳 感器來獲取正壓力和相對滑動造成的磨損量，然后使用Archard公式，即可W求解出同步器 滑塊的磨損率。
[0045] Archard 公式如下：
[0046]
[0047]其中，W表示滑塊的磨損量；
[004引 p = 7.8Xl03kg/m3,表示滑塊密度；
[0049] Λ = 325臟2，表示拔叉和滑塊的接觸面積；
[(Κ)加]Η=45~52HRC表示接觸材料硬度，取平均值，即48.5HRC;
[0化1] F表示正壓力。
[0052] L表示拔叉與滑塊的相對滑動距離；
[0053] 對于隨機振動過程，由于正壓力也會受到振動的影響，因此正壓力也為隨機變量。 因此，Archard公式中的正壓力可有f i的標準差及均值的.帶入式上式中有：
[0化4]
[0055]其中，L= Σ h表示每個計算時間步長中的相對滑動距離；
[0化6]上面等式中的h可W有代換，運樣上式就可W變形成如下式子： 口乂
[0化7]
[005引此等式中，由于W是磨損量，是通過儀器測量出來的;Η是根據零件的特性決定的， 因此為已知量；巧;為通過傳感器測出的隨機變量F的均值和標準差，是通過儀器可W 測出來的；Σ h是根據實際情況事先定好的數據。由此上述各個變量都是已知或者可W通 過方法計算和測量出來的，就可W計算出某一要求下的磨損系數。
[0059] 2、實驗裝置的改進
[0060] 改進后的綜合實驗裝置的結構圖如圖1和如圖2,包括完整同步器的所有零件:撥 叉軸、撥叉、撥叉環、滑塊、同步器體、同步器銷、彈黃、銷釘、滑移齒套、二檔齒輪W及輸出 軸。
[0061] 具體的裝配關系為如圖3所示，同步器處在實驗裝置箱體內部，同步器通過同步器 體里面的連接軸套與軸相連，同步器可W沿著軸上的滑移鍵槽進行左右滑動，輸出軸和箱 體壁通過滑動軸承相配合，各個零件均參考某型號履帶車