外文翻譯--無級(jí)變速器中摩擦環(huán)的應(yīng)力分析 中文版.doc

1無級(jí)變速器中摩擦環(huán)的應(yīng)力分析SerdarTumkor設(shè)計(jì)與制造研究所，史蒂文斯技術(shù)學(xué)院，赫德森城堡，霍博肯，新澤西州07030，美國摘要在無極變速器（CVT）中摩擦環(huán)最常見的失效模式是疲勞失效。此研究的主要目的是確定這種失效的原因并改善環(huán)的形狀。這種環(huán)是仿照有限元法（FEM）和解析公式生成的圓環(huán)。計(jì)算表明，在與環(huán)的接觸表面上存在很高的內(nèi)應(yīng)力。修改環(huán)的形狀是為了獲得環(huán)的最佳形狀和尺寸。根據(jù)有限元法分析，在環(huán)的螺旋槽內(nèi)側(cè)，其表面應(yīng)力有所下降，但槽附近的應(yīng)力增加與否主要取決于槽半徑大小。經(jīng)過分析和優(yōu)化處理，用維數(shù)為R=1.95mm作為槽半徑進(jìn)行計(jì)算和檢測(cè)。通過測(cè)試修改環(huán)發(fā)現(xiàn)，疲勞失效有所減小。2000年埃爾塞維爾科學(xué)B.V擁有所有版權(quán)。關(guān)鍵字：無極變速器；形狀優(yōu)化；有限元模型的參數(shù)化1.簡介企業(yè)想要快速發(fā)展必須了解許多與其相關(guān)的機(jī)制。這里有一種被稱為無極變速器（CVT）機(jī)制的可變速度和扭矩比的機(jī)制類型。這些不同類型的CVT驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)在各行業(yè)中應(yīng)用多年了。其中可變金屬鏈帶驅(qū)動(dòng)器是眾所周知的。在這項(xiàng)研究里，對(duì)用一個(gè)圓錐和鋼圈裝配來牽引的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了研究。一個(gè)用鋼圈制成的CVT驅(qū)動(dòng)器因?yàn)榄h(huán)結(jié)構(gòu)簡單、成本低所以價(jià)格便宜。但是，高扭矩?zé)o法通過摩擦驅(qū)動(dòng)器來傳遞。由于法向力是通過圓錐和圓環(huán)的相互摩擦約束而獲得的，隨著時(shí)間的推移，觀測(cè)到一種被稱為點(diǎn)蝕疲勞失效的類型。關(guān)于CVT的文獻(xiàn)是非常少的。一個(gè)可變的金屬V帶驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)，也有類似的組裝和性能特點(diǎn)，由文獻(xiàn)【1】Sun給出。文獻(xiàn)【2】中卡拉姆對(duì)速比，傳遞扭矩，和可變金屬V帶傳動(dòng)摩擦系數(shù)的影響進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)【3,4】中桑原等人對(duì)CVT的動(dòng)力傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。為了獲得運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)真實(shí)性對(duì)鏈摩擦傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬【5,6】。在列車自動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，波許和菲佛【7】對(duì)鏈傳動(dòng)CVT的非線性動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。另一項(xiàng)對(duì)CVT的研究是由竹本等人進(jìn)行的。文獻(xiàn)【8】是關(guān)于金屬2之間相互碰撞所引起的噪聲問題。在有限元法（FEM）的基礎(chǔ)上，新的優(yōu)化程序已經(jīng)從生物傳輸優(yōu)化機(jī)制發(fā)展到了機(jī)械工程【9】。這意味著，在一段時(shí)間內(nèi)，任何生物負(fù)載體的應(yīng)力趨于恒定得以證實(shí)。因?yàn)閼?yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致失效所以無法承受高應(yīng)力，所以在負(fù)載區(qū)中浪費(fèi)了材料。因此，輕量化設(shè)計(jì)的原則是以自然結(jié)構(gòu)形狀為主要標(biāo)準(zhǔn)的。在某些情況下，幾何約束應(yīng)考慮機(jī)器的運(yùn)作問題，因此幾何學(xué)變得比重量因素更為關(guān)鍵。在一些計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化（CAO）方法的原則中可以使用，但是必須加以考慮某些幾何約束。這個(gè)方法由Mattheck和伯克哈迪特【10】開發(fā)，用以如何減小表應(yīng)力從而改善高負(fù)載部件的同質(zhì)化問題。在實(shí)際負(fù)載和邊界條件下，用有限元（FEM）運(yùn)動(dòng)應(yīng)力第一法則與有限元模型來計(jì)算。這種應(yīng)力分布會(huì)導(dǎo)致形狀的變形，之后改進(jìn)的有限元（FEM）運(yùn)動(dòng)應(yīng)力的峰值將減小并被同質(zhì)化?？ㄋ古翆⒁恍﹥?yōu)化方法與一般數(shù)值領(lǐng)域計(jì)算方法如有限元（FEM）計(jì)算方法【11】相結(jié)合來討論。在這些關(guān)于CVT機(jī)制的報(bào)道中，有一個(gè)是關(guān)于金屬環(huán)承受高應(yīng)力而導(dǎo)致疲勞失效的問題。一個(gè)關(guān)于軸向應(yīng)力的近似解被計(jì)算出來。為了得到應(yīng)力分布，運(yùn)用了有限元分析。修改環(huán)的設(shè)計(jì)應(yīng)用于CAO中的混合和曲線擬合程序集成中。修改方案檢測(cè)到疲勞失效有所減小。專業(yè)術(shù)語A橫截面面積(mm2)b1寬度（mm）d直徑（mm）E彈性模量（楊式模量）（Pa）FN法向力（N）h質(zhì)心距離（mm）k常數(shù)M彎矩（Nmm）R槽半徑（mm）r半徑（mm），徑向力rn中心軸半徑（mm）Rr質(zhì)心軸半徑（mm）x，y，z坐標(biāo)u摩擦系數(shù)v泊松比max最大應(yīng)力（MPa）軸向應(yīng)力（MPa）32.該機(jī)制的說明圖一中在滑輪電機(jī)軸機(jī)制中有兩個(gè)摩擦錐，b1錐和b2錐在軸向上的固定是自由的。b2錐在規(guī)定的范圍內(nèi)可移動(dòng)。因?yàn)樗麄兪窍嗷ミB接的，所以他們的移動(dòng)距離一樣。等軸側(cè)視圖和CVT機(jī)制圖分別為圖2和圖3。相對(duì)于滑輪，在不同位置上環(huán)的速度比中的最小值和最大值會(huì)有所不同。扭矩是通過圓錐和鋼圈相對(duì)滑動(dòng)形成的接觸線來傳遞的?？紤]到所給預(yù)應(yīng)力在圓錐和鋼圈的接觸點(diǎn)上，在摩擦面上的法向力就可以滿足。對(duì)于無滑動(dòng)的滾動(dòng)，法向力和摩擦力與摩擦系數(shù)有關(guān)，如下：/fFFN（1）假設(shè)摩擦系數(shù)都為【12】。埃爾森等人審查基于庫倫公式的其他模型【13】。對(duì)于類似的機(jī)制，Kim和Lee【14】對(duì)金屬V帶無級(jí)變速器的V帶特性進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)解析。在這項(xiàng)研究中，不是用金屬V帶而是用鋼圈來傳遞扭矩。雖然部分材料的屈服應(yīng)力要比環(huán)上的最大應(yīng)