技术领域
[0001] 本
发明属于试验仿真技术领域，具体涉及一种通过变接触刚度测试获取摩擦片齿部周向载荷分布的方法。
背景技术
[0002]
传动系统作为特种车辆的重要组成部分，其性能直接影响车辆的机动性(如
制动性、通过性、
加速性)、可靠性和使用寿命，传动系统的失效，将直接导致特种车辆丧失使用。
[0003]
离合器摩擦副是传动系统重要的
基础部件之一。在实际工程中，摩擦副动
力传动时，
啮合齿部经常出现
点蚀、裂纹甚至断裂等损伤，为了探究摩擦副齿部啮合传动出现上述损伤的原因，需要研究摩擦副齿部强度在啮合传动过程中的周向载荷分布特征及其变化规律。要获得以上特征参数，必须进行摩擦副齿部的周向载荷分布试验测试。而如果通过齿部周向载荷的直接测试方法(如在522摩擦片全部齿上粘贴108个应变片)，不仅受到试验设备条件所限(无法找到如此多通道的采集设备)，而且在每个齿啮合的
位置和产生的接触力都不相同，所获得的载荷也无法充分反应出齿部实际啮合加载过程，不能得到准确的
应力分布特征曲线。因此，需要一种其它的能通过某种测试技术手段来获得摩擦片齿部周向载荷分布特性的试验测试方法。
发明内容
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种通过变接触刚度测试获得摩擦片齿部周向载荷分布的试验测试方法，为摩擦元件的动态强度仿真与设计提供理论支持，同时本试验还可进行摩擦元件齿部静态应力 的测试，从而实现两种分布规律测试结果的相互验证。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种通过变接触刚度测试获取摩擦片齿部周向载荷分布的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
[0008] 步骤一，利用多片蝶形
弹簧叠合为一组的组合方式来控制试验装置的加压，使
压板和摩擦片之间的压强保持特定压强；
[0009] 步骤二，根据
摩擦系数设定凹槽压板的深度，使得凹槽压板既要能起到摩擦片
定位作用，又要能满足外端压板和凹槽压板之间的轴向压力，使得摩擦片具有足够的
摩擦力，同时还要兼顾保持摩擦片摩擦层摩擦性能；
[0010] 步骤三，根据摩擦副齿部啮合受力方向，将高灵敏度位移
传感器的测试位置安装在内毂啮合齿部侧面，方向为法向方向；
[0011] 步骤四，对测量得到的变接触微位移
信号进行啮合刚度数据转换，并获得周向载荷分布特征。
[0012] 其中，所述凹槽压板径向开槽处均匀分布3个方向的应变采集数据。
[0013] 其中，所述3个方向的每个方向由6个应变花传感器组成。
[0014] 其中，所述应变花方向为摩擦片齿根处的周向和齿侧啮合处沿法向力方向。
[0015] 其中，所述将变接触微位移信号转换成啮合刚度数据，并获得周向载荷分布特征的方法，包括如下步骤：
[0016] 步骤一，将变接触微位移传感器测试的信息经
数据采集仪和计算机编写的程序，转换成与其相应的齿部啮合刚度数据；
[0017] 步骤二，根据理论计算得到单齿的啮合刚度，推导出摩擦副的实时啮合齿数及其在全齿啮合中所占的百分比数，进而获得齿部的周向载荷分布特征。
[0018] 其中，所述凹槽深度为被试件厚度的1/3。
[0019] 其中，所述特定压强为10MPa。
[0020] (三)有益效果
[0021] 与
现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
[0022] 1、本发明提供的通过变接触刚度测试获取摩擦片齿部周向载荷分布特征的试验方法，不仅能够避开难以解决的同步采集大量数据问题，减少了中间试验环节和
数据处理环节，而且可以通过试验测试所获得的变接触刚度曲线，直接获得摩擦片齿部周向载荷的分布特征，提高了试验测试结果的
精度；
[0023] 2、本发明提供的试验测试方法简单、实用，测试结果精度高，通过本发明所获得的结果，完全能反应出综合传动装置变速摩擦副在实际使用中的特性，并为进一步深入探究摩擦片齿部啮合过程中的各种性能(如动态强度)，提供了很好的方法借鉴。
附图说明
[0024] 图1为根据本发明建立的试验台结构布置图；
[0025] 图2为变接触刚度试验测试结果图。
具体实施方式
[0026] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和
实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0027] 离合器摩擦副是传动系统重要的基础部件之一。在实际工程中，摩擦副动力传动时，啮合齿部经常出现点蚀、裂纹甚至断裂等损伤。为了探究摩擦副齿部啮合传动出现上述损伤的原因，需要研究摩擦副齿部强度在啮合传动过程中的周向载荷分布特征及其变化规律。要获得以上特征参数，必须进行相应的试验测试。
[0028] 依据传动装置对变速摩擦副动力传动要求的极限值，将该
扭矩值设定为试验最大值，通过设计的试验台装置，在试验台的动力输入端，将被试件扭矩加载值设定为定步长增值。记录加载过程中的高灵敏度 微位移变化值与加载值的变化关系，并将其输入到编好的啮合刚度程序内，通过关系换算式，得出啮合齿百分比数和啮合刚度的变化关系，进而获得周向载荷分布规律。
[0029] 如图1所示，本发明所提供的试验测试方法是通过变接触刚度试验测试台来实现的，该实验测试平台主要由试验台动力输出端1、扭矩传感器2、
花键连接盘3、花键连接筒4、外端压板5、大半径窄带摩擦片6、凹槽压板7、连接板8、
支架9、蝶形弹簧10、内毂11、传感器支架12、高灵敏度电容式位移传感器13、输出端花键连接盘14和连接筒
支撑座15组成。
[0030] 本发明提供的通过变接触刚度测试获取摩擦片齿部周向载荷分布的方法，该方法包括如下步骤：
[0031] 步骤一，利用多片蝶形弹簧叠合为一组的组合方式来控制试验装置的加压，使压板和摩擦片之间的压强保持特定压强；如图1所示，为保持被试件在试验过程中，能始终保持在原位置上而不随
动力端转动，且轴向压力在摩擦层
许可范围内，经计算，本发明采用每4个蝶形弹簧10叠合为一组的组合方式来控制实验装置的加压，使压板和摩擦片之间的压强保持为10MPa。
[0032] 步骤二，根据摩擦系数设定凹槽压板的深度，使得凹槽压板既要能起到摩擦片定位作用，又要能满足外端压板和凹槽压板之间的轴向压力，使得摩擦片具有足够的摩擦力，同时还要兼顾保持摩擦片摩擦层摩擦性能；因此压板凹槽深度的选择至关重要。经测量、计算，凹槽深度为被试件厚度的1/3为最佳。
[0033] 步骤三，根据摩擦副齿部啮合受力方向，将高灵敏度位移传感器的测试位置安装在内毂啮合齿部侧面，方向为法向方向；电容式位移传感器13安装位置和测试方向的选择，将直接关系到试验结果的精确性。将高灵敏度位移传感器的测试位置安装在内毂啮合齿部侧面，方向为法向方向。由于在试验过程中，摩擦片和内毂的啮合刚度非常 大，啮合齿的位移变化很小，属于微米级，因此，啮合齿侧和法向是最佳的安装位置和测试方向。
[0034] 步骤四，对测量得到的变接触微位移信号进行啮合刚度数据转换，并获得周向载荷分布特征。
[0035] 其中，所述凹槽压板径向开槽处均匀分布3个方向的应变采集数据。
[0036] 其中，所述3个方向的每个方向由6个应变花传感器组成。
[0037] 如图1所示，花键连接筒4通过输出端花键连接盘14和内毂11相连。试验装置是测试浮动支撑下的摩擦片周向载荷分布规律，但由于内毂11和输出端花键连接盘14自身重量较大，会产生较大的向下重力，此重力将使得内毂11的下端齿与摩擦片6啮合齿产生预载荷作用力。因此，在花键连接筒4底端靠近连接盘14附近，安装一个支撑作用的半圆形支架，以保持内毂和摩擦片在未施加外作用力矩时，完全处于浮动支撑条件下的啮合状态，即完全消除了预应力对测试结果的影响作用，提高了测试的准确性。
[0038] 其中，所述将变接触微位移信号转换成啮合刚度数据，并获得周向载荷分布特征的方法，包括如下步骤：
[0039] 步骤一，将变接触微位移传感器测试的信息经数据采集仪和计算机编写的程序，转换成与其相应的齿部啮合刚度数据；
[0040] 步骤二，根据理论计算得到单齿的啮合刚度，推导出摩擦副的实时啮合齿数及其在全齿啮合中所占的百分比数，进而获得齿部的周向载荷分布特征。
[0041] 如图2所示，在外扭矩载荷作用下，摩擦片啮合齿部发生扭转
变形的过程分为两部分：消除间隙区和弹性变形区。在扭矩加载初始阶段，由于浮动支撑内毂11与摩擦片6啮合齿部间存在间隙，两物体齿部间间隙逐渐变小直至完全消除，此时位移变形量处于消除间隙区范围内，摩擦片周向载荷为零。随着扭矩载荷的增大，啮合齿接触并 开始发生弹性变形，但由于重力、加工、安装等各种因素的影响，内毂11与摩擦片6初始时仅部分齿发生接触和弹性变形，因此刚度表现为低值，即摩擦片仅有少数齿处于啮合状态，经计算程序换算，约占全部齿数的2％左右。随着外作用扭矩的继续增大，内毂11与摩擦片6啮合齿数逐渐增多，齿部扭转刚度处于快速增长阶段。通过测试，啮合刚度全过程共有3次明显的变化。在此变化过程中，啮合齿弹性变形量逐渐增大，啮合齿数逐渐增加，刚度因此而呈阶跃式增长。当扭矩继续增大，内毂11与摩擦片6啮合齿数约达到全部齿数的97％左右时，摩擦片齿部扭转刚度达到最大值，并保持不变。
[0042] 本发明的原理：
[0043] 在动力输出端1的载荷作用下，摩擦片啮合齿部会发生消除间隙区和弹性变形区两个过程。在扭矩加载初始阶段，由于浮动支撑内毂11与摩擦片6啮合齿部间存在间隙，两物体齿部间间隙逐渐变小直至完全消除，此时位移变形量处于消除间隙区范围内，摩擦片周向载荷为零。随着扭矩载荷的增大，啮合齿接触并开始发生弹性变形，但由于重力、加工、安装等各种因素的影响，内毂11与摩擦片6初始时仅部分齿发生接触和弹性变形，因此刚度表现为低值，即摩擦片仅有少数齿处于啮合状态。随着动力输出端1的作用扭矩继续增大，内毂11与摩擦片6啮合齿数逐渐增多，啮合齿弹性变形量逐渐增大，齿部扭转刚度将呈阶跃式增长阶段。当动力输出端1的作用扭矩继续增大，内毂11与摩擦片6啮合齿数将会达到全齿啮合或接近全齿啮合的状态，摩擦片齿部扭转刚度达到最大值。当作用扭矩继续增加时，啮合齿数不再发生变化，在摩擦片齿部弹性变形范围内，摩擦片齿部变形量不再变化，扭转刚度基本保持不变，即此时摩擦片齿部周向载荷分布为全齿啮合状态。
[0044] 根据本发明，在摩擦片齿部采用多点齿侧静态应力测试和采集的方法，实现对被试件周向载荷分布特征情况的对比分析，以验证通过 变接触刚度来获取摩擦副齿部周向载荷分布结果的准确性。
[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
