摩托車皮帶盤變形矯正探討范文

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摘要：為了提高摩托車皮帶盤的變形矯正效率，通過有限元仿真，分析皮帶盤的彈塑性變形機理，得到矯正力大小、作用位置與該位置變形量之間的關(guān)系．根據(jù)仿真實驗結(jié)果，對皮帶盤進(jìn)行不同矯正力作用下的矯正實驗．實驗結(jié)果表明，在同一位置連續(xù)施加矯正力產(chǎn)生的皮帶盤塑性變形量會逐漸下降，不利于矯正，必須矯正后重新確定皮帶盤最大變形量所處位置，在新的位置進(jìn)行矯正．此結(jié)論可為自動矯正設(shè)備的研發(fā)提供理論指導(dǎo)．

關(guān)鍵詞：皮帶盤；變形；彈塑性力學(xué)；矯正機理

通過油門控制曲軸轉(zhuǎn)速，無級變速系統(tǒng)（continuouslyvariabletransmission）能實現(xiàn)傳動比連續(xù)變化，且不存在傳動比突變造成的沖擊，因此其廣泛用于摩托車的傳動系統(tǒng)．其核心是皮帶傳動的無級變速部件，當(dāng)輸入軸的轉(zhuǎn)速較小時，輸出軸不轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入軸加速至某一轉(zhuǎn)速時，皮帶張緊，輸出軸開始轉(zhuǎn)動，隨后輸入軸的轉(zhuǎn)速增加時，輸出軸的轉(zhuǎn)速也逐漸增加，甚至高于輸入軸的轉(zhuǎn)速．無級變速動力傳遞機構(gòu)主要由前傳動和后傳動兩大部分組成．后帶輪由固定盤、移動盤及彈簧組成．焊接和熱處理后，固定盤及移動盤變形引起的跳動量可達(dá)0．8mm，使皮帶張力周期性變化，進(jìn)而導(dǎo)致車身震動，影響行車的安全性及舒適性，因此必須對該變形進(jìn)行矯正．人工矯正是目前廣泛使用的方法，人工矯正完全依靠經(jīng)驗和感覺，若大批量生產(chǎn)，需要很多人工才能完成矯正，且效率低、一致性差，因此有必要進(jìn)行自動矯正．提高自動矯正設(shè)備的矯正效率和矯正質(zhì)量的關(guān)鍵是對摩托車皮帶盤的矯正機理進(jìn)行研究．筆者采用有限元仿真，分析皮帶盤變形量與矯正量的關(guān)系，建立變形量與矯正量的關(guān)系模型，并基于模型進(jìn)行實驗驗證．

1矯正原理

通過測量儀器，確定零件需要矯正的區(qū)域，利用人工或者液壓機械等施加外力，使零件發(fā)生彎曲、拉伸等變形，改變零件的彎曲曲率，使其達(dá)到平直．根據(jù)彈塑性理論［1－2］，零件會出現(xiàn)3種變形狀態(tài)：彈性彎曲極限狀態(tài)、彈塑性彎曲狀態(tài)、全塑性彎曲狀態(tài)．在第1種狀態(tài)，零件彎曲變形并沒有達(dá)到屈服極限，去掉外力后，零件恢復(fù)原狀．在第2種狀態(tài)，零件既發(fā)生彈性變形又發(fā)生塑性變形，去掉外力后，發(fā)生彈性變形的部分能恢復(fù)，而塑性變形部分則保留．第3種狀態(tài)為理想情況，零件發(fā)生完全塑性變形．如何從理論上判斷被矯正物體是否由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，需要知道零件滿足的屈服條件，且以這些條件為基礎(chǔ)，建立零件的力學(xué)方程、幾何方程、本構(gòu)方程，進(jìn)而確定需要施加的矯正力大小、每次矯正后的變形量大小和需要矯正的次數(shù)［3－6］．圖1為摩托車皮帶盤實物圖，其外形為有一定錐度的圓盤．需矯正的位置隨機分布于皮帶盤，對某位置的矯正可能引起其他位置變形，從而增加矯正的次數(shù)，降低矯正效率．因此，筆者采用有限元仿真［7－9］研究摩托車皮帶盤的受力變形及矯正機理．

2摩托車皮帶盤受力變形機理

按照實際零件尺寸建立皮帶盤的3維模型，然后將其導(dǎo)入Ansys有限元分析軟件，對皮帶盤進(jìn)行網(wǎng)格劃分．根據(jù)皮帶盤矯正設(shè)備的固定情況可知，邊界條件為對皮帶盤中心的6自由度約束．選GB699規(guī)范的15＃鋼為皮帶盤材料，根據(jù)邊界條件及加載，可得零件內(nèi)部任意點的應(yīng)力、應(yīng)變及位移等參數(shù)，以此分析皮帶盤的變形情況．摩托車皮帶盤材料為15＃鋼，雙線性等向強化模型對該類鋼有很好的近似，故采用雙線性等向強化模型（bilinearisotropichardeningmaterialmodel）進(jìn)行仿真．圖2為摩托車皮帶盤塑性材料的特性曲線．由圖2可知，當(dāng)承受的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力后，變形將進(jìn)入塑性區(qū)．因此，可對皮帶盤的特定位置施加外力，使需矯正的區(qū)域產(chǎn)生永久塑性變形，從而達(dá)到矯正的目的．將皮帶盤沿圓周等分為A，B，C，D區(qū)域．圖3為力F作用下的皮帶盤變形圖．由圖3可見，在力的作用下，皮帶盤變形區(qū)域內(nèi)既有彈性變形，也有塑性變形，紅色區(qū)域的變形最大、藍(lán)色最?。趬毫的作用下，A區(qū)域的變形量隨力增大而增大．當(dāng)A區(qū)域向下變形量達(dá)到1mm時，B區(qū)域也出現(xiàn)向下的變形．在A區(qū)域的整個變形過程中，C區(qū)域和D區(qū)域均出現(xiàn)與A區(qū)域方向相反的變形．圖4為力撤銷后的皮帶盤變形圖，由圖4可知，當(dāng)外力F撤銷后，A區(qū)域既有彈性變形也有塑性變形，當(dāng)A區(qū)域的變形量達(dá)到1mm時，力F撤銷后A區(qū)域殘留的變形量可達(dá)近0．1mm，即產(chǎn)生了0．1mm的矯正量．B，C，D區(qū)域大部分為彈性變形，力F撤銷后這3個區(qū)域的變形量均在0．01mm以內(nèi)，因此可不考慮A區(qū)域矯正對B，C，D區(qū)域的影響，但要控制矯正力的臨界值，防止在對A區(qū)域進(jìn)行矯正的過程中，其他區(qū)域也發(fā)生較大的塑性變形，導(dǎo)致重復(fù)矯正，影響矯正的效率［10］．

3矯正試驗

利用有限元仿真軟件Ansys軟件可得到不同矯正力作用下的皮帶盤矯正量的理論值［11］，但在實際矯正過程中，皮帶盤的矯正量還與矯正力施加的速度、矯正力作用點的位置等因素有關(guān)．筆者根據(jù)仿真實驗結(jié)果，使用如圖5所示的手動矯正設(shè)備進(jìn)行實驗．皮帶盤通過中心孔固定在設(shè)備的芯軸上且可自由轉(zhuǎn)動，皮帶盤的變形量用百分表測量，矯正力由垂直于皮帶盤上方的壓頭通過手輪旋轉(zhuǎn)施加．為了分析皮帶盤下壓變形量和矯正量之間的關(guān)系，選擇不同的需矯正的皮帶輪，通過手輪和壓頭對皮帶盤施加矯正力，使其產(chǎn)生1．0，1．5，2．0mm的下壓變形量．在皮帶盤同一位置連續(xù)3次施加1．0mm下壓變形量對應(yīng)的矯正量如表1所示．

4結(jié)束語

筆者通過有限元仿真，研究了皮帶盤的受力彈塑性變形的機理，分析了矯正力大小、作用位置與該位置變形量間關(guān)系．根據(jù)仿真實驗結(jié)果，對皮帶盤進(jìn)行了在不同矯正力作用下的矯正實驗．實驗結(jié)果表明，在同一位置連續(xù)施加矯正力產(chǎn)生的皮帶盤塑性變形量會逐漸下降，不利于矯正，所以在矯正過程中，每次矯正前均必須確定皮帶盤最大變形量的位置，在新的最大變形量處進(jìn)行矯正，這樣可以提高矯正效率．根據(jù)該文分析得到的變形量與矯正量關(guān)系模型，能有效實現(xiàn)皮帶盤的矯正，且矯正效率高．該文的實驗結(jié)論可指導(dǎo)后續(xù)的自動矯正設(shè)備的研發(fā)，以提供矯正的效率．

作者：武君雯 張濤 楊洪濤 禹斌 單位：安徽大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院 安徽理工大學(xué) 機械工程學(xué)院