Page 74 - 理化检验-化学分册2017第八期

孙宝瑞, 等: 关节轴承衬垫摩擦性能试验机结构设计与运动分析

包括衬垫摩擦力 F １ 以及摩擦载体与自润滑轴承的
摩擦力 f ２ 其中 f ２ 与导轨副摩擦力 f ３ 有关, 而导
,
轨副摩擦力 f ３ 又与衬垫摩擦力 F １ 有关, 因此正向
加载力与衬垫磨损量相互影响, 关系复杂.下面建
立关节轴承衬垫摩擦性能试验机数学模型, 对其进
行运动学理论分析, 确定正向加载力与衬垫摩擦力
之间的关系.
以摩擦载体在工作台投影的中心为坐标原点,
图 ５ x 向和 y 向受力示意图
水平方向为x 轴, 垂直方向为 y 轴, 摩擦载体的轴 Fi g 敭５ Schematicdia g ramofxand yforce

线为z 轴, 建立坐标系, 如图 ５ 和图 ６ 所示, 其中l １
为滑块 x 方向的间距, l ２ 为滑块 y 方向的间距, l ３
,
为滑块 x 方 向 的 中 心 面 与 坐 标 原 点 的 距 离, P １
P ２ P ３ P ４ 分别为 ４ 个滑块承受的压力, 设自润滑
, ,
轴承外圈与内圈的摩擦因数为 μ １ 导轨副的摩擦因
,
,
数为 μ ２ 则有
( ) ( １ )
F n１ ＝F n － μ １ F １ ＋m１
式中: m１ 为右加载板及其上各零件质量总和.
根据导轨副计算公式得到 ４ 个滑块承受的压力
分别为 图 ６ z 向受力示意图
２F １ ２F １ l ３ F １ F １ l ３ Fi g 敭６ Schematicdia g ramof zforce
P １ ＝P ３ ＝ ＋ ＝ ＋ ( ２ )
４ ２l １ ２ l １ 值随着摩擦载体运动加速度的变化作同向变化; 衬
２F １ ２F １ l ３ F １ F １ l ３ ( ３ ) 垫正向加载力小于正向加载传感器测量值, 当正向
P ２ ＝P ４ ＝ － ＝ －
４ ２ l １ ２ l １
加载作动器输出力固定时, 衬垫所受的正向加载力
则导轨副的摩擦力为
随着往复运动传感器测量值和摩擦载体运动加速度
( )
f ３ ＝ μ ２ P １ ＋P ２ ＋P ３ ＋P ４ ＋m２ 的变化而实时变化.
( ４ )
＝ ２ μ ２ F １ ＋ μ ２ m２
式中: m２ 为滑块上各零件质量总和. ３ 运动学仿真分析
由于导轨副摩擦力的存在, 导致摩擦载体与自 采用多体动力学软件 Recurd y n 对关节轴承衬
,
润滑轴承产生摩擦力 f ２ 则有 垫摩擦性能试验机进行运动学仿真分析, 讨论随着
( ５ ) 往复摩擦作动器的运动, 衬垫摩擦力、 往复运动传感
f ２ ＝ μ １ f ３ ＝ ２ μ １ μ ２ F １ ＋ μ １ μ ２ m２
根据图 ６ 建立力平衡方程如下 器测量值和正向加载传感器测量值的变化.
Fm －２ F １ －f ２ ＝m３ a ( ６ ) ３．１ 仿真设置
式中: Fm 为往复运动传感器测量值; m３ 为摩擦载 仿真模型如图 ７ 所示, 按照各零部件间的运动
体及其上各零件质量总和; a 为摩擦载体加速度. 关系施加运动副, 设置导轨副摩擦因数为 ０．００３ , 自
整理得单个衬垫与摩擦载体的摩擦力为 润滑轴承外圈与内圈的摩擦因数为 ０．２ , 推力关节

μ １ μ ２ m２ ＋m３ a 轴承内外圈面接触摩擦因数为 ０．１ , 衬垫与摩擦载
Fm
F １ ＝ － ( ７ )
２＋２ μ １ μ ２ ２＋２ μ １ μ ２ 体摩擦因数为 ０．０８ .正向加载作动器输出载荷为
将式( ６ ) 带入式( １ ) 得 １２０kN , 如图 ８ 所示; 往复摩擦作动器按照正弦波
２
μ １ μ ２ m２ ＋ μ １ m３ a 运动, 振幅 ５０mm , 频率分别为 ３．２ , １０ Hz , 两种频
μ １ Fm
F n１ ＝F n － ＋ － μ １ m１
率往复运动加载曲线如图 ９ 和图 １０ 所示, 对其进行
２＋２ μ １ μ ２ ２＋２ μ １ μ ２
( ８ ) 仿真分析.
式( ７ ) 和式( ８ ) 分别为衬垫摩擦力和施加到衬垫 ３．２ 结果分析
上的正压力, 衬垫摩擦力小于往复运动传感器测量 ( １ ) １０Hz运动加载
值, 当衬垫摩擦力为固定值时, 往复运动传感器测量 保持正向加载传感器 １２０kN 加载力, 往复摩
５ ８ ２