一種干式摩擦副紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)測(cè)溫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于履帶車輛傳動(dòng)領(lǐng)域制動(dòng)器摩擦副溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種干 式摩擦副紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)測(cè)溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高能量密度摩擦傳動(dòng)系統(tǒng)是高性能傳動(dòng)的關(guān)鍵，其顯著特征是大功率、高轉(zhuǎn)速，摩 擦副由于其優(yōu)異的耐磨性和較高的熱容被廣泛應(yīng)用于履帶車輛的傳動(dòng)領(lǐng)域。化基Je基粉 末冶金摩擦副，包括制動(dòng)器與離合器，工作在多應(yīng)力復(fù)合環(huán)境中，作為=參數(shù)邊界-壓力、 速度、溫度是影響摩擦副摩擦特性的主要因素，也是摩擦副設(shè)計(jì)過程中的重要參考。現(xiàn)階段 速度邊界能夠通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)量，而溫度邊界的動(dòng)態(tài)測(cè)試一直是=邊界測(cè)量中的重點(diǎn)和難 點(diǎn)，而且現(xiàn)階段的溫度測(cè)試多是局部靜態(tài)測(cè)量，測(cè)量精度低、相應(yīng)較低，目前在干式摩擦片 的設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直沒有有效的并且可靠的摩擦副整體溫度場(chǎng)的測(cè)量的成熟方法。對(duì)摩擦副進(jìn) 行=維建模模擬溫度載荷是獲得整體溫度場(chǎng)的主要手段?，F(xiàn)階段采用的一般熱電偶的方 法，只能測(cè)量被測(cè)體內(nèi)部的溫度，不能適應(yīng)履帶車輛摩擦副的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，無法滿足新型號(hào)新 裝置摩擦副的設(shè)計(jì)要求。
[0003] 長(zhǎng)期W來摩擦副表面壓力測(cè)量困難主要集中在W下幾方面；（1)測(cè)量元件難W測(cè) 量高速摩擦的接觸表面的溫度；（2)現(xiàn)階段的測(cè)量都集中在局部測(cè)量，對(duì)于摩擦元件整體 溫度場(chǎng)測(cè)量仍存在困難；（3)摩擦元件往往伴隨旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)有測(cè)量手段難W克服在移動(dòng)或者 旋轉(zhuǎn)件上進(jìn)行測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的摩擦副接觸溫度條件 無法測(cè)量的問題，提供一種干式摩擦副紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)測(cè)溫，該方法有效的解決了 當(dāng)前摩擦副在高速滑摩過程中難W獲得的問題，其優(yōu)點(diǎn)在于在摩擦副高速滑摩過程中，實(shí) 現(xiàn)了摩擦副接觸部位和其內(nèi)部的整體的溫度測(cè)量，在確定了摩擦副精確溫度條件的同時(shí)， 為摩擦副動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為；一種干式摩擦副紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)測(cè)溫方法，其 特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0006] 步驟一、分析摩擦元件的工況條件及摩擦副的加載支撐結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，獲得摩擦副 的幾何尺寸，計(jì)算極限工況下的摩擦副的產(chǎn)熱量；
[0007] 步驟二、根據(jù)步驟一中分析獲得的摩擦副的支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和摩擦副的幾何尺寸建 立有限元分析模型，將計(jì)算獲得的總產(chǎn)熱量作為熱邊界條件輸入到模型參數(shù)中；
[0008] 步驟=、W步驟二建立的模型為基礎(chǔ)，對(duì)模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析，根據(jù)摩擦副的 熱分析結(jié)果確定摩擦副溫度分布的上下限，從而獲取溫度測(cè)量的大致溫度范圍，確定方法 如下：
[0009] 在溫度計(jì)算有限元仿真的溫度場(chǎng)結(jié)果中查看穩(wěn)態(tài)計(jì)算過程結(jié)束時(shí)，摩擦副表面溫 度的最大值與最小值，作為紅外傳感器的溫度范圍值；將摩擦副內(nèi)部溫度的最大值與最小 值，作為熱電偶的溫度范圍；
[0010] 步驟四、按照步驟=獲得的溫度范圍，結(jié)合步驟一中摩擦元件的工況條件和測(cè)量 人員對(duì)于測(cè)量的要求，在紅外傳感器手冊(cè)和熱電偶手冊(cè)中查找滿足各自溫度范圍的相應(yīng)的 紅外傳感器和熱電偶的型號(hào)，如可測(cè)溫度范圍、測(cè)量頻率、溫度分辨率等；
[0011] 步驟五、完成步驟四，測(cè)量已選紅外傳感器的幾何尺寸中包括（直徑D1、長(zhǎng)度LI, 測(cè)量孔直徑d等）或者根據(jù)傳感器的說明書的安裝尺寸，在摩擦元件接觸表面的背面打通 孔，孔的尺寸為B=Dl+2mm，加工軸套，軸套尺寸為：內(nèi)徑D2 =B+0. 5,外徑D3 =D2+6mm， 在軸套上打M4的螺紋孔，配M4的緊定螺釘，使紅外傳感器能夠固定在摩擦元件上；
[0012] 步驟六、根據(jù)已選的熱電偶的型號(hào)，測(cè)量其安裝尺寸（包括直徑D4、長(zhǎng)度L2)或者 根據(jù)其使用說明中的安裝尺寸，在摩擦元件側(cè)面打孔，孔徑C=D4+2mm，深度為L(zhǎng)2,安裝緊 定螺釘，將熱電偶固定，熱電偶的測(cè)點(diǎn)分布一般為6~8個(gè)，或者測(cè)量者根據(jù)測(cè)試需要自行 決定；
[0013] 步驟走、將熱電偶和紅外傳感器的接線與無線變送器相連，將無線變送器固定于 旋轉(zhuǎn)軸上，將磨合充分的摩擦副進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)試，接通測(cè)試儀，通過電壓指示計(jì)調(diào)零電路， 獲取干式摩擦副紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)溫度狀態(tài)。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[001引 （1)本發(fā)明采用紅外熱電偶嵌入式動(dòng)態(tài)測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)摩擦副滑摩狀態(tài)整體測(cè)溫，測(cè)量 范圍廣。
[0016] (2)本發(fā)明將熱電偶測(cè)量元件埋于摩擦副內(nèi)部，將紅外傳感器固定于摩擦副外部， 充分利用了熱電偶接觸測(cè)量精度較高化及紅外傳感器采集頻率較高的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的 不足。
[0017] (3)本發(fā)明既能測(cè)量摩擦副在靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）下的溫度分布狀況，又能夠測(cè)量摩擦副 在對(duì)摩過程中的摩擦溫度場(chǎng)，本方法的測(cè)量適用性較好。
[0018] (4)本發(fā)明測(cè)量精度高，測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)試點(diǎn)位布置方便，測(cè)試成本較低。
[0019] (5)該方法有效的解決了當(dāng)前摩擦副滑摩過程的整體溫度場(chǎng)無法真實(shí)獲得的困 難，實(shí)現(xiàn)了溫度的動(dòng)態(tài)測(cè)試，在確定了摩擦副精確溫度邊界條件的同時(shí)，為摩擦副動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 提供了理論依據(jù)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明中S維模型；
[0022] 圖3為本發(fā)明摩擦片溫度場(chǎng)仿真結(jié)果云圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明中紅外傳感器安裝尺寸；
[0024] 圖5為本發(fā)明中熱電偶選型，其中，1為傳感器，2為高頻瓷管，3為保護(hù)管，4為連 接裝置，5為接線盒，6為變送模塊，7為插入長(zhǎng)度（1)，8為冷端長(zhǎng)度，9為保護(hù)管總長(zhǎng)度（L); [00巧]圖6為本發(fā)明套筒結(jié)構(gòu)示意圖；
[002引圖7為本發(fā)明中紅外傳感器打孔，其中，10為測(cè)量用通孔，11為對(duì)偶片，12為M3螺 栓孔；
[0027] 圖8為本發(fā)明中裝配過程圖，其中，11為對(duì)偶片，13為紅外傳感器，14為套筒，15 為熱電偶，16為緊定螺釘，17為傳導(dǎo)材料，18為摩擦片。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法的實(shí)施方式做詳細(xì)說明。
[0029] 理論研究和試驗(yàn)過程都發(fā)現(xiàn)化基粉末冶金摩擦副在接合過程中溫度分布并不均 勻，該特點(diǎn)的產(chǎn)生是由于加壓結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與接觸表面特性共同決定的。本發(fā)明采用紅外測(cè) 溫與熱電偶測(cè)溫相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)摩擦副滑摩狀態(tài)下動(dòng)態(tài)整體溫度的測(cè)量。
[0030] 為了實(shí)現(xiàn)摩擦副整體溫度分布測(cè)試，加工測(cè)試樣件。為了不影響化基粉末冶金摩 擦片的摩擦表面的真實(shí)情況，在對(duì)偶鋼片的表面上打若干個(gè)通孔（一般是在徑向上打孔）， 按照紅外傳感器安裝尺寸打M3或者M(jìn)4的螺紋孔。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明預(yù)埋銷釘應(yīng)變測(cè)量的動(dòng)態(tài)接觸壓力測(cè)試方法具體實(shí)現(xiàn)過程如 下：
[0032] 步驟一、確定出摩擦副工作狀態(tài)下的工況條件（主要為載荷與轉(zhuǎn)速）；摩擦片的幾 何尺寸（內(nèi)外徑，厚度，摩擦層厚度等）及加載結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括摩擦副工作時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，加壓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如采用哪種支撐，軸承位置W及加載力位置和方向等。摩擦副幾何尺寸、 工況條件和加載結(jié)構(gòu)的分析主要對(duì)加載結(jié)構(gòu)進(jìn)行化簡(jiǎn)，用W完成摩擦副接觸壓力分布的初 步分析，為仿真模型的建立提供必要的參數(shù)支持。
[0033] 步驟二、在ANSYS或者AB卵S中按照摩擦副的支撐結(jié)構(gòu)，尺寸要求等建立S維模 型，按照摩擦副的材料屬性賦予S維模型材料單元屬性，按照加載結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按照載荷大小 加載，計(jì)算獲得的總產(chǎn)熱量作為熱邊界條件輸入到模型參數(shù)中，具體的計(jì)算方法如下：
[0034]
[00巧]其中；M為總的產(chǎn)熱量；
[0036] J為被動(dòng)端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0037] ? 1為摩擦元件結(jié)合前轉(zhuǎn)速；
[003引 《2為摩擦元件結(jié)合后轉(zhuǎn)速；
[0039] 步驟=、W步驟二建立的模型為基礎(chǔ)，對(duì)模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析，獲得穩(wěn)態(tài)有限 元溫度場(chǎng)分析結(jié)果，選取對(duì)偶盤接觸表面的節(jié)點(diǎn)處的溫度的計(jì)算的值，作為=維仿真的計(jì) 算結(jié)果。模型的建立及有限元的分析是為了獲取摩擦副溫度分布的大致范圍，為后續(xù)傳感 器的選擇提供初步的依據(jù)。根據(jù)摩擦副的熱分析結(jié)果確定摩擦副溫度分布的上下限，從而 獲取溫度測(cè)量的大致溫度范圍，確定方法如下：
[0040] 在溫度計(jì)算有限元仿真的溫度場(chǎng)結(jié)果中查看穩(wěn)態(tài)計(jì)算過程結(jié)束時(shí)，摩擦副表面溫 度的最大值與最小值，作為紅外傳感器的溫度范圍值；將摩擦副內(nèi)部溫度的最大值與最小 值，作為