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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系．根據仿真實驗結果，對皮帶盤進行不同矯正力作用下的矯正實驗．實驗結果表明，在同一位置連續施加矯正力產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，在新的位置進行矯正．此結論可為自動矯正設備的研發提供理論指導．

關鍵詞：皮帶盤；變形；彈塑性力學；矯正機理

通過油門控制曲軸轉速，無級變速系統（continuouslyvariabletransmission）能實現傳動比連續變化，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．其核心是皮帶傳動的無級變速部件，當輸入軸的轉速較小時，輸出軸不轉；當輸入軸加速至某一轉速時，皮帶張緊，輸出軸開始轉動，隨后輸入軸的轉速增加時，輸出軸的轉速也逐漸增加，甚至高于輸入軸的轉速．無級變速動力傳遞機構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0．8mm，使皮帶張力周期性變化，進而導致車身震動，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驗和感覺，若大批量生產，需要很多人工才能完成矯正，且效率低、一致性差，因此有必要進行自動矯正．提高自動矯正設備的矯正效率和矯正質量的關鍵是對摩托車皮帶盤的矯正機理進行研究．筆者采用有限元仿真，分析皮帶盤變形量與矯正量的關系，建立變形量與矯正量的關系模型，并基于模型進行實驗驗證．

1矯正原理

通過測量儀器，確定零件需要矯正的區域，利用人工或者液壓機械等施加外力，使零件發生彎曲、拉伸等變形，改變零件的彎曲曲率，使其達到平直．根據彈塑性理論［1－2］，零件會出現3種變形狀態：彈性彎曲極限狀態、彈塑性彎曲狀態、全塑性彎曲狀態．在第1種狀態，零件彎曲變形并沒有達到屈服極限，去掉外力后，零件恢復原狀．在第2種狀態，零件既發生彈性變形又發生塑性變形，去掉外力后，發生彈性變形的部分能恢復，而塑性變形部分則保留．第3種狀態為理想情況，零件發生完全塑性變形．如何從理論上判斷被矯正物體是否由彈性狀態進入塑性狀態，需要知道零件滿足的屈服條件，且以這些條件為基礎，建立零件的力學方程、幾何方程、本構方程，進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［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，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，然后將其導入Ansys有限元分析軟件，對皮帶盤進行網格劃分．根據皮帶盤矯正設備的固定情況可知，邊界條件為對皮帶盤中心的6自由度約束．選GB699規范的15＃鋼為皮帶盤材料，根據邊界條件及加載，可得零件內部任意點的應力、應變及位移等參數，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，當承受的應力超過屈服應力后，變形將進入塑性區．因此，可對皮帶盤的特定位置施加外力，使需矯正的區域產生永久塑性變形，從而達到矯正的目的．將皮帶盤沿圓周等分為A，B，C，D區域．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，皮帶盤變形區域內既有彈性變形，也有塑性變形，紅色區域的變形最大、藍色最小．在壓力F的作用下，A區域的變形量隨力增大而增大．當A區域向下變形量達到1mm時，B區域也出現向下的變形．在A區域的整個變形過程中，C區域和D區域均出現與A區域方向相反的變形．圖4為力撤銷后的皮帶盤變形圖，由圖4可知，當外力F撤銷后，A區域既有彈性變形也有塑性變形，當A區域的變形量達到1mm時，力F撤銷后A區域殘留的變形量可達近0．1mm，即產生了0．1mm的矯正量．B，C，D區域大部分為彈性變形，力F撤銷后這3個區域的變形量均在0．01mm以內，因此可不考慮A區域矯正對B，C，D區域的影響，但要控制矯正力的臨界值，防止在對A區域進行矯正的過程中，其他區域也發生較大的塑性變形，導致重復矯正，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．筆者根據仿真實驗結果，使用如圖5所示的手動矯正設備進行實驗．皮帶盤通過中心孔固定在設備的芯軸上且可自由轉動，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施加．為了分析皮帶盤下壓變形量和矯正量之間的關系，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，使其產生1．0，1．5，2．0mm的下壓變形量．在皮帶盤同一位置連續3次施加1．0mm下壓變形量對應的矯正量如表1所示．

4結束語

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系．根據仿真實驗結果，對皮帶盤進行了在不同矯正力作用下的矯正實驗．實驗結果表明，在同一位置連續施加矯正力產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行矯正，這樣可以提高矯正效率．根據該文分析得到的變形量與矯正量關系模型，能有效實現皮帶盤的矯正，且矯正效率高．該文的實驗結論可指導后續的自動矯正設備的研發，以提供矯正的效率．

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