摩擦提升機(jī)襯墊硬度與比壓關(guān)系的理論研究

壹計(jì)的測(cè)試機(jī)理

硬度是衡量材料軟硬程度的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo).它是材料抵抗彈性變形塑性變形或破壞的能力。常用的硬度測(cè)試方法有靜負(fù)荷硬度測(cè)試法劃痕硬度測(cè)試法切割硬度測(cè)試法與磨損硬度測(cè)試法等等。本文以PU襯墊進(jìn)行硬度測(cè)試根據(jù)PU襯墊的性質(zhì)采用靜負(fù)荷硬度測(cè)試法用邵氏D型硬度計(jì)對(duì)其進(jìn)行硬度測(cè)試。

其工作原理是將規(guī)定形狀的壓針在標(biāo)準(zhǔn)彈簧壓力下.在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把壓針壓入試樣的深度轉(zhuǎn)換為硬度值，表示該試樣材料的硬度等級(jí)硬度值直接從硬度計(jì)的指示表上讀取硬度計(jì)通過(guò)彈籃對(duì)壓針施加的力與硬度指示值之間是一個(gè)線性關(guān)系。

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(1)襯墊硬度測(cè)試的加載模型

襯墊硬度測(cè)試過(guò)程須采用局部加載模型。局部加載時(shí),應(yīng)力隨著離開(kāi)載荷作用面的距離的增大而迅速衰減,載荷只作用在很小的區(qū)域,即使按強(qiáng)度里論已達(dá)到屈服點(diǎn)也只是在局部點(diǎn)處發(fā)生塑性變衫周圍仍然是彈性狀態(tài)。基于局部載荷作用區(qū)域很小，受局部載荷的物體往往抽象為半空間體.在有法向載荷的作用下設(shè)置坐標(biāo)系如圖1所示

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式(4)中當(dāng)r=0且z=0(即 p=0)時(shí)各應(yīng)力分量均為無(wú)窮大,由于實(shí)際載荷不可能集中到一個(gè)幾何點(diǎn)上.實(shí)際應(yīng)力不可能無(wú)限大。在襯墊硬度的測(cè)試中,圓球測(cè)頭不會(huì)形成集中載荷隨著測(cè)頭壓入.載荷面積還會(huì)不斷增大測(cè)試區(qū)域的實(shí)際應(yīng)力不會(huì)無(wú)限大。

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(2)襯墊硬度測(cè)試中的應(yīng)力分布在進(jìn)行襯墊硬度測(cè)試時(shí)襯墊受到的是與測(cè)頭接觸區(qū)域內(nèi)的分布載荷,產(chǎn)生的彈塑性變形是由此分布載荷作用下的材料內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)決定的。彈性理論證明了任何不是奇異點(diǎn)的幾何面在彈性接觸變形后的接觸面為圓由Hertz 接觸理論載荷在作用區(qū)域上的應(yīng)力分布遵循橢圓面方程由于襯墊硬度測(cè)試的各類測(cè)頭(球形、棱錐形等)

在形狀上都是對(duì)稱的.并考慮到彈性體內(nèi)的應(yīng)力分布以圓接觸面中心為對(duì)稱軸，且圓狀分布載荷的最大值。也作用于圓接觸面的中心,因此襯墊硬度測(cè)試中。作用線的應(yīng)力狀況是最為重要的此作用線上襯墊變形量最大令式(5)中P=1可得單位集中載荷作用下襯墊的應(yīng)力分布，經(jīng)坐標(biāo)變換得到極坐標(biāo)下的各應(yīng)力分

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2墊受力分析

國(guó)內(nèi)外的摩擦提升機(jī)廣泛采用半圓形繩槽.其摩擦效果好襯墊不易磨損。在試驗(yàn)條件下,鋼絲繩與襯墊槽的接觸角度略小于 180°，以保證2個(gè)襯墊塊不接觸。微段圓弧上鋼絲繩與襯墊在截面上的正壓力分布和微段鋼絲繩受力圖如圖2和3所根據(jù)圖2的襯墊受力截面圖,假設(shè)繩槽最低點(diǎn)的壓力為p,并且襯墊槽內(nèi)的受力呈近似余弦分布則在p角處的壓力P鋼繩對(duì)墊槽垂直壓力之和N鋼絲繩對(duì)襯墊的正壓力p及摩擦力下分別

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所得平均比壓從宏觀和微觀角度推導(dǎo)得出.在試驗(yàn)測(cè)量計(jì)算中可作為比壓的參考公式另外根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系,比壓的測(cè)試的原理就是給一個(gè)圓柱剛體在襯墊表面加壓測(cè)量襯墊的變形量。3 襯墊硬度與比壓關(guān)系的確立(1)襯墊的應(yīng)力與應(yīng)變由材料力學(xué)知,某一材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為襯墊在襯墊槽內(nèi)受力呈近似余弦分布,并且在繩槽的最低點(diǎn)襯墊受到的壓力最大,該點(diǎn)產(chǎn)生最大的壓應(yīng)變,由于該點(diǎn)只有一個(gè)壓應(yīng)力 o,當(dāng)彈性接觸變形后的接觸面為圓形時(shí),由式(10)有o=-q?/(+z’),可得o=0;,令a=z,得 o=-q/2,因此襯墊的最大受力點(diǎn)的變形為

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