高弹性联轴器用新型BTG塑料合金材料特性分析

摘要

科技和工业的发展，促进了大功率、高速、高温、高精度以及低速、重载机械产品和机械设备的发展，对应用于这些特殊工况条件下传动系统联轴器的功能和作用，提出了新的综合要求。而弹性元件作为联轴器中用以传递转矩的弹性零件，其性能的优良直接决定了弹性联轴器的特性。目前，高弹性联轴器品种繁多，但金属弹性联轴器阻尼小，若采用硅油增加阻尼则增加了工艺的复杂性，造价高、维护困难。而橡胶元件易老化，耐油性和耐高温差的缺点也影响了它的使用范围。由此，采用新材料替代传统材料以改善弹性联轴器的性能已成为一个必然趋势。
　　 BTG塑料合金材料其吸振性能好，而且加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损性能和抗疲劳磨损性能等，尤其是其吸振性能、化学稳定性能好，非常适合于用作高弹性联轴器制造材料。然由于其为新型材料，现今国内外对其研究很少，由此对BTG塑料合金材料性能的研究就具有了较强的实用性和现实意义。
　　 本文基于弹性力学、粘弹性力学及连续体力学等理论，利用实验研究与理论分析相结合的手段，对BTG塑料合金粘弹特性进行分析研究。
　　 主要研究内容及相关结论如下：
　　 ①利用动态热力学分析仪DMA242对BTG塑料合金进行多温度下的1000s时长的松弛实验，并建立各温度下材料的分数导数Kelvin模型，而后利用模型理论推导出其各相关动态性能，结果表明分数导数Kelvin模型能够准确的表述BTG塑料合金各温度下的松弛模量变化规律。
　　 ②由时温等效原理得到各温度下长时间的松弛模量数据，并以此识别参数建立新的分数导数模型，将其与原模型进行比较分析，其两者模型在实验时间点内重合度较高，经时温等效原理修改后的松弛模量变化规律仍可用分数导数Kelvin模型较好的进行描述。
　　 ③利用线性方程组插值求解法，建立了常用于粘弹性材料描述的两种模型间的数学联系，基于数学理论实现了分数导数模型与标准流变模型的转化，为粘弹性材料广义Maxwell模型的建立及两种模型的转化提供了一种新的思路和方法。由此基于此种方法得到各温度下能直接用于软件进行有限元分析的BTG塑料合金的广义Maxwell模型。仿真曲线表明，通过这种方法得到的广义Maxwell模型松弛模量曲线与实验数据重合度非常高。