自行車無級變速器的結構設計【鋼球外錐式無級變速器】
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附 錄1：英文文獻翻譯及原文
通過噴丸改善無級變速器鋼帶的疲勞強度
無級變速器（CVT）采用的鋼帶在操作過程中要受到彎曲載荷。元件的最薄弱的部分是在作為金屬環(huán)的“頸部”的根部。為了減少應力集中，頸部的根部做成圓形，并對鋼帶的形狀進行了優(yōu)化。不過，如果該元件可以提高疲勞強度，鋼帶可應用于大引擎。雖然傳統(tǒng)的噴丸是一種提高疲勞強度的方法，但卻很難到達深而窄的區(qū)域。
最近，一種用沖擊產(chǎn)生空化泡爆裂的沖擊法已經(jīng)開發(fā)出來。這種方法稱為“氣穴噴丸”，因為噴射不是必需的。由于泡沫可以通過深而窄的通道而到達凹面，并在需要的地方爆裂，所以CSP可以到達這些區(qū)域，并對表面進行加工。
在本文中，CSP對無級變速器鋼帶疲勞強度的提高已被實驗證明。元件分別進行了不同時間的處理，并進行了疲勞測試評估，以找出最佳的處理時間。為了評估CSP噴丸的效果，對殘余應力進行了測量。請注意，這是第一篇發(fā)表的關于不直接噴射某一部分而使其疲勞強度提高的報告。
CSP使用空化射流裝置應用于元件，詳情可見參考文獻。氣體通過堆疊的溝槽注入到元件的頸部，垂直地通過元件，如圖1。每單位長度的處理時間tp，由流動數(shù)n和流動速度v定義：
空化射流的關鍵參數(shù)空化數(shù)r，由注射壓力p1定義，罐內壓力p2和飽和蒸氣壓力pv，如下：
σ可用式（2）簡化表示，因為p1〉〉p2〉〉pv。絕對壓力值被用來確定空化數(shù)?？紤]到以??往的工作成果，表1中所示的CSP處理條件是進行了篩選的。
測試的元件形狀與無級變速器實際使用的鋼帶元件是一樣的。該元件是根據(jù)日本工業(yè)標準JIS SK5制造的，與實際元件的加熱處理相同。
為了檢測疲勞強度的提高，在圖2的A位置，通過一個二維位置X -射線衍射靈敏正比計數(shù)器，用二維的方法對元件的殘余應力進行測量。CSP后，該元素的一部分被切斷，進入X -射線衍射儀檢測X射線，如圖2所示。鉻管在35千伏電壓和40 毫安電流的條件下使用。準直器直徑為0.1毫米。 X射線計數(shù)每幀為20分鐘。衍射平面是一個α-Fe平面（211），衍射角2θ，約156度。楊氏模量和泊松比使用的值分別為210 GPa和0.28。元件的縱向殘余應力用二維的方法從13個單位獲得。
為了評估元件的疲勞強度，對元件進行了一個彎曲疲勞測試，如圖3所示。正如圖所示，該元件是固定的，負載F為垂直方向。圖4說明了在疲勞測試中用于多種單位長度處理時間tp的循環(huán)失敗次數(shù)N和規(guī)范化的彎曲力振幅之間的關系。受彎力振幅是由非噴丸樣品的疲勞強度規(guī)范，這是用里特的方法得到的。疲勞試驗被終止在N = 106，因為它證實了能承受106次循環(huán)的樣品，也能承受107次。從圖中可明顯看出，相對于非噴丸樣品，CSP可延長樣品的壽命。經(jīng)CSP處理的樣品的歸一疲勞強度，當tp = 2.5 s/mm時，為1.22，當tp = 5 s/mm時，為1.38，當tp = 10 s/mm時，為1.48，當tp = 20 s/mm時，為1.32，當tp = 40 s/mm時，為1.28。當tp = 10 s/mm時，元件的疲勞強度相對于非噴丸元件提高了48%。
圖5所示為每單位長度的CSP處理時間tp的函數(shù)歸疲勞強度。隨著tp增加而升高，直到tp = 10 s/mm則有所降低。這表明，噴丸存在一個最佳的處理時間，如果處理時間過長會造成疲勞強度降低。對于在這里適用的條件，最佳的CSP每單位長度的處理時間為10 s/mm。圖6顯示的是圖2中的A位置元件的殘余應力在單位長度處理時間tp下的變化情況。為了評估的重復性，分別對兩種元件的殘余應力在單位長度的處理時間下用二維X射線衍射法進行了測試。
每次測量的標準偏差如圖6所示。若不用CSP處理，殘余應力為-140 ± 50 MPa，而用CSP處理后，殘余應力強于-600 MPa。因此，CSP可以對表面有殘余壓應力，即使是深而窄的腔。由空化旗袍爆裂產(chǎn)生的影響可以給表面帶來殘余壓應力，是直接噴射所不能做到的（見圖1）。當tp = 2.5 s/mm時，短時間處理的表面的殘余應力提高到-800 MPa and -1,000 MPa之間，然后略有下降到大約-800 MPa，如圖6所示。根據(jù)先前的一份報告，材料表面的殘余應力飽和后，其次表面的殘余壓應力會增加。因此次表面的殘余壓應力在tp ≥2.5 s/mm時將增加。這就是目前條件下的最佳處理時間為tp = 10 s/mm的原因之一，即使當tp = 2.5 s/mm時殘余壓應力達到了最大值。
為了使無級變速器鋼帶元件的疲勞強度增加，對元件進行了CSP處理。元件的疲勞強度進行了評估，且通過一個二維位置X -射線衍射靈敏正比計數(shù)器，用二維的方法對元件的殘余應力進行了測量。它表明經(jīng)過CSP處理后元件的疲勞強度可提高48%。也證明了CSP可以對元件表面有殘余壓應力，即使是深而窄的腔。
附 錄2：英文文獻原文
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