定速摩擦材料试验装置

技术领域

本发明属于离合器零件检验设备领域。

背景技术

随着汽车产业的发展，人们对汽车驾驶的舒适性、稳定性要求越来越高，离合器作为汽车传动系统的重要组成部分，对离合器从动盘的综合性能提出了更高的要求。从动盘摩擦片的摩擦系数对离合器总成性能有着重要影响，由于发动机扭矩一定，离合器盖总成压紧力固定，若从动盘与盖总成压盘摩擦力过小，若想保持离合器总成正常传扭则需要加大离合器盖总成压盘压紧力，必然要加大离合器盖总成膜片弹簧压紧力、分离力，这样会增多膜片弹簧加工成本并且影响驾驶舒适性。在盖总成压紧力固定的条件下，适当加大摩擦系数会使摩擦扭矩增大，使得离合器盖总成与从动盘总成快速同步，减少滑膜时间，延长离合器总成的使用寿命。然而，当离合器盖总成压紧力固定的条件不变，如从动盘摩擦系数过大，会造成离合器总成传动副传扭过快，造成顿挫，影响离合器总成使用寿命，同时也影响驾驶舒适性。另外，离合器盖总成新、旧压紧力固定时，磨损率会影响到离合器总成的使用寿命磨损率会影响离合器总成的使用寿命。由此可见选取适当摩擦系数及较小的磨损率的摩擦片对离合器总成及整车性能造成至关重要的影响。因此如何选择摩擦片对离合器从动盘总成设计及合格性判断尤为重要。

目前，常见的定速摩擦材料试验机日本HP-S型定速式摩擦试验机和咸阳摩擦材料研究所的XD-MSM为原型的定速摩擦材料试验机。此类定速摩擦材料试验机存在以下一些缺点：

1、设备只具有半自动测量功能，认为操作较多；

2、设备连续运行噪音较大；

3、自来水循环散热，自来水消耗较大，另外摩擦材料分成和这自来水一同排放造成环境污染；

4、设备只有一点摩擦式测温热电偶，控温及测温精度低；

5、电加热管与摩擦盘贴合不紧密，影响控温精度。

发明内容

本发明的目的是采用永磁轮毂电机、半导体加热、制冷片、负荷传感器、扭矩传感器直接测量摩擦力等综合技术，从而能够精确测量摩擦力的定速摩擦材料试验装置。

本发明在底座上固定安装有底梁，底梁上通过螺栓固定安装有四根立柱，在四个立柱上端通过锁紧螺母固定安装有横梁；

轮毂电机的定轴通过紧固螺母固定安装在底梁上，轮毂电机的外转子上通过固定安装的旋转传动轴安装有摩擦盘，旋转传动轴与摩擦盘接触处安装有扭矩传感器，扭矩传感器与外转子之间安装有集电环；

在横梁上固定安装有减速机，减速机与伺服电机连接，丝杠与减速机连接，丝杠底端连接在负荷传感器固定盘上，在负荷传感器固定盘两端插在平衡螺栓上，并通过平衡螺栓锁紧螺帽紧固，平衡螺栓底端固定安装在试样支撑盘上，在试样支撑盘与负荷传感器固定盘之间的平衡螺栓上套装有负荷平衡弹簧，在负荷传感器固定盘中间部位安装有负荷传感器，对应负荷传感器中间部位的试样支撑盘上开有锥口，在锥口与负荷传感器之间放置有钢球；试样支撑盘上固定安装有导向柱，导向柱插在横梁上；试样连接块安装在试样支撑盘下，并与摩擦盘对应；

摩擦盘的结构：摩擦盘包括摩擦盘上表面和摩擦盘下表面，摩擦盘上表面与摩擦盘下表面通过多个支撑柱连接，在摩擦盘上表面的表面上对应试样连接块的位置有铂电阻埋入点，在摩擦盘上表面的内表面上安装有加热制冷片和散热片；

在四个立柱构成的区域左侧、右侧和后侧安装有除尘进风口，除尘器通过除尘通道与除尘进风口连通。

本发明采用永磁轮毂电机，使得转数连续可调，操作界面直接设计价值力，简化操作，利用扭矩传感器直接测量摩擦力，消除循环水制冷，降低使用环境要求，降低污染物排放，减少粉尘对操作人及环境污染，具有自动测量功能，提高工作效率降低劳动强度。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是本发明负荷传感器安装局部放大图；

图3是本发明摩擦盘的结构示意图；

图4是本发明电路原理框图；

图5是本发明温度控制器电路图；

图6是本发明直流电源电路图；

图7是本发明滤波模块电路图。

具体实施方式

本发明在底座15上固定安装有底梁16，底座15和底梁16构成整个装置的支撑，底梁16上通过螺栓固定安装有四根立柱21，四个立柱21围成一个长方体空间，在四个立柱21上端通过锁紧螺母6固定安装有横梁1；横梁1和底梁16均是一块平板，横梁1覆盖长方体空间的上面，底梁16则覆盖长方体空间的底部，而本发明的其它部件均是以上下两个平板中心安装，保证其它部件置于四个立柱围成空间内部。

轮毂电机的定轴14通过紧固螺母13固定安装在底梁16上，轮毂电机的外转子12上通过固定安装的旋转传动轴17安装有摩擦盘9，旋转传动轴17与摩擦盘9接触处安装有扭矩传感器10，扭矩传感器10与外转子12之间安装有集电环11；轮毂电机是一个以轴为定子（即定轴14）的结构，其外转子12输出动力，通过外转子12的旋转带动与其固定安装的摩擦盘9一起选装，而扭矩传感器10通过旋转来获得扭矩力。

在横梁1上固定安装有减速机3，减速机3与伺服电机5连接，丝杠4与减速机3连接，丝杠4底端连接在负荷传感器固定盘25上，在负荷传感器固定盘25两端插在平衡螺栓24上，并通过平衡螺栓锁紧螺帽23紧固，平衡螺栓24底端固定安装在试样支撑盘7上，在试样支撑盘7与负荷传感器固定盘25之间的平衡螺栓24上套装有负荷平衡弹簧22，在负荷传感器固定盘25中间部位安装有负荷传感器26，对应负荷传感器26中间部位的试样支撑盘7上开有锥口28，在锥口28与负荷传感器26之间放置有钢球27；试样支撑盘7上固定安装有导向柱2，导向柱2插在横梁1上；试样连接块8安装在试样支撑盘7下，并与摩擦盘9对应；伺服电机5、减速机3是丝杠4的动力机构，用于带动丝杠4上下移动。以丝杠4作为上下移动的吊杆，其下面的所有机构都能够上下移动，直至试样连接块8与摩擦盘9上表面接触。三个均匀120度分布的平衡螺栓24固定在试样支撑盘7上，平衡螺栓24另一端分别穿过三个负荷平衡弹簧22及负荷传感器固定盘25后由三个平衡螺栓锁紧螺母（平衡螺栓锁紧螺帽23）预固定，将钢球27置于试样支承盘7的锥口28内，钢球27处于负荷传感器26与试样支承盘7之间，锥口、钢球与9荷传感器配合，可以有效消除扭矩力对负荷测试精度的影响。调节三个平衡螺栓锁紧螺母，使试样支承盘通过钢球向负荷传感器传递10N力后，继续调节平衡锁紧螺母使得试样支承盘与摩擦盘9平行。导向柱2就是一个简单起到导向作用的导杆，其可以穿过横梁1上下移动，通过横梁1上为导向柱2的留孔间隙尽量的小，从而使试样支承盘7在丝杠4的上下带动下不会产生倾斜。

摩擦盘9的结构：摩擦盘9包括摩擦盘上表面93和摩擦盘下表面95，摩擦盘上表面93与摩擦盘下表面95通过多个支撑柱96连接，在摩擦盘上表面93的表面上对应试样连接块8的位置有铂电阻埋入点94，在摩擦盘上表面93的内表面上安装有加热制冷片92和散热片91；摩擦盘结构如图3，三支埋入式铂电阻以120度均匀分布埋入在摩擦盘摩擦盘上表面铂电阻埋入点内，多组加热制冷片贴合在摩擦盘上表面下，多组散热片与加热制冷片贴合后固定在摩擦盘上表面下。摩擦盘上表面与摩擦盘下表面依靠支均匀分布的支撑柱连接固定，支撑柱之间形成通风窗口，以便散热。

在四个立柱21构成的区域左侧、右侧和后侧安装有除尘进风口18，除尘器19通过除尘通道20与除尘进风口18连通。在摩擦盘旋转时，试样连接块8与其接触并摩擦，就会产生一些灰尘，这些灰尘可能会影响本发明的检测结果，所以，就在左右和后侧安装这个吸尘的机构，除了正面提供人员操作设备外，其它三面都有吸尘机构。

电控系统部分如图4电控系统框图所示，本系统所有信号采集及控制输出均有计算机完成，显示器完成操作界面显示。RS232接口板、RS485接口板、I/O卡均插在计算机主板上。负荷传感器、扭矩传感器连接在信号调理模块上，负荷、扭矩信号经信号调理模块处理后输入到数据采集卡后由计算机进行处理。伺服电机、编码器连接在伺服驱动器上，伺服驱动器的控制信号连接在 RS232接口板上，由计算机通过RS232接口板完成控制。轮毂电机连接在轮毂电机驱动器上，轮毂电机的控制信号连接在RS232接口板上，由计算机通过RS232接口板完成控制。三支铂电阻固定在图3的铂电阻埋入点里，铂电阻信号端连接在温度控制器上并经处理成RS485传输信号后通过 RS485接口板接入计算机进行信号处理。计算机通过I/O卡完成对加热、制冷控制单元及除尘控制单元的控制。

温度控制器接线如图5温度控制器所示，三支铂电阻固定在图3的铂电阻埋入点里，铂电阻信号端按照+、-极分别接温度控制器传感器输入段CH1、 CH2、 CH3相对应的+、-极上。电源段供电DC24V+、-分别对应连接在图6直流电源输出端DC+、-端上，完成温度控制器电源供给。通讯段RS485按照半双工模式+、-端分别接在图49RS485接口板相应的+、-端上，信号线屏蔽线接地。

直流电源如图6直流电源所示，滤波后的交流220V电源图7L3、L4连接于图6直流电源T1变压器输入端U、N端，T1变压器输出端与二极管D1、D2、D3、D4组成的桥电路相连接后输送直流电压。直流电正极与FU1保险及C1电容正极相连接，直流电负极与C1负极相连接。二极管D5、D6、集成块LM317、电容C3、电阻R1、电位计RP1，共同组成直流电源调整回路，通过调节电位计RP1使电路输出端达到稳定的直流24V。滤波电容C2正极连接24V+，负极连接24V-使直流24V更加稳定。

图7为双级串联式低通滤波模块，L1、L2为交流220V输入端，L3、L4为滤波完成后交流220V输出端。由图6、图7构成直流24V供电模块，能够抑制线对地之间的电磁干扰输出平滑直流24V为各用电设备提供良好电源供给。

本发明使用时，先将试样连接块8安装在试样支撑盘7上，然后调整好负荷测量单元结构（图2部分），然后打开伺服电机5，通过减速机3带动丝杠4向下移动，直至试样连接块8与摩擦盘9接触，接触时的力根据实验要求来定，然后开动轮毂电机，这样摩擦盘9就会旋转，然后通过扭矩传感器10和负荷传感器26分别收集到扭矩力和负荷力，从而就能够根据现有的计算公式准确的计算出试样连接块8的摩擦系数，即摩擦率。