本发明属于制动器测试领域，具体涉及一种碟刹器制动过程多场特性测试装置。
背景技术
摩擦制动器广泛应用于各种交通工具与机械装置中。依据摩擦副的结构和形式可将摩擦制动器划分为盘式制动器与鼓式制动器。碟式刹车是由一个与车轮相连的刹车圆盘和圆盘边缘的刹车钳组成。几乎所有的山地车、摩托车等轻型车辆的制动减速都是靠碟式刹车来实现的。碟式刹车的主要优点是在车速较高时能快速实现制动，制动效能的恒定性好。
装有碟刹器的山地车、摩托车等车辆借助摩擦片与制动盘之间的摩擦将动能转化为热能，以实现减速或停车。在制动过程中，制动器机械力与热的成因和状态高度耦合、十分复杂，其内在规律和特性研究涉及机械多体动力学、热弹性耦合力学、传热学、接触力学和摩擦学等众多学科门类。在研发和设计中若不能准确把握盘式制动器的机械和热物理特性，各项理论预估性能参数不能在实际使用中达到预定指标要求，将致使制动盘出现热衰退、制动尖叫、热变形以及热疲劳损伤等一系列问题，对安全性、环保性、舒适性等造成严重影响。
因此，需要一种对山地车、摩托车等的碟刹器制动过程中多项参数测量的试验装置，包括制动盘盘面的侧向位移和温度、制动过程中的噪声、制动时间等。设计开发出一种盘式制动器制动特性的测试装置，具有重要的意义与实际应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种碟刹器制动过程多场特性测试装置，可以测量碟刹器在不同制动工况下制动盘盘面的侧向位移和温度、制动过程中的噪声、制动时间等。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种碟刹器制动过程多场特性测试装置，由试验台底板、制动电机、旋转编码器、万向联轴器、噪声传感器、制动盘、制动盘法兰、传感器支架、轴承座组件、电磁离合器、驱动电机连接套、驱动电机、驱动电机支座、驱动电机托架、主轴、飞轮法兰、飞轮、磁力座、碟刹器、制动电机连接片、制动电机连接套、位移传感器、温度传感器等组成。主要可分为驱动系统、制动系统以及测量系统三部分。
所述的驱动系统中，驱动电机通过螺栓螺母连接固定在驱动电机支座侧面上，并在驱动电机支座侧面设有加强肋。驱动电机支座底面有横向的u型通孔，而驱动电机托架底面设计了纵向的u型通孔，二者结合能实现在两个方向的窜动来弥补加工误差。驱动电机输出轴通过连接套与电磁离合器孔相配合，并在电机输出轴一侧开螺纹孔并用螺钉锁紧。电磁离合器用螺栓连接固定在离合器托加上，离合器另一端连接主轴，带动整个系统旋转。由于飞轮较重，防止系统旋转过程中发生偏载的情况，将飞轮放在主轴的中间位置，并在两边布置两个轴承座，轴承座组件和轴承座托架通过螺栓连接，轴承座托架底面设置u型孔，通过螺栓固定在地板上。为了保证多片飞轮能够稳定的安装在轴上，添加一个飞轮法兰，法兰与轴通过键连接，法兰两侧分别借助轴肩和螺母实现轴向定位。在飞轮和飞轮法兰上的相应位置打12个均布的通孔，二者通过螺栓连接。并且飞轮设计成两半，以便拆装，装配时飞轮每旋转60度装配一组，以减少对飞轮转动惯量的影响，实验台上各个托架都通过螺栓与底板的螺纹孔连接实现固定的目的。
所述的制动系统中，制动电机的安装方法和驱动电机一样，在制动电机支座底面设有横向的u型通孔，而制动电机托架底面设有纵向的u型通孔，来实现制动电机两个方向的窜动，以弥补加工误差。制动电机托架的一个侧面设有两个通孔，编码器支架的上下两侧均设有两个圆孔，并用螺栓将编码器支架固定在制动电机托架上。编码器支架另一侧的圆孔与编码器固定板上的u型孔通过螺栓连接，将两者固定在一起。用螺钉将旋转编码器固定在编码器固定板上，旋转编码器的轴端通过十字万向节联轴器与主轴的另一端连接。制动盘安装在主轴与联轴器连接的一端，像飞轮盘一样，制动盘也需要一个制动盘法兰，法兰两端同样借助轴肩和螺母实现轴向定位，在制动盘另一侧添加一个固定盘。在法兰、制动盘及固定盘的相应位置打6个均布的通孔，三者通过螺栓连接。在制动电机输出轴与碟刹器之间添加一个连接套，并在制动电机输出轴一侧用螺钉锁紧。在制动电机连接套的右端加设一个中间为正六边形通孔的连接片，以便让制动电机带动碟刹器的六角螺母结构转动。碟刹器使用碟刹器托架i和碟刹器托架ii支撑，调整位置是使制动盘位于碟刹器制动部位，并用螺栓将碟刹器托架固定在底板上。
所述的测量系统中，在制动盘同一纵向位置两侧分别放置一个磁力座，利用磁力座底面的磁性将磁力座固定在铁质试验平台上。磁力座上面分别放置一个l型传感器支架i和传感器支架ii，并用螺钉固定在磁力座上。利用传感器支架上的u型孔将传感器支架iii与传感器支架i和传感器支架ii固定，并用螺栓螺母与垫片锁紧，放置在靠近制动盘的位置。利用传感器支架iii中间的u型孔，将温度传感器放置在正对制动盘受摩擦位置的外侧，将位移传感器放置在内侧。噪声传感器支架放在磁力座ii另外一对螺纹孔上，并用螺钉锁紧，噪声传感器绑定在噪声传感器支架上方一侧并保证噪声传感器与制动盘的距离合理，用以采集制动过程中产生的噪声。
整个试验测试系统的测试流程为：开始时，电磁离合器处于吸合状态，驱动电机通过驱动电机套筒输出转矩，带动电磁离合器旋转，同时带动主轴以及飞轮和制动盘旋转。与主轴另一端连接的旋转编码器达到预定转速时，计算机程序控制电磁离合器分离、驱动电机关闭。同时，制动电机通过制动电机连接套和制动电机连接片带动碟刹器工作以实现制动。在制动过程中，分别由噪声传感器、温度传感器、旋转编码器和位移传感器实现对制动噪声、制动盘面温度、转速以及侧向振动的实时监测。监测的数据由采集卡送至计算机，并借助软件对所采集的数据进行分析和处理。
本发明的优势在于：可测量不同制动工况下碟刹器在制动过程中对制动噪声、制动盘面温度、转速以及侧向振动多种信号的实时监测。整套测试装置加工、装配、拆卸方便、成本低，并可通过调整飞轮的数量来实现对制动系统转动惯量的控制，以模拟不同型号车自重以及使用者体重不同而引起的转动惯量的变化。而且对飞轮的更换方法简单、快捷，避免了对别的零件进行拆装的过程，保证了整个试验测试的可靠性，测试过程操作简单灵活。此外，本套装置也可用于其他盘式制动器制动特性测试，对研究相关制动测试领域具有一定的指导意义。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图
图2为本发明驱动装置结构示意图
图3为本发明飞轮装配示意图
图4为本发明制动系统结构示意图
图5为本发明测量系统结构示意图
图6为本发明试验测试方案示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明：
如图1所示，本发明提供一种碟刹器制动过程多场特性测试装置，各部分依次为：试验台底板(1)、制动电机托架(2)、制动电机支座(3)、制动电机(4)、编码器支架(5)、编码器固定板(6)、旋转编码器(7)、万向联轴器(8)、噪声传感器支架(9)、噪声传感器(10)、制动盘(11)、制动盘法兰(12)、定位螺母(13)、传感器支架i(14)、轴承座组件i(15)、轴承座托架i(16)、电磁离合器(17)、螺母(18)、螺栓(19)、离合器托架(20)、驱动电机连接套(21)、驱动电机(22)、螺栓(23)、螺母(24)、驱动电机支座(25)、驱动电机托架(26)、螺栓(27)、垫片(28)、主轴(29)、轴承座组件ii(30)、轴承座托架ii(31)、飞轮法兰(32)、飞轮(33)、螺母(34)、螺栓(35)、定位螺母(36)、传感器支架ii(37)、螺栓(38)、垫片(39)、传感器支架iii(40)、磁力座i(41)、碟刹器托架i(42)、碟刹器托架ii(43)、磁力座ii(44)、碟刹器(45)、制动电机连接片(46)、制动电机连接套(47)、固定盘(48)、位移传感器(49)、温度传感器(50)；其他诸如计算机、采集卡、直流稳压电源、继电器、导线、部分螺栓、螺母等部件并未在图中表示。
本发明的驱动系统部分如图2和图3所示，驱动电机(22)通过螺栓(23)螺母(24)连接固定在驱动电机支座(25)侧面上，并在驱动电机支座(25)侧面设有加强肋。驱动电机支座(25)底面有横向的u型通孔，而驱动电机托架(26)底面设计了纵向的u型通孔，二者结合能实现在两个方向的窜动来弥补加工误差。驱动电机(22)输出轴通过连接套(21)与电磁离合器(17)孔相配合，并在驱动电机(22)输出轴一侧开螺纹孔并用螺钉锁紧。电磁离合器(17)用螺栓(19)连接固定在离合器托加上，电磁离合器(17)另一端连接主轴(29)，带动整个系统旋转。由于飞轮(33)较重，防止系统旋转过程中发生偏载的情况，将飞轮(33)放在主轴(29)的中间位置，并在两边分别布置轴承座组件i(15)和轴承座组件ii(30)，轴承座组件i(15)和轴承座组件ii(30)分别与轴承座托架i(16)和轴承座托架ii(31)通过螺栓连接，轴承座托架底面设置u型孔，通过螺栓固定在试验台底板上。为了保证多片飞轮(33)能够稳定的安装在主轴(29)上，添加一个飞轮法兰(32)，飞轮法兰(32)与主轴(29)通过键连接，法兰两侧分别借助轴肩和螺母(36)实现轴向定位。在飞轮(33)和飞轮法兰(32)上的相应位置打12个均布的通孔，二者通过螺栓(35)连接。并且飞轮(33)设计成两半，以便拆装，装配时飞轮(33)每旋转60度装配一组，以减少对飞轮转动惯量的影响，实验台上各个托架都通过螺栓与底板的螺纹孔连接实现固定的目的。
本发明的制动系统部分系统部分如图4所示，制动电机(4)的安装方法和驱动电机(22)一样，在制动电机支座(3)底面设有横向的u型通孔，而制动电机托架(2)底面设有纵向的u型通孔，来实现制动电机(4)两个方向的窜动，来弥补加工误差。制动电机托架(2)的一个侧面设有两个通孔，编码器支架(5)的上下两侧均设有两个圆孔，并用螺栓将编码器支架(5)固定在制动电机托架(2)上。编码器支架(5)另一侧的圆孔与编码器固定板(6)上的u型孔通过螺栓连接，将两者固定在一起。用螺钉将旋转编码器(7)固定在编码器固定板(6)上，旋转编码器(7)的轴端通过十字万向节联轴器(8)与主轴(29)的另一端连接。制动盘(11)安装在主轴(29)与联轴器(8)连接的一端，像飞轮(33)一样，制动盘(11)也需要一个制动盘法兰(12)，制动盘法兰(12)两端同样借助轴肩和定位螺母(13)实现轴向定位，在制动盘(11)另一侧添加一个固定盘(48)。在制动盘法兰(12)、制动盘(11)及固定盘(48)的相应位置打6个均布的通孔，三者通过螺栓连接。在制动电机(4)输出轴与碟刹器(45)之间添加一个连接套(47)，并在制动电机(4)输出轴一侧用螺钉锁紧。在制动电机连接套(47)的右端加设一个中间为正六边形通孔的连接片(46)，以便让制动电机(4)带动碟刹器(45)的六角螺母结构转动。碟刹器(45)使用碟刹器托架i(42)和碟刹器托架ii(43)支撑，调整位置是使制动盘(11)位于碟刹器(45)制动部位，并用螺栓将碟刹器托架i(42)和碟刹器托架ii(43)固定在底板上。
本发明的测量系统部分如图5所示，在制动盘(11)同一纵向位置两侧分别放置磁力座i(41)和磁力座ii(44)，利用磁力座底面的磁性将磁力座固定在铁质试验平台上。磁力座i(41)和磁力座ii(44)上面分别放置一个l型传感器支架i(14)和传感器支架ii(37)，并用螺钉固定在磁力座上表面一侧螺纹孔处。利用传感器支架上的u型孔将传感器支架iii(40)与传感器支架i(14)和传感器支架ii(37)固定，并用螺栓(38)螺母与垫片(39)锁紧，放置在靠近制动盘(11)的位置。利用传感器支架iii(40)中间的u型孔，将温度传感器(50)放置在正对制动盘(11)受摩擦位置的外侧，将位移传感器(49)放置在内侧。噪声传感器支架(9)放在磁力座ii(44)另外一对螺纹孔上，并用螺钉锁紧，噪声传感器(10)绑定在噪声传感器支架(9)上方一侧并保证噪声传感器(10)与制动盘(11)的距离合理，用以采集制动过程中产生的噪声。
整个试验测试系统的测试流程为：开始时，电磁离合器(17)处于吸合状态，驱动电机(22)通过驱动电机套筒(21)输出转矩，带动电磁离合器(17)旋转，同时带动主轴(29)以及飞轮(33)和制动盘(11)旋转。与主轴(29)另一端连接的旋转编码器(7)达到预定转速时，计算机程序控制电磁离合器(17)分离、驱动电机(22)关闭。同时，制动电机(4)通过制动电机连接套(47)和制动电机连接片(46)带动碟刹器(45)工作以实现制动。在制动过程中，分别由噪声传感器(10)、温度传感器(50)、旋转编码器(7)和位移传感器(49)实现对制动噪声、制动盘面温度、转速以及侧向振动的实时监测。监测的数据由采集卡送至计算机，并借助软件对所采集的数据进行分析和处理。