专利名称：差动惯性式摩擦离合器性能试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于车辆摩擦离合器性能试验设备技术领域。
现有惯性式摩擦离合器试验台有两种型式，一种是制动惯性式试验台，另一种是驱动惯性式试验台。它们都是用一个电动机的转速模拟离合器的工作转速，即电机带动离合器主动部分，而从动部分静止；用飞轮的惯量模拟离合器传动从动部分的惯量——如汽车的质量等。驱动惯性式试验台还设置一制动器来模拟负载力矩——如汽车的道路阻力矩，再设置一制动器制动被试离合器脱开后的从动部分，以便作下一次接合试验。从国外185种小汽车的统计表明，最大扭矩转速在2500转／分以上的占80％，且很多在3000转／分以上，如丰田皇冠2600型小客车为3800转／分。本来试验台提供的接合转速，应满足速度模拟原理，即试验转速应与实际工况相符，对于汽车起步，应为电动机最大扭矩时的转速。然而，从现有试验台的工作原理及其技术方案来看，现有试验台受到一些零部件的极限转速和高速回转件、特别是巨大的飞轮引起振动的限制，使它难以达到轻型车、特别是小轿车如此之高的起步转速。而且现有试验台在离合器试验接合时，从动部分由静止被带动至主动转速——即试验转速，故所有回转的零部件都要承受试验转速，因而难以提高试验转速；同时，由于起步滑磨功与接合转速的平方成正比，因此，当试验转速过低时，测得的滑磨功将大大小于汽车实际的滑磨功；摩擦离合器性能试验，往往还需作静态摩擦力矩试验，即测定相对转速很低，如低于1转／分时的摩擦力矩。而现有试验台只靠主电动机调速，无法达到如此低速，故不能作此试验。
本实用新型的目的就是为了克服现有试验台存在的试验转速低并难于提高、且调速范围太小等缺点，研究一种能轻易地使试验转速成倍提高、且调速范围十分宽，使试验转速符合实际工况要求的差动惯性式摩擦离合器性能试验台。
本实用新型的发明人应用差动的相对运动原理及相应的自动控制技术设计并实现本实用新型。差动惯性式摩擦离合器性能试验台整机结构示意图如
图1所示，它由温度传感器及其引线旋转接头1、测速发电机2、19、调节螺杆3、带传动4、20、主电动机6、液压装置7、离合器主动盘9、离合器从动盘10、被试离合器11、杠杆12、支承座13、联轴器14、16、18、扭矩传感器及集流环15、飞轮组17、可控力矩传递装置21、制动器22、操纵式离合器23、副电动机24、机座25及控制台37内控制电路和机组起动及停车控制柜26内控制电路共同组成，其相互联接关系为被试离合器11的主动盘9由主电动机6带动组成试验台的主动部分，离合器从主动盘10通过轴及联轴器14、16与扭矩传感器15的轴及飞轮组17联接，可控力矩传递装制21的右端轴通过联轴器18与飞轮组17相联接，其左端轴与制动器22相联接，副电动机24通过操纵式离合器23联接可控力矩传递装置21的左端，当制动器22松开、操纵式离合器23接合、可控力矩传递装置21接合、副电动机24便带动离合器从动盘10以左的整个从动部分，支承座13支承离合器从动盘轴；控制台37和机组起动及停车控制柜26内控制电路与部件之间为电气连接；其最关键特征是以一个主电动6与一个副电动机24分别带动被试离合器11的主动盘9和从动盘10以不同或相同的方向回转，且至少主动盘的转速可调，这样便组合得到由主、从动盘转速之和至两转速之差的宽范围相对转速——试验转速；以副电动机24、可控力矩传递装置21、操纵式离合器23及制动器22之间的配合来模拟被试离合器从动部分的负载力矩——车辆道路阻力矩；以一组可配换飞轮组17模拟被试离合器11从动部分的负载惯量——车量惯量。试验台的电气工作原理方框图如图2所示。控制台37内控制电路由副电动调速控制器28、操纵式离合器开合控制器29、制动器松合控制器30、可控力矩传递装置开合与力矩选择器31、直流稳压电流32、手动控制装置33或计算机34、离合器开合控制器35、离合器接合速度选择器36共同组成。其工作原理为市电接入机组起动及停车控制柜(动力柜)26，控制机组的起动及停车。它分别通过变频调速器27按设定的转速调整主电动机6的转速，通过调速控制器28调整副电动机24转速；通过离合器开合控制器35、离合器接合速度选择器36及液压装置7、控制油缸8的活塞的进退及其快慢来控制离合器的开合及接合速度，通过开合与力矩选择器31控制可控力矩传递装置21，通过松合控制器30控制制动器22的松合，通过开合控制器29控制操纵式离合器23。它们的按钮均设于控制台上，这些电气控制分手动和自动两挡。当拨到手动挡时，靠人工控制相应的控制旋钮来操纵试验工作程序；拨到自动挡时，由计算机34所输入的程序自动控制试验的全过程。试验台整机机械部件功能作用及其运转原理如下可控力矩传递装置21可按试验要求控制副电机24传递到从动部分的力矩大小，因而产生负载扭矩模拟车辆起步时的道路阻力矩，同时接合和断开其左右两端的轴；操纵式离合器23用于接通副电动机24与可控力矩传递装置21的左端。当制动器22松开，操纵式离合器23接合，可控力矩传递装置21接合，副电动机24便带动被试验离合器11的从动盘以左整个从动部分；支承座13支承被试离合器从动盘轴，联轴器14、16联接从动盘轴、扭矩传感器轴及飞轮箱轴，用扭矩传感器15测量被试离合器摩擦力矩、并通过集流环将电信号引出；由主电动机带动离合器主动盘9的主动部分的转速和从动部分的转速分别通过带传动4和20传动测速发电机2和19测量，被试离合器的摩擦表面埋有温度传感器，引线穿过主电动机6的空心轴并通过引线旋转接头1引出，被试离合器的接合和脱开由液压装置7通过油缸8和杠杆12操纵；可控力矩传递装置21的脱开、接合及其传递力矩的能力由直流稳压电源32提供的直流电控制，制动器22用电磁铁或液压装置操纵，操纵式离合器靠电开关操纵，所有控制均集中在控制台37操纵。测量所得的电信号，如主、从动转速，扭矩及温度等信号，通过相应的测量仪器并用光线示波器或X－Y记录仪等自动记录或用计算机自动检测、数据处理、屏幕显示、贮存和打印。
控制台内制动器松合控制器电路30、操纵式离合控制器电路29、可控力矩传递装置开合与力矩选择器电路31及被试离合器开合控制器电路35的电路原理图如图3所示。其中，制动器的松合控制器电路由按钮AN1～AN2、二极管D1～D5、继电器J1～J2、电阻R1～R2组成，当J1动作、制动器22松制动，J1失电，实现制动器制动；操纵式离合器的开合控制器电路由按钮AN3～AN4、二极管D6～D10、继电器J3～J4、电阻R3～R4组成，当J2动作，操纵式离合器23合上；可控力矩传递装置的开合与力矩选择电路由按钮AN5～AN6、二极管D11～D15、继电器J5～J6、电阻R5～R6组成，当J5动作，可控力矩传递装置接合，反之，则脱离；被试离合器开合控制器电路由按钮AN7～AN9、二极管D16～D23、继电器J7～J10、电阻R7～R9、行程接近开关G1～G2组成，当按压AN7时，J7动作，被试离合器接合，当按压AN8时，J8动作，离合器分离，按压AN9时，则停止两个方向的动作。若按压AN7或AN8的同时按压AN9，可实施点动作，而G1～G2是置于开合两个方向极限位置的接近开关，可防止损坏有关机件；离合器接合速度选择器电路如图4所示。它是一个矩阵电路，其由开关K2、二极管D24～D67、继电器J11～J14、电阻R10～R13组成，J11～J14分别控制4个电磁阀，手动操作时，通过单刀15掷开关K2选择某一挡设定速度，当自动控制(计算机程控)时，通过置于计算机接口电路板的继电器J106～J1094组触头控制；可控力矩传递装置开合与力矩选择器的耦合程度控制电路如图5所示，它由按钮AN10～AN13、三极管BG1～BG4、二极管D68～D91、继电器J15～J18、电阻R14～R25、继电器J110～J112组成，其是通过改变供给可控力矩传递装置21的0～24V电源电压，以达到改变传递力矩耦合程度的工作要求，通过J15、J16、J17的动作，输入0～8V、8～16V、16～24V三段连续可调的直流电压(由直流稳压电源电路32提供)，而当J18接通，全电压接入，可控传递力矩进入额定工作状态。各挡次的选择，手动时由AN10～AN13分别控制，自动时，由计算机接口电路的J110～J112输入程序控制；机组起动及停车控制柜(动力柜)电路及副电动24的调速控制器电路的电路图如图6所示。其中机组起动及停车控制电路由按钮AN14～AN23、继电器J19～J20、交流接触器C1～C4、过载保护热继电器RJ1～RJ3、时间继电器SJ组成，按钮AN14～AN16、继电器J19起总动力电源控制开关作用，AN14、AN15起紧急停车作用，AN17～AN18、C1、RJ1组成液压装置7的油泵工作电路，AN19～AN20、C2、RJ2组成主电动机运行电路，C2工作时，提供主电动机的变频调速器27的电源，变频调速器27控制主电动机的起动运行及其工作状态，AN21～AN23、C3～C4、RJ3、SJ组成副电动机运行电路，C3、C4分别使其实行正转与反转。一般情况下，主电动机停止运行，通过时间继电器SJ的延时作用实现自动延时停止副电动机的运转既方便操作，又减少两台大功率电动机同时停车对电网的冲击；副电动机24的调速控制器电路由按钮AN24～AN25、继电器J20、交流接触器C3～C7、行程开关XK1～XK2、制动磁铁B组成，XK1～XK2、C5～C6、J20组成副电动机24的速度升降控制电路，XK2、XK1分别置于副电动机内整流子支架上最低转速、最高转速两个极限位置上，分别限制C5(减速)、C6(升速)两个方向的极限，当超越升速极限时，能停止风冷电机4M的运转，而在副电动机停车时，通过副电动机同时运行的C7导致C5(减速)动作，使副电动机的整流子回到最低转速位置，以便下次正常起动；图7为强电电气连接图，属现有试验台的现有技术；控制台内的直流整压电源电路37也是一般现有技术，它分三组(0～8V、8～16V、16～24V)提供可调的0～24V直流稳压电源。
本实用新型与现有试验台相比有如下的优点和效果①由于本新型的结构技术方案可以以一个主电动机6和一个副电动机24分别带动被试验离合器11的主动盘9和从动盘10以不同或相同方向回转，且主电动机6的转速可调，这样便可组合得到由主、从动盘转速之和(当主、从动盘转速反方向时)至两转速之差(当主、从动盘转速同向时)的范围很广的转速，即最大相对转速为主、从动盘最大转速之和，最小相对转速为主、从动盘转速之差，主、从动盘转速接近相等时，其相对转速接近于零。这样，便使本实用新型能达到比现有一般试验台高得多的试验速度，且调速范围宽，可达0～4000转／分，以满足模拟小汽车起步转速的试验要求；②虽然如上所述，试验转速增加很多，但因各回转件自身转速没增加，故只需要按原有加工精度加工制造便可以，所用零部件多是与现有试验台相同或相似的外购件，这样使得本实用新型加工制造容易；③由于本实用新型技术方案采用飞轮组模拟车辆惯量，是取其模拟量可靠，技术上容易实现的优点，它的实际转速不高，又能部分克服它的缺点，且可用通用的测量仪器和记录仪，容易实施。又可用计算机程序自动控制检测、屏幕显示数据处理和贮存打印。
对说明书附图进一步说明如下图1为差动惯性式摩擦离合器性能试验台整机结构示意图；图2为本试验台的电气工作原理方框图；图3为制动器松合控制电路、操纵式离合器开合控制器电路、可控力矩传递装置开合与力矩选择器电路及被试离合器开合控制器电路的电路原理图，图中K1为功能选择开关，拨至M为手动、拨至A为自动，由计算机程序控制。J101～J105为装在计算机接口电路板的继电器，它们各有一组常开触点，由计算机接口电路按计算机程序控制。J2、J4、J6、J9、J10是执行继电器。D4、D5、D9、D10、D14、D15、D19、D21、D23均是发光二极管，作指示灯用；图4为被试验离合器接合速度选择器电路，图4的A、M分别与图3的A、M相连接，D29、D31、D33、D35均是发光二极管，作为4个电磁伐动作的指示灯；图5为可控力矩传递装置开合与力矩选择器电路图，图中a、b、c、d各点分别与a、b、c、d各点相连，图5的A、M分别与图4的A、M相连接，D69、D75、D81、D87均为发光二极管，作指示灯用；图6为机组起动及停车控制电路及副电动机调速控制器电路的电路原理图；图7为强电电气连接图；图6及图7中，R、S、T分别为三相动力电源的三相，N为零线，XD1～XD3为三相电源指示灯，V为电压表，可通过分相开关K3分别读出各相电压，M1为主拖动电机，inverter为变频调速器，通过变频调速器，通过变频调速器控制其运行速度；A1～A3为电流表，能读出电机M1的各相电流；M2为液压油泵电机；M3为副电动机24，通过交流接触器C5～C6分别控制其正反方向运行，其速度的调整是通过手轮或装在M3调速机构上的M4电机的正反转(分别由C7、C8)控制，M5为风冷电机，RJ1～RJ3分别为电机M1～M3的过载保护热继电器。
本实用新型的实施方法如下(1)整机结构主要部件的参数选择如下主电动机6选用Y225M－4型三相交流鼠笼式异部电动机，双轴伸、空心轴，功率45KW，额定转速为1470转／分，配以相应的变频调速器作无级调速，调速范围0～2000转／分；副电动机24采用三相异步整流子变速电动机，功率30KW，转速0～2000转／分；主电动机轴设一法兰与被试离合器11相配并用螺钉联接，主电动机用螺钉装在一底板，底板再固装于机座25上，底板与机座间有一导向键，作为更换试件时将主电动机前后移动导向之用，并用调节螺杆3调节主电动机的前后位置，调好后，用螺钉紧固；支承座13支承一法兰轴，轴上之法兰用于联接被试离合器从动盘10的轴；模拟汽车惯量的飞轮组17由11个飞轮组合而成，装于一箱体内，实际安装的飞轮数可按试验要求而定，暂不用的飞轮可拆挂再箱体内；用于模拟道路阻力矩及传递副电动机扭矩的可控力矩传递装置21，采用CF40A型液冷式磁粉离合器，最大扭矩为400牛顿·米；制动器22采用TJ2～300型制动器，制动力矩为500牛顿·米，操纵式离合器23采用DLMO－40A型电磁离合器，用24伏直流电控制，其额定动力矩为400牛顿·米；联轴器14、16、18均采用NZ挠性爪型联轴器；其各部件的相互联接按上述说明书所述的相互联接关系联接；(2)被试离合其11靠液压装置7通过油缸8和杠杆12操纵，其用一个三位四通电磁阀换向，控制油缸活塞的进退，被试离合器需脱开时，液压装置油路直通油缸活塞右腔，使活塞快速左行，使离合器快速脱开。当三位四通电磁阀换向时，油缸活塞右行，离合器接合。此时油路通过由4个二位二通电磁阀和5个温度补偿调速阀组成的四条并联回油通道。控制这4个二位二通电磁阀的不同组合，可获得15级调速；(3)扭矩传感器15采用在扭力轴上贴电阻应变片，四片互成90°，其电信号引线通过装于轴上的J－55型集流环引出；离合器主、从动边的转速采用CFY一型永磁直流测速发电机2和19测量；温度测量采用埋装Nicr－NiAl热电偶温度传感器1于距离摩擦面0.5mm并位于摩擦内径、外径和平均直径处，其引线通过主电动机6的空心轴至尾端由其引线旋转接头引出；(4)电气控制部分按图3、图4、图5、图6、图7所示电路制作电板，并选择适当元器件进行装配，再把电路板固定安装于控制台37或机组起动及停车控制柜(动力柜)26内，并按图2、图3、图4、图5、图6、图7所示进行整机电气联接，然后进行认真检查和简单调试，便能成功实施本实用新型。
本实用新型各试验功能的试验工作程序如下1、模拟车辆起步时离合器接合的机械特性和热负荷性能试验。按试验转速高于或低于主电动机转速而分为两种(1)高于主电动机转速的高速试验程序为①各仪器处于准备状态，液压装置油泵启动，被试离合器11脱开，制动器22松开、电磁离合器23脱开，磁粉离合器21以最大力矩接合；②主电动机6启动，设定转速为n1，副电动机24启动，与主电动机反向，设定转速为(－n24)，则设定的试验转速为nr＝n1＋n24；③电磁离合器23接合，使整个从动部分的转速n2等于副电动机的转速n24；④改变磁粉离合器21的控制电流，使其只能传递设定的负载力矩；⑤被试离合器11接合，便开始试验离合器的接合过程，主动盘通过摩擦力矩克服从动部分的惯量及磁粉离合器21传递的负载力矩，使主、从动盘的相对转速(n1－n2)由起始值(n1＋n24)下降至零，即带动从动盘跟随主动盘最后以转速n1同步回转，离合器的接合过程结束；⑥被试离合器11脱开，电磁离合器23脱开，磁粉离合器21的扭矩加至最大，制动器22制动至从动部分停止，至此，完成了一次起步接合试验。按上述程序，并以设定的周期和次数重复试验，便是多次连续接合试验。可见试验台获得了主、从动盘转速之和的高试验转速，而回转件只需承受主或从动盘各自的实际转速n1或n2，实现了本发明的目的。
(2)低于主电动机转速的低速试验程序为①与上述高速试验程序①相同；②主电动机6启动，副电动机24启动，并与主电动机同向。两转速之差调至设定的实验转速，且主电动机转速大于副电动机转速；③电磁离合器接合，副电动机带动从动部分回转；④电磁离合器23与磁粉离合器断开，制动器22制动磁粉离合器21左端至停；⑤磁粉离合器21接合，并调至设定的负载扭矩；⑥被试离合器11接合，以主、从动盘转速之差(n1－n2)的相对转速，开始试验离合器的接合过程。主动盘通过摩擦力矩克服从动部分的惯量及负载扭矩，使从动盘与之同步回转时，被试离合器接合结束；⑦被试离合器11脱开，磁粉离合器21扭矩增至最大并迅速制动从动部分。至此，完成一次接合试验。按此程序以一定的周期重复试验，便能作多次连续接合试验。
2、被试离合器摩擦片磨损试验程序按上述1进行连续起步循环试验，控制试验的负荷使摩擦表面温度在规定范围内。在达到规定的试验次数后停机，取下样品测量其磨损量。
3、被试离合器的滑动磨擦力矩测定程序①各测量仪器处于准备状态，启动液压装置油泵，被试离合器11脱开，制动器22制动，电磁离合器23脱开，磁粉离合器11以最大力矩接合，使从动盘固定；②主电动机6按规定的转速启动；③被试离合器11接合，强制滑动，并监测温度不超过规定值；④被试离合器11脱开，一次试验完成。
4、被试离合器静磨擦力矩测定程序①各测量仪器处于准备状态，被试离合器11处于接合状态；②制动器22制动，磁粉离合器21以最大力矩接合，使从动盘固定；③在被试离合器11的主动盘的联接法兰上加接杠杆；④在杠杆端缓慢加法码，直致被试离合器打滑，测量开始打滑时的扭矩。
权利要求一种由温度传感器、测速发电机、调节螺杆、带传动、主电动机、液压装置、被试离合器及其主、从动盘、杠杆、支承座、联轴器、扭矩传感器及集流环、制动器、飞轮组、机座等组成的差动惯性式摩擦离合器性能试验台，其特征在于它还由可控力矩传递装置、操纵式离合器、副电动机、控制台内控制电路和机组起动及停车控制柜内控制电路共同组成，其相互联接关系为离合器主动盘由主电动机带动组成试验台主动部分，离合器从动盘通过轴及联轴器与扭矩传感器的轴及飞轮组联接；可控力矩传递装置的右端轴通过联轴器与飞轮组联接，其左端轴与制动器相联接，副电动机通过操纵式离合器联接可控力矩传递装置的左端，当制动器松开，操纵式离合器接合，可控力矩传递装置接合，副电动机便带动离合器从动盘以左的整个从动部分，支承座支承从动盘轴，联轴器联接离合器从动盘轴、扭矩传感器轴及飞轮组轴，控制台和机组起动及停车控制柜内控制电路与各部件之间为电气连接；控制台内控制电路由副电动机调速控制器、操纵式离合器控制器、制动器松合控制器、可控力矩传递装置开合与力矩选择器、被试离合器开合控制器、被试离合器接合速度选择器共同组成；其最关键的是以一个主电动与一个副电动机分别带动被试离合器的主动盘和从动盘以不同或相同的方向回转，且至少主动盘的转速可调，这样便组合得到由主、从动盘转速之和至两转速之差的宽范围相对转速-试验转速；以副电动机、可控力矩传递装置、操纵式离合器及制动器之间的配合来模拟被试离合器从动部分的负载力矩-车辆道路阻力矩；以一组可配换飞轮组模拟被试离合器从动部分的负载惯量-车辆惯量。
专利摘要本实用新型是差动惯性式摩擦离合器性能试验台。其由温度传感器、测速发电机、带传动、主副电动机、液压装置、离合器及离合器主、从动盘、杠杆、支承座、联轴器、扭矩传感器、飞轮组、可控力矩传递装置、制动器、操纵式离合器、机座及控制台、动力矩共同组成，控制台控制电路由调速控制器、开合控制器、松合控制器、开合与力矩选择器、离合器开合控制器、接合速度选择器组成。它能达到比现有试验台高或低得多的试验速度、调速范围宽，且加工制造容易。
文档编号G01M17/00GK2128382SQ9222678
公开日1993年3月17日 申请日期1992年7月3日 优先权日1992年7月3日
发明者张子舜, 丁维扬, 叶邦彦, 张国栋 申请人:华南理工大学