一种汽车离合器模拟起步试验装置的制作方法

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种汽车离合器模拟起步试验装置。

背景技术：

汽车离合器是汽车传动系统中的关键部件，承担着将发动机扭矩传入机械传动系统的重要任务。目前，汽车离合器多采用摩擦式传动，在起步阶段，依靠离合器摩擦片与发动机飞轮间的摩擦作用传递扭矩。起步初期，摩擦片与飞轮间因相对运动发生剧烈的滑动摩擦，产生大量热量，使得离合器摩擦片温度升高。尤其对于重型商用车而言，爬坡起步的十数秒内摩擦片温度会骤然升高，甚至烧毁，严重影响着传动安全。目前，对于离合器参与起步摩擦过程的试验研究多是实车试验，导致试验过程复杂、效率低、成本高等。所以，为了简化试验过程、提高试验效率、降低试验成本，需构建一种能够科学性、规律性模拟离合器参与起步摩擦过程的试验装置。

然而，电动机、发送机的启动加速过程较为短暂，且具有较强的随机性和不可控性，无法直接用来规律性模拟起步时的发动机(飞轮)加速过程；另一方面，电动机、发动机等动力设备的常规运转状态为恒定转速，也无法直接用来模拟“飞轮—摩擦片”这一摩擦副在起步阶段中“飞轮加速、摩擦片贴合”的过程。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种汽车离合器模拟起步试验装置，旨在以常规运转状态为恒定转速的电动机为动力源，构建一种汽车离合器模拟起步试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种汽车离合器模拟起步试验装置，包括主动轮系统、被动轮系统、皮带、离合器及其摩擦片；

主动轮系统包括主动基础轮、扩径轮、主动凸轮台、第一导向平键、导向盘、压缩弹簧、推力盘、液压缸、主动轴、第一平键、弹性挡圈；

扩径轮弧形轮缘的内侧中间位置设有凸轮柱，在凸轮柱的两侧、沿轴线方向设有导柱，凸轮柱下端设有滚轮；

主动基础轮由内、外两个轮圈构成，两者通过轮辐固定连接，内圈通过第一平键与主动轴传动连接，内圈左、右两端分别通过轴肩和弹性挡圈实现轴向定位，内圈的外圆表面设有与轴线方向平行的直线导轨，外圈上沿轴线方向依次设有凸轮柱通孔、导柱通孔，约束凸轮柱、导柱沿其柱的轴线方向移动；

主动凸轮台的左上方设有滚轮面，滚轮与滚轮面相接触(本发明中：以离合器所在一侧为“左”，液压缸所在一侧为“右”)；主动凸轮台的左下方设有导轮，导轮与主动基础轮上的直线导轨相配合；主动凸轮台的右侧端面设有侧向导轮，侧向导轮的右侧边缘与推力盘左侧面接触，侧向导轮轴线与主动轴的轴线相交；

主动凸轮台穿置在导向盘内，主动凸轮台与导向盘固定连接；导向盘上开有与第一导向平键相配合的键毂，约束导向盘及主动凸轮台沿主动轴的轴线方向移动；

压缩弹簧被安装在导向盘与主动基础轮轮辐间，压缩弹簧左右两端分别与轮辐、导向盘固定连接；压缩弹簧为自由状态时，扩径轮位于最小直径位置；

推力盘右侧面与液压缸左端固定连接，推力盘右侧面圆心、液压缸中心线与主动轴的轴线共线；

主动轴右端装有第一导向平键，主动轴与第一导向平键传动连接。

所述扩径轮、主动凸轮台、压缩弹簧沿周向均布3个。

被动轮系统包括缩径轮、被动基础轮、被动凸轮台、第二导向平键、导向盘、拉伸弹簧、拉力盘、液压缸、被动轴、第二平键、弹性挡圈、飞轮盘；

缩径轮的弧形轮缘的内侧中间位置设有凸轮柱，在凸轮柱的两侧、沿轴线方向设有导柱，凸轮柱下端设有滚轮；

被动基础轮由内、外两个轮圈构成，两者通过轮辐固定连接，内圈通过第二平键与被动轴传动连接，内圈左、右两端分别通过轴肩和弹性挡圈实现轴向定位，内圈的外圆表面设有与轴线方向平行的直线导轨，外圈上沿轴线方向依次设有凸轮柱通孔、导柱通孔，约束凸轮柱、导柱沿其柱的轴线方向移动；

被动凸轮台的左上方设有滚轮面，滚轮与滚轮面相接触；被动凸轮台的左下方设有导轮，导轮与被动基础轮上的直线导轨相配合；被动凸轮台的右侧端面设有侧向导轮，侧向导轮的右侧边缘与拉力盘左侧面接触，侧向导轮轴线与被动轴的轴线相交；被动凸轮台穿置在导向盘内，被动凸轮台与导向盘固定连接；导向盘上开有与第二导向平键相配合的键毂，约束导向盘及被动凸轮台沿被动轴的轴线方向移动；

拉伸弹簧被安装在导向盘与被动基础轮轮辐间，其左右两端分别与轮辐、导向盘固定连接；拉伸弹簧为自由状态时，缩径轮位于最大直径位置；

拉力盘右侧面与液压缸左端固定连接，拉力盘右侧面圆心、液压缸中心线与被动轴的轴线共线；

被动轴左端设有飞轮盘，飞轮盘与被动轴固定连接；飞轮盘左侧设有离合器及其摩擦片，离合器摩擦片与被动轴同心，摩擦片被约束既可沿轴线方向移动，也可绕轴线转动；飞轮盘、离合器及其摩擦片、被动轴三者轴线共线；

被动轴右端设有第二导向平键，被动轴与第二导向平键传动连接；

所述缩径轮、被动凸轮台、拉伸弹簧沿周向均布3个。

所述主动凸轮台上滚轮面的最低点距主动凸轮台左端B/2，被动凸轮台上滚轮面的最高点距被动凸轮台左端B/2(B为扩径轮或缩径轮的宽度)；主动凸轮台上滚轮面最高点与最低点的高度差等于被动凸轮台上滚轮面最高点与最低点的高度差；

主动轴与被动轴的两轴线平行，扩径轮与缩径轮通过皮带传动连接；所述扩径轮的最小直径等于的最大直径。主动轴由电动机驱动做定转速旋转。

本发明的有益效果是：避免了实车试验的效率低、成本高、试验过程复杂的缺陷，在主动轴定转速运转的情况下，借助于转动过程中扩径轮、缩径轮直径的变化，实现了被动轴(飞轮盘)的平滑无级加速，从而可模拟“飞轮—摩擦片”这一摩擦副在起步阶段中“飞轮加速、摩擦片贴合”的过程，为研究离合器参与起步摩擦这一现象及机理提供了一种试验装置及方案。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2a、图2b、图2c为主动轮系统左侧的部分结构示意图；

图2d为主动轮系统右侧的部分结构示意图；

图2e为主动基础轮的直线轨道示意图；

图3为被动轮系统的结构示意图；

图4为主动轴的轴系结构示意图；

图5为被动轴的轴系结构示意图；

图6a为怠速状态下主动轮系统、被动轮系统的直径大小关系示意图；

图6b为试验过程中主动轮系统、被动轮系统的直径大小关系示意图；

图7a为怠速状态下主动轮系统中凸轮的位置示意图；

图7b为怠速状态下被动轮系统中凸轮的位置示意图；

图8a为试验过程中主动轮系统中凸轮的位置示意图；

图8b为试验过程中被动轮系统中凸轮的位置示意图。

图中：001—离合器及其摩擦片，002—皮带；

100—主动轮系统，101—主动轴，102—扩径轮，103—主动基础轮，104—压缩弹簧， 105—第一导向平键，106—主动凸轮台，107—弹性挡圈，108—导向盘，109—推力盘，110—液压缸，111—第一平键，102-1—弧形轮缘，102-2—导柱，102-3—凸轮柱；200—被动轮系统，201—被动轴，202—缩径轮，203—被动基础轮，204—拉伸弹簧，205—第二导向平键，206—被动凸轮台，207—弹性挡圈，208—导向盘，209—拉力盘，210—液压缸，211—飞轮盘，212—第二平键，202-1—弧形轮缘，202-2—导柱，202-3—凸轮柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本汽车离合器模拟起步试验装置包括主动轮系统100、被动轮系统 200、皮带002、离合器及其摩擦片001；

如图2a、图2b、图2c、图2d所示，主动轮系统100包括主动轴101、扩径轮 102、主动基础轮103、压缩弹簧104、第一导向平键105、主动凸轮台106、弹性挡圈107、导向盘108、推力盘109、液压缸110、第一平键111；

如图2a、图2b、、图2c、图2e及图4所示，主动基础轮103由内、外两个轮圈构成，两者通过轮辐固定连接，内圈通过第一平键111与主动轴101传动连接，内圈左、右两端分别通过轴肩和弹性挡圈107实现轴向定位，内圈的外圆表面设有与轴线方向平行的直线导轨，外圈上沿轴线方向依次设有导柱通孔、凸轮柱通孔，约束凸轮柱(102-3)、导柱(102-2)沿其柱的轴线方向移动；

扩径轮102的弧形轮缘(102-1)的内侧中间位置设有凸轮柱(102-3)，在凸轮柱(102-3)的两侧、沿轴线方向设有导柱(102-2)，凸轮柱(102-3)下端设有滚轮；主动凸轮台106的左上方设有滚轮面，滚轮与滚轮面相接触；主动凸轮台106的左下方设有导轮，导轮与主动基础轮上的直线导轨相配合；主动凸轮台106的右侧端面设有侧向导轮，导轮右侧边缘与推力盘109左侧面接触，侧向导轮轴线与主动轴101 的轴线相交；

主动凸轮台106穿置在导向盘108内，主动凸轮台106与导向盘108固定连接；导向盘108上开有与第一导向平键105相配合的键毂，约束导向盘108及主动凸轮台 106沿主动轴101的轴线方向移动；

压缩弹簧104被安装在导向盘108与主动基础轮103轮辐间，压缩弹簧104左右两端分别与轮辐、导向盘108固定连接；压缩弹簧104为自由状态时，扩径轮102 位于最小直径位置，如图6a所示；

推力盘109右侧面与液压缸110左端固定连接，推力盘109右侧面圆心、液压缸 110中心线与主动轴101的轴线共线；

主动轴101右端装有第一导向平键105，主动轴101与第一导向平键105传动连接；所述扩径轮102、主动凸轮台106、压缩弹簧104沿周向均布3个。

如图3所示，被动轮系统包括被动轴201，缩径轮202，被动基础轮203，拉伸弹簧204，第二导向平键205，被动凸轮台206，弹性挡圈207，导向盘208，拉力盘209，液压缸210，飞轮盘211，第二平键212；

被动基础轮203由内、外两个轮圈构成，两者通过轮辐固定连接，内圈通过第二平键212与被动轴201传动连接，内圈左、右两端分别通过轴肩和弹性挡圈207实现轴向定位，内圈的外圆表面设有与轴线方向平行的直线导轨，外圈上沿轴线方向依次设有导柱通孔、凸轮柱通孔，约束凸轮柱(202-3)、导柱(202-2)沿其柱的轴线方向移动；

缩径轮202的弧形轮缘(202-1)的内侧中间位置设有凸轮柱(202-3)，在凸轮柱 (202-3)的两侧、沿轴线方向设有导柱(202-2)，凸轮柱(202-3)下端设有滚轮；

被动凸轮台206的左上方设有滚轮面，滚轮与滚轮面相接触；被动凸轮台206的左下方设有导轮，导轮与被动基础轮203上的直线导轨相配合；被动凸轮台206的右侧端面设有侧向导轮，侧向导轮右侧边缘与拉力盘209左侧面接触，侧向导轮轴线与被动轴的轴线相交；

被动凸轮台206穿置在导向盘208内，被动凸轮台206与导向盘208固定连接；导向盘208上开有与第二导向平键205相配合的键毂，约束导向盘208及被动凸轮台 206沿被动轴201的轴线方向移动；

拉伸弹簧204被安装在导向盘208与被动基础轮203轮辐间，拉伸弹簧204左、右两端分别与轮辐、导向盘208固定连接；拉伸弹簧204为自由状态时，缩径轮202 位于最大直径位置，如图6a所示；

拉力盘208右侧面与液压缸210左端固定连接，拉力盘208右侧面圆心、液压缸 210中心线与被动轴201的轴线共线；

被动轴201左端设有飞轮盘211，飞轮盘211与被动轴201固定连接；飞轮盘211 左侧设有离合器及摩擦片001，摩擦片001被约束既可沿轴线方向移动，也可绕轴线转动；飞轮盘211、离合器及其摩擦片001、被动轴201三者轴线共线；被动轴201 右端设有第二导向平键205，被动轴201和第二导向平键205传动连接；

所述缩径轮202、被动凸轮台206、拉伸弹簧204沿周向均布3个。

所述主动凸轮台106上滚轮面的最低点距主动凸轮台106左端B/2，被动凸轮台 206上滚轮面的最高点距被动凸轮台206左端B/2(B为扩径轮102或缩径轮202的宽度)；主动凸轮台106上滚轮面最高点与最低点的高度差等于被动凸轮台206上滚轮面最高点与最低点的高度差；

主动轴101与被动轴201的两轴线平行，扩径轮102与缩径轮202通过皮带002 传动连接；所述扩径轮102的最小直径等于缩径轮202的最大直径。

主动轴101由电动机驱动做定转速旋转。

本发明具体工作过程如下：

1)怠速状态时：离合器及其摩擦片001与飞轮211处于分离状态。扩径轮102 的滚轮位于主动凸轮台106的最低位置、缩径轮202的滚轮位于被动凸轮台206的最高位置，分别如图7a、图7b所示；对应地，扩径轮102处于最小直径位置、缩径轮 202处于最大直径位置，如图6a所示，两者作等速旋转。

2)试验过程：离合器的摩擦片001沿轴线向右移动，与飞轮211逐渐贴合；贴合过程中及贴合后，摩擦片001在飞轮盘的带动下，绕轴线旋转。

推力盘109在液压缸110活塞杆推力的作用下，推动主动凸轮台106及导向盘108 沿主动轴101轴线向左移动，迫使扩径轮102上的滚轮沿主动凸轮台106左上方的滚轮面相对向右侧滚动；进而，通过导柱(102-2)、凸轮柱(102-3)的作用，使得扩径轮102沿径向向上移动，如图8a所示；同时，在导向盘108的作用下，压缩弹簧 104被压缩而处于压缩状态；

拉力盘209在液压缸210活塞杆拉力的作用下，拉动被动凸轮台206及导向盘 208沿被动轴201轴线向右移动，迫使缩径轮202上的滚轮沿被动凸轮台206左上方的滚轮面相对向左侧滚动；进而，通过导柱(202-2)、凸轮柱(202-3)的作用，使得缩径轮202沿径向向下移动，如图8b所示；同时，在导向盘208的作用下，拉伸弹簧204被拉伸而处于拉伸状态；

试验过程中，扩径轮102所处位置的直径逐渐变大，相配合地，缩径轮202所处位置的直径逐渐变小，如图6b所示，从而借助于转动过程中扩径轮、缩径轮直径的变化，实现被动轴(飞轮盘)的平滑无级加速，即实现对汽车起步阶段发动机飞轮加速过程的模拟；且扩径轮102与缩径轮202的直径的变化始终在皮带002的传动连接下进行。

怠速状态、试验过程中，主动轮系统100、被动轮系统200中的零部件除推力盘 109、拉力盘209、2个液压缸外(110、210)，其余零部件均有绕主动轴轴线、被动轴轴线的旋转运动。

3)试验结束：离合器摩擦片001沿轴线向左移动，与飞轮211逐渐分离。液压缸(110、210)卸荷，在压缩弹簧104回复力的作用下，导向盘108带动主动凸轮台 106沿主动轴101的轴线向右移动，进而使得扩径轮102逐渐向其轮心处收拢；在拉伸弹簧204回复力的作用下，导向盘208带动被动凸轮台206沿被动轴201的轴线向右移动，进而使得缩径轮202逐渐向其轮心处收拢，最终恢复如图6a所示的怠速状态。