本发明属于材料测试设备技术领域，具体涉及一种湿式摩擦材料试验机，特别适用于湿式离合器片和无级变速片的摩擦特性测试。
背景技术：
湿式离合器在大量工程机械中应用，而无级变速器则是自动挡汽车中的关键传动装置。湿式离合器中的湿式离合器片与无级变速器中的无级变速片在润滑油中的摩擦特性会严重影响离合器和无级变速器的工作性能和可靠性。
与干式摩擦材料特性测试相类似地，以湿式离合器片和无级变速片为代表的湿式摩擦材料测试也需要在尽可能与实际工况相同的条件下完成，故湿式摩擦材料的测试需要借助湿式摩擦材料试验机来完成。
而现有的湿式摩擦材料试验机是在干式摩擦材料试验机的基础上增加湿式试验仓改进而成的，由于湿式摩擦材料与干式摩擦材料的工作环境不同，其所能施加的工况条件极为有限，故现有的湿式摩擦材料试验机不能全面模拟湿式摩擦材料应用过程中的的实际工况，也不能完全执行国际先进的试验标准。所以研发一种专门适用于湿式摩擦材料性能测试的湿式摩擦材料试验机势在必行。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种湿式摩擦材料试验机，实现对湿式摩擦材料所应用的实际工况全面模拟，并能够执行最新国际标准。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种湿式摩擦材料试验机，由驱动电机1、带传动机构、主轴3、离合器控制组件、飞轮组5、试验仓8、测力机构9、静力矩机构10、供油系统11、电控系统12和机座13组成；
所述驱动电机1通过带传动机构与主轴3连接，带传动机构中的驱动带轮14与静力矩机构10中的从动链轮23空套在主轴3上；
所述离合器控制组件由离合器4、拨环16和气缸分离机构15组成，所述离合器4通过花键安装在驱动带轮14与从动链轮23之间的主轴3上，离合器4的两端面开有齿牙，驱动带轮14与从动链轮23的端面上也开有与之相匹配的齿牙，拨环16套装在离合器4中部的环形凹槽内，气缸分离机构15的执行末端与拨环16连接，在气缸分离机构15的驱动下拨环16带动离合器4沿主轴3轴向滑动，通过与两侧齿牙啮合实现动力传递。
进一步地，所述气缸分离机构15由气缸和拨叉组成，所述气缸的缸体底端铰接在气缸支座上，气缸的活塞推杆端铰接在拨叉的中部；所述拨叉竖直设置，拨叉下端的叉座铰接在拨叉支座上，拨叉上端与拨环16相连，在电控系统12的控制下，气缸的推杆伸缩带动拨叉沿主轴3的轴向左右摆动，进而通过拨叉推动拨环16拨动离合器4沿主轴3的轴向左右滑动。
进一步地，所述离合器4是由两个环形套对称固定组合连接而成，且离合器4内侧的花键是在两个环形套组合后一次性加工而成，离合器4与主轴3套装后调整啮合间隙；
所述拨环16与离合器4的环形凹槽内接触面之间的润滑形式采用气动静压润滑。
进一步地，所述主轴3两端通过第一轴承座6和第二轴承座7支撑安装在机座13上；
在第一轴承座6的左端面上固连有一个轴套，驱动带轮14通过轴承可旋转地支撑安装在轴套上，使得驱动带轮14与主轴3同轴安装，且驱动带轮14可相对于主轴3自由旋转。
进一步地，所述飞轮组5由一组按等比级数配置的惯性飞轮盘组成；
所述飞轮组5套装在主轴3端部，并与主轴3端部的轴段法兰固定。
进一步地，所述静力矩机构10由电机、减速器和链传动机构依次连接组成；
所述电机为变频调速电机；
在第一轴承座6的右端面上固连有一个轴套，固连有一个轴套，从动链轮23通过轴承可旋转地支撑安装在该轴套上，使得从动链轮23与主轴3同轴安装，且从动链轮23可相对于主轴3自由旋转。
进一步地，所述测力机构9由力臂和传感器22组成；
在主轴3的端部通过轴承安装有一个旋转套21，所述旋转套21的外沿端面与试验仓8的外壳31固定；
所述力臂安装在旋转套21上，所述传感器22的上、下两端分别铰接在力臂与传感器支座上；
所述测力机构还配有用来标定传感器22的加载杠杆32和砝码33，所述加载杠杆32的一端与力臂固连，砝码33悬挂在加载杠杆32的另一端，实现定量加载。
进一步地，所述试验仓8安装在主轴3端部，试验仓8由外壳31、内齿套17、外齿套18、端盖19、活塞34以及润滑油喷管20组成；
所述外壳31与端盖19对接并固定，使试验仓8成为一个圆柱形封闭结构，主轴3从外壳31的端中心孔伸入试验仓8内；
所述内齿套17和外齿套18均安装在外壳31的内侧，所述内齿套17的法兰采用外圆定位用螺钉固定在外壳31内侧左端面上，且内齿套17与主轴3同轴线；所述外齿套18通过锥面定位的方式与主轴3相配合，并通过圆柱销固定以传递力矩，主轴3的端部通过圆螺母将外齿套18压紧，实现对外齿套18沿轴向的固定；待测试件分别采用花键齿定位间隔地套装在内齿套17和外齿套18之间；
所述端盖19向试验仓8内侧延伸形成一段缸体，所述活塞34沿轴向置于缸体内与端盖19组成一个气缸，所述活塞34的伸出缸体并顶靠在待测试件的端面上，所述缸体上开有进气口和出气口，活塞34在气压的作用下运动并向待测试件施加正压力；
所述端盖19和活塞34的中心开均有通孔，所述润滑油喷管20依次穿过端盖19和活塞34后，与主轴3右端的油道孔对接，润滑油从供油系统11流出至试验仓8，依次通过润滑油喷管20、主轴3端部进油孔进入轴端油道，最后经主轴3外圆周面上的喷油孔喷淋在对应的试件上，润滑油最终经回油管自流回供油系统的油箱。
进一步地，所述供油系统11由双层油箱24、电磁加热器25、精确定量供油器26、制冷降温装置27、搅拌器35、油泵电机36以及温度传感器37组成；
所述电磁加热器25安装在双层油箱24的底部。在双层油箱24的中间夹层内充满导热油；所述精确定量供油器26安装在双层油箱24内；所述制冷降温装置27一个油口经由油泵电机36与双层油箱24管路连接，制冷降温装置27的另一个油口直接通过管路与双层油箱24相连；所述搅拌器35的壳体端固定在精确定量供油器26的齿轮轴支架上，搅拌器35的搅头伸入双层油箱24内；所述温度传感器37有两个，分别连接在双层油箱24的油箱内部和中间夹层内。
更进一步地，所述精确定量供油器26由活塞注射器28、伺服电机与减速机29、齿轮30、齿轮轴以及齿轮轴支架组成；所述伺服电机与减速机29的输出端与齿轮轴同轴连接，齿轮轴两端通过轴承支撑安装在齿轮轴支架上，齿轮30安装在齿轮轴中部，两个所述活塞注射器28分别竖直设置在齿轮30的两侧；所述活塞注射器28的活塞杆上加工有轮齿，所述齿轮30与两侧的活塞杆啮合形成齿轮齿条传动副，在伺服电机与减速机29的驱动下，齿轮30带动两侧的活塞杆交替上下运动，通过驱动齿轮30的正转或反转推动活塞注射器28完成吸油或供油。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述湿式摩擦材料试验机是一款专门针对湿式摩擦材料性能测试而研发的试验机，其能够全面模拟湿式摩擦材料的实际应用工况，所测得的湿式摩擦材料性能参数更加准确，进而为湿式摩擦材料在实际研发设计过程中提供可靠的设计依据。
2、本发明所述湿式摩擦材料试验机能够执行包括美国汽车工程师协会标准SAEJ2487、2488、2489、2490在内的最新国际标准。
3、本发明所述湿式摩擦材料试验机采用的气动离合机构可有效防止结合冲击，而且动作快速；
4、本发明所述湿式摩擦材料试验机采用的气动离合机构省的拨环于离合器环套接触面采用气动静压润滑技术，防止磨损并大幅减小了摩擦阻力；
5、本发明所述湿式摩擦材料试验机设计的试件仓，与现有技术相比具有结构简单，试件更换快捷，操作方便等优点。
附图说明
图1为本发明所述湿式摩擦材料试验机的整体结构示意图；
图2为本发明所述湿式摩擦材料试验机的局部俯视图；
图3为本发明所述湿式摩擦材料试验机的局部侧视图；
图4为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，主轴部分的局部结构示意图；
图5为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，离合器控制组件的局部结构示意图；
图6为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，试验仓部分的局部结构示意图；
图7为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，测力机构及标定装置的结构示意图；
图8为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，供油系统的整体结构示意图；
图9为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，精确定量供油器的局部结构示意图；
图10为本发明所述湿式摩擦材料试验机中，精确定量供油器的俯视图；
图11为采用本发明所述湿式摩擦材料试验机进行测试的典型试验过程记录曲线图；
图12为本发明所述湿式摩擦材料试验机的电控系统组成原理框图。
图中：
1、驱动电机 2、传动带 3、主轴 4、离合器
5、飞轮组 6、第一轴承座 7、第二轴承座 8、试验仓
9、测力机构 10、静力矩机构 11、供油系统 12、电控系统
13、机座 14、驱动带轮 15、气缸分离机构 16、拨环
17、内齿套 18、外齿套 19、端盖 20、润滑油喷管
21、旋转套 22、传感器 23、从动链轮 24、双层油箱
25、电磁加热器 26、精确定量供油器 27、制冷降温装置 28、活塞注射器
29、伺服电机与减速机 30、驱动齿轮 31、外壳 32、加载杠杆
33、砝码 34、活塞 35、搅拌器 36、油泵电机
37、温度传感器；
具体实施方式
为进一步阐述本发明的技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种湿式摩擦材料试验机，所述试验机由驱动电机1、带传动机构、主轴3、离合器控制组件、飞轮组5、第一轴承座6、第二轴承座7、试验仓8、测力机构9、静力矩机构10、供油系统11、电控系统12和机座13组成。
如图2所示，所述驱动电机1固定安装在机座13台面上方一侧，驱动电机1采用交流变频调速电机，且在驱动电机1上安装有编码器；所述主轴3与驱动电机1的输出轴平行设置，主轴3左、右两端通过第一轴承座6和第二轴承座7支撑安装在机座13台面上方另一侧；所述带传动机构由输出带轮、传动带2和驱动带轮14组成，其中，输出带轮同轴连接在驱动电机1的输出轴上；如图4所示，驱动带轮14设置在第二轴承座7左侧的主轴3上，如图5所示，在第一轴承座6的左端上固连有一个轴套，驱动带轮14通过轴承可旋转地支撑安装在轴套上，使得驱动带轮14与主轴3同轴安装，且驱动带轮14可相对于主轴3自由旋转；驱动电机1输出轴端的输出带轮通过传动带2与驱动带轮14传动连接，从而实现动力的输出和传递；所述传动带2为齿形带，与之相匹配的输出带轮和驱动带轮14的外圆周面上设有齿形槽；此外，在驱动带轮14的左端面上还开有呈环形分布的矩形齿，用于与左侧的离合器右端面上的矩形齿相匹配啮合，以实现动力传递。
如图1所示，所述飞轮组5由一组按等比级数配置的惯性飞轮盘组成，所述飞轮组5套装在第一轴承座6左侧的主轴3端部，并通过螺钉与主轴3端部的轴段法兰固定。
如图5所示，所述离合器控制组件由离合器4、拨环16和气缸分离机构15组成，离合器4套置在驱动带轮14左侧的主轴3上，离合器4与主轴3通过花键配合连接，离合器4可在主轴3上左右自由滑动，且离合器4能够可靠地向主轴3传递扭矩；具体地，所述离合器4是由左、右两个环形套通过螺钉对称组合连接而成，且离合器4内侧的花键结构是在两个环形套组合后一次性加工而成，离合器4与主轴3套装后，二者之间可调整啮合间隙。此外，在所述离合器4的左、右端面上均加工有呈环形分布的矩形齿，如前所述，离合器4右端面的矩形齿与右侧的驱动带轮14左端面的矩形齿相匹配啮合传递动力，而离合器4左端面的矩形齿将用于与静力矩机构10末端的从动链轮23右端面上的矩形齿相匹配啮合，以实现动力传递。
如图5所示，在所述离合器4的中部，即组成离合器4的两个环形套的对接位置处设有一个环形凹槽，铜制的拨环16安装在离合器4中部的环形凹槽内，且拨环16与离合器4的环形凹槽内接触面之间的润滑形式采用气动静压润滑。
如图5所示，所述气缸分离机构15由气缸和拨叉组成。所述气缸水平设置，气缸的缸体底端铰接在气缸支座上，气缸的活塞推杆端铰接在拨叉的中部；所述拨叉竖直设置，拨叉下端的叉座铰接在拨叉支座上，拨叉上端的二个拨环16分别从左右二侧插入离合器环形套；在电控系统12的控制下，气缸的推杆伸缩带动拨叉沿主轴3的轴向左右摆动，进而通过拨叉推动拨环16拨动离合器4沿主轴3的轴向左右滑动。
如图1和图5所示，所述静力矩机构10安装在机座13的台面下方，所述静力矩机构10由电机、减速器和链传动机构依次连接组成；所述电机为变频调速电机；作为静力矩机构10的力矩输出末端，从动链轮23套置于第一轴承座6右侧的主轴3上，从动链轮23的安装连接形式与驱动带轮14相类似，在第一轴承座6的右端也固连有一个轴套，从动链轮23通过轴承可旋转地支撑安装在该轴套上，使得从动链轮23与主轴3同轴安装，且从动链轮23可相对于主轴3自由旋转。此外，在从动链轮23的右端面上还开有呈环形分布的矩形齿，如前所述，从动链轮23的右端面与右侧的离合器左端面通过矩形齿相匹配啮合传递动力。
在拨环16和气缸分离机构15的控制拨动下，当所述离合器4在主轴3上向右滑动与驱动带轮14啮合时，离合器4将与左侧的从动链轮23分离，此时驱动电机1和带传动机构通过离合器4带动主轴3高速旋转运行；当所述离合器4在主轴3上向左滑动与从动链轮23啮合时，离合器4将与右侧的驱动带轮14分离，此时静力矩机构10通过离合器4带动主轴3低速旋转运行。
如图3和图7所示，所述测力机构9由力臂和传感器22组成；如图4所示，在第二轴承座7的右端外圆周面上，通过轴承安装有一个旋转套21；所述力臂安装在旋转套21上，所述传感器22的上、下两端分别铰接在力臂与传感器支座上。此外，所述测力机构还配有用来标定传感器22的加载杠杆32和砝码33，所述加载杠杆32的一端与力臂固连，砝码33悬挂在加载杠杆32的另一端，实现定量加载。
如图6所示，所述试验仓8安装在第二轴承7右侧的主轴3端部，试验仓8由外壳31、内齿套17、外齿套18、端盖19、活塞34以及润滑油喷管20组成；所述外壳31和端盖19均采用铝合金制成，外壳31的开口端朝右并与端盖19对接并固定，使试验仓8成为一个圆柱形封闭结构；所述外壳31的底端端面与旋转套21的右端面固定连接；主轴3从外壳31的底端中心孔伸入试验仓8内；
所述内齿套17和外齿套18根据待测试件的尺寸设计制造，以便于根据不同的试件进行更换，如图6所示，内齿套17和外齿套18均安装在外壳31的内侧，所述内齿套17的法兰采用外圆定位用螺钉固定在外壳31内侧左端面上，且内齿套17与主轴3同轴线；所述外齿套18通过锥面定位的方式与主轴3相配合，并通过圆柱销来传递力矩，此外，在主轴3的右端攻有一端螺纹，并配以圆螺母旋合，圆螺母的端面压紧在外齿套18的外端面上，进而实现对外齿套18沿轴向的固定；待测试件和对偶件分别采用花键齿定位间隔地套装在内齿套17和外齿套18之间。
如图6所示，所述端盖19向试验仓8内侧延伸有一段缸体，所述活塞34沿轴向置于缸体内与端盖19组成一个气缸，所述活塞34的左端伸出缸体并顶靠在试件的右端面上，缸体上开有进气口和出气口，活塞34在气压的作用下将向左运动，并向左侧的试件施加正压力；所述端盖19和活塞34的中心开均有通孔，所述润滑油喷管20依次穿过端盖19和活塞34后，与主轴3右端的油道孔对接，润滑油从供油系统流出至试验仓8，依次通过润滑油喷管20、主轴3端部进油孔进入轴端油道，最后经主轴3外圆周面上的喷油孔喷淋在对应的试件上；在所述外壳31的下方开有连接回油管的回油口，润滑油最终经回油管自流回供油系统的油箱。
如图1所示，所述供油系统11安装在机座13的内侧底部，如图8所示，所述供油系统11由双层油箱24、电磁加热器25、精确定量供油器26、制冷降温装置27、搅拌器35、油泵电机36以及温度传感器37组成；其中，所述电磁加热器25安装在双层油箱24的底部用于加热；在双层油箱24的中间夹层内充满导热油，以防止双层油箱24内的润滑油因过热而变质；所述精确定量供油器26安装在双层油箱24内；所述制冷降温装置27一个油口经由油泵电机36与双层油箱24管路连接，制冷降温装置27的另一个油口直接通过管路与双层油箱24相连；所述搅拌器35的壳体端固定在精确定量供油器26的齿轮轴支架上，搅拌器35的搅头伸入双层油箱24内，用于油箱内润滑油的温度均匀；所述温度传感器37由两个，分别连接在双层油箱24的油箱内部和中间夹层内，以监测油箱内润滑油及中间夹层内导热油的温度。
如图9和图10所示，所述精确定量供油器26由活塞注射器28、伺服电机与减速机29、齿轮30、齿轮轴以及齿轮轴支架组成；所述伺服电机与减速机29的输出端与齿轮轴同轴连接，所述齿轮轴两端通过轴承支撑安装在齿轮轴支架上，所述齿轮30安装在齿轮轴中部，两个所述活塞注射器28分别竖直设置在齿轮30的两侧；所述活塞注射器28的活塞杆上加工有轮齿，所述齿轮30与两侧的活塞杆啮合形成齿轮齿条传动副，在伺服电机与减速机29的驱动下，齿轮30带动两侧的活塞杆交替上下运动，通过驱动齿轮30的正转或反转推动活塞注射器28完成吸油或供油。
电控系统12用于整机的控制。其中包括计算机，显示器，数据采集和放大电路，变频器等，系统结构如图12所示。
本具体实施例中，所述试验机实施的技术参数详见下表1：
表1
本具体实施例中，采用所述试验机进行测试的具体过程简述如下：
首先，根据试件的尺寸加工并获得与之相匹配的内齿套17和外齿套18，并根据内齿套17和外齿套18的联接尺寸加工试件及对偶件，将内齿套17、外齿套18、试件及对偶件均安装在试验仓8内，并注意活塞34的返回距离应符合试验标准要求值；
接着，控制供油系统11升温，使润滑油达到所需温度，并调整飞轮组5，使飞轮惯量为所需值；
然后，在电控系统12的计算机上设定主轴转速、制动压力、供油量、试验节拍等试验参数后，启动自动试验程序；
离合器4在向右滑动与驱动带轮14结合时，驱动电机1加速并稳定在设定的转速时，离合器4向左返回，主轴3将脱离驱动带轮14而自由运行，此时试验仓8内的活塞34向左运动对试件施加正压力，主轴3减速直到停止，计算机记录下制动过程中的制动力矩、温度、正压力、转速、供油量等曲线，用于性能分析。图11是典型的过程曲线供参考，其中，A、B、C、D四条曲线描述了在润滑油温110℃条件下，摩擦片不同摩擦正压力和初速度下，摩擦力矩随时间变化的关系。