离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置及方法与流程

本发明属于离合器测试技术领域，具体涉及一种离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置及方法。

背景技术：

大功率行星变速机构通常采用的都是多片式湿式离合器，离合器性能及可靠性关系到传动装置的性能和可靠性。热负荷作为离合器可靠性衡量标准，以温度场作为最终的表征形式。离合器温度场的数据能充分显示离合器摩擦副的热分布和热传递状态，是热负荷状态最直观最准确的体现。由此需要开展离合器工作温度的测试工作。

离合器零件组成复杂，其操控部分覆盖机、电、液和摩擦等多学科的综合技术。离合器的两个基本构件是摩擦片和支撑片，在工作中一直高速旋转，其上的液压油缸、活塞、推板、摩擦副外齿片等零件除了做轴向移动外，还随相连的基本构件做高速旋转运动，工况复杂，很难测试。

在传动功率密度不断提高的要求下，离合器工作转速、比压进一步提高，要求基于离合器热负荷性能开展系统参数匹配，进一步完善离合器的理论仿真分析方法和试验方法，为提高行星变速机构离合器寿命和可靠性提供技术支撑。由此需要对离合器开展温度瞬态特性试验以获取其热负荷特性，为用仿真分析手段解决热负荷问题提供数据支撑。

离合器工作过程温度变化迅速，呈现出一种瞬态特性，开展温度测试要求进行温度瞬态特性试验，获取相关数据。离合器摩擦片结构特殊，表面是粉状物压制而成，接触式高响应温度传感器很难固定并正常工作。离合器工作过程中，摩擦片和支撑片相互磨滑，磨滑面温度差别不大，可以认为二者温度一致。摩擦片支撑片通常是一种钢材料，相比于摩擦片更容易安装高响应温度传感器，因此，存在摩擦片支撑片的瞬态温度特性试验方法的需要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，能获得安装在摩擦片支撑片上的温度测试系统的瞬态温度特性，为离合器温度场测试奠定基础的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置及方法。

本发明采用的技术方案是：一种离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置，包括金属箔试验工装、温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置及同步触发装置；所述的金属箔试验工装包括箔片、离合器支撑片及高响应温度传感器；所述的离合器支撑片上设有连通两端面的箔片安装孔，箔片边缘通过导热胶与箔片安装孔的内壁连接；离合器支撑片上设有线缆孔，线缆孔连通离合器支撑片侧壁和箔片安装孔；高响应温度传感器置于箔片安装孔内，高响应温度传感器的触点通过导热胶粘接在箔片上；高响应温度传感器的线缆从线缆孔穿出与温度瞬态特性测试装置连接；所述的温度测试装置、高能加温器均对应于箔片设置，温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置与同步触发装置连接，同步触发装置能实现温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置同步启停。

上述的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置中，所述的温度瞬态特性测试装置包括前置低通滤波器、放大器、低通滤波器、a/d转换器和存储器，所述的前置低通滤波器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与a/d转换器的输入端连接，a/d转换器的输出端与存储器连接；所述的前置低通滤波器的输入端与高响应温度传感器连接。

上述的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置中，温度测试装置能采用非接触方式连续测量物体的温度，连续测量时间大于1s，温度响应时间小于0.2ms，测温范围大于1000℃，测量精度不低于±1℃。

上述的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置中，高能加温器作用到金属箔上的温升速率不低于800℃/ms；温度瞬态特性测试装置的带宽不低于5khz，采样频率不低于10khz。

一种利用上述的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验方法，包括如下步骤：

（1）准备多个不同厚度的箔片，在离合器支撑片上的箔片安装孔内安装一个箔片，组装好离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置；校核温度测试装置，确保温度测试装置测试得到的温度精度；

（2）调整温度测试装置和高能加温器的作用位置并固定；

（3）然后按照试验要求的输出温度值设置高能加温器；

（4）启动同步触发装置，同时启动温度测试装置、高能加温器、瞬态特性测试装置；

（5）将温度测试装置和瞬态特性测试装置测试数据导出并存储；

（6）重复步骤（4）-（5）两次；

（7）将其他的箔片分别安装离合器支撑片上的箔片安装孔内组装好离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置，并分别重复（2）-（6）；

（8）对试验数据进行数据处理，获得离合器摩擦片支撑片磨滑温度测试的温度瞬态特性。

上述的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验方法中，步骤（8）的具体操作方法如下：

8-1）读出每次温度上升时间及试验最大温度值，并以达到阶跃温度量的63.2％所需要的时间作为温度上升时间，阶跃温度为每次温度测试装置测得的温度最大值；以温度测试装置测得的温度值为离合器支撑片的实际温度，以温度瞬态特性测试装置测得的温度值为离合器支撑片的温度示值；计算温度相对误差，温度相对误差为离合器支撑片的实际温度与离合器支撑片的温度示值之差；

8-2）将不同厚度的箔片的不同的离合器支撑片的阶跃温度对应的温度上升时间绘制成曲线，并以最小二乘法对每条曲线进行拟合，得到不同厚度的箔片的温度响应趋势线；

8-3）将步骤8-2）中的拟合得到的不同厚度的箔片的温度相对误差趋势线扩展得到阶跃量为室温~800℃情况；进而得到用于离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结构简单，成本低，试验时，通过将多组不同厚度的箔片同时采用温度测试装置和温度瞬态特性测试装置进行测试温度，绘制不同厚度的箔片测得的不同的离合器支撑片的实际温度对应的离合器支撑片的温度示值绘制成曲线，并以最小二乘法对每条曲线进行拟合，得到不同厚度的箔片的温度相对误差规律，并将该规律外推至室温至800℃范围，得出离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性；操作方便，而且为离合器温度场测试奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置的结构图。

图2是本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置的金属箔试验工装的结构图。

图3是本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置的温度瞬态特性测试装置的结构图。

图4是由温度测试装置获得的温度曲线。

图5是由温度瞬态特性测试装置获得的温度曲线。

图6是不同厚度金属箔的温度响应规律图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-3所示，本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置，包括金属箔试验工装、温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置及同步触发装置。如图2所示，所述的金属箔试验工装包括箔片6、离合器支撑片1及高响应温度传感器4；所述的离合器支撑片1上设有连通两端面的箔片安装孔11，箔片6边缘通过导热胶7与箔片安装孔11的内壁连接。离合器支撑片1上设有线缆孔2，线缆孔2的孔径为1mm，线缆孔2连通离合器支撑片1侧壁和箔片安装孔11。高响应温度传感器4置于箔片安装孔11内，高响应温度传感器4的触点通过导热胶5粘接在箔片6上。高响应温度传感器4的线缆3从线缆孔穿出与温度瞬态特性测试装置连接。所述的温度测试装置、高能加温器均对应于箔片设置，温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置与同步触发装置连接，同步触发装置能实现温度测试装置、高能加温器、温度瞬态特性测试装置同步启停。

温度测试装置主要功能是提供离合器支撑片的实际温度，也即以温度测试装置测得的温度值作为离合器支撑片的实际温度，其测温范围大于1000℃，温度检测精度不低于±1℃，1000℃下的温度响应时间（63.2％）不长于0.2ms。高能加温器主要功能是为高响应温度传感器提供热源，其产生的能量足以提供瞬态热冲击性能，瞬态尖峰温度不低于800℃，用来模拟摩擦片发生的热量对于离合器支撑片的影响。同步触发装置用于同一时刻启动温度测试装置、高能加温器、瞬态特性测试装置，保证在高能加温器向高响应温度传感器作用热冲击的同时温度测试装置能够提供冲击时刻的标准温度，且瞬态特性测试装置在这一时刻也能捕捉到高响应温度传感器输出的电信号。

如图3所示，所述的温度瞬态特性测试装置包括前置低通滤波器、放大器、低通滤波器、a/d转换器和存储器，所述的前置低通滤波器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与a/d转换器的输入端连接，a/d转换器的输出端与存储器连接；所述的前置低通滤波器的输入端与高响应温度传感器连接。温度瞬态特性测试装置用于捕捉高响应温度传感器输出特性，测试通道带宽不低于5khz，采样频率不低于10khz。温度瞬态特性测试装置能够精确捕获温度瞬间的变化，并将变化过程转换成数据存储下来。前置低通滤波器用于去除高频rf干扰，通常根据使用环境存在的rf干扰信号调整滤波器截止频率，通常设置在100khz；放大器用于放大捕获的信号，通常采用多级放大器；低通滤波器用于去除低频干扰信号，设计的截止频率与传感器响应时间有关，这里截止频率设计成10khz；a/d转换器的作用是将捕获的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，a/d转换器的速度与传感器响应时间也有关系，这里设计的是50khz；存储器的作用是将生成的数字信号保存到存储器中。高响应温度传感器4的安装时，首先将高响应温度传感器引线穿过引线孔，并将高响应温度传感器4的触点附近的引线弯曲一个弧度；然后将高响应温度传感器4的触点紧贴箔片6，同时将选用的高性能导热胶敷涂在高响应温度传感器4的触点表面，导热胶完全覆盖高响应温度传感器的触点。

本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验方法，包括如下步骤：

（1）准备多个不同厚度的箔片，在离合器支撑片上的箔片安装孔内安装一个箔片，组装好离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置；校核温度测试装置，确保温度测试装置测试得到的温度精度；

（2）固定并调整温度测试装置和高能加温器的作用位置；

（3）然后按照试验要求的输出温度值设置高能加温器；

（4）启动同步触发装置，同时启动温度测试装置、高能加温器、瞬态特性测试装置；

（5）将温度测试装置和瞬态特性测试装置测试数据导出并存储；

（6）重复步骤（4）-（5）两次；

（7）将其他的箔片分别安装离合器支撑片上的箔片安装孔内组装好离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置，并分别重复（2）-（6）；

（8）对试验数据进行数据处理，获得离合器摩擦片支撑片磨滑温度测试的温度瞬态特性。

步骤（8）的具体操作方法如下：

8-1）读出每次温度上升时间及试验最大温度值，并以达到阶跃温度量的63.2％所需要的时间作为温度上升时间，阶跃温度为每次温度测试装置测得的温度最大值；以温度测试装置测得的温度值为离合器支撑片的实际温度，以温度瞬态特性测试装置测得的温度值为离合器支撑片的温度示值；计算温度相对误差，温度相对误差为离合器支撑片的实际温度与离合器支撑片的温度示值之差；

8-2）将不同厚度的箔片的不同的离合器支撑片的阶跃温度对应的温度上升时间绘制成曲线，并以最小二乘法对每条曲线进行拟合，得到不同厚度的箔片的温度响应趋势线；

8-3）将步骤8-2）中的拟合得到的不同厚度的箔片的温度相对误差趋势线扩展得到阶跃量为室温~800℃情况下；进而得到用于离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性。

下面以一个具体的实施例对本发明的离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验方法做进一步的说明。其实验步骤如下：

1）准备三种厚度的箔片，箔片的厚度分别为：0.4mm、0.5mm及0.7mm。

2）将一箔片按照图2所示，组装好离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置：

校核温度测试装置，确保温度测试装置测试得到的温度精度。匹配高能加温器与被试件之间额能量输出与温度值之间的关系。调整高能加温器和温度测试装置均对准被试件测点位置，使高能加温器输出不同能量值，同时记录温度测试装置捕获到的温度数据，获得高能加温器与被试件之间额能量输出与温度值之间的关系曲线。

将高响应温度传感器4的触点与箔片6接触，用高温胶将高响应温度传感器敏感点粘接到箔片6上，粘贴时，保证高响应温度传感器的触点与箔片6充分接触，确保敏感点的温度信号是通过箔片传导过来的。利用夹具固定安装了高响应温度传感器的摩擦片支撑片，调整温度测试装置和高能加温器，使测温点、高能加温器的光斑及温度测试装置靶心三者合一。试验过程中保防止外界振动造成三者有偏差而造成实验数据的偏差。

3）先对离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置进行不低于20分钟的预热，保证离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性试验装置在试验前性能达到最佳状态。

4）穿戴必要的护目镜，防止由于强光或意外飞溅物伤害眼睛。

5）启动同步触发装置，确保高能加温器没有损坏被试件前提下，回放瞬态特性测试装置获得的试验曲线，导出实验数据，记录相关信息。

6）重复步骤3两次。

7）更换其余两个箔片，分别重复步骤2）~6）。

8）对试验数据处理：

数据处理目标是获得不同厚度金属箔各温度与时间常数的关系，其具体操作如下：

8-1）数据读取。试验最大温度值由温度测试装置得到，获得的曲线如图4所示。

由瞬态特性测试装置获得的曲线如图5所示。当温度达到阶跃温度量的63.2％所需要的时间作为时间常数，记为τ，读出每次温度上升时间，并以达到阶跃温度量的63.2％所需要的时间来计算上升时间。有如下计算公式：

τ=温度上升时间×63.2％

8-2）温度示值误差结果分析。由温度测试装置获得的温度值与瞬态特性测试装置获得的温度值进行对标，以温度测试装置测得的温度数据为基准。将表格数据绘制成曲线可以得出不同厚度金属箔产生的温度误差规律。

8-3）温度响应时间外推。按照温度响应概念来开展数据处理，扩展成室温至800℃阶跃温度条件下的温度响应时间。以厚度为0.4mm金属箔为例，把不同的阶跃温度条件下的温度响应时间绘制在一张图纸上，得到一条温度响应曲线。按照阶跃量与温度响应时间的关系，运用最小二乘法拟合出一条一阶温度响应趋势线。运用拟合的曲线扩展得到阶跃量为室温~800℃情况下的温度响应时间。具体操作如下：

将0.4mm工况下的实测数据运用最小二乘法拟合得到曲线为：

y=0.0005x+0.2053………………..……..……………..（1）

拟合曲线纵坐标是τ，横坐标是阶跃温度。室温为20℃外推目标是800℃情况，因此阶跃温度为：

800-20=780（℃）…………………………….………..（2）

将（25）计算结果过带入（24）得800℃情况下的温度响应时间：

τ=0.0005×780+0.2053=0.6……………………….………..（3）

逐一计算不同厚度金属箔的温度响应规律，将不同厚度金属箔下获得的拟合曲线绘制在同一张平面图上，如图6所示，通过比对可得到用于离合器摩擦片支撑片磨滑温度瞬态特性。