本發(fā)明屬于一種適用于摩擦材料的縮比慣性臺架，具有模擬實際工況的功能，其試驗結(jié)果與全尺寸總成試驗臺有很好的可比性，適用摩擦材料原料和配方開發(fā)、質(zhì)量控制和基礎(chǔ)研究，具備簡單、經(jīng)濟、快捷的特點。是替代現(xiàn)有定速式摩擦材料試驗機的理想機型。

背景技術(shù)：

摩擦材料(制動器襯片)是汽車極為重要的安全件。在摩擦材料開發(fā)及生產(chǎn)過程中，需要進行大量的性能測試和評價工作。

摩擦(制動)性能試驗方法分為兩大類：模擬實際工況試驗和定速(定溫)拖磨試驗；前者能夠模擬實際工況，與整車試驗結(jié)果有很高的可比性，可以作為性能評判的依據(jù)；而定速(定溫)拖磨的試驗方式，由于不具備模擬工況的條件，試驗結(jié)果與整車試驗相去甚遠，正在逐步被淘汰。

摩擦(制動)性能試驗方式又分為總成試驗和小樣試驗；總成試驗成本高，耗時長；而能夠模擬總成試驗工況的小樣試驗(縮比試驗)，能夠降低測試成本，加快開發(fā)進度。

摩擦材料研究和生產(chǎn)，急需一種能夠模擬實際工況、準確、快捷和經(jīng)濟的試驗設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有各種摩擦材料小樣試驗機的缺點和1:1慣性臺架的優(yōu)點，以相似理論為基礎(chǔ)，研發(fā)出一種縮比的摩擦材料慣性臺架。

根據(jù)附圖，說明如下：

一種縮比摩擦材料慣性臺架，主要由主電機1，聯(lián)軸器2、超低速驅(qū)動裝置3，左軸承座4，主軸5，飛輪組6，無線測溫裝置7，右軸承座8，制動鉗9，制動鉗安裝套10，環(huán)形測力臂27，摩擦對偶盤12，機座13，壓力發(fā)生器14及測控系統(tǒng)組成；

所述的電機1安裝在機座13上平面一端并與主軸5相連，主軸5另一端裝有摩擦對偶盤12；主軸5中間加工有凸肩，用于安裝慣性飛輪組6，所述主軸5通過左軸承座4、右軸承座8支撐；

所述的環(huán)形測力臂27安裝在外法蘭28及制動鉗安裝套10之間，三者聯(lián)接緊固，環(huán)形測力臂27的一端裝有力傳感器29，并與固定在機座13上的傳感器支座30相連；

所述的制動鉗9安裝在制動鉗安裝套10上，由左鉗體15、右鉗體16、雙活塞17、試件夾18組成，所述的雙活塞17分別安裝在左鉗體15、右鉗體16內(nèi)部，被測摩擦材料裝在試件夾18上，隨試件夾插入到制動鉗體并設(shè)置在摩擦對偶盤12的兩側(cè)；壓力發(fā)生器14設(shè)置在機座13下平面，通過油管將壓力傳遞給制動鉗9，鉗體內(nèi)的雙活塞17推動試件夾18內(nèi)的摩擦試塊，夾緊摩擦對偶盤12，從而產(chǎn)生摩擦力制動；

所述的無線測溫裝置7，安裝在外法蘭28左端面及主軸5上，用于測量摩擦對偶盤12的溫度；

所述的鏈輪24可沿主軸5軸向左右移動，通過鏈條將鏈輪24與固定在機座13下平面的超低速驅(qū)動裝置3相連，實現(xiàn)主軸與超低速驅(qū)動裝置3離合；

上述縮比摩擦材料慣性臺架是基于相似理論，并以試驗式樣摩擦面積為轎車盤式摩擦片的摩擦面積的1/5作為縮比摩擦材料慣性臺架的基本設(shè)計參數(shù)。

所述的環(huán)形測力臂27上還設(shè)置有標定桿11，在尾端裝有砝碼盤，用于力傳感器29的標定。

所述的壓力發(fā)生器14由伺服電機19、同步帶20、滾珠絲杠21、制動總泵22和壓力傳感器23組成，壓力發(fā)生器14用于產(chǎn)生制動所需的液壓力。

所述外法蘭28與制動鉗安裝套10內(nèi)側(cè)加工有止口，用于環(huán)形測力臂27的定位。

所述電機1通過聯(lián)軸器2與主軸5相連，在做超低速試驗時，將所述的鏈輪24左移并套裝在聯(lián)軸器2的右端止口上并固定，通過鏈條將鏈輪24與固定在機座13下平面的超低速驅(qū)動裝置3相連，這時主電機1不工作，由超低速驅(qū)動裝置3驅(qū)動主軸5進行試驗；在做常規(guī)試驗時，鏈輪24右移并固定在左軸承座4左側(cè)法蘭25上，實現(xiàn)主軸5與超低速驅(qū)動裝置3分離，這時主電機1驅(qū)動主軸5進行試驗，超低速裝置3不工作。

有益效果：本發(fā)明，在仔細地研究了1:1總成試驗的特點基礎(chǔ)上，推出一種縮比慣性試驗臺，與現(xiàn)有的同類設(shè)備相比，有以下特點：

1、具備制動器總成試驗所必須的制動慣量、制動力矩、制動壓力、制動速度等輸入和控制條件；

2、嚴格按照1:5的縮比率，計算縮比試驗參數(shù)，進而確定縮比慣性試驗臺的技術(shù)參數(shù)；

3、采用定鉗式制動器結(jié)構(gòu)，具備與總成試驗相同的制動壓力加載方式；

4、試塊從產(chǎn)品上截取，保持其真實性；

5、統(tǒng)一的制動器和制動盤，排除了總成試驗中不同制動器和制動盤對試驗結(jié)果的影響；

6、具備與全尺寸總成試驗相同的試驗規(guī)范和數(shù)據(jù)處理方法，保證了兩者數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性。

這種新結(jié)構(gòu)的縮比慣性試驗臺特別適用于針對摩擦材料的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程質(zhì)量控制。

附圖說明

圖1是縮比臺架結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的右視圖；

圖3是主軸結(jié)構(gòu)圖；

圖4是環(huán)形測力臂結(jié)構(gòu)圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是制動鉗結(jié)構(gòu)圖；

圖7是圖6的左視圖；

圖8是試件夾結(jié)構(gòu)圖；

圖9是圖8的左視圖；

圖10是摩擦對偶盤結(jié)構(gòu)圖；

圖11是圖10的剖視圖；

圖12是飛輪托架結(jié)構(gòu)圖；

圖13是圖12的左視圖；

圖14是壓力發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖；

其中：圖中：1、主電機2、聯(lián)軸器3、超低速驅(qū)動裝置4、左軸承座5、主軸6、飛輪組7、無線測溫裝置8、右軸承座9、制動鉗10、制動鉗安裝套11、標定桿12、摩擦對偶盤13、機座14、壓力發(fā)生器15、左鉗體16、右鉗體17、雙活塞18、試件夾19、伺服電機20、同步帶21、滾珠絲杠22、制動總泵23、壓力傳感器24、鏈輪25、左軸承座左側(cè)端蓋26、飛輪托架27、環(huán)形測力臂28、外法蘭29、力傳感器30、傳感器支座

具體實施方式

以下通過具體實施例進一步說細說明本發(fā)明

一種縮比摩擦材料慣性臺架，主要由主電機1，聯(lián)軸器2超低速驅(qū)動裝置3，左軸承座4，主軸5，飛輪組6，無線測溫裝置7，右軸承座8，制動鉗9，制動鉗安裝套10，環(huán)形測力臂27，摩擦對偶盤12，機座13，壓力發(fā)生器14及測控系統(tǒng)組成。

所述的電機1，是交流變頻電機，安裝在機座13上平面左端，通過聯(lián)軸器2與通過左軸承座4、右軸承座8支撐的主軸5相連。

所述的主軸5，中間加工有凸肩，用于安裝慣性飛輪組6。主軸5右端裝有摩擦對偶盤12，其外形尺寸為φ148×φ50×8.5mm。

所述的飛輪組6，由多個飛輪組成，飛輪之間用螺釘聯(lián)接固定，不參與試驗的飛輪，拆下安裝螺釘后，飛輪沿軸向移動，用螺釘固定在機座上的飛輪托架26上，與主軸5分離。

所述的鏈輪24，可沿軸向左右移動，實現(xiàn)主軸與超低速驅(qū)動裝置3離合?？s比臺架在做超低轉(zhuǎn)速試驗時，將鏈輪24左移并套裝在聯(lián)軸器2的右端止口上，并用螺釘將鏈輪固定在聯(lián)軸器右端面上，通過鏈條將鏈輪24與固定在機座13下平面的超低速驅(qū)動裝置3相連，這時主電機1不工作，由超低速驅(qū)動裝置3驅(qū)動主軸5進行試驗。在做常規(guī)試驗時，鏈輪24右移并用頂絲固定在左軸承座左側(cè)法蘭25上，實現(xiàn)主軸5與超低速驅(qū)動裝置3分離，這時主電機1驅(qū)動主軸5進行試驗，超低速裝置3不工作。

所述的環(huán)形測力臂27，為半環(huán)形，安裝在外法蘭28及制動鉗安裝套10之間，三者通過螺釘聯(lián)接緊固，外法蘭28與制動鉗安裝套10內(nèi)側(cè)加工有止口，用于環(huán)形測力臂27的定位。環(huán)形測力臂27的一端裝有力傳感器29，并與固定在機座13上的傳感器支座30相連。模擬汽車制動時，壓力發(fā)生器14工作產(chǎn)生壓力(壓力發(fā)生器專利號zl201120020934.3)，通過油管傳遞給制動鉗9，鉗體內(nèi)的雙活塞17推動試件夾18內(nèi)的摩擦試塊，夾緊摩擦對偶盤12，從而產(chǎn)生摩擦力，使主軸5減速甚至停止轉(zhuǎn)動。由于力的作用是相互的，制動鉗9對摩擦對偶盤12產(chǎn)生摩擦力的同時，摩擦對偶盤12會給制動鉗9一個反向力，這個力通過制動鉗安裝套10、測力臂27傳遞給力傳感器29，測量系統(tǒng)記錄該過程的各項所需參數(shù)。

所述的標定桿11，安裝在環(huán)形測力臂上，在尾端裝有砝碼盤，用于力傳感器29的標定。

所述的制動鉗9已獲得專利：一種雙缸制動鉗zl201520705728.4，由左鉗體15、右鉗體16、雙活塞17、試件夾18組成。制動鉗9安裝在右軸承座8外圈軸承上的制動鉗安裝套10上。

所述的雙活塞17，是兩個直徑為φ25.4mm的活塞，分別安裝在左鉗體15、右鉗體16內(nèi)部，分布在制動盤12的兩側(cè)。

所述的摩擦材料試塊為兩塊，25mm*40mm的標準試塊，裝在試件夾18上，試件夾18裝在制動鉗9上，試塊允許厚度8～18mm，可以直接從帶背板的剎車片上切割制成。

所述的無線測溫裝置7，安裝在外法蘭28左端面及主軸5上，用于測量摩擦對偶盤12的溫度。

所述的壓力發(fā)生器14已獲得專利：一種電伺服控制推桿，專利號zl201120020934.3，由伺服電機19、同步帶20、滾珠絲杠21、制動總泵22和壓力傳感器23組成。壓力發(fā)生器14用于產(chǎn)生制動所需的液壓力。

縮比臺架的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、工作原理

該試驗臺可完成常規(guī)試驗和超低速試驗，根據(jù)試驗工況所需的慣量值，匹配飛輪組(6)飛輪數(shù)量。

在試驗臺進行常規(guī)試驗時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電機1驅(qū)動主軸5、飛輪組6、摩擦對偶盤12等軸系相關(guān)件旋轉(zhuǎn)達到模擬車速所需轉(zhuǎn)速。模擬汽車制動時，壓力發(fā)生器14工作產(chǎn)生壓力，通過油管傳遞給制動鉗9，鉗體內(nèi)的雙活塞17推動試件夾18內(nèi)的摩擦試塊，夾緊摩擦對偶盤12，從而產(chǎn)生摩擦力，使主軸5減速甚至停止轉(zhuǎn)動。由于力的作用是相互的，制動鉗9對摩擦對偶盤12產(chǎn)生摩擦力的同時，摩擦對偶盤12會給制動鉗9一個反向力，這個力通過制動鉗安裝套10、測力臂27傳遞給力傳感器29，測量系統(tǒng)記錄該過程的各項所需參數(shù)。

在試驗臺進行超低速試驗時，主軸5通過鏈條與固定在機座13下平面的超低速驅(qū)動裝置3相連，這時主電機1不工作?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出指令，制動鉗9夾緊制動盤12，啟動超低速驅(qū)動裝置3使主軸由靜止緩慢變?yōu)檗D(zhuǎn)動，測量系統(tǒng)記錄由靜止到開始轉(zhuǎn)動這一過程的各項所需參數(shù)。

2、縮比率確定

在摩擦學(xué)領(lǐng)域，大量研究表明：縮比試驗的摩擦面積縮比為1/4～1/10比較合適。對于汽車摩擦材料縮比試驗：考慮到轎車盤式摩擦片的摩擦面積一般為30～60cm²，現(xiàn)有的小樣試驗機如，定速試驗機試樣尺寸(25×25mm)、chase試驗機試樣摩擦面積(約6.45cm²)，故確定縮比試驗式樣摩擦面積為實際式樣摩擦面積的1/5，作為縮比試驗機的基本設(shè)計參數(shù)。也是本發(fā)明設(shè)計的核心。

根據(jù)相似原理的參數(shù)縮比原理，可確定一次方的幾何量，如摩擦半徑的縮比率為1/5^1/2。

為保證縮比試驗與1:1試驗具有可比性，還要保證主要參量在縮比試驗中的作用同1:1試驗具有一致性。這也就是縮比試驗的試驗?zāi)M準則。

依據(jù)相似原理，按幾何學(xué)相似、運動學(xué)相似、動力學(xué)相似的相似原則，確定摩擦材料縮比試驗的試驗?zāi)M原則具體為：

摩擦副形式及材質(zhì)一致性，幾何尺寸具有比例關(guān)系(確定摩擦半徑等一次方的幾何量縮比率)；

摩擦半徑處的線速度、制動減速度相等(確定主軸轉(zhuǎn)速縮比率)；

摩擦面工作比壓相等(確定制動壓力縮比率)；

摩擦溫度升降溫方式及溫度變化過程相同(確定冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù))；

摩擦材料單位面積承擔的滑摩功(率)相等(確定轉(zhuǎn)動慣量縮比率)；

摩擦制動盤單位體積承擔的熱負荷相等(為制動盤尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù))。

根據(jù)上述試驗?zāi)M原則，可以確定其它物理量的縮比率，從而為縮比試驗機設(shè)計提供依據(jù)。

縮比試驗時，將某種車型的參數(shù)，按上述縮比率換算成實驗參數(shù)。并調(diào)整試驗機的試驗參數(shù)，如調(diào)整制動系統(tǒng)壓力、慣量配置、主軸轉(zhuǎn)速等等。按某一車型參數(shù)縮比換算后實驗參數(shù)如表2所示。

表2按照1：5縮比率，計算的某一車型的縮比試驗參數(shù)

除上述計算之外，保證縮比試驗臺與全尺寸總成試驗臺可比性的關(guān)鍵因素還有：采用2個試塊，雙活塞對頂式(定鉗式)制動鉗，制動鉗活塞直徑φ25mm，試塊面積為2x10cm²，摩擦對偶盤尺寸為φ148×φ50×8.5mm。

3、縮比臺架的主要技術(shù)參數(shù)

主電機功率：7.5～22kw變頻調(diào)速

慣量：基礎(chǔ)慣量i0＝0.15kg.m²

飛輪慣量i1＝0.25kg.m²

i2＝0.25kg.m²

i3＝0.25kg.m²

i4＝1.0kg.m²

i5＝1.0kg.m²

i6＝1.0kg.m²

電模擬慣量i電＝±0.5kg.m²

總慣量：0.15～4.4kg.m²

主軸轉(zhuǎn)速：0～4，000r/min

制動鉗結(jié)構(gòu)：雙活塞對頂式(定鉗式制動器)

試塊面積：10cm²×2

試塊尺寸：25mm×40mm×8～18mm(厚度)

制動液壓力：0～200bar

極低轉(zhuǎn)速：0～0.01r/min

溫度測量：室溫～800℃

4、縮比臺架的測試實例

首先確定換算參數(shù)，如表3所示：

表31:1與1:5參數(shù)換算

試驗參數(shù)

5、測試結(jié)果對比

試驗規(guī)范：jsaoc406，恒力矩制動模式；

制動器總成試驗臺(1:1)試驗結(jié)果，見表4：

表4(1:1)摩擦系數(shù)/制動溫度與制動次數(shù)的關(guān)系

縮比試驗臺(1:5)試驗結(jié)果，見表5：

表5(1:5)摩擦系數(shù)/制動溫度與制動次數(shù)的關(guān)系

試驗數(shù)據(jù)匯總：見表6

表6試驗數(shù)據(jù)匯總

數(shù)據(jù)對比表明，兩者有較好的可比性和一致性。