汽車離合器綜合性能試驗臺設(shè)計與研究

李榮飛

摘要：離合器作為汽車傳動系統(tǒng)中一個重要部件，起到接合和切斷動力、保證汽車平穩(wěn)起步和平順換擋的作用；同時，可對傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)矩進行限制，防止過載。此外，還可有效降低傳動系統(tǒng)的噪聲及扭轉(zhuǎn)振動。目前，汽車離合器的綜合性能是在實驗室的綜合性能試驗臺上完成，通過不斷的模擬工作狀況來對其進行試驗測定。本文主要從汽車離合器綜合性能試驗臺的結(jié)構(gòu)組成方面進行設(shè)計探討。

關(guān)鍵詞：汽車離合器；綜合性能試驗臺；設(shè)計

1、前言

離合器工作性能的好壞對于車輛性能的發(fā)揮有著重要影響。為了保證離合器在各種工況條件下均能正常工作，有較穩(wěn)定的性能指標，須對其工作性能進行測試。通過設(shè)計離合器綜合性能試驗臺，模擬汽車實際工作狀況，對離合器性能展開試驗，可有效反映離合器工作狀況。本文主要介紹乘用車離合器綜合性能試驗臺的設(shè)計與研究。設(shè)計依據(jù)我國汽車行業(yè)標準QC/T27-2014《汽車干摩擦式離合器總成臺架試驗方法》。綜合性能試驗臺主要試驗項目有：離合器熱負荷試驗；離合器摩擦力矩試驗（①、靜摩擦力矩試驗②、滑動摩擦力矩試驗）；離合器摩擦片磨損性能試驗；離合器熱沖擊能力試驗；離合器誘導失效試驗。

2、綜合性能試驗臺機械結(jié)構(gòu)

綜合性能試驗臺機械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，試驗臺的尺寸（長×寬×高）：約6800mm×1400mm×2500 mm。主要由機座、主動部件、從動部件、電機調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測量控制、潤油站等部分組成。

機座是安裝平臺，主要由鐵金屬整體鑄造而成，經(jīng)過高溫時效處理后加工成型，主動部件和從動部件安裝在機座上。主動部件主要用于提供動力和離合器主動部分轉(zhuǎn)速、壓盤溫度傳感器的安裝。由直流電機和靜摩擦力矩測試驅(qū)動電機、齒輪變速箱等構(gòu)成。直流電機安裝在機座上，額定功率選擇220KW以上，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，弱磁轉(zhuǎn)速2400rpm，額定轉(zhuǎn)矩1400N.m，慣量矩12.8kg.m2。齒輪變速箱是將直流電動機的動力經(jīng)變速后傳遞至主軸，齒輪變速箱中由潤油站提供潤滑油對齒輪及軸承的潤滑，輸出部分主要是模擬飛輪盤。齒輪變速箱共有3擋位組合，根據(jù)不同的組合實現(xiàn)不同的主軸轉(zhuǎn)速，通過手動控制轉(zhuǎn)換擋位，設(shè)置擋位識別開關(guān)。在1：1.25速比下，在電機額定轉(zhuǎn)速下，主軸轉(zhuǎn)速范圍0-1875rpm，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩1120N.m，在弱磁轉(zhuǎn)速下，主軸轉(zhuǎn)速范圍1875-3000rpm，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而下降，在3000rpm時，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩700N.m。在1：2.71速比下，在電機額定轉(zhuǎn)速下，主軸轉(zhuǎn)速范圍0-4675rpm，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩517N.m，在弱磁轉(zhuǎn)速下，主軸轉(zhuǎn)速范圍4065-6500rpm，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而下降，在6500rpm時，連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩323N.m。

主軸齒輪箱：主軸齒輪箱的一側(cè)連接直流電機，另一側(cè)連接飛輪盤和試驗件；主軸中心部分加工有通孔，通過集流環(huán)將離合器壓盤上的溫度信號傳出，為了保證主軸能在6500r/min的高速運行，有潤油站提供的潤滑油對主軸齒輪箱的軸承進行潤滑機降溫，并且安裝有溫度傳感器實時監(jiān)控軸承的溫升。

分離機構(gòu)：由絲桿、直線軸承、支架、力傳感器和軸套等構(gòu)成，由伺服電機驅(qū)動，控制離合器的分離與結(jié)合，分離行程由位移傳感器直接測量。

扭矩傳感器：安裝在從動軸與后端負載之間，量程可選擇1000N.m。

慣性飛輪組合：慣性飛輪組合安裝在機座的后端，慣量按0.1Kg m2遞增，最大轉(zhuǎn)動慣量可達5.25kg.m2。

盤式制動器：施加道路阻力矩通過電氣比例閥控制盤片夾緊力，使道路阻力可調(diào)。

碟剎器：安裝碟剎控制從動軸的制動，設(shè)有剛性鎖止機構(gòu)，可由人工手動鎖死從動軸進行試驗（用于動、靜摩擦力矩試驗時固定從動軸）。

離合器安裝部分：由防護罩，輸出花鍵軸組成，在防護罩側(cè)面加工有兩個熱風循環(huán)口，頂部加工有一個廢氣排出口。

3、綜合性能試驗臺電控系統(tǒng)設(shè)計

綜合性能試驗臺電控系統(tǒng)分為電氣系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中電氣系統(tǒng)是整個電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)用于控制電氣系統(tǒng)的執(zhí)行以完成離合器試驗。文中介紹了電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇，試驗軟件系統(tǒng)及操作，以及安全保護設(shè)計等。

3.1電氣系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由UPS電源、工控機、以太網(wǎng)交換機、溫度采集模塊、底層測控模塊、伺服控制模塊、PLC模塊、變頻器、伺服電機等組成。PLC、直流電機控制、交流接觸器以及其它強電元件安裝在強電控制柜中，工控機安裝在弱電控制內(nèi)，弱控制柜內(nèi)還安裝由信號調(diào)理板、低壓電源、線性電源、放大板、低壓繼電器等、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器、溫度傳感器、力傳感器、位移傳感器等安裝在主機上。

綜合性能試驗臺主電源要求：AC380V±10%、50Hz（三相五線制）；輸入功率：≤250KW。電氣控制系統(tǒng)供電由220V交流電經(jīng)在線式的UPS電源后輸出提供電源，保證了整個電氣系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性以及試驗過程中突然掉電試驗結(jié)果不丟失。電氣控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)，使工控機、溫度采集模塊、測控模塊、伺服控制模塊、PLC模塊、變頻器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、指令發(fā)送、狀態(tài)回饋等功能。測控模塊是該電控系統(tǒng)最核心的模塊之一，該模塊主要功能包括2部分：

1）數(shù)據(jù)采集功能。采集加載電機編碼器信號、扭矩傳感器信號、位移傳感器信號、拉壓力傳感器信號并換算成實際值。2）數(shù)據(jù)上傳功能。上傳傳感器數(shù)據(jù)到工控機。

3.1.2試驗軟件設(shè)計及操作。設(shè)備軟件系統(tǒng)由工控機軟件及PLC軟件組成。其中，設(shè)備的動作由PLC控制，而試驗流程的控制由工控機管理和調(diào)度。所有試驗參數(shù)均通過通訊方式傳給PLC，操作者不需要對PLC進行操作；而設(shè)備維修工程師則有必要了解PLC程序以方便快速診斷設(shè)備故障并進行處理。

3.1.3安全保護設(shè)計。試驗系統(tǒng)安全性是設(shè)備的重點，安全保護大致可分為三類，分別是對人的保護、對試驗設(shè)備的保護以及對試件的保護。

1）對人的保護主要防止人在使用設(shè)備過程中有觸電的危險。系統(tǒng)針對電機、綜合性能試驗臺架金屬底座、電氣柜都進行了良好接地，并測量了接地電阻，電氣輸入部分還設(shè)計了漏電保護，確保人在使用設(shè)備過程中的安全。2）對試驗設(shè)備的保護主要防止設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)損壞。

4、結(jié)束語

本文設(shè)計的離合器綜合性能試驗臺可以清晰、準確地檢測到離合器在長時間高強度下工作所產(chǎn)生的動態(tài)損失。在設(shè)計過程中，充分考慮了實際測試要求及綜合性能試驗臺的加工、裝配等工藝，具有很強的實用性。

參考文獻：

[1]嚴正鋒.汽車離合器設(shè)計與制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.

[2]陳紅光.離合器綜合性能試驗臺設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013.

（作者單位：桂林福達股份有限公司）