膜片弹簧离合器动态特性试验台Word文档格式.docx
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提出并讨论了一些实验结果,特别要注意连接离合器控制器的设计问题。
前言
在以手动同步器换挡传动系统进行动力传递的车种中,膜片弹簧离合器是常用的在的轿车和轻型卡车上。
制造商标明手动变速器的离合器系统参数的数据如传递转矩和功率,夹紧载荷,尺寸等等,以此来满足客户需求。
不过,对于某些离合器系统的性能取决于特定的操作条件(如滑动速度,滑动位移,离合器壳体的温度等)和一定的离合器参数(如取决于滑动和磨损的摩擦系数)而言,这些系统参数的数据在某种程度是不完整的。
有时在传统的同步传输中信息的缺乏并不会造成传递严重滞后,因为司机操作可以弥补在动力传递中转矩的变化。
但是,为了给伺服离合器驱动线路设计有效的控制器,以此保持传统的动力系统的布局,深入的了解学习这些参数的知识业是很有必要的,但也由此造成离合器踏板将由一个伺服致动器代替。
控制器必须在开环回路的条件下操作,同时也必须正确预测了离合器转矩随操作条件变化规律(即传递函数)。
一些研究已经显示出通过仿真来验证离合器操作方式步骤,以用于提高啮合质量会大大改变离合器传递[1][2][3]。
出于方面的考虑,许多专家学者已再次被经吸引去关注研究传递函数。
而官方对干式膜片弹簧离合器系统的描述已经很不错了[4]。
Osanai[5],Pacey[6]和Weaver[7]研究了温度对湿式离合器传递性能和热传递的影响。
韩志鹏[8]分析离合器片的温度分布。
弘道[9]解决离合器性能预报问题。
该研究的作者进行的目的是设计并测试一个伺服离合器系统传输控制器。
在相同的车种,这样的控制器可以提供一个相当于在每个可能的操作条件高度称职的司机达到的,且被认为是有效的性能。
但同时应该牢记的是,优化性能的如何定义,将取决于所需的驱动模式,即运动,舒适等。
在设计这种类型的控制器时,无论是在离合器传递扭矩,还是评估控制器的性能,要能够有确保进行实验测试的几种方案或措施。
本文介绍了第一个试验在试验台开发用于此目的,得到的结果。
该试验台能够测量轴的转速,夹紧载荷,推板的位移,离合器盘温度,踏板位置和力矩。
传动轴可以链接转矩控制的液压马达(动态测试)或被静态的框架驱动(静态试验)。
相对于早期版本的测试台架而言,其不同是:
初始序列结果是在没有能够夹紧载荷和实际的离合器盘位移测量进行了静力试验时获得的。
但在解释结果的不确定性上,该试验台得有必要,因此进行新的试验之前,提高试验台将是未来的研究发展的第一步。
试验台的简介
该试验台的设计是模拟膜片弹簧离合器并可以测试,模拟最常见的操作条件,即站开始换挡。
如图,为了模拟汽车惯性载荷,从动轴连接到一个液压扭矩控制电机上,来作为制动控制。
驱动轴由一个45千瓦的液压马达驱动,通过减速器,其马达速度范围可以从30到300rpm之间调节。
试验台的布置如图1所示。
主电机
(1)连接到一个减速器
(2)和最后一个驱动轴(3)。
离合器是包含在其外壳(4)在内,这也是其驱动机制所决定的。
驱动轴(5)连接到制动电机(6)。
制动电机可与固定杆与车架如果测试将与从动轴约束进行更换。
离合器弹簧是由气缸代替脚踏板。
试验工作台配备了传感器测量,可以定义和影响离合器的传递函数的变化或大小幅度。
此功能通常被认为是摩擦系数,夹紧载荷和平均离合器盘半径的乘积。
摩擦系数,虽然通常视为常数,实际上取决于温度和相对速度,而平均半径与盘磨损和温度的变化有关。
传感器感应参数被设置为传递扭矩,相对速度的测量,接触离合器盘和飞轮之间的实际表面接触压力和温度的。
传递的扭矩测量应变计安装在驱动轴和从动轴,并测量各轴传递扭矩。
如果驱动轴由杠杆限制,转矩可以由负载传感器测量。
相对速度由从动轴的速度计算,分别由两个拾音器面对飞轮齿圈和音轮测量收缩配合传动轴上。
夹紧载荷可以测量由应变计安装在螺丝钉固定离合器从动盘与飞轮的柄。
这些螺栓提供膜片弹簧力的反应,其张力的力作用在离合器的比例。
为了确保准确的测量和减少可能的误差,三螺栓应以120°
夹角等位分开的传感,而三个额外的卸货传感螺栓安装在相对于离合器盘的同一位置进行热补偿。
摩擦表面之间的接触压力由平压阻式传感器插入两个离合器盘之间的测量。
圆形传感器是直径12毫米和0.1毫米厚。
六个传感器安装在盘的表面在不同的距离从为中心来评估接触压力分布。
但是,这些传感器显示出高的滞后以及测量值精度低,因此必须对螺栓的总力传感测量检查。
但不管怎样,他们可以提供接触压力分布有用的信息。
飞轮和离合器盘的温度由热电偶测量放在特制的座位分布在摩擦表面。
三个热电偶安装在离合器从动盘在不同距离的评价为中心的温度分布沿半径。
同样地,三个热电偶位于飞轮半径。
最后一个热电偶放置在离合器壳体测量环境温度。
激光位移传感器测量反射盘刚性地连接到推板外环的位置。
位移是相对于传输覆盖而测量的。
由于远程测量的硬件所提供的信道的数目有限,因此目前还不可能在每一个测试获得的所有可测量的量。
因此,测试的方针通常是测量的传递的转矩,而关于夹紧载荷或飞轮温度信号是通过试验交替获得的。
同样,通过接触压力传感器提供的信号必须在与离合器盘热电偶信号变换时获得。
最后,主电机供应压力和用于操作离合器气缸的位置记录。
测试步骤
不同的程序可根据试验目的使用。
具体地说,它是可能的测试静止开始或换档操作。
测试也可以对从动轴进行约束,以提供一个可以更广泛的考虑到远程测量的硬件,而这也是不是在从动轴侧获得所需信号的主要优势。
对旋转的传动轴进行了测试,可以与实际的驾驶条件直接相关,且特别适用于离合器控制策略的研究。
对于该试验台,无论是起步和换档的动作均可以模拟。
而在这两种情况下,制动转矩参考值的计算是为了根据齿轮比模拟车辆惯性载荷和静载荷。
特别是,制动电机可以作为一个上坡站开始在道路边坡模拟功率电动机。
主电机的扭矩可以通过减压阀的调节。
相比之下,对约束轴进行了的测试,可用于离合器传递函数进行辨识。
但是,采用这种布局进行了测试,可能会由耐磨材料在摩擦表面的积聚造成,可以显着影响的摩擦系数,而产生误差造成影响。
当离合器盘转动,在实际运行中,颗粒通过离心力弹出。
为了测量在不同操作条件下的传递率,根据操作参数离合器进行性的大量的啮合。
在每一个测试中,离合器执行机构被一个方波信号驱动,该方波包含频率和占空比。
轴速度和推力块(释放轴承)的锁定位置也可以通过调节来改变操作条件。
实验结果
试验测试主要面向传递函数并完整的识别该函数。
为了达到这个目的,事先是必须预测传递转矩和踏板位置(或致动器位置)随着离合器磨损和温度变化而变化的大致函数关系,。
本文讨论了试验课题是研究传递函数是否在变化,而这个研究的结果也是可以从离合器的研究探索历史进行预测。
在试验中,通过改变施加指定的磨损周期和测量约束来达到改变驱动轴传递扭矩配置。
这种结构形式是保证这类试验是在静态条件下进行扭矩传递的重要前提,而轴的动态状态则是增加测量误差的一个不可忽视的原因。
此外,这种结构更有利于获得更大数量的信号波。
在进行了测量传递力矩一系列测试,执行器的位置和推板侧温度离合器盘在三个不同的径向位置。
一个额外的热电偶的平均半径的位置放置在飞轮侧。
该试验三主要的内容分别为进行了测量传递扭矩的随温度的变化,滑动速度,离合器闭合时间。
而该实验测试的四分之一是测量在周期重载荷下的离合器传递扭矩。
在测试过程中,离合器每一个操作周期包括关闭3秒并休息17秒,然后进入下一个周期。
试验设定为每60分钟为系列,而每系列共计180个操作约束。
每一个系列在中断的时候,必要进行下载和保存采集到的数据。
根据各制造厂家提供的使用的参数,每公里假定离合器操作约束是实际的三倍。
因此每个系列对应对应60公里的行程。
通过垫片调节,主电机转速在100转时,和离合器盖关闭应达到全行程的86%。
总行程大约进行3000公里的测试。
在停止测试时,应控制离合器盘温度不要超过180°
C,以避免摩擦表面的损坏。
如图3所示,总结了测试结果,在传递扭矩时,完成每个接合操作所对应显示离合器盘的平均温度。
测量点都集中在约300公里的序列中,对应于约五小时的测试过程。
每个组的测试被中断后,离合器应冷却到环境温度。
该图显示,当离合器几乎是全新的时候传递扭矩会随着温度变化而急剧下降;
但是当离合器使用行程已超过2000公里,这种现象不再发生。
具体地说,由一个新的离合器下传递的转矩,其损失量大约为100nm。
在每个试验系列都经过冷却后,在相同温度下,测量的传递转矩相对于以前的(离合器没经历过冷却)系列中的测量值有显着变化。
这种现象可以归因于的摩擦材料的性能变化或在离合器盘的材料存在磨损。
同样,冷却后的离合器的传传递范围较广的传递扭矩,而且不依赖于离合器磨损的耐久性。
当温度高于110°
C和离
合器使用行程超过2000多公里时,传递的扭矩只会在250nm和270nm这样一个狭窄的范围内变化。
图4显示采用一个典型的测试方案,测量离合器片表面的温度。
值得注意的是,在盘的外边缘比附近相对于内边缘或中间温度较高。
此外,测量的操作峰值外边缘附近比在其他测试点更加明显的。
最后,到达飞轮边缘的温度低于推板上的,可能是因为该飞轮本身大的热质量。
图5显示的是,在磨损试验后工作温度的冷却过程中变化趋势。
测量是在离合器工作状态与轴停止的状态下进行的。
在整个测试过程中,热传递由从推板一侧向飞轮一侧流动传递更加明显,而大约运行15分钟后,在内部对冲的情况下,飞轮侧的温度增长高于推板一侧。
温度在相对于紧凑区往往下降更缓慢些。
而这最后图形显示的是指离合器盖总成的内部温度,慢慢地从60°
C降低45°
C.
当离合器每运行500公里,测量离合器传递转矩闭合时间和和爬行速度。
在离合器暖机的状态下进行测试(约110°
C),同时通过一系列约束操作来增加执行器执行冲程和主电机速度。
通过试验获得在0,500和3000公里的数据,分别绘制了图标6-~11作具体的演变。
特别是图表6,7和8的离合器传递扭矩与爬行速度的变化。
如图显示在离合器的使用寿命期间内,离合器传递扭矩梯度改变的倾斜率。
虽然在局部封闭区域,它通常是消极的和效率底下,同时夹紧载荷有增加执行器行程的趋势,且通过伺服电机也可以在很大程度上影响传输方面的舒适性能,如[1]和[2广泛的说明]。
图9,10和11显示在相同的数下,执行器的冲程变化,表达出传递函数随滑动速度变化而变化的趋势。
传递的扭矩可以通过100nm的踏板的位置的变化进行调节。
最后,剩余几个试验是离合器在周期型重载条件下,研究涉及较高的离合器应力。
当离合器滑移速度设定为300转时,而执行器的有限行程只是额定行程的86%。
每周期内接触时间为3秒,并与5秒的休息时间交替进行。
由于在试验进行过程中温度过高,所以在未超过7个周期之前必须停止试验进行冷却。
图12和图13显示温度历史
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- 膜片 弹簧 离合器 动态 特性 试验台