汽車離合器綜合性能試驗臺設計與研究

李榮飛

摘要：離合器作為汽車傳動系統中一個重要部件，起到接合和切斷動力、保證汽車平穩起步和平順換擋的作用；同時，可對傳動系統的最大轉矩進行限制，防止過載。此外，還可有效降低傳動系統的噪聲及扭轉振動。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構組成方面進行設計探討。

關鍵詞：汽車離合器；綜合性能試驗臺；設計

1、前言

離合器工作性能的好壞對于車輛性能的發揮有著重要影響。為了保證離合器在各種工況條件下均能正常工作，有較穩定的性能指標，須對其工作性能進行測試。通過設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計與研究。設計依據我國汽車行業標準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構

綜合性能試驗臺機械結構示意圖如圖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、電機調速系統、伺服系統、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動電機、齒輪變速箱等構成。直流電機安裝在機座上，額定功率選擇220KW以上，額定轉速1500rpm，弱磁轉速2400rpm，額定轉矩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，根據不同的組合實現不同的主軸轉速，通過手動控制轉換擋位，設置擋位識別開關。在1：1.25速比下，在電機額定轉速下，主軸轉速范圍0-1875rpm，連續運行的最大轉矩1120N.m，在弱磁轉速下，主軸轉速范圍1875-3000rpm，連續運行的最大轉矩隨轉速上升而下降，在3000rpm時，連續運行的最大轉矩700N.m。在1：2.71速比下，在電機額定轉速下，主軸轉速范圍0-4675rpm，連續運行的最大轉矩517N.m，在弱磁轉速下，主軸轉速范圍4065-6500rpm，連續運行的最大轉矩隨轉速上升而下降，在6500rpm時，連續運行的最大轉矩323N.m。

主軸齒輪箱：主軸齒輪箱的一側連接直流電機，另一側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控軸承的溫升。

分離機構：由絲桿、直線軸承、支架、力傳感器和軸套等構成，由伺服電機驅動，控制離合器的分離與結合，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。

碟剎器：安裝碟剎控制從動軸的制動，設有剛性鎖止機構，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，在防護罩側面加工有兩個熱風循環口，頂部加工有一個廢氣排出口。

3、綜合性能試驗臺電控系統設計

綜合性能試驗臺電控系統分為電氣系統和軟件系統，其中電氣系統是整個電控系統的基礎，軟件系統用于控制電氣系統的執行以完成離合器試驗。文中介紹了電氣系統結構選擇，試驗軟件系統及操作，以及安全保護設計等。

3.1電氣系統設計

3.1.1電氣系統結構。電氣系統結構主要由UPS電源、工控機、以太網交換機、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，弱控制柜內還安裝由信號調理板、低壓電源、線性電源、放大板、低壓繼電器等、轉速傳感器、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。電氣控制系統供電由220V交流電經在線式的UPS電源后輸出提供電源，保證了整個電氣系統電源的穩定性以及試驗過程中突然掉電試驗結果不丟失。電氣控制系統通過以太網，使工控機、溫度采集模塊、測控模塊、伺服控制模塊、PLC模塊、變頻器實現數據交互、指令發送、狀態回饋等功能。測控模塊是該電控系統最核心的模塊之一，該模塊主要功能包括2部分：

1）數據采集功能。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）數據上傳功能。上傳傳感器數據到工控機。

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

3.1.3安全保護設計。試驗系統安全性是設備的重點，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備過程中有觸電的危險。系統針對電機、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，電氣輸入部分還設計了漏電保護，確保人在使用設備過程中的安全。2）對試驗設備的保護主要防止設備在運行過程中出現損壞。

4、結束語

本文設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生的動態損失。在設計過程中，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.汽車離合器設計與制造[M].北京：機械工業出版社，2018.

[2]陳紅光.離合器綜合性能試驗臺設計[J].企業技術開發，2013.

（作者單位：桂林福達股份有限公司）