设计包括汽车干式离合器应用*的销盘式数控摩擦计外文翻译资料

 2021-12-29 22:36:34

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设计包括汽车干式离合器应用*的销盘式数控摩擦计

Matija Hoic#39;lowast;，Mario Hrgetic#39;，Joscaron;koDeur

萨格勒布大学，机械工程和船舶建筑学院，Ivana Luica 5，HR-10002，克罗地亚萨格勒布

a r t i c l e i n f o 摘要

文章历史：

2016年5月31日收到

2016年9月10日修订

2016年10月18日接受

2016年11月8日在线提供

关键词：

针盘式摩擦磨损设计

控制摩擦磨损

干式离合器

本文介绍了针盘式摩擦计的设计，旨在用于各种滑动样品对的静态和动态摩擦行为的实验表征。作为主要影响参数的法向力，滑动速度和温度在实验期间通过应用垂直和旋转伺服轴以及内置在旋转盘中的电加热器来精确控制。紧凑型三轴压电力传感器放置在垂直轴螺杆传动装置和摩擦力样品之间，可直接测量用于计算样品摩擦系数的法向力和切向力。使用安装在旋转台上的增量编码器直接测量滑差速度。盘温由内置的Pt探针测量，其探针与加热线一起通过滑环连接到温度控制单元。通过研究干式离合器摩擦材料的摩擦系数，颤动灵敏度和磨损率特性，证明了摩擦磨损性能。

copy;2016 Elsevier Ltd.保留所有权利。

介绍

摩擦磨损试验机是一种机械装置，通常用于研究给定材料样品对的摩擦接触性能，有或没有润滑剂和/或滑动接触中存在的附加磨料颗粒[1-4]。与在全尺寸部件上进行实验相比，摩擦计的应用具有几个优点，包括通过将相同的机器用于多种应用来减少时间和资源，以及在生产目标部件和摩擦之前获得测试结果的可能性。材料选择。汽车工业可受益于摩擦磨损机的广泛应用，包括研究离合器，制动器，发动机活塞，齿轮和轮胎中的摩擦滑动触点。在汽车干式离合器应用中，摩擦磨损试验机可用于（i）摩擦系数（COF），（ii）颤抖灵敏度和（iii）磨损率[5]的实验表征。所识别的摩擦材料特性可用于离合器和传动系设计目的，以及相关数学模型的参数化[6,7]。

由于COF具有复杂的物理背景，因此通常以实验方式表征，通常是三个的函数

*本文由副主编TH Lee推荐出版。

lowast;通讯作者。

电子邮件地址：matija.hoic@fsb.hr （M. Hoic#39;），mario.hrgetic@fsb.hr （M. Hrgetic#39;），josko.deur@fsb.hr （J. Deur）。

主要影响参数：温度，滑动速度和法向力[8,9]。磨损对COF的影响也是有意义的[10,11]。术语颤抖（或颤动）涉及高振幅/低频离合器振动，这是由特定的摩擦特征或离合器几何变化[12-14]引起的，并且影响驾驶舒适性[15]。根据摩擦与滑动速度曲线梯度的符号，可以抑制抖动振动（正梯度）或放大（负梯度）。因此，从抖动避免的角度来看，COF随滑动速度显着增加的材料是有利的[14,15]。干式离合器磨损与摩擦材料厚度的损失有关，这会影响离合器的使用寿命[9,16]并影响离合器扭矩静态曲线和扭矩控制精度[5,17]。由于离合器磨损的在线测量具有挑战性，因此通常使用摩擦磨损机来获取摩擦材料的与温度相关的磨损率特性，然后将其用于离合器磨损深度的在线重建。

本文介绍了计算机控制的销盘式摩擦计的设计，以及它在上述干式离合器摩擦特性的实验表征中的应用。所提出的面向机电一体化的机器设计的主要新颖之处在于其能够直接控制法向力，滑动速度和温度，并且在静态和动态条件下精确测量COF。此外，与商用摩擦磨损仪[18-20]相比，本文介绍的机器尺寸明显更大，可以容纳从实际离合器压盘切割的圆盘并具有代表性

http://dx.doi.org/10.1016/j.mechatronics.2016.10.016 0957-4158 /copy;2016 Elsevier Ltd.保留所有权利。

表格1

摩擦计的主要类型。

表面接触 （a）钉在板上 （b）光盘上的针脚 （c）戒指上的戒指

线/点接触 （d）挡住戒指 （e）光盘上的球 （f）双环

复合材料样品（针）的尺寸。通过构建在垂直轴上的电动伺服电动机提供直接控制影响参数，该电动伺服电动机承载摩擦样品和保持盘的旋转轴，并且通过为旋转台配备电加热器和温度传感器。通过将刚性三轴压电力传感器直接连接到摩擦样品来确保精确的COF测量。特别注意垂直轴悬架系统的设计，其目的是显着减轻由微小盘不均匀引起的法向力的振荡。虽然本文中的摩擦计适用于其销盘式变型，但该机器允许采用替代的针板式布置，其中板通过线性伺服电机线性移动。机器的核心，盘上销/板部件在冷却室内运行，允许摩擦接触冷却到大约0°C，力传感器可以避免高工作温度。

本文的其余部分安排如下。第2节提供了介绍性考虑，包括现有摩擦磨损机的调查，特定摩擦磨损设计的要求和基本特征，以及干式离合器摩擦测试应用的细节。第3节介绍了摩擦磨损机械子系统的设计，而测量和控制系统的设计在第4节中描述。​​第5节概述了干式离合器摩擦磨损特性程序，并给出了主要结果。结束语包含在第6节中。

介绍性设计考虑因素

    1. 摩擦磨损机概述

摩擦磨损机的主要分类基于所研究的一对材料之间的相对运动特征（见表1）[1,3]。应该注意的是，表1中所示的试验台类型也在使用中，但它们通常用于表征非常特定目的的摩擦或磨损（例如，用于液压密封，[21]）。通常认为不同类型的摩擦计不适用于所有应用，因为相对运动的不同特性可能导致实验结果的变化[1]。

针板式配置被认为适用于与（i）边界润滑条件相关的实验工作[3,4];（ii）预期往复运动的应用，特别是在低滑移速度下[2]，以及湿式应用，因为方向的变化被认为是润滑剂粘附的严重条件[3]。盘销式配置是一种常见的摩擦磨损机[1,2]，它已用于表征各种材料对的摩擦系数和磨损，如复合材料摩擦材料[22]和橡胶 - 钢铁摩擦接触包括第三体颗粒[23]。环上型机器被认为是一种对具有相似磨损率的一对材料的实验表征负责的配置[1]。

图1.摩擦计设计的基本概念。

环块上配置通常用于与第三体颗粒（例如磨料）对两种主要材料的磨损有关的实验[24]。即，这种结构适合于引入颗粒分配器机器，该颗粒分配器机器将颗粒插入滑动接触中。气囊盘配置适用于需要高负载/压力的应用，以及用于研究滚子轴承的摩擦和磨损特性[25]。此外，球形销具有自动对准倾向，不同于典型的销盘式摩擦磨损器[26]的圆柱形或方形形状，这导致良好的可重复性。然而，球样的磨损趋于不均匀（通过材料损失而损失圆形）。双环配置通常与反向旋转方向一起使用，以产生类似于轨道上车轮滚动的条件，因此它主要用于[1,27]。类似于环块配置，也可以方便地插入研磨的第三体颗粒。如果盘的旋转方向设置在同一方向，则可以实现纯滑动条件。但是，似乎没有证据表明在这种实验中使用了这种配置[1]。

    1. 一般摩擦磨损设计要求

由于使用所提出的摩擦计的主要目标是汽车应用，因此采用表1a的板上销式配置，因为它适用于精确测量COF和不同汽车部件（如发动机活塞和轮胎）的磨损。此外，由于以下原因，这种配置扩展了引脚盘功能（表1b）:( i）这种“双”摩擦计机器可以覆盖更广泛的应用领域（包括离合器和制动器），以及（ ii）相同的垂直轴和控制硬件可用于两种设置。最终结果是图1所示的设计概念，其中论文主要关注盘上销钉选项。

222 M. Hoic等人。/ Mechatronics 40（2016）220-232

表2

离合器和摩擦摩擦试样的主要特点。

离合器

摩擦计

离合器额定扭矩

预期平均摩擦系数（COF）离合器标称法向力

离合器等效半径摩擦衬里厚度摩擦片表面

最高工作温度

典型的滑移速度[28]

（M = 220 nmcl

mu; = 0.35

Fcl = 3250 N

r情商 = 97毫米

Acl = 17,637毫米2

T = 250 °C

omega;cl = 800转/分钟

x周五 = 4毫米

切向力

预期平均摩擦系数（COF）标称法向力

样品滑动半径摩擦衬里厚度样品接触面

最高工作温度

最大滑动速度（在本研究中）

Ft = 26 N

mu; = 0.35

Fn = 73 N

r = 90毫米

2

A = 400毫米

T = 250 °C

omega;= 700转/分钟

x周五 = 4毫米

表3

摩擦磨损器操作参数。

额定电机功率 0.31千瓦（0.5牛米@ 6000转）

电机最大扭矩 3.15 室

螺丝驱动器引线 1毫米

Fz = plusmn; 2000 N

垂直轴 力传感器测量范围 在作用于传感器顶面平面的力的情况下，Fx,y =plusmn;1000N

在作用于距传感器顶面平面12mm的力的情况下，Fx,y =plusmn;200N

放大器测量范围

0 - 100 N或0 - 1000 N.

额定电机功率

自然冷却：1.32 kW（2.1 Nm @ 6000 rpm）

水冷：6.16千瓦（9.8牛米@ 6000转）

电机最大扭矩

24 Nm

旋转轴

皮带齿轮可能的传递比

1：1或1：3

电加热器电源

2千瓦

线性轴

最大滑动速度最大加速度

2 m/s

56 m/s2

空调

压缩机电机功率

315 W

Tribometers来自章节中给出的简要文献综述

2.1控制运行参数的能力有限（例如，法向力通常使用悬臂和重量调整，滑差速度由电机额定速度和预选的减速器传递比确定），这通常将测试限制在稳态条件下。

本文提出的摩擦计设计包括伺服驱动器和传感器的适当组合，旨在提高操作参数设置的精度，提供动态操作条件，并基于相对快速的准静态测试的执行缩短实验持续时间。此外，所提出的摩擦磨损器的尺寸明显大于商用摩擦磨损器[18]，它提供了从真正干燥的离合器压力板和具有代表性尺寸的摩擦材料样品切割的圆盘，从而有助于COF的准确性/一致性表征结果。然而，这种更复杂和更大尺寸的设计可能引起与测量精度要求冲突相关的问题（例如靠近样品的力传感器安装增加了测量精度，但它也增加了传感器温度灵敏度）以及相关的副作用与刚性伺服轴的耦合（例如，在存在旋转盘不均匀的情况下发生垂直轴振动;见图4）。因此，通过完全机电一体化方法，在改进和集成摩擦磨损机械，测量和

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资料编号：[3014]

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