CN100573072C - 汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法及装置，主要由支承组件(2)、转矩转速传感器(3)、电涡流测功机(4)和电气控制系统组成，其中电磁离合器(1)设计安装在支承组件的左端，形成一个悬臂结构，由变频电机带动电磁离合器的皮带轮使其旋转；支承组件的右端通过联轴器分别联接转矩转速传感器、电涡流测功机，转矩转速传感器和电涡流测功机均安放在各自的底座上，确保其同轴度与支承组件主轴一致。该自动试验方法及装置能真实地模拟空调电磁离合器实际使用工况，试验其在转速谱、扭矩载荷谱下动态参数变化规率，详细观察及研究其动态过程，为评价其性能、寿命及可靠性提供科学依据。

Description

汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法及装置

技术领域

本发明属于压缩机电磁离合器试验设备技术领域，特别涉及到一种汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法及装置。

背景技术

汽车空调压缩机一般安装在汽车发动机的旁边，由其主发动机或辅发动机经过皮带轮驱动之。除部分由辅发动机直接带动外，大多靠空调压缩机电磁离合器皮带轮(1.3)上的皮带(1.2)与发动机皮带轮相连。当离合器电磁线圈(1.4)断电时，离合器由弹簧摩擦板组件(1.1)与电磁离合器皮带轮分离，离合器皮带轮(1.3)空转，见图1；当离合器电磁线圈(1.4)通电时，电磁力使离合器皮带轮(1.3)与弹簧摩擦板组件(1.1)吸合，发动机传出的扭矩，通过皮带轮(1.3)上的摩擦盘与从动盘弹簧摩擦板组件(1.1)接触将发动机传出的扭矩传给压缩机转轴，见图2。图1、图2中有剖面线部分为旋转部件。

目前，汽车空调压缩机电磁离合器扭矩的测量方法是：手动将电磁离合器皮带轮固定卡紧，让离合器电磁线圈通电后，用扭矩扳手测量扭矩。

这种单次单项手动测试方式，难以科学准确反映出空调电磁离合器在不同转速、不同载荷、不同离合频率、不同运转周期及温升变化、摩擦系数变化、电磁吸力、离合器轴承等动态性能、寿命参数指标，无法真实地模拟电磁离合器的实际使用工况，限制了汽车工业的发展速度。

截至目前，对空调压缩机电磁离合器进行模拟加载及其动态扭矩测试的寿命性能试验方法及其试验装置，还未见有相关报道。

发明内容

为克服手动测试空调压缩机电磁离合器扭矩的不足之处，本发明提供一种汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法及装置，该自动试验方法及装置能真实地模拟空调电磁离合器实际使用工况，试验其在转速谱、扭矩载荷谱下动态参数变化规率，详细观察及研究其动态过程，为评价其性能、寿命及可靠性提供科学依据。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法：该自动试验方法将电磁离合器组件安装在支承组件中主轴的悬臂端，主轴的另一端通过转矩转速传感器与负载电涡流测功机联接作为电加载装置，对主轴施加制动转矩，而变频电机与电磁离合器组件通过皮带联接施加主动转矩，以此模拟汽车空调压缩机工况；自动试验装置中转矩转速传感器设计安装在支承组件与负载电涡流测功机之间，检测转矩及转速；为避免在传感器弹性轴上产生弯矩，保证测量精度，采用挠性联轴器联接，并将支承组件、转矩转速传感器、负载电涡流测功机三者之间的同轴度控制在0.02mm内；自动试验方法的电气系统控制由计算机输出转速控制电压信号到变频器，变频器驱动变频电机运转，变频电机通过皮带驱动电磁离合器旋转，当离合器电磁线圈断电时，皮带轮空转；当离合器电磁线圈通电时，电磁力使弹簧摩擦板组件吸合，带动主轴及转矩转速传感器和电涡流测功机旋转，而电磁离合器的脱离/吸合动作同样由计算机输出I/O指令信号加以控制；计算机根据转矩转速传感器反馈的转速信号值，来闭环控制变频电机调速到所需要试验的转速，也闭环控制电涡流测功机输出需要的试验转矩载荷，同样实时采集电磁离合器内部的温度传感器值和变频器反馈的变频电机运转电流值。

所述的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，该自动试验装置主要是由支承组件、转矩转速传感器、电涡流测功机和电气控制系统组成，其中电磁离合器设计安装在支承组件的左端，形成一个悬臂结构，由变频电机带动电磁离合器的皮带轮使其旋转；支承组件的右端通过联轴器分别联接转矩转速传感器、电涡流测功机，转矩转速传感器和电涡流测功机均安放在各自的底座上，确保其同轴度与支承组件主轴一致。

所述的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其支承组件中呈上、下半圆状的上壳体与下壳体通过螺栓联接并被固定在工作台上，在壳体的左、右孔内设置有左衬套和右衬套，通过两套支承轴承将主轴支承在左衬套和右衬套中；在右端，右内端盖由螺栓固定在右衬套上，右侧轴承的内圈由右侧螺母通过螺纹联接在主轴并调节其松紧，右侧轴承的外圈由右外端盖固定，右外端盖通过螺栓固定在右衬套上，主轴的右端联接半联轴器；在左端，左内端盖由螺栓固定在左衬套上，左侧轴承的内圈由过渡内套紧顶再由左侧螺母通过螺纹联接在主轴并调节其松紧，左侧轴承的外圈由压缩弹簧及加力环紧顶再由左外端盖固定，同时在左衬套的外端面上通过螺栓固定有过渡套，过渡套上通过螺栓固定有支承轴，支承轴上分别配置有轴向定位环、周向定位销以及用于安装温度传感器的安装孔，轴向定位环由左旋螺母固定在支承轴的前端；在主轴左端内螺纹孔内还联接有接杆轴，接杆轴与支承轴留有间隙，以便接杆轴能随主轴一同旋转。

所述的汽车压缩机空调电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其电气控制系统包括主轴变频调速系统控制、主轴转矩加载系统控制、离合器离合动作及频率控制，这其中：

1)主轴变频调速系统：变频调速系统由VFD055A43A智能型变频器和一台YVF5.5KW变频电机组成，通过一级三角带传动，将变频电机与电磁离合器皮带轮相连；由于主轴要求转速为7500r/min，超出变频电机最高额定转速值，所以设计传动比为1∶1.5，以实现增速，从而驱动离合器皮带轮旋转；计算机发出控制电压信号，送入智能型变频器进行无级调速，转矩转速传感器将测量到的主轴转速反馈给计算机测监控系统，进行PID调节后，形成闭环控制模式；

2)主轴转矩加载系统：转矩加载系统采用电涡流测功机电磁加载方式，计算机给定的控制信号进入测功机控制器后，电涡流测功机会自动跟随测功机控制驱动器输出的电流大小，改变对主轴产生的转矩载荷，给试验电磁离合器加载；计算机根据从转矩转速传感器反馈的转矩信号值，来闭环控制电涡流测功机输出需要的试验转矩载荷；

3)离合器离合动作及频率控制：离合控制系统是由直流电源、直流固态继电器和电磁离合器的电磁线圈组成，由计算机按试验离合时间间隔要求，发出相应的I/O指令信号，控制电磁离合器吸合与分离。

由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

1)该试验方法采用将被试验的空调压缩机电磁离合器置于支承组件的悬臂端，这种结构支承形式模拟性强，便于做各种性能试验和一些特殊参数检测，如测内圈温度等。

2)该试验方法及装置的研制成功解决了汽车此类设计试验考核的难题，使汽车产品的设计、材料、加工工艺、技术性能等得到不断改进和提高。

3)为保证较高速度下扭矩很好传递，支承轴承选用角接触球轴承。

4)以电涡流测功机对旋转主轴施加转矩负荷，来模拟汽车空调压缩机工况，具有体积小，无冲击，无噪声，无污染，反应速度快等优点。

5)采用该试验方法及装置，其测试精度高、动态响应快，并由性能稳定的工业控制计算机实施测、监控系统，提高了电磁离合器动态扭矩试验过程中的自动化测量及控制水平，从而实现载荷、转速的闭环控制。

附图说明

图1电磁离合器组件分离状态简图；

图2电磁离合器组件吸合状态简图；

图3本发明的装置结构示意图；

图4本发明的支承组件和电磁离合器组件安装结构示意图；

图5本发明的装置的电气控制系统简图；

图6静态测电磁离合器扭矩时固定夹定位示意图。

上述图中：1-电磁离合器；1.1-弹簧摩擦板组件；1.2-皮带；1.3-皮带轮；1.4-电磁线圈；2-支承组件；2.1-键；2.2-螺母；2.3-止动垫圈；2.4-调整间隙垫圈；2.5-左旋螺母；2.6-接杆轴；2.7-支承轴；2.8-轴向定位环；2.9-周向定位销；2.10-左侧螺母；2.11-左外端盖；2.12-内套；2.13-加力环；2.14-压缩弹簧；2.15-过渡套；2.16-左衬套；2.17-左内端盖；2.18-下壳体；2.19-工作台；2.20-上壳体；2.21-右衬套；2.22-右内端盖；2.23-支承轴承；2.24-右外端盖；2.25-主轴；2.26-右侧螺母；2.27-半联轴器；3-转矩转速传感器；4-电涡流测功机；5-固定夹。

具体实施方式

如图3、4所示：本发明的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其自动试验装置主要是由支承组件(2)、转矩转速传感器(3)、电涡流测功机(4)和电气控制系统组成，其中电磁离合器(1)设计安装在支承组件(2)的左端，形成一个悬臂结构，由变频电机带动电磁离合器(1)的皮带轮使其旋转；支承组件(2)的右端通过联轴器分别联接转矩转速传感器(3)、电涡流测功机(4)，转矩转速传感器(3)和电涡流测功机(4)均安放在各自的底座上，确保其同轴度与支承组件(2)主轴一致。其中支承组件中呈上、下半圆状的上壳体(2.20)与下壳体(2.18)通过螺栓联接并被固定在工作台(2.19)上，在壳体的左、右孔内设置有左衬套(2.16)和右衬套(2.21)，通过两套支承轴承(2.23)将主轴(2.25)支承在左衬套(2.16)和右衬套(2.21)中；在右端，右内端盖(2.22)由螺栓固定在右衬套(2.21)上，右侧轴承(2.23)的内圈由右侧螺母(2.26)通过螺纹联接在主轴(2.25)并调节其松紧，右侧轴承(2.23)的外圈由右外端盖(2.24)固定，右外端盖(2.24)通过螺栓固定在右衬套(2.21)上，主轴(2.25)的右端联接半联轴器(2.27)；在左端，左内端盖(2.17)由螺栓固定在左衬套(2.16)上，左侧轴承(2.23)的内圈由过渡内套(2.12)紧顶再由左侧螺母(2.10)通过螺纹联接在主轴(2.25)并调节其松紧，左侧轴承(2.23)的外圈由压缩弹簧(2.14)及加力环(2.13)紧顶再由左外端盖(2.11)固定，同时在左衬套(2.16)的外端面上通过螺栓固定有过渡套(2.15)，过渡套(2.15)上通过螺栓固定有支承轴(2.7)，支承轴(2.7)上分别配置有轴向定位环(2.8)、周向定位销(2.9)以及用于安装温度传感器的安装孔，轴向定位环(2.8)由左旋螺母(2.5)固定在支承轴(2.7)的前端；在主轴(2.25)左端内螺纹孔内还联接有接杆轴(2.6)，接杆轴(2.6)与支承轴(2.7)留有间隙，以便接杆轴(2.6)能随主轴(2.25)一同旋转。

试验时，先将接杆轴(2.6)安装在主轴(2.25)内，然后将过渡套(2.15)用螺钉与左衬套(2.16)固定在一起，将支承轴(2.7)用螺钉与过渡套(2.15)固定在一起，再将电磁线圈(1.4)与轴向定位环(2.8)组装到一起后装入支承轴(2.7)上，此时注意将周向定位销(2.9)装入电磁线圈(1.4)侧面的定位孔内，然后安装皮带轮(1.3)至支承轴(2.7)，用左旋螺母(2.5)固定。将调整间隙垫圈(2.4)装入接杆轴(2.6)上，检查间隙应为0.5mm.若不合适需调整并更换其调整间隙垫圈(2.4)的厚度到要求间隙值。之后，加入止动垫圈(2.3)用螺母(2.2)固定，安装皮带(1.2)至皮带轮(1.3)上。当电磁线圈(1.4)带电时，弹簧摩擦板组件(1.1)与皮带轮轴承组件(1.3)吸合通过键(2.1)驱动接杆轴(2.6)带动主轴(2.25)运转；当电磁线圈组件(1.4)失电时皮带轮(1.3)空转，主轴(2.25)不运转。将被试电磁离合器安装好后，并用尼龙绳将各联轴器联接好后，即可接通试验装置总电源。

如图5所示：本发明的汽车压缩机空调电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其电气控制系统包括主轴变频调速系统控制、主轴转矩加载系统控制、离合器离合动作及频率控制，这其中：

1)主轴变频调速系统：变频调速系统由VFD055A43A智能型变频器和一台YVF5.5KW变频电机组成，通过一级三角带传动，将变频电机与电磁离合器皮带轮相连；由于主轴要求转速为7500r/min，超出变频电机最高额定转速值，所以设计传动比为1∶1.5，以实现增速，从而驱动离合器皮带轮旋转；计算机发出控制电压信号，送入智能型变频器进行无级调速，转矩转速传感器将测量到的主轴转速反馈给计算机测监控系统，进行PID调节后，形成闭环控制模式；

2)主轴转矩加载系统：转矩加载系统采用电涡流测功机电磁加载方式，计算机给定的控制信号进入测功机控制器后，电涡流测功机会自动跟随测功机控制驱动器输出的电流大小，改变对主轴产生的转矩载荷，给试验电磁离合器加载；计算机根据从转矩转速传感器反馈的转矩信号值，来闭环控制电涡流测功机输出需要的试验转矩载荷；

3)离合器离合动作及频率控制：离合控制系统是由直流电源、直流固态继电器和电磁离合器的电磁线圈组成，由计算机按试验离合时间间隔要求，发出相应的I/O指令信号，控制电磁离合器吸合与分离。

电气控制系统控制方法如下：

首先计算机输出开关量I/O信号，控制电磁线圈带电，离合器为吸合状态，离合器皮带轮与主轴成为一体→接着计算机输出转速控制电压信号到变频器，变频器驱动变频电机运转，变频电机的皮带轮通过皮带带动电磁离合器皮带轮旋转，皮带轮带动主轴及转矩转速传感器和电涡流测功机旋转。计算机根据从转矩转速传感器反馈的转速信号值，以闭环方式来控制变频电机调速到所需要试验的转速→接着计算机输出加载控制电压信号给电涡流测功机驱动器，并根据从转矩转速传感器反馈的转矩信号值，以闭环方式来控制电涡流测功机施加出所需要试验的转矩载荷→在上述转速、载荷状态下计算机按电磁离合器的离合频率设定值要求，控制电磁线圈的断电/带电，使离合器的脱离/吸合。当电磁离合器脱开时只有电磁离合器皮带轮高速空转，主轴处于静止状态。而当电磁离合器吸合瞬间其载荷电涡流测功机转轴即主轴的转速将会产生从零到与皮带轮同步高速运转的带载转速突变，使其主轴转矩及变频电机电流瞬间大大增加，瞬间过后电磁离合器即趋于正常值带载运转。如此动态长时间按设计要求的试验考核，如果在试验考核过程中电磁离合器内圈温度检测值过高、主轴转矩过大、变频电机电流过大，可判断离合器主从动盘即电磁离合器皮带轮与电磁离合器弹簧摩擦板组件间出现滑移摩擦、负载过重等故障，试验装置将自动报警停机。

如图6所示，若需测量电磁离合器静态时的最大扭矩，在本发明的装置上可采取如下方式：

将扭矩转速传感器与主轴联轴节处的尼龙绳解掉→把皮带卸去→给皮带轮套上另一大规格皮带→把固定夹(5)装于其上→让电磁线圈带电→离合器吸合→用数显扳手进行静态扭矩测量。

Claims (4)

1、一种汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验方法，其特征在于：该自动试验方法将电磁离合器组件安装在支承组件中主轴的悬臂端，主轴的另一端通过转矩转速传感器与负载电涡流测功机联接作为电加载装置，对主轴施加制动转矩，而变频电机与电磁离合器组件通过皮带联接施加主动转矩，以此模拟汽车空调压缩机工况；自动试验装置中转矩转速传感器设计安装在支承组件与负载电涡流测功机之间，检测转矩及转速；为避免在转矩转速传感器弹性轴上产生弯矩，保证测量精度，采用挠性联轴器联接，并将支承组件、转矩转速传感器、负载电涡流测功机三者之间的同轴度控制在0.02mm内；自动试验方法的电气系统控制由计算机输出转速控制电压信号到变频器，变频器驱动变频电机运转，变频电机通过皮带驱动电磁离合器旋转，当离合器电磁线圈断电时，皮带轮空转；当离合器电磁线圈通电时，电磁力使弹簧摩擦板组件吸合，带动主轴及转矩转速传感器和电涡流测功机旋转，而电磁离合器的脱离/吸合动作同样由计算机输出I/O指令信号加以控制；计算机根据转矩转速传感器反馈的转速信号值，来闭环控制变频电机调速到所需要试验的转速，也闭环控制电涡流测功机输出需要的试验转矩载荷，同样实时采集电磁离合器内部的温度传感器值和变频器反馈的变频电机运转电流值。

2、一种汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其特征在于：该自动试验装置主要是由支承组件(2)、转矩转速传感器(3)、电涡流测功机(4)和电气控制系统组成，其中电磁离合器(1)设计安装在支承组件(2)的左端，形成一个悬臂结构，由变频电机带动电磁离合器(1)的皮带轮使其旋转；支承组件(2)的右端通过联轴器分别联接转矩转速传感器(3)、电涡流测功机(4)，转矩转速传感器(3)和电涡流测功机(4)均安放在各自的底座上，确保其同轴度与支承组件(2)主轴一致。

3、如权利要求2所述的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其特征在于：支承组件中呈上、下半圆状的上壳体(2.20)与下壳体(2.18)通过螺栓联接并被固定在工作台(2.19)上，在壳体的左、右孔内设置有左衬套(2.16)和右衬套(2.21)，通过两套支承轴承(2.23)将主轴(2.25)支承在左衬套(2.16)和右衬套(2.21)中；在右端，右内端盖(2.22)由螺栓固定在右衬套(2.21)上，右侧轴承(2.23)的内圈由右侧螺母(2.26)通过螺纹联接在主轴(2.25)并调节其松紧，右侧轴承(2.23)的外圈由右外端盖(2.24)固定，右外端盖(2.24)通过螺栓固定在右衬套(2.21)上，主轴(2.25)的右端联接半联轴器(2.27)；在左端，左内端盖(2.17)由螺栓固定在左衬套(2.16)上，左侧轴承(2.23)的内圈由过渡内套(2.12)紧顶再由左侧螺母(2.10)通过螺纹联接在主轴(2.25)并调节其松紧，左侧轴承(2.23)的外圈由压缩弹簧(2.14)及加力环(2.13)紧顶再由左外端盖(2.11)固定，右外端盖(2.24)通过螺栓固定在右衬套(2.21)上，同时在左衬套(2.16)的外端面上通过螺栓固定有过渡套(2.15)，过渡套(2.15)上通过螺栓固定有支承轴(2.7)，支承轴(2.7)上分别配置有轴向定位环(2.8)、周向定位销(2.9)以及用于安装温度传感器的安装孔，轴向定位环(2.8)由左旋螺母(2.5)固定在支承轴(2.7)的前端；在主轴(2.25)左端内螺纹孔内还联接有接杆轴(2.6)，接杆轴(2.6)与支承轴(2.7)留有间隙，以便接杆轴(2.6)能随主轴(2.25)一同旋转。

4、如权利要求2所述的汽车空调压缩机电磁离合器动态扭矩自动试验装置，其特征在于：该电气控制系统包括主轴变频调速系统、主轴转矩加载系统、离合器离合动作及频率控制，这其中：

1)主轴变频调速系统：变频调速系统由VFD055A43A智能型变频器和一台YVF5.5KW变频电机组成，通过一级三角带传动，将变频电机与电磁离合器皮带轮相连；由于主轴要求转速为7500r/min，超出变频电机最高额定转速值，所以设计传动比为1∶1.5，以实现增速，从而驱动离合器皮带轮旋转；计算机发出控制电压信号，送入智能型变频器进行无级调速，转矩转速传感器将测量到的主轴转速反馈给计算机测监控系统，进行PID调节后，形成闭环控制模式；

2)主轴转矩加载系统：转矩加载系统采用电涡流测功机电磁加载方式，计算机给定的控制信号进入电涡流测功机控制器后，电涡流测功机会自动跟随测功机控制驱动器输出的电流大小，改变对主轴产生的转矩载荷，给试验电磁离合器加载；计算机根据从转矩转速传感器反馈的转矩信号值，来闭环控制电涡流测功机输出需要的试验转矩载荷；

3)离合器离合动作及频率控制：离合控制系统是由直流电源、直流固态继电器和电磁离合器的电磁线圈组成，由计算机按试验离合时间间隔要求，发出相应的I/O指令信号，控制电磁离合器吸合与分离。

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