CN107367342B - 圆锥摩擦副剥离力矩测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，包括底座、固定支撑机构、施压机构、回转机构和测量机构。本发明针对圆锥摩擦副分离时采用释放轴向力以后，再施加扭矩使其剥离；通过回转机构控制测量过程中的转速；运用回转缓冲机构，使圆锥摩擦副剥离过程中力矩增加更平缓，进一步按照“转速―扭矩曲线”对转速进行调整,得到最大扭矩值，测量数据采集准确、稳定；通过显示器实时显示测量数据以及程序执行过程，使得测量过程更直观。本发明的测量系统可广泛应用于汽车变速箱同步器剥离力矩的检测。

Description

圆锥摩擦副剥离力矩测量系统

技术领域

本发明属于力学性能测量技术领域，涉及机械传动中圆锥摩擦离合装置中的圆锥摩擦副的性能测量系统，具体涉及一种圆锥摩擦副剥离力矩测量系统。

背景技术

机械传动中的圆锥摩擦离合器与圆锥摩擦制动器，其主要工作原理是通过圆锥摩擦副，完成两个相对转动的部件结合在一起后，实现两个部件的角速度一致。因其结构简单，体积小，传动扭矩大而被广泛应用于机械传动各个领域中，其中较为典型的即汽车变速箱中的同步器。

为了测得圆锥摩擦副的摩擦性能，需要检测摩擦副结合时的各项指标。通常是对圆锥摩擦副施加轴向力，测得所能传递的扭矩的最大值等数据。而当需要检测圆锥摩擦副结合后分离时，需要给圆锥摩擦副施加一个分离的轴向力，或者释放轴向压力后，施加一个扭矩，使其剥离结合状态。目前，由于圆锥摩擦副在剥离过程中剥离力矩的峰值产生在极短的瞬间，造成力矩观察测量数值困难，采集数据不准确等问题。

发明内容

本发明的目的旨在，针对现有圆锥摩擦副剥离力矩测量困难，采集数据不准确等问题，提供一种针对上述剥离方法中多个特性而设计的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，不仅便于观察测量数值，而且进一步提高了数据采集的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。

本发明提供了一种圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，包括底座和固定支撑机构；底座上安装工作台以及带动工作台旋转的回转机构，回转机构位于工作台的下方；固定支撑机构安装有沿轴向平移的施压机构；施压机构的末端顺次安装有测量机构和回转缓冲机构；测量机构用于实现测量过程中施加在圆锥摩擦副上的轴向力测量以及圆锥摩擦副扭矩测量；回转缓冲机构在测量过程中，与圆锥摩擦副接触，用于实现对圆锥摩擦副剥离过程的缓冲；回转机构、施压机构、测量机构均与计算机相连。

本发明中，构成测量机构的各个部件采用的是自下而上的组织结构，底座是整个装置的基础。固定支撑机构用于固定施压机构。回转机构用于带动工作台及安装在工作台上的圆锥摩擦副旋转，并为圆锥摩擦副剥离过程中施加剥离力矩。施压机构用于带动测量机构和回转缓冲机构沿与工作平台垂直的方向来回运动，并对圆锥摩擦副施加轴向力。测量机构用于在整个过程中测量施加在圆周摩擦副上的轴向力大小和作用在圆锥摩擦副上的扭矩大小。由于回转缓冲机构的作用，使得圆锥摩擦副的剥离运动变得缓慢，从而使得圆锥摩擦副剥离所需的力矩增加更平缓。虽然本发明采用的是自下而上的组织结构，本领域技术人员，很容易想到，将构成测量机构的各个部件采用水平方式的组织结构，但各个部件之间的位置关系和作用没有变化，这也在本发明的保护范围之内。

上述测量系统，实施方式之一，固定支撑机构由侧板以及安装在侧板上的面板构成；侧板平行安装在底座上方。侧板将面板和底座连接为一体面板用于承载施压机构。固定支撑机构，一种实现方式是由安装在底座上方的两块平行侧板以及安装在两侧板间的面板构成；另外一种实现方式是由安装在底座上方的弧形侧板以及安装在弧形侧板两端间的面板构成；再者，也可以将面板直接安装在底座上方，由面板作为固定支撑机构。

上述测量系统，实施方式之一，施压机构包括第一伺服电机；第一伺服电机通过电机座安装在面板上；第一伺服电机通过丝杠传动副带动滑座沿安装在面板上的直线导轨移动；滑座通过连接座与施压元件联接。通过第一伺服电机和丝杠配合，能够实现对滑座运动的精确控制。上述施压元件的机构对本发明影响不大，只要能够传递动力即可，可以选择本领域常规设计。

上述测量系统，实施方式之一，丝杠传动副为滚珠丝杠传动副，由滚珠丝杠以及安装在滑座底面的滚珠螺母组成；滚珠丝杠通过联轴节与第一伺服电机直联。滚珠丝杠传动副能够将旋转运动转换成直线运动，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点，能够实现对滑座运动的精密控制。

上述测量系统，实施方式之一，测量机构包括扭矩传感器和称重传感器；扭矩传感器安装在施压元件与回转缓冲机构之间，用于测量整个测量过程中施加在圆锥摩擦副上的扭矩大小。称重传感器安装在连接座内部，用于测量施加在圆锥摩擦副上的轴向力大小。上述连接座以及施压元件与扭矩传感器、扭矩传感器与回转缓冲机构之间的连接结构均可以按照需要进行常规设计；在此基础上，需要在设计的连接座结构上设置一个用于安装称重传感器的安装孔。

上述测量系统，实施方式之一，回转缓冲机构的作用在于对圆锥摩擦副剥离过程的缓冲。本发明采取的回转缓冲机构包括套接的外转盘、内转盘以及使外转盘与内转盘实现弹性连接的扭簧；更进一步的，扭簧具有两个延伸的自由端，其中一端插入内转盘上设置的安装孔中，另一端拨动外转盘上的窗口；当外转盘和内转盘其中一个零件带动另一个零件转动时，就通过扭簧起到缓冲作用。可以通过调整扭簧的个数来调整扭簧的弹性刚度，进而调整整个装置的刚度；例如通过增加扭簧的个数提高弹性刚度或者通过减少扭簧的个数，来降低弹性刚度。扭簧可以采用市场外购的扭簧。上述回转缓冲机构不仅结构简单、易拆卸；而且内外转盘的弹性连接结构，在起到缓冲作用的同时避免了机械传动引起的额外能量损耗，确保测量数据的可靠性。回转缓冲机构的内转盘向内伸缩形成凹槽，用于与构成圆锥摩擦副的工件卡接，使两者紧固连接在一起。上述回转缓冲机构只是本发明中的一种实现方式，本领域技术人员可以选择其它结构的回转缓冲机构，例如选择具有一定弹性的硬质橡胶等。此外，回转缓冲结构进一步包括与内转盘同轴固定连接的端盖，用于与其它连接件连接。

上述测量系统，实施方式之一，回转机构包括第二伺服电机和回转传动部件。回转传动部件与工作台固定连接，并由第二伺服电机驱动旋转。

上述测量系统，实施方式之一，进一步包括依次电连接的计算机、显示器和采集卡。计算机分别与第一驱动电机、第二驱动电机、称重传感器实现通信，用于接收上述部件的数据信息和向施压机构的第一驱动电机、回转机构的第二驱动电机发送操作指令。显示器与称重传感器、计算机电连接，用于显示整个过程中采集到的轴向力数值、扭矩数值和转速。采集卡与扭矩传感器电连接，用于采集扭矩传感器传输的扭矩数据。

本发明的测量系统工作原理是，针对圆锥摩擦副分离时采用释放轴向力以后，再施加扭矩使其剥离。通过回转机构控制测量过程中的转速；运用回转缓冲机构，使得圆锥摩擦副剥离所需的力矩增加更平缓；采用传感器以及传感器数据采集技术，使采集数据密度增加，采集的扭矩数据更精准、稳定，获得的剥离力矩最大值更逼近峰值。

本发明的效果在于：采用本发明的测量系统，通过设置的回转缓冲间，能够使圆锥摩擦副剥离过程延长，从而使剥离过程中力矩增加更平缓；采用传感器技术，提高采集频率，保证数据采集的可靠性和有效性；进一步按照“转速―扭矩曲线”对转速进行调整,得到最大扭矩值，测量数据采集准确、稳定；通过显示器实时显示测量数据以及程序执行过程，使得测量过程更直观。本发明的测量系统可广泛应用于汽车变速箱同步器剥离力矩的检测。

附图说明

图1是本发明实施例的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明实施例回转缓冲机构的主剖视图。

图4是本发明实施例回转缓冲机构去掉端盖的左视图。

图5本发明实施例双锥式圆锥摩擦副结构示意图。

图中：1、底座；2、工作台；3、夹具座；4、被测试工件；5、回转缓冲机构；51、外转盘；52、内转盘；53、连接螺钉；54、端盖；55、扭簧；56、安装孔；57、窗口；6、扭矩传感器；7、施压元件；8、滑座；9、滚珠丝杠；10、电机座；11、第一伺服电机；12、联轴节；13、直线导轨；14、连接座；15、面板；16、侧板；17、滚珠螺母；18、称重传感器；19、第二伺服电机；20、回转传动部件；21、内环；22、中间环；23、外环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

本实施例提供的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，包括底座1和固定支撑机构；底座上安装工作台以及带动工作台2旋转的回转机构；回转机构位于工作台2的下方；固定支撑机构安装有沿轴向平移的施压机构；施压机构的末端顺次安装有测量机构和回转缓冲机构5；测量机构用于实现测量过程中施加在圆锥摩擦副上的轴向力测量以及圆锥摩擦副扭矩测量；回转缓冲机构5在测量过程中，与被测试工件4接触，用于实现对被测试工件4剥离过程起的缓冲；回转机构、施压机构、测量机构均与计算机相连。

如图1至图2所示，底座1是整个装置的基础；底座1上装有工作台2、内部安装有回转机构。回转机构包括第二伺服电机19和与第二伺服电机19连接的回转传动部件20.回转传动部件20安装在工作台2的下面。第二伺服电机驱动19带动回转传动部件20和工作台2旋转。工作台2上安装有夹具座3。被测试工件4安装在夹具座3上。虽然这里没有给出工作台2、夹具座3的具体结构，但并不影响本领域技术人员对本发明的理解。工作台2和回转传动部件20为本领域常用结构。夹具座3可以根据具体的圆锥摩擦副结构进行设计。

如图1所示，固定支撑机构由两块侧板16以及安装在两块侧板16上的面板15构成。两块平行侧板16安装在底座8上方。

如图1所示，施压机构包括第一伺服电机11；第一伺服电机11通过电机座10安装在面板15的顶端。第一伺服电机11通过联轴节与滚珠丝杠9直联。滚珠丝杠9与安装在滑座8上的滚珠螺母17组成滚珠丝杠传动副。面板15一侧安装有滚动型直线导轨13。通过滚珠丝杠传动副带动滑座8沿直线导轨13运动。滑座8通过连接座14与施压元件7联接。

如图3至图4所示，回转缓冲机构5包括外转盘51、内转盘52以及使外转盘51与内转盘52实现弹性连接扭簧55。扭簧55的一端插入内转盘上设置的安装孔56中，另一端拨动外转盘51上的窗口57。内转盘52通过连接螺钉53与端盖54同轴固定连接。

如图1至图2所示，测量机构包括扭矩传感器6和称重传感器18。扭矩传感器6两端分别与施压元件7和回转缓冲机构5的端盖54通过连接结构联接。称重传感器18安装在连接座14内部。

测量系统进一步包括依次电连接的计算机、显示器和采集卡(图中未画出)；计算机分别与第一驱动电机11、第二驱动电机19、称重传感器18实现通信；显示器与称重传感器18电连接；采集卡与扭矩传感器16电连接。

下面以测量双锥式圆周摩擦副作为被测试工件4，对本发明提供的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统的工作过程进行详细描述。双锥摩擦副结构如图5所示，依次由内环21、中间环22和外环23套接而成。夹具座3上设置有与中间环22凸键配合的卡槽。回转缓冲机构5的内转盘52可以与外环23卡接形成紧固件。

本实施例的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统的工作过程如下：

(1)将套接好的被测试工件4安装在夹具座3上,其中外环23朝外，中间环22的凸键插入夹具座3的卡槽中，锁定中间环22。回转机构的第二伺服电机19根据计算机输出的指令，带动安装在工作台2上的被测试工件4旋转；施压机构的第一伺服电机11通过联轴节12带动滚珠丝杠传动副运动；滚珠丝杠传动副推动滑座8以及安装在滑座8上的施压元件7、安装在施压元件7上的扭矩传感器6、称重传感器18和回转缓冲机构5一起向下移动。当回转缓冲机构5的内转盘52与外环23卡接后，第一伺服电机11和第二伺服电机19继续运转，称重传感器18和扭矩传感器6开始采集数据，并将读得的数据传送到计算机。计算机可以依据检测的数据，获得不同轴向力下对应的扭矩，对应于圆周摩擦副在不同轴向力下的结合扭矩。显示器实施显示轴向力数值、扭矩数值、第二伺服电机的转速以及程序执行情况。

(2)当数据达到计算机事先设定的轴向力数值时，第一伺服电机和第二伺服电机同时停止运动。保持一定时间后，第一伺服电机11开始反方向回转，施压元件7及与扭矩传感器6、称重传感器18与回转缓冲机构5一起在滚珠丝杠传动副带动下向上移动，直至称重传感器18测得的数据为零，即完全卸掉施加给被测试工件4的轴向力。

(3)第二伺服电机19根据计算机事先设定的回转转速控制指令运转，带动回转传动部件20及安装在上面的工作台2和与夹具座3固连的内环21和中间环22回转。由于此时中间环22和外环23未为被剥离，扭矩传感器6会读到扭矩数据。由于回转缓冲机构5的内转盘52仍与外环23卡接在一起，因此此时回转缓冲机构5也在第二伺服电机19的驱动下回转，在回转缓冲机构5的缓冲作用，读得的扭矩值会缓慢加大。扭矩数据被送入计算机后，计算机根据经验数据获得的转速-扭矩曲线的规律，通过计算，输出指令，调整第二伺服电机19的转速，使施加在被测试工件4上剥离所需的力矩更平缓，直到扭矩传感器6读到扭矩数据达到最大值。

(4)当扭矩测量传感器6读到扭矩数据最大值时，外环23与中间环22剥离，随之扭矩传感器6读到的扭矩数据为零，测量过程结束；整理测量得到的数据，并将测量系统回复至初始状态，取下被测试工件4。

虽然上述实施例以双锥式圆锥摩擦副为例进行说明，但对于由内外齿环构成的单锥式摩擦副，其工作过程是类似的。此时，夹具座3需要更换为与内环21形成紧固连接的结构，例如与内环21的内圆周形成精密配合的芯轴等。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1. 一种圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，包括底座和固定支撑机构；底座上安装工作台以及带动工作台旋转的回转机构，回转机构位于工作台的下方，回转机构用于带动工作台及安装在工作台上的圆锥摩擦副旋转，并为圆锥摩擦副剥离过程中施加剥离力矩；固定支撑机构安装有沿轴向平移的施压机构，施压机构用于带动测量机构和回转缓冲机构沿与工作平台垂直 的方向来回运动，并对圆锥摩擦副施加轴向力；施压机构的末端顺次安装有测量机构和回转缓冲机构；测量机构用于实现测量过程中施加在圆锥摩擦副上的轴向力测量以及圆锥摩擦副扭矩测量；回转缓冲机构在测量过程中，与圆锥摩擦副接触，用于实现对圆锥摩擦副剥离过程的缓冲，回转缓冲机构包括套接的外转盘、内转盘以及使外转盘与内转盘实现弹性连接的扭簧，扭簧具有两个延伸的自由端，其中一端插入内转盘上设置的安装孔中，另一端拨动外转盘上的窗口；回转机构、施压机构、测量机构均与计算机相连。

2. 根据权利要求1所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于， 固定支撑机构由侧板以及安装在侧板上的面板构成；侧板安装在底座上方。

3. 根据权利要求2所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于， 施压机构包括第一伺服电机；第一伺服电机通过电机座安装在面板顶端；第一伺服电机通过丝杠传动副带动滑座沿安装在面板一侧的直线导轨移动；滑座通过连接座与施压元件联接。

4.根据权利要求3所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，丝杠传动副为滚珠丝杠传动副，由滚珠丝杠以及安装在滑座底面的滚珠螺母组成；滚珠丝杠通过联轴节与第一伺服电机直联。

5.根据权利要求3或4所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，测量机构包括扭矩传感器和称重传感器；扭矩传感器安装在施压元件与回转缓冲机构之间；称重传感器安装在连接座内部。

6.根据权利要求1所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，回转缓冲机构进一步包括与内转盘同轴固定连接的端盖。

7.根据权利要求5所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，回转机构包括第二伺服电机和回转传动部件；回转传动部件与工作台固定连接，并由第二伺服电机驱动旋转。

8.根据权利要求7所述的圆锥摩擦副剥离力矩测量系统，其特征在于，进一步包括依次电连接的计算机、显示器和采集卡；计算机分别与第一伺服电机、第二伺服电机、称重传感器实现通信；显示器与称重传感器电连接；采集卡与扭矩传感器电连接。

Images