CN108120607B - 汽车车窗电机动态力测试台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车窗电机动态力测试台，包括电机、电机支撑块、输入轴、扭矩传感器、扭矩传感器底板、扭矩传感器槽钢、磁滞制动器、联轴器、大平板和电机夹具；垂直设置的电机支撑块实现电机输出轴与测试台输入轴之间良好的对中性；电机夹具设有螺孔将电机与电机支撑块连接固定；扭矩传感器底板和扭矩传感器槽钢通过螺栓组合为扭矩传感器底座。通过本发明可以在无需将电机安装于各款汽车车门上的情况下即可对由电机激励车门所产生的震动噪声进行分析评估，具有成本低、性能稳定、可靠性强、操作简单且利用率高的优点，同时提高了检测效率。

Description

汽车车窗电机动态力测试台

技术领域

本发明属于电机测试技术领域，涉及一种汽车车窗电机动态力测试台。

背景技术

现代汽车上大都采用电动式车窗系统，车窗电机是汽车电动车窗系统最重要的部件。从它的使用环境来看，车窗电机既能在高温、低温、震动、潮湿、甚至防水的环境中工作；又要满足车窗玻璃升降速度及其平稳性和对门窗的锁紧力要求；同时又要求车窗电机有噪音低，震动小，抗电磁干扰，防护措施好等优点。随着人们对汽车的舒适性要求越来越高，车窗电机也逐渐受到重视。所以，发明一种汽车车窗电机动态力测试系统满足对摇窗电机动态力科学检测的要求显得越来越必要。

现有技术中的车窗电机测试系统组装存在设计成本高，整体性能不稳定及利用效率低的不足。因此，亟需一种汽车车窗电机动态力测试台，满足对汽车车窗电机的动态力科学检测。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种汽车车窗电机动态力测试台，解决了现有技术中存在的设计成本高，性能不稳定、可靠性差和利用率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，提供一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，固定在制动器安装板一侧的磁滞制动器的轴芯通过联轴器一、联轴器二与扭矩传感器的轴芯连通；所述联轴器一与联轴器二通过联轴器连接螺栓、联轴器连接螺母连接固定；所述制动器安装板另一侧设置有筋板；所述扭矩传感器通过扭矩传感器连接螺栓、扭矩传感器连接螺母固定在扭矩传感器槽钢上，所述扭矩传感器槽钢通过槽钢连接螺栓、槽钢连接螺母固定在扭矩传感器底板上；所述扭矩传感器另一端的轴芯通过联轴器三、联轴器四连通输入轴，所述联轴器三与联轴器四通过联轴器连接螺栓、联轴器连接螺母连接固定；所述输入轴穿过电机支撑块与电机的输出轴连通；电机夹具与电机之间设有动态力传感器和连接头；所述连接头通过动态力传感器连接螺钉与电机夹具连接固定；所述电机通过电机连接螺钉与连接头连接固定；所述电机支撑块通过支撑块底板连接螺栓固定在电机支撑块底板上；所述电机夹具通过螺钉与电机支撑块连接固定；所述电机支撑块底板、扭矩传感器底板和制动器安装板均固定在大平板上。

进一步地，电机夹具中间设置3个位置呈等腰三角形的阶梯孔和1个光孔，阶梯孔与电机的3个固定安装点位相对应，光孔与输入轴位置相对应；电机夹具两侧设有实现固定于电机支撑块上的螺孔。

进一步地，磁滞制动器采用型号为HB-750M-2的磁滞制动器。

进一步地，扭矩传感器采用TL-303系列中的5-100Nm扭矩传感器。

进一步地，联轴器一、联轴器二、联轴器三和联轴器四均采用YLD2型联轴器。

进一步地，大平板设计为长为600mm、宽为286mm的U型槽平台大平板。

进一步地，由扭矩传感器底板和扭矩传感器槽钢组合而成的扭矩传感器底座设计为固定式；所述扭矩传感器底板和扭矩传感器槽钢的厚度均为10mm；扭矩传感器底座高度为63mm。

本发明的有益效果是：本发明提供一种汽车车窗电机动态力测试台，可以在无需将电机安装于各款汽车车门上的情况下即可对由电机激励车门所产生的震动噪声进行分析评估，具有成本低、性能稳定、可靠性强、操作简单且利用率高的优点，同时提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是汽车车窗电机动态力测试台的机械结构侧视图；

图2是汽车车窗电机动态力测试台的机械结构俯视图；

图3是动态力传感器与电机安装示意图；

图4是汽车车窗电机动态力测试台的模块侧视图；

图5是扭矩传感器示意图；

图6是大平板设计外形图；

图7是扭矩传感器底座结构图；

图8是电机夹具设计图。

图中，1-磁滞制动器，2-联轴器连接螺栓，3-联轴器连接螺母，4-联轴器一，5-联轴器二，6-扭矩传感器，7-联轴器三，8-联轴器四，9-电机支撑块，10-电机夹具，11-输入轴，12-电机，13-动态力传感器，14-支撑块底板连接螺栓，15-电机支撑块底板，16-大平板，17-扭矩传感器连接螺母，18-扭矩传感器连接螺栓，19-扭矩传感器底板，20-扭矩传感器槽钢，21-槽钢连接螺栓，22-槽钢连接螺母，23-筋板，24-制动器安装板，25-连接头，26-动态力传感器连接螺钉，27-电机连接螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明公开了一种汽车车窗电机动态力测试台，固定在制动器安装板24一侧的磁滞制动器1的轴芯通过联轴器一4、联轴器二5与扭矩传感器6的轴芯连通；联轴器一4与联轴器二5通过联轴器连接螺栓2、联轴器连接螺母3连接固定；制动器安装板24另一侧设置有筋板23；扭矩传感器6通过扭矩传感器连接螺母17、扭矩传感器连接螺栓18固定在扭矩传感器槽钢20上，扭矩传感器槽钢20通过槽钢连接螺栓21、槽钢连接螺母22固定在扭矩传感器底板19上；扭矩传感器6另一端的轴芯通过联轴器三7、联轴器四8连通输入轴11，联轴器三7与联轴器四8通过联轴器连接螺栓2、联轴器连接螺母3连接固定；输入轴11穿过电机支撑块9与电机12的输出轴连通，电机12和动态力传感器13通过电机夹具10固定在电机支撑块9的一侧；电机支撑块9通过支撑块底板连接螺栓14固定在电机支撑块底板15上；电机支撑块底板15、扭矩传感器底板19和制动器安装板24均固定在大平板16上。

电机支撑块9的安装电机一侧端面与输入轴11的轴心垂直；电机夹具10设有两种不同的连接孔，通过螺钉分别与所述的电机支撑块9和电机12连接，电机夹具10上与电机支撑块9相连接的连接孔孔径大小根据电机夹具10的重量和连接螺钉轴向力确定，电机夹具10上与动态力传感器13、电机12相连接的连接孔孔径大小根据动态力传感器13和电机12所要求的安装预紧力确定；电机夹具10与电机12之间设有动态力传感器13和连接头25；连接头25通过动态力传感器连接螺钉26与电机夹具10连接固定，电机12通过电机连接螺钉27与连接头25连接固定；电机夹具10上连接孔的数量与相对位置分别与电机支撑块9上的连接孔和电机12的支撑孔相一致。

电机夹具10与电机12之间的连接方式将动态力传感器13与电机12两者的安装分开，其有益效果是在对同一款电机进行批量测试过程中只需更换不同电机，不需要每次都对动态力传感器13进行安装和预紧力的校准。

1.制动器的选择

(1)制动器的类型

按照制动过程是否有摩擦力的作用制动器可分为摩擦式制动器和非摩擦式制动器。

摩擦式制动器：依靠运动件与制动件之间的相对运动产生的摩擦力制动；非摩擦式制动器：包括磁粉制动器、磁滞制动器和水涡流式制动器。

(2)制动器的选择原则

第一，扭矩测试范围，制动器的转矩通常是不能超过的最大转矩值；第二，转速测试范围，制动器的转速通常是不能超过的承受的最大转速，如果长时间超速使用会让制动器的使用寿命大大缩短，特别是机械磨损；第三，制动器上通常所标的功率是指制动器所能吸收的最大功率，被测电机的功率不能超过制动器功率。

(3)制动器的优选

从经济性考虑，磁滞制动器控制性能和响应速度明显优于水涡流式制动器；从制动器功率范围考虑，摇窗电机的功率≤170W，因此一般磁滞制动器与磁粉制动器均能满足要求；从制动器扭矩范围考虑，摇窗电机的扭矩范围7～10Nm，所以选择扭矩范围0～12Nm的制动器足以满足要求；从制动器转速范围考虑，摇窗电机的空载转速为8600r/min，磁粉制动器的转速范围较小，只有0～5000r/min，而磁滞制动器的转速范围比较大，最高可以达到20000r/min以上，所以选择磁滞制动器更适合。

综合以上因素最终优选型号为Mobac HB-750M-2的磁滞制动器。

该磁滞制动器型号技术参数如表1示：

表1 Mobac HB-750M-2磁滞制动器技术参数

2.扭矩传感器的选择

为了测量电机的实际转速转矩，需选择给系统加上一个扭矩传感器。扭矩传感器的作用是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩的检测。

它的工作原理是将扭力这样一个物理变转换成精确的电信号：将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。

本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环型变压器承担的。因此实现了无接触的能源及信号传递功能。

根据电机扭矩范围7～10Nm，选用的扭矩传感器为北京中航泰隆科技有限公司生产的TL-303系列中的5-100Nm扭矩传感器。

5-100Nm扭矩传感器的主要性能及电气指标如下：

额定转矩：5-100N·m

扭矩精度：<±0.5％F·S,<±0.3％F·S,<±0.1％F·S(可选)

频率响应：100μs

非线性：<±0.2％F·S

重复性：<±0.1％F·S

回差：<0.1％F·S

零点时漂：<0.2％F·S

零点温漂：500MΩ

静态超载：120％150％200％(可选)

使用温度：-10～50℃(-40-85℃可选)

储存温度：-20～70℃

电源电压：±15V±5％

总消耗电流：<200mA

频率信号输出：5KHZ—15KHZ(RS485/232串口输出)

额定扭矩：10KHZ±5kHZ(正反双向测量值)

号占空比：(50±10)％

5-100Nm扭矩传感器的安装如图4所示。

3.联轴器设计

(1)选择联轴器类型的原则

选择一种合适的联轴器应该可考虑以下几点：

1)所需要传递的转矩大小与性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对较大功率的重载传动，需要选用齿式联轴器；对严重冲击载荷时需要消除轴系扭矩振动的传动系统时，最好选用轮胎式联轴器等具备高弹性性能的联轴器。

2)联轴器的工作转速的大小和产生的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度相对较高的联轴器，例如膜片联轴器。

3)两连接轴相对位移的大小以及方向。在安装调整很难保持两轴之间的精确对中时，或工作时两轴将产生较大的附加相对位移时，需选用绕性联轴器。

4)要考虑联轴器的可靠性和工作环境。通常不需润滑的联轴器是由金属元件制成的，比较可靠；而需要润滑的联轴器其性能很容易受到润滑完善程度的影响。另外，含有橡胶等非金属元件的联轴器且容易老化，而切对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感。

5)要考虑联轴器的制造、安装、维护和成本。以满足使用性能为前提，应选用维护简单、装拆方便、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴，而且结构简单。非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、弹性柱销联轴器等)，具有良好的综合性能，广泛适用于中小功率传动。

(2)计算联轴器的计算转矩

由于电机启动时的动载荷和运行中可能出现的过载现象，所以必须按轴上的最大转矩作为计算转矩T_ca。计算转矩按以下计算公式计算：

T_ca＝K_AT (1)

公式(1)中，T为公称转矩(单位：N·m)；K_A为工作情况系数，见表2。

表2联轴器载荷类别级工况系数

根据实际工况,选取Ka＝1.2。

所以T_ca＝KaT＝1.2T

摇窗电机的扭矩为7～10N.m,取最大值T＝10N.m计算，得

T_ca＝1.2×10＝12N.m

(3)确定联轴器的型号

根据计算转矩T_ca、电机轴最大转速n_ca及所选的联轴器类型，按照

T_ca≤[T](2)和n_ca≤[n] (3)

的条件由联轴器标准中选定该联轴器型号。公式(2)中的[T]为该型号联轴器的许用转矩，公式(3)中的[n]为该型号联轴器的许用转速。

通过查阅《机械设计手册》后选取YLD2型联轴器，因为其公称扭矩T＝16N.m，许用转速n＝12000r/min，大于摇窗电机的最大工作转矩和转速，符合选取原则。

4.大平板设计

(1)平板的分类及应用

对于电机力传递试验台来说，大平板起到的作用是安装承载，功用很简单但是却十分重要。因为大平板的结构相对简单，所以采用铸造得到毛坯，材料选用铸铁。

铸铁平板的用途分为铸铁划线平板、铸铁检验平板、铸铁测量平板、铸铁装配平板、铸铁焊接平板、铸铁铆焊平板等，主要用于各种机床机械的检验与测量，包括检查零件的行位偏差、尺寸精度，作出精密划线，铸铁平板是机械制造、电子生产等行业不可缺少的基本装备。铸铁平板可分为筋板式以及箱体式两种，工作面有长方形、正方形或圆形等几个类型，铸铁平板的工作面上可加工U型槽、T型槽、V型槽和圆孔、长孔等。

通过对被测电机、扭矩传感器、磁滞制动器安装尺寸及具体安装点位的对比，被测电机、扭矩传感器需要借助安装底座来实现安装固定，而磁滞制动器需要借助支撑板安装。

(2)大平板的结构尺寸设计

结构：铸铁平板的工作面上可加工V型槽、T型槽、U型槽和圆孔、长孔等。U型槽平台工作面上也可以加工V形、T形、U形槽和圆孔、长孔等，可用来固定动力机械设备，精度稳定，耐磨性能好，因此选用U型槽。

尺寸：电机支撑块及底板总长度为L₁为148mm，扭矩传感器的总长度L₂为188mm，磁滞制动器的总长度L₃为190mm，所以系统尺寸总长度L＝L₁+L₂+L₃＝526mm，设计尺寸要比系统尺寸长一点，方便以后的维护和更换，因此取设计尺寸L′＝600mm。大平板的宽度设计为286mm。外形如图6所示。

5.扭矩传感器底座设计

测试台中心轴标准高度为磁滞制动器1的中心轴距机座高度，如果将扭矩传感器直接装在大平板16上，扭矩传感器与磁滞制动器1的中心轴就不在同一水平线上，所以要给扭矩传感器加一个底座。

底座是用来安装机械设备的，起到承载的作用。它分为固定式、可调式、升降式等类型，设计要求不同，选择类型自然就不同。如果扭矩传感器没出现故障是不用更换的，无需调节，所以选择固定式底座。

如果将底座设计成一个整体，就会增加加工的难度，加工成本自然而然会增多，如果采用铸造而成，特意为它设计一个模具成本也高。因此，本文将扭矩传感器底座设计成了由扭矩传感器底板19和扭矩传感器槽钢20两部分通过螺栓组合而成的部件。具体结构如图7所示，图中d为扭矩传感器槽钢20上表面的总宽度，d1为扭矩传感器槽钢20上部螺栓孔轴线之间的宽度，D1为扭矩传感器槽钢20与扭矩传感器底板19连接螺栓孔轴线之间的宽度，D为扭矩传感器底板19与大平板16连接螺栓孔轴线之间的宽度，H为扭矩传感器底座的高度。

底座的螺栓孔的位置尺寸可以根据扭矩传感器安装螺栓孔轴线的尺寸长(79mm)×宽(65mm)来进行确定，扭矩传感器的安装螺栓选用的是M8螺栓安装，参考《机械设计》第八版图5-2螺栓连接，规定螺栓轴线到被连接件边缘的距离取e＝d1+(3～6)mm，此处d1为螺纹孔的公称直径，取e＝14mm，d1＝65mm，根据强度分析和设计经验，扭矩传感器槽钢和扭矩传感器底板的厚度均取10mm，可得出d＝113mm。

设计底座下部的螺栓孔位置尺寸D1和D。因为扭矩传感器底座是要安装在大平板上，U型槽下方便打孔，从节约材料出发，D1可以适当取小一点，但不能过小。取下部螺栓轴线到被连接件边缘的距离e＝12mm，则得出D1＝d+2e＝137mm，D＝D1+2e+2e＝185mm。

最后确定扭矩传感器底座的高度H。为了保证扭矩传感器6与磁滞制动器1的中心轴轴线在同一水平上，H应该等于磁滞制动器1中心轴轴线距离大平板16的高度减去扭矩传感器6中心轴轴线距离该传感器底面的高度，取63mm。

6.摇窗电机夹具设计

做为一个中介完成电机与力传递试验台之间的连接，将电机固定在试验台上，使电机输出端与力传递试验台输入端配合完美。

如图8所示。因为电机要固定在支撑块上，所以电机夹具10大体上设计为一个平板，另外由于摇窗电机固定点位的特殊性(3个固定点位的位置形成一个等腰三角形)，且试验台的输入轴是穿过电机支撑块9的，所以夹具平板的中间位置设计了3个阶梯孔和1个大的光孔，其中3个阶梯孔与电机3个固定安装点位相对应，1个大的光孔则与输入轴11位置相对应，电机夹具10与动态力传感器13、电机12之间的连接通过连接头25、动态力传感器连接螺钉26和电机连接螺钉27来实现，具体为通过动态力传感器连接螺钉26把连接头25与电机夹具10连接在一起，然后把电机夹具10固定在电机支撑块9上以后，再通过电机连接螺钉27把电机12与连接头25连接在一起；电机夹具10需要固定在电机支撑块9上，所以在电机夹具10的两侧共设计了6个通孔，通过螺钉与电机支撑块9连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，固定在制动器安装板(24)一侧的磁滞制动器(1)的轴芯通过联轴器一(4)、联轴器二(5)与扭矩传感器(6)的轴芯连通；所述联轴器一(4)与联轴器二(5)通过联轴器连接螺栓(2)、联轴器连接螺母(3)连接固定；所述制动器安装板(24)另一侧设置有筋板(23)；所述扭矩传感器(6)通过扭矩传感器连接螺母(17)、扭矩传感器连接螺栓(18)固定在扭矩传感器槽钢(20)上，所述扭矩传感器槽钢(20)通过槽钢连接螺栓(21)、槽钢连接螺母(22)固定在扭矩传感器底板(19)上；所述扭矩传感器(6)另一端的轴芯通过联轴器三(7)、联轴器四(8)连通输入轴(11)，所述联轴器三(7)与联轴器四(8)通过联轴器连接螺栓(2)、联轴器连接螺母(3)连接固定；所述输入轴(11)穿过电机支撑块(9)与电机(12)的输出轴连通；电机夹具(10)通过螺钉与电机支撑块(9)连接固定；电机夹具(10)与电机(12)之间设有动态力传感器(13)和连接头(25)；所述连接头(25)通过动态力传感器连接螺钉(26)与电机夹具(10)连接固定；所述电机(12)通过电机连接螺钉(27)与连接头(25)连接固定；所述电机支撑块(9)通过支撑块底板连接螺栓(14)固定在电机支撑块底板(15)上；所述电机支撑块底板(15)、扭矩传感器底板(19)和制动器安装板(24)均固定在大平板(16)上；

所述电机夹具(10)中间设置3个位置呈等腰三角形的阶梯孔和1个光孔，阶梯孔与电机(12)的3个固定安装点位相对应，光孔与输入轴(11)位置相对应；电机夹具(10)两侧设有实现固定于电机支撑块(9)上的螺孔；

所述磁滞制动器(1)采用型号为HB-750M-2的磁滞制动器。

2.根据权利要求1所述的一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，所述扭矩传感器(6)采用TL-303系列中的5-100Nm扭矩传感器。

3.根据权利要求1所述的一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，所述联轴器一(4)、联轴器二(5)、联轴器三(7)和联轴器四(8)均采用YLD2型联轴器。

4.根据权利要求1所述的一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，所述大平板(16)设计为长为600mm、宽为286mm的U型槽平台大平板。

5.根据权利要求1所述的一种汽车车窗电机动态力测试台，其特征在于，由扭矩传感器底板(19)和扭矩传感器槽钢(20)组合而成的扭矩传感器底座设计为固定式；扭矩传感器底板(19)和扭矩传感器槽钢(20)的厚度均为10mm；扭矩传感器底座高度为63mm。