CN112710602A - 具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摩擦异响试验设备技术领域，具体公开了具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，包括支撑架和钢柱，钢柱上方设垂直力加载装置，垂直力加载装置包括驱动件、弹簧片和压头，驱动件固定在支撑架，压头的底面用于固定摩擦材料Ⅱ，弹簧片固定在驱动件的输出轴底部，压头的横截面底部呈向下凸起的弧形段，压头上安装有加速度传感器，钢柱上设有水平板，水平板上开设有若干安装孔，在水平板的两侧设有压紧条，压紧条上开设有若干连接孔，摩擦材料Ⅰ固定在水平板与压紧条之间，在压紧条上还开设有安装孔，安装孔内固定有三向力传感器。采用本专利中的技术方案进行异响测试时，两种摩擦材料之间能够一直保持为面接触，使得测试结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦异响试验设备技术领域，特别涉及具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台。
背景技术
在汽车结构中，两个部件之间相互摩擦构成摩擦副，摩擦副之间的摩擦状态由静摩擦转变为动摩擦的过程被称之为粘滑运动，而在粘滑运动过程中，单位时间内摩擦副之间的相对振动次数被称之为脉冲率。
粘滑运动作为一种典型的摩擦现象，广泛存在于机械系统中，会给汽车机械系统带来颤振、振荡、尖锐噪音等众多负面问题，因此为了提高汽车机械系统稳定性并降低振动，需要进行异响测试，常规的测试方式为，由待测试的两种摩擦材料构成摩擦副，其中刚性的摩擦材料做水平往复移动，而柔性的摩擦材料则与提供垂直力的压头连接，由于常规的压头底面通常为平面，然而实际的结构中，由于加工精度，装配精度等因素的影响，很难保证两种材料完全平行，使得两种材料在压紧和摩擦过程中，由于振动的存在，出现点接触或者线接触的形式，这样使得异响测试的结果存在较大的偏差；另外在采用三向力传感器进行检测时，通常是将其固定在其中一个摩擦材料上，这样的方式就使得在每次试验时均需要对其进行拆装，增加实验步骤，也对信号检测结果有一定不良影响。
发明内容
本发明提供了具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，以解决现有的异响测试过程中两种材料出现点接触或线接触的形式，使得测试结果存在较大偏差，另外在采用三向力传感器进行检测时，通常是将其固定在其中一个摩擦材料上，这样的方式就使得在每次试验时均需要对其进行拆装，增加实验步骤，也对信号检测结果有一定不良影响的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，包括支撑架和用于固定摩擦材料Ⅰ的钢柱，所述钢柱上方设垂直力加载装置，所述垂直力加载装置包括驱动件、弹簧片和压头，所述驱动件固定在支撑架上，压头的底面用于固定摩擦材料Ⅱ，弹簧片固定在驱动件的输出轴底部与压头之间，压头的横截面底部呈向下凸起的弧形段，所述压头上安装有加速度传感器，所述钢柱上设有水平板，水平板上开设有若干安装孔，在水平板的两侧设有压紧条，压紧条上开设有若干连接孔，摩擦材料Ⅰ固定在水平板与压紧条之间，在压紧条上还开设有安装孔，安装孔内固定有三向力传感器。
本技术方案的技术原理和效果在于：
弹簧片和压头在驱动件的驱动下向下移动，使得摩擦材料Ⅰ与摩擦材料Ⅱ为面接触，即摩擦材料Ⅱ向摩擦材料Ⅰ产生一定的形变，这样外部激励设备驱动钢柱产生水平往复移动，使得摩擦材料Ⅰ与摩擦材料Ⅱ之间产生相对位移形成摩擦副，随着垂直力的加载，摩擦副由静摩擦逐步转变为动摩擦，并出现粘滑现象，摩擦副之间产生振动(单位时间内的振动又称为脉冲率)，这个过程中加速度传感器用于检测压头的振动加速度信号，而三向力传感器用于检测摩擦材料Ⅰ的摩擦力和所受垂直力信号，最后将这些信号通过特殊处理得到摩擦材料Ⅰ与摩擦材料Ⅱ之间的异响测试结果。
由于在测试过程中，压头与弹簧片会随着摩擦副一起振动，即将压头的运动幅度扩大可以看到，压头的弧形段是相对于其圆心做周向运动，即摩擦材料Ⅰ与摩擦材料Ⅱ之间的摩擦力是垂直于弧形段的切线方向，因此异响测试过程中，摩擦材料Ⅰ与摩擦材料Ⅱ之间能够一直保持为面接触，使得异响测试结果更加精确。
另外本方案中将三向力传感器固定在压紧条上，既能够快速准确的检测到摩擦材料Ⅰ所受摩擦力和所受垂直力信号，同时相比于将传感器直接固定在摩擦材料Ⅰ上的方式，本方案中的方式不用在每次试验时均需对三向力传感器进行安装和拆卸，能够减少拆装带来的误差，也减少操作人员的实验步骤。
进一步，所述驱动件的输出轴底部设有联轴器，联轴器底部通过螺栓固定有第一安装板，压头的顶部有第二安装板，第一安装板和第二安装板上均开设有若干安装孔，在弹簧片的上下端均开设有若干连接孔，位于弹簧片上端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第一螺栓，位于弹簧片下端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第二螺栓。
有益效果：这样设置使得弹簧片与驱动件以及压头之间为可拆卸连接，优点在于方便拆卸与更换，同时还可增加多块弹簧片。
进一步，所述第一螺栓与弹簧片之间设有第一压紧块，第二螺栓与弹簧片之间设有第二压紧块，第一压紧块上开设有若干供第一螺栓穿入的通孔，第二压紧块上也开设有若干供第二螺栓穿入的通孔，所述加速度传感器固定在第二压紧块上。
有益效果：第一压紧块与第二压紧块的设置能够避免应力集中在第一螺栓和第二螺栓处，提高第一螺栓与第二螺栓的抗疲劳强度。
进一步，所述钢柱上设有水平板，水平板上开设有若干安装孔，在水平板的两侧设有压紧条，压紧条上开设有若干连接孔，在连接孔与安装孔内螺纹连接有第三螺栓。
有益效果：这样设置使得摩擦材料Ⅰ能够牢固的固定在钢柱上。
进一步，所述三向力传感器固定在压紧条上。
有益效果：这样设置便于三向力传感器检测摩擦材料Ⅰ测试过程中得到的摩擦力和所受垂直力信号
进一步，所述压头的底面为粗糙度不超过Ra6.3的光洁面，摩擦材料Ⅱ粘接在压头的底面上。
有益效果：选择粗糙度不超过Ra6.3的光洁面，能够避免压头底部过于粗糙使得摩擦材料Ⅱ的底面出现凹凸不平的问题。
进一步，所述压头的底面与摩擦材料Ⅱ为可拆卸连接。
有益效果：由于摩擦材料Ⅱ为软质材料，其通过粘接的方式与压头连接，虽然在异响测试过程中，摩擦材料Ⅱ与压头之间不会产生相对位移，但是再需要进行下一次试验时，摩擦材料Ⅱ无法快速的拆卸下来，同时还可能使得压头底面凹凸不平，对下一次测试结果有影响，因此本方案中通过可拆卸连接的方式，使得摩擦材料Ⅱ与压头之间能够快速拆卸。
进一步，沿压头长度方向得到两侧开设有若干螺纹孔，摩擦材料Ⅱ上开设有若干与螺纹孔对应的通孔，螺纹孔与通孔内连接第四螺栓。
有益效果：这样设置使得摩擦材料Ⅱ能够方便快捷的固定在压头底面上。
进一步，所述压头的底部开设有若干拉槽，若干拉槽沿弧形段的周向均布，拉槽的顶部均朝向弧形段的圆心，摩擦材料Ⅱ的顶面设有若干与拉槽啮合的连接凸起。
有益效果：这样设置，由于摩擦材料Ⅱ的底面是受到与其底面相切的摩擦力，因此将拉槽设置为朝向弧形段的圆心，能够最大程度的限制摩擦材料Ⅱ与压头的底面之间产生相对位移。
进一步，所述压头内设有吸附腔，压头的底面设有若干与吸附腔连通的吸附孔，各吸附孔均布在压头的底面，压头上设有连通吸附腔的胶管，胶管连接有真空泵。
有益效果：通过真空泵工作使得吸附腔内形成负压，并通过多个吸附孔在压头的底面上形成强大的负压力，使得摩擦材料Ⅱ能够紧贴在压头的底面上，这样能够防止异响测试过程中，摩擦材料Ⅱ与压头底面之间出现相对位移。
附图说明
图1为本发明具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台实施例1的结构示意图；
图2为本发明具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台实施例2中压头的剖视图；
图3为本发明具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台实施例3中压头的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：摩擦材料Ⅰ1、摩擦材料Ⅱ2、钢柱10、减重孔11、弹簧片12、压头13、联轴器14、第一安装板15、第二安装板16、第一螺栓17、第二螺栓18、第一压紧块19、第二压紧块20、加速度传感器21、三向力传感器22、弧形段24、水平板25、压紧条26、第三螺栓27、第四螺栓28、连接凸起29、吸附腔30、吸附孔31、胶管32。
实施例1基本如附图1所示：
具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，包括支撑架和用于固定摩擦材料Ⅰ1的钢柱10，且钢柱10为中空结构且横截面呈矩形，在钢柱10上均布有若干减重孔11，钢柱10的两端通过弹性支撑组件与支撑架固定连接，在钢柱10上方设有垂直力加载装置。
本实施例中垂直力加载装置包括驱动件、弹簧片12和压头13，其中驱动件为直线电机，直线电机固定在支撑架上，在直线电机的输出轴端部设有联轴器14，联轴器14底部通过螺栓固定有第一安装板15，本实施例中第一安装板15呈T字形，在压头13的顶部一体成型有第二安装板16，第一安装板15的竖直段上以及第二安装板16上均开设有若干安装孔，在弹簧片12的上下端均开设有若干连接孔，位于弹簧片12上端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第一螺栓17，位于弹簧片12下端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第二螺栓18。
为了避免应力集中，在第一螺栓17与弹簧片12之间设有第一压紧块19，第二螺栓18与弹簧片12之间设有第二压紧块20，第一压紧块19上开设有若干供第一螺栓17穿入的通孔，第二压紧块20上也开设有若干供第二螺栓18穿入的通孔，在第二压紧块20上还设有加速度传感器21。
本实施例中弹簧片12的厚度为5～10mm，弹簧片12可采用不锈钢制成，压头13的横截面底部呈向下凸起的弧形段24，且弧形段24的圆心角为α，α的范围为50～55°，压头13的底部为粗糙度不超过Ra6.3的光洁面，其用于粘接摩擦材料Ⅱ2，摩擦材料Ⅱ2为柔性材质，比如橡胶，在钢柱10上可拆卸连接有水平板25，水平板25上用于固定摩擦材料Ⅰ1，摩擦材料Ⅰ1为刚性材质，比如钢板，具体的固定方式为：在水平板25上开设有若干安装孔，在水平板25的两侧设有压紧条26，压紧条26上开设有若干连接孔，在连接孔与安装孔内螺纹连接有第三螺栓27，从而将摩擦材料Ⅰ1固定在水平板25上；在压紧条26上还开设有安装孔，在安装孔内固定有三向力传感器22。
具体实施时，直线电机驱动弹簧片12和压头13向下移动，使得摩擦材料Ⅰ1与摩擦材料Ⅱ2为面接触，即摩擦材料Ⅱ2向摩擦材料Ⅰ1产生一定的形变，这样外部激励设备驱动钢柱10产生水平往复移动，使得摩擦材料Ⅰ1与摩擦材料Ⅱ2之间产生相对位移形成摩擦副，随着垂直力的加载，摩擦副由静摩擦逐步转变为动摩擦，并出现粘滑现象，摩擦副之间产生振动(单位时间内的振动又称为脉冲率)，这个过程中加速度传感器21用于检测压头13的振动加速度信号，而三向力传感器22用于检测摩擦材料Ⅰ1的摩擦力和所受垂直力信号，最后将这些信号通过特殊处理得到摩擦材料Ⅰ1与摩擦材料Ⅱ2之间的异响测试结果。
实施例2基本如附图2所示：
与实施例1的区别在于：在测试完成后，由于摩擦材料Ⅱ2采用粘接的方式固定在压头13底面上，因此难以将摩擦材料Ⅱ2从压头13的底面清理干净，使得压头13底面凹凸不平，因此本实施例中将摩擦材料Ⅱ2设置为与压头13底面可拆卸连接，具体的方式为：沿压头13长度方向的两侧开设有若干螺纹孔，摩擦材料Ⅱ2上开设有若干与螺纹孔对应的通孔，螺纹孔与通孔内螺纹连接有第四螺栓28，同样为了避免应力集中到通孔与螺纹孔处，在第四螺栓28与摩擦材料Ⅱ2之间设置有连接条。
另外为了防止在测试过程中，摩擦材料Ⅱ2与压头13底面之间出现相对位移，在压头13底部开设有若干拉槽，若干拉槽沿弧形段24的周向均布，另外在摩擦材料Ⅱ2的顶面设有若干与拉槽对应的连接凸起29，连接凸起29与拉槽之间相互啮合。
实施例3基本如图3所示：
与实施例2的区别在于：本实施例中为了防止在测试过程中，摩擦材料Ⅱ2与压头13的底面之间出现相对位移，在压头13内开设有吸附腔30，在压头13的底面设有若干与吸附腔30连通的吸附孔31，各吸附孔31均布在压头13的底面上，压头13上设有连通吸附腔30的胶管32，胶管32与真空泵连通。
这样在检测时，真空泵工作使得吸附腔30内形成负压，并通过多个吸附孔31在压头13的底面上形成强大的负压力，使得摩擦材料Ⅱ2能够紧贴在压头13的底面上。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，包括支撑架和用于固定摩擦材料Ⅰ的钢柱，其特征在于：所述钢柱上方设垂直力加载装置，所述垂直力加载装置包括驱动件、弹簧片和压头，所述驱动件固定在支撑架上，压头的底面用于固定摩擦材料Ⅱ，弹簧片固定在驱动件的输出轴底部与压头之间，压头的横截面底部呈向下凸起的弧形段，所述压头上安装有加速度传感器，所述钢柱上设有水平板，水平板上开设有若干安装孔，在水平板的两侧设有压紧条，压紧条上开设有若干连接孔，摩擦材料Ⅰ固定在水平板与压紧条之间，在压紧条上还开设有安装孔，安装孔内固定有三向力传感器。
2.根据权利要求1所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述驱动件的输出轴底部设有联轴器，联轴器底部通过螺栓固定有第一安装板，压头的顶部有第二安装板，第一安装板和第二安装板上均开设有若干安装孔，在弹簧片的上下端均开设有若干连接孔，位于弹簧片上端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第一螺栓，位于弹簧片下端的连接孔与安装孔之间螺纹连接有第二螺栓。
3.根据权利要求2所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述第一螺栓与弹簧片之间设有第一压紧块，第二螺栓与弹簧片之间设有第二压紧块，第一压紧块上开设有若干供第一螺栓穿入的通孔，第二压紧块上也开设有若干供第二螺栓穿入的通孔，所述加速度传感器固定在第二压紧块上。
4.根据权利要求4所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述三向力传感器固定在压紧条上。
5.根据权利要求1所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述压头的底面为粗糙度不超过Ra6.3的光洁面，摩擦材料Ⅱ粘接在压头的底面上。
6.根据权利要求1所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述压头的底面与摩擦材料Ⅱ为可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：沿压头长度方向的两侧开设有若干螺纹孔，摩擦材料Ⅱ上开设有若干与螺纹孔对应的通孔，螺纹孔与通孔内连接第四螺栓。
8.根据权利要求6所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述压头的底部开设有若干拉槽，若干拉槽沿弧形段的周向均布，拉槽的顶部均朝向弧形段的圆心，摩擦材料Ⅱ的顶面设有若干与拉槽啮合的连接凸起。
9.根据权利要求6所述的具有三向力传感器的材料摩擦异响试验台，其特征在于：所述压头内设有吸附腔，压头的底面设有若干与吸附腔连通的吸附孔，各吸附孔均布在压头的底面，压头上设有连通吸附腔的胶管，胶管连接有真空泵。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |