離合器蓋總成綜合性能試驗臺設(shè)計.doc

重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 離合器蓋總成綜合性能試驗臺設(shè)計摘要1Abstract2緒論31. 汽車離合器蓋總成論述41.1離合器蓋總成概念和原理41.2性能參數(shù)測量原理51.3試驗測定內(nèi)容綜述71.3.1蓋總成分離特性試驗71.3.2蓋總成負荷特性試驗72. 離合器蓋總成試驗臺結(jié)構(gòu)與設(shè)計82.1試驗臺結(jié)構(gòu)簡介82.2試驗臺工作過程112.3夾具的設(shè)計112.4機架的設(shè)計133.實驗臺部零件選型143.1試驗臺傳感器的選用143.1.1.負荷特性壓力傳感器153.1.2負荷特性壓力傳感器163.1.3 位移傳感器173.2傳感器連接方式183.3電缸的選用183.3.1電缸的伺服電機選擇及計算203.2.2電缸內(nèi)動力傳動方式213.2.3電缸內(nèi)兩端支撐類型選用224.試驗臺控制系統(tǒng)274.1.系統(tǒng)設(shè)計布局274.2各硬件設(shè)備選用294.2.1工控機294.2.2數(shù)據(jù)釆集控制卡294.3系統(tǒng)軟件部分設(shè)計29結(jié)論31致謝 32參考文獻33文獻綜述35 摘要 對于整個汽車傳動系統(tǒng)而言，汽車離合器是重要組成部件；但同時離合器蓋總成又是汽車離合器的關(guān)鍵部件。在實際運行中，為了保證汽車行駛的安全性及汽車的整體性能,必須對離合器蓋總成的性能指標進行檢測。而本論文在分析了國內(nèi)外（微型）汽車離合器蓋總成檢測試驗臺研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,研究設(shè)計的一款微型汽車離合器蓋總成檢測試驗臺。 本次所設(shè)計的微型汽車離合器蓋總成檢測試驗臺，其基本結(jié)構(gòu)包括主機結(jié)構(gòu)、夾具結(jié)構(gòu)、控制與檢測系統(tǒng)。通過測量得到負荷特性曲線，分離特征曲線等離合器蓋總成特征曲線，模擬離合器蓋總成實際工況,同時測試件裝卸方便,并可以在一定規(guī)格范圍內(nèi)對離合器蓋總成的關(guān)鍵問題進行檢測的。一般而言，根據(jù)汽車零部件自動檢測的實際要求,并結(jié)合當前先進的計算控制技術(shù)；試驗臺由伺服電機提供工作動力，位移和載荷信號由傳感器（位移傳感器和負荷傳感器）拾取送到測量系統(tǒng)并進行分析。該測試臺采用多軸運動控制器和伺服電機驅(qū)動器實現(xiàn)對伺服電機的雙閉環(huán)控制,響應(yīng)快速,定位準確。此外，利用VC+開發(fā)了簡潔但功能相對全面的用戶界面。通過本實驗臺可以對離合器蓋總成負荷特性曲線、分離特性曲線、升程曲線各參數(shù)的測試和分析，并且借助說的數(shù)據(jù)生成圖形曲線。應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定,檢測精度達到設(shè)計要求,功能全面,具有良好的實用性。 關(guān)鍵詞：離合器蓋總成; 分離特性; 負荷特性; 計算機控制。 AbstractAs automobile clutch is an important component of the car transmission system,automobile clutch is an important part;But at the same time, key components of the clutch cover and clutch assembly.In actual operation, in order to guarantee the safety of the car and the overall performance of the car, must to test the performance of the clutch cover assembly.And in this paper analyzed the (micro) automobile clutch cover assembly at home and abroad research situation on the basis of the test-bed, the design of a micro auto clutch cover assembly test bench.including the host structure, the fixture structure, control and detection system.Is obtained by measuring the load characteristic curve, the clutch cover assembly characteristic curve, such as separation characteristic curve simulating actual working condition, clutch cover assembly and test a convenient loading and unloading, and can be within a certain range specifications of the key problems of clutch cover assembly for testing.In general, according to the actual requirements of automobile parts automatic detection, and combined with the current advanced computing control technology;Test bench work provided by the servo motor power, the displacement and the load signal by the sensor, displacement sensor and load sensor) to pick up to the measuring system and analyzed.The test stand adopts the multi-axis motion controller and the servo motor drive to achieve the double closed loop control of the servo motor, rapid response and accurate positioning.In addition, the use of vc+ developed a simple but relatively comprehensive user interface functions.Through this experiment platform can load characteristic curve of clutch cover assembly, separation characteristic curve, test and analysis, the parameters of lift curve and curve by means of the said data generation graphics.Application results show that the system runs stably, inspection measurement accuracy to meet the design requirements, fully functional, has a good practicability. Keywords: Clutch cover assembly; release characteristic; load characteristic; Computer control.緒論 AMT和MT是當下汽車兩大主流，而對于手排擋（MT）有級變速汽車而言，離合器是其必不可少的易耗損零部件。為保證離合器產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命，離合器的相關(guān)檢測所必不可少的步驟,且相關(guān)設(shè)備已越來越受到重視1。眾所周知，汽車離合器蓋總成是汽車的整個動力系統(tǒng)之中一個關(guān)鍵部件，其工作性能表現(xiàn)直接關(guān)系到汽車的整體性能和汽車行駛的安全性。根據(jù)汽車行業(yè)標準，汽車離合器蓋總成在出廠前必須經(jīng)過測試（但由于關(guān)于這種檢測系統(tǒng)的缺乏，其檢測并不是很全面充分）。通常來說，離合器蓋總成需要檢測包括負荷特性曲線、分離特性曲線和升程曲線的各項參數(shù)。通過這些參數(shù)的檢測以確定該離合器設(shè)計或維修是否符合 GB468-2004 機動車安全檢驗項目和方法的要求，以確保離合器工作能力和離合器踏板操縱輕便。 工業(yè)革命開始于西方，因此國外在汽車工業(yè)上起步較早,發(fā)展歷程豐富，各種檢測系統(tǒng)也相當成熟,但是由于進口的設(shè)備價格都相當高,并且由于東西方文化的差異性，其設(shè)計理念也并不完全符合中國本土的操作習慣等2;而國內(nèi)現(xiàn)階段，所出現(xiàn)的檢測設(shè)備一般自動化水平比較低,并且精度有限,而且大多還是采用液壓系統(tǒng)作為動力裝置3。因此,從世界汽車檢測試驗臺發(fā)展潮流來看，開發(fā)新動力系統(tǒng)、價格相對合理、高精度、省時的檢測系統(tǒng)就成了技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本離合器蓋總成綜合測試臺結(jié)合當前先進的計算機控制技術(shù),采用壓盤伺服電機和分離指伺服電機作為運動機構(gòu),并用多軸運動控制卡和伺服電機驅(qū)動器實現(xiàn)了雙閉環(huán)控制,達到了高精度、高效率、多參數(shù)考核的要求。1. 汽車離合器蓋總成論述1.1離合器蓋總成概念和原理 汽車離合器是汽車的重要部件,而汽車離合器蓋總成是汽車離合器重要組成部分1。汽車行駛過程，在行駛換檔時駕駛?cè)藛T踏下離合器前端踏板,通過控制離合器壓盤總成和從動盤總成的分離和接合（盡量實現(xiàn)柔性結(jié)合與分離）來保證將發(fā)動機與傳動系分離與接合,以減輕變速器中換檔齒輪之間的沖擊與振動2。此外根據(jù)離合器的結(jié)構(gòu)特點,其能夠限制傳動系統(tǒng)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩,使其在受到較大的動載荷時，離合器可以起到過載保護的作用3。離合器蓋總成,也有人稱為壓盤總成,蓋總成是離合器的主動部分,通常是它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動,因此其必須和飛輪連接在一起。通過汽車構(gòu)造了解可知，通過鉚接的方式，壓盤傳動片兩端分別固定在壓盤蓋和壓盤上；而膜片彈賛嵌套在壓盤的周向滑軌上,用支撐賛將膜片彈黃定位；此外為保證傳動片均勻受力,傳動片的結(jié)構(gòu)形式采用圓周均布。一般情況下,用于離合器接合的常見離合器蓋總成為推式,而此類型的壓盤為拉式,汽車離合器蓋總成具體結(jié)構(gòu)如上圖圖所示:主要由壓盤蓋、鉚釘、傳動片、防失效鉚釘、支撐賛、壓盤、膜片彈黃等構(gòu)成4。 離合器盒蓋的結(jié)構(gòu)圖1-1 1.離合器蓋 2.支撐環(huán)3.膜片彈簧 4.支撐環(huán) 5.壓盤 6.鉚釘 7.支撐鉚釘 離合器蓋總成結(jié)構(gòu)拆解圖12研究開發(fā)的汽車離合器蓋總成檢測試驗臺主要用于汽車離合器蓋總成綜合性能檢測,同時也可以為離合器蓋總成的開發(fā)提供可靠數(shù)據(jù),目的是提高離合器蓋總成生產(chǎn)效率并為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障，滿足國家新標準離合器臺架試驗方法QC/T272004與生產(chǎn)流水線的檢測要求。1.2性能參數(shù)測量原理離合器蓋總成綜合性能試驗是模擬在安裝狀態(tài)下，動態(tài)測量分離行程、壓盤升程、分離力和工作壓緊力等位移和力信號，并繪制壓盤升程對壓盤負荷曲線(負荷特性曲線)、分離行程對分離負荷曲線(分離特性曲線)和分離行程對壓盤升程曲線(升程特性曲線)等。負荷特性曲線：指在未裝從動盤總成的條件下,對壓盤加載和隨后減載過程中壓盤上的載荷與壓盤位移之間的關(guān)系曲線。其測試方式為用夾具將離合器蓋總成夾緊,壓盤伺服電機在設(shè)定行程內(nèi)往復(fù)運動,以實現(xiàn)對壓盤的加載和減載,同時記錄壓盤位移和作用于壓盤的負荷,從而得到負荷特性曲線5。 負荷特性曲線13 分離特性曲線和升程曲線：是壓盤處于實際安裝狀態(tài),當分離和接合離合器時,作用于分離指端的載荷隨分離指端行程變化的關(guān)系曲線和壓盤升程與分離指端行程的關(guān)系曲線。其測試方式為用夾具將離合器蓋總成夾緊,先壓盤伺服電機運動到壓盤實際安裝位置,然后分離指伺服電機在設(shè)定行程內(nèi)往復(fù)運動,以實現(xiàn)對分離指的加載和減載,同時記錄分離指、作用于分離指的負荷、壓盤位移,從而得到分離特性曲線和升程曲線5。 分離特性曲線141.3試驗測定內(nèi)容綜述1.3.1蓋總成分離特性試驗1、試驗?zāi)康?使汽車離合器蓋總成處于模擬安裝狀態(tài)下,在一定的預(yù)載荷作用下分離和接合離合器,觀察離合器蓋總成分離指位移和載荷的關(guān)系。2、試驗條件 1)將蓋總成按技術(shù)要求放在蓋總成夾具上,使壓盤處于工作點位置。 2)起步轉(zhuǎn)速 微型車和轎車:15002000r/min; 最大壓盤負荷15000N。3、試驗步驟 1)將蓋總成按技術(shù)要求放在蓋總成夾具上,使壓盤處于工作點位置； 2)對分離指桿端部預(yù)加100N,以此狀態(tài)定義為位移零位； 3)操縱加載裝置,使代分離軸承達到規(guī)定的分離行程,如此動作35次； 4)操作加載裝置,使離合器分離,直到達到最大分離行程為止,再使離合器接合,恢復(fù)到位零點;利用位移傳感器測量位移。1.3.2蓋總成負荷特性試驗1、試驗?zāi)康膶ζ囯x合器蓋總成壓盤加載和隨后減載過程中,作用于壓盤上的載荷與壓盤位移之間的關(guān)系曲線。2、試驗條件 1)將蓋總成按技術(shù)要求放在蓋總成夾具上,使壓盤處于工作點位置。如圖2-2所示: 工作圖15 2)工作壓緊力:安裝狀態(tài)下,壓盤在工作點位置時對從動盤總成施加的壓緊力。 3)工作點位置:安裝狀態(tài)下,從動盤總成夾緊名義厚度所對應(yīng)的壓盤位置。 4)磨損后:安裝狀態(tài)下,從動盤總成具有允許磨損后的厚度時所對應(yīng)壓盤位置。 5)磨損后的工作壓緊力:安裝狀態(tài)下,壓盤處于磨損后工作點位置時對從動盤總成施加的工作壓緊力。3、試驗步驟 1)將蓋總成按技術(shù)要求放在蓋總成夾具上,使壓盤處于自由狀態(tài)。 2)對壓盤加載。減載直至卸掉全部載荷,記錄壓盤上的隨壓盤位移變化的數(shù)值。 3)用試驗墊塊或其他方法確定特征點位置,以此來確定相應(yīng)的載荷特征值。2. 離合器蓋總成試驗臺結(jié)構(gòu)與設(shè)計2.1試驗臺結(jié)構(gòu)簡介 汽車離合器蓋總成檢測試驗臺由主機、測量及控制系統(tǒng)三部分組成。由電缸內(nèi)選用的伺服電機提供工作動力,通過控制系統(tǒng)來控制主機進行各項試驗動作,位移和載荷信號由傳感器拾取送到測量系統(tǒng),進行數(shù)據(jù)處理,顯示出試驗結(jié)果。 主機上部是工作臺板,工作臺板安裝在機架上,機架用來支承工作臺板、夾緊裝置及加載裝置等。工作臺板上面中部是蓋總成裝具,用來安裝工件。壓盤加載機構(gòu)和分離指加載機構(gòu)都固定在工作板上,試驗臺主機結(jié)構(gòu)如圖所示6。 試驗臺的主視圖2-3 試驗臺的左視圖24 壓盤加載時力的傳遞過程是:壓盤加載機構(gòu)的伺服電機啟動,帶與帶輪傳遞到滾珠絲杠上,通過電缸內(nèi)滾珠絲杠帶動滾珠絲杠副內(nèi)行星絲杠轉(zhuǎn)動，進而推動與絲杠副連接的導(dǎo)向套直線運動，把載荷加載到壓盤上,壓盤伺服電機在設(shè)定行程內(nèi)往復(fù)運動,以實現(xiàn)對壓盤的加載和減載。 分離指加載時力傳遞過程是:在模擬壓盤件上裝上分離特性所用的壓力傳感器，計算機控制伺服電機啟動,通過帶與帶輪傳遞到電缸內(nèi)的滾珠絲杠上,通過電缸內(nèi)滾珠絲杠帶動滾珠絲杠副內(nèi)行星絲杠轉(zhuǎn)動，進而推動與絲杠副連接的導(dǎo)向套直線運動，帶動傳感器與分離拉桿把力傳到代分離軸承上,由分離拉桿上固定的傳感器壓板來測量分離行程及分離指高。 對于整個測量的過程中，負荷特性和分離特性選用的壓力傳感器不一樣，且兩個特性是分開進行測量的：在測量負荷特性時，裝上模擬壓盤件在電缸前端對離合器蓋的壓盤進行加載或減載；在測量分離特性時，在模擬壓盤件下安裝分離特性所用壓力傳感器，然后該壓力傳感器作用在膜片彈簧在進而施壓在分離軸承上進行加載或減載。 1.電缸 2，法蘭盤 3.負荷特性壓力傳感器 4.分離特性壓力傳感器 5.位移傳感器 6.離合器蓋 7.伺服電機 8.模擬壓盤件 9.夾具 運載部件結(jié)構(gòu)圖2-5 2.2試驗臺工作過程 1).首先是通過12個螺栓將四個夾具固定在機架座上，隨后放置離合器蓋在工作板的中間，放置合適后通過千斤頂施力于夾具的一端，通過杠桿原理施加載荷與離合器蓋的邊緣處，對離合器蓋加以固定。 2).當壓盤加載機構(gòu)模擬壓盤部件處在電缸的推桿的最下端位置時,首先計算機控制伺服電機對壓盤加載至滿程后卸載回零進行校核,然后進入實驗啟動伺服電機，進而通過帶傳動將轉(zhuǎn)矩傳遞到電并由此帶動滾珠絲杠副與行星滾珠絲杠缸旋轉(zhuǎn)移動,于是便推動與滾珠絲杠副相連接的導(dǎo)向套形成直線運動，最后通過壓頭完成載荷的加載與減載。記錄伺服電機對壓盤加載和卸載時,壓盤所受載荷對位移的曲線。壓盤載荷由安裝在模擬壓盤部件與電缸推桿之間安裝的拉壓式壓力傳感器進行測量,壓盤行程由安裝在工作臺上的位移傳感器測量。 3).在模擬壓盤部件下加裝測量分離特性的S型壓力傳感器。計算機控制伺服電機對分離指加載。啟動伺服電機傳遞扭矩，推動推桿向下運動加載在分離軸承上。壓盤的位置隨著分離指行程的變化而變化,加在分離指上的載荷也隨著分離指行程變化而變化。分離指行程由安裝在工作臺上的位移傳感器測量。 2.3夾具的設(shè)計 檢測試驗臺蓋總成的裝具參照工作臺板的安裝及定位尺寸,根據(jù)蓋總成定位方式來設(shè)計制作,不同的產(chǎn)品用不同的定位方式,一般來說,分為膜片彈賛蓋總成與螺旋彈黃蓋總成。膜片彈簧蓋總成應(yīng)用定位銷方式定位,螺旋彈黃蓋總成以止口定位。蓋總成裝具制作后安裝于工作臺板上,蓋總成裝具固定后,調(diào)整夾緊裝置,將夾緊裝置的六角螺母松開,鎖緊桿松幵,可使夾緊裝置在圓周及徑向調(diào)整到夾緊蓋總成所需的位置,此將夾爪拉出,鎖緊夾緊裝置。代分離軸承按需檢測的蓋總成來制作,代分離軸承的厚薄尺寸根據(jù)所檢測的蓋總成來設(shè)計與加工。試驗臺夾具結(jié)構(gòu)如圖所: 1. 夾具壓頭 2.支撐螺母孔 3.夾具柄 4.千斤頂 5.固定螺紋孔 夾具的主視圖26 夾具的俯視圖27考慮到成本問題以及硬度的要求，本次設(shè)計夾具時下料選用45號鋼就行，加工熱處理完以后做下發(fā)藍處理，這樣就不易銹蝕了，也不影響精度。千斤頂?shù)倪x擇千斤頂是一種用鋼性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。千斤頂主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂分為機械千斤頂和液壓千斤頂兩種，原理各有不同，考慮本次試驗臺選用的千斤頂并不需要太大的壓力施加，因此本次選擇機械式的千斤頂。綜上所述以及考慮本實驗臺的所需力的大小，本次選擇的千斤頂型號為SJ05.2.4機架的設(shè)計 機架設(shè)計準則 1、工況要求：即任何機架的設(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。2、剛度要求：在必須保證特定的外形條件下，對機架的主要要求是剛度。 3、強度要求：機架，達到剛度要求，同時滿足強度的要求。 4、穩(wěn)定性要求：保證不會出現(xiàn)失穩(wěn)問題。因此設(shè)計時必須校核。 5、美觀：能完成特定的工作，盡量外形美觀。綜合尺寸： 總體尺寸(長寬高):820680788（mm），此外在這個基礎(chǔ)上來定其它各個部件的尺寸如四個支柱間的距離尺寸720610740（mm），且此時支柱的初選直徑為48mm，底板厚度為32mm，四角座的高度為85mm.機架的結(jié)構(gòu)圖如下： 機架主視圖28 由于機架將要承擔基本上全部的載荷，因此在選擇材料必須要有足夠的強度和剛度，而且本次試驗臺的機架結(jié)構(gòu)很簡單沒有復(fù)雜的鑄造結(jié)構(gòu)，故本次選用的鑄造材料為鑄造碳鋼，其具有較大彈性模量，強度，剛度都很高。 3.實驗臺部零件選型3.1試驗臺傳感器的選用簡介：負荷傳感器 所謂負荷，即各力參數(shù)包括模擬分離軸承操縱離合器離合時的分離力和離合器壓盤的工作壓緊力信號，針對這種情況選用從屬于負荷傳感器的測力傳感器類型。一般而言，分離特性中分離力則用安裝在電缸推桿下端S型壓力傳感器來測量并采集分離載荷，負荷特性中工作壓緊力由安裝在試驗臺的模擬壓盤件與電缸推桿間的拉壓式測力傳感器采集。測力傳感器：在受到外力作用后，粘貼在彈性體的應(yīng)變片隨之產(chǎn)生形變引起電阻變化，電阻變化使組成的惠斯登電橋失去平衡輸出一個與外力成線性正比變化的電量電信號，根據(jù)應(yīng)變求出作用力（電阻應(yīng)變片式測力傳感器將應(yīng)變片粘貼在受外力后出現(xiàn)應(yīng)變的承載體上）。3.1.1.負荷特性壓力傳感器 本實驗臺檢測的是微型車的離合器蓋總成，一般其壓盤負荷在015000N，故此時選用微型測力傳感器，根據(jù)機械設(shè)計手冊第五版-力傳感器10的型號表選擇：EX601L（微型拉壓式測力傳感器） 量程 50N100KN 傳感器量程對應(yīng)螺孔尺寸傳感器量程對應(yīng)螺孔尺寸502000NM21550KNM55KN10KNM360100KNM6 輸出靈敏度1.5 5% mV / V絕緣電阻5000M/100VDC零點輸出2 % F.S使用電壓 510 V非線性 0.050.1 % F.S.最大使用電壓 15 V滯后 0.030.05 % F.S.溫度補償范圍- 10 60C重復(fù)性0.05 % F.S.工作溫度范圍 - 35 65 C蠕變（30分鐘) 0.05 % F.S安全超載 120 % F.S.溫度靈敏度漂移0.05 % F.S. / 10C極限超載200 % F.S.零點溫度漂移0.05 % F.S. / 10C電纜線尺寸 2.531000mm輸入電阻 350 30臺面尺寸 輸出電阻350 5防護等級IP67 連接方式輸入:紅 (+) 黑(-) ; 輸出: 綠 (+) 白(-)3.1.2負荷特性壓力傳感器 本實驗臺檢測的是微型車的離合器蓋總成，分離負荷在02000N，故此時選用微型測力傳感器，選用上海游然科技有限公司的拉壓力傳感器的EVT-14G。具有小尺寸、低高度、全密封，適用于空間有限的場合使用優(yōu)點。 技術(shù)參數(shù)：量程50Kg-5000Kg零點輸出1FS額定輸出1.5mV/V2.0mV/V非線性0.5%R.O.滯后0.1%R.O.重復(fù)性0.1%R.O.滿程溫漂0.05%LOAD/零點溫漂0.05%R.O./ 10）溫度范圍-2080安全載荷120%溫度補償范圍-1060最大負載200%輸入阻抗35010輸出阻抗35010絕緣阻抗1000M(50V DC)激勵電壓10V DC/VC最大激勵15V DC/AC防護等級IP60導(dǎo)線顏色紅(+E)黑(-E)綠(+S)白(-S)導(dǎo)線長度1m材料合金鋼3.1.3 位移傳感器 要求：（壓盤升程精度0.1mm，分離行程精度1um） 試驗臺要求測量負荷特性壓盤位移和分離軸承指端位移的傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝，而壓盤升程較小。因此，在測量壓盤升程時選用了差動變壓器式位移傳感器測量壓盤升程。差動變壓器式位移傳感器測量原理是將被測位移量轉(zhuǎn)換成變壓器線圈的互感變化，查閱機械設(shè)計手冊（第五版）-傳感器：選擇WYDC型差動變壓器式位移傳感器，其綜合精度0.05%,0.1%,0.1%,1%F.S.；工作溫度-1060；零點漂移0.01%/;靈敏度漂移0.05%/.根據(jù)本實驗臺測量壓盤升程位移，從以上表格中選擇合適量程。（L表單向，D表雙向）一般而言，對于微型車離合器來說，壓盤升程大約在510mm和分離行程在25mm,因此在選擇位移傳感器的量程和精度都必須慎重考慮并選擇，一般而言壓盤升程的精度在0.1mm，分離行程位移精度在1um：因此壓盤位移行程選擇SMW-WYDC型，量程5D，精度0.1%；分離位移行程選擇SMW-WYDC型，量程2.5D，精度0.05%； 3.2傳感器連接方式1）、負荷傳感器： 對于分離特性時壓力傳感器而言，采用剛性連接，連接在模擬壓盤部件的下面，施力直接加壓在膜片彈簧的正面。 對于負荷特性時的壓力傳感器而言，采用剛性連接，先是將傳感器剛性連接在電缸推桿的下部，而傳感器的另一端與壓盤模擬部件相連接。2）、位移傳感器： 將傳感器本身通過支撐架固定在機架上下端的T型槽（這樣便于調(diào)節(jié)位移傳感器的位置），傳感器的上端（可伸縮段）接觸膜片；3.3電缸的選用 電缸是離合器蓋總成檢測試驗臺傳動裝置的關(guān)鍵部件,其精度直接關(guān)系到試驗臺的測試精度,其壽命也關(guān)系到整機的維護,因此檢測試驗臺電缸的選取至關(guān)重要。a.原理簡介 電缸傳動系統(tǒng)是滾珠絲杠與滾珠絲杠副內(nèi)行星絲杠滾動螺旋體系。當伺服電機啟動以后，通過帶傳動傳遞到電缸內(nèi)的滾珠絲杠輸入端，隨后旋轉(zhuǎn)運動傳到滾珠絲杠副，與絲杠副內(nèi)行星滾柱絲杠接觸嚙合進而推動與滾珠絲杠副連接的導(dǎo)向套向前直線運動，實行本實驗臺所要求的加載或減載的。 b.特點電缸特點：閉環(huán)伺服控制，控制精度達到0.01mm；精密控制推力，增加壓力傳感器，控制精度可達1%；很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運動控制。噪音低，節(jié)能，干凈，高剛性，抗沖擊力，超長壽命，操作維護簡單。電缸可以在惡劣環(huán)境下無故障，防護等級可以達到IP66。長期工作，并且實現(xiàn)高強度，高速度，高精度定位，運動平穩(wěn)，低噪音。一般廣泛的應(yīng)用在造紙行業(yè)，化工行業(yè)，汽車行業(yè)，電子行業(yè)，機械自動化行業(yè)，焊接行業(yè)等。低成本維護：電缸在復(fù)雜的環(huán)境下工作只需要定期的注脂潤滑，并無易損件需要維護更換，將比液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)減少了大量的售后服務(wù)成本。液壓缸和氣缸的最佳替代品：電缸可以完全替代液壓缸和氣缸，并且實現(xiàn)環(huán)境更環(huán)保，更節(jié)能，更干凈的優(yōu)點，很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運動控制。配置靈活性：可以提供非常靈活的安裝配置，全系列的安裝組件：安裝前法蘭，后法蘭，側(cè)面法蘭，尾部鉸接，耳軸安裝，導(dǎo)向模塊等；可以與伺服電機直線安裝，或者平行安裝；可以增加各式附件：限位開關(guān)，行星減速機，預(yù)緊螺母等；驅(qū)動可以選擇交流制動電機，直流電機，步進電機，伺服電機3.3.1電缸的伺服電機選擇及計算 試驗臺上電缸的伺服電機不需要跟汽車發(fā)動機的功率相同,原因是試驗臺工作時,測定時周期約2530秒,而汽車離合器實際接合過程只有1.52秒左右,這樣,所用電機可比發(fā)動機功率小得多。壓盤加載部件和分離指加載部件分別需要兩個不同型號的電機提供工作動力。 根據(jù)試驗臺壓盤加載部件測試項目具體要求,試驗臺的負載功率為: PL= 式中：PL為負載功率(KW); ML為負載轉(zhuǎn)矩(Nm) ，由于此次設(shè)計為微型車，最大負荷為15000N，故此取值為2Nm; n為負載旋轉(zhuǎn)速度15002000(r/min); 為傳動裝置的效率，此時暫時假設(shè)取1，由以上各值帶入計算可得： PL=2*2000/9550=0.412 (KW) 根據(jù)功率計算值機械設(shè)計手冊第五版-伺服電機選擇9，選擇型號為EDSMT-2T090-024C，轉(zhuǎn)子慣量2.4510-4具體參數(shù)如下：功率（KW）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）效率額定轉(zhuǎn)矩(Nm)質(zhì)量(Kg) 0.5 220 2.0 2000 0.93 2.4 7 查閱得知的相關(guān)參數(shù)，帶入校核檢驗： 計算轉(zhuǎn)矩： MN=0.55*9550*0.71/1500=2.35Nm ML=2Nm 故有此可以推斷選用該伺服電機的型號是可以滿足該試驗臺的動力需求的。3.2.2電缸內(nèi)動力傳動方式 機械上傳動常用的方式有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和禍輪鍋桿傳動11。 鏈傳動工作時由于速度不均勻,不平穩(wěn),且有時伴有沖擊和振動；需要較大的空間,機械工作時會伴有較大的噪音； 頓桿鍋桿傳動方式的傳動效率相對偏低,不能傳遞較大的功率; 齒輪傳動所需空間小,傳遞效率高,但成本很高,且無緩沖沖擊,無過載保護作用; 綜上所述，考慮到鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動都不太合適，且在電缸內(nèi)帶傳動中心距范圍也比較大,能夠進行稍遠距離的傳動,帶傳動具有緩解沖擊,減低噪音,有過載保護作用,并且制造和維護成本很低12，因此本次所設(shè)計的試驗臺選用的電缸應(yīng)是帶傳動的類型的。 一般而言，帶傳動的帶型選擇V型帶，但是由于此時整個試驗臺是縱向設(shè)置，故為了減少實驗過程中齒形帶的滑動，故此時應(yīng)選擇齒形帶，具體為梯形齒形帶；而由上面可知選擇的伺服電機功率P=0.5KW，額定轉(zhuǎn)速n=2000r/min,查閱機械設(shè)計（第八版）13的表87可知，此時工作情況系數(shù)KA=1.1，故有此可得： Pca=KAP=1.10.5=0.55KW 根據(jù)Pca，n結(jié)合表811可知選用A型，結(jié)合表86和88可查的，小帶輪的的基準直徑取d1=75mm,并由此驗算帶的速度v為: V=d11n/60/1000=7.84 m/s 因為一般而言，帶速不宜過高或過低，理想帶速在5m/s30m/s之間故此時帶速是合格的。 此時選用的傳動比i=1，則由此算的大帶輪基準直徑d2=id1=120mm,則根據(jù)機械設(shè)計（第八版）表88可得，d2取100mm,根據(jù)公式820可得: 中心距滿足： 0.7(d1+d2)a0601000VMax/ni=600000.3/2000/2=4.5mm根據(jù)計算結(jié)果可知，此時滾珠絲杠選用的導(dǎo)程至少為4.5mm；，其在選用電缸內(nèi)的滾珠絲杠類型時推薦一般選用5和10這兩種類型（若計算的數(shù)據(jù)在其范圍），故在此時選用接近導(dǎo)程為5mm或10mm22。（3）在計算標準載荷時 fp的取值范圍在1.01.2，此時取fp=1.0按表可得，X=0.56,Y=1.0根據(jù)暫時所取的初值求出當量載荷可得P： P=fp(YFr+XFa)=0.56150000+500=8333N 此時再根據(jù)（136），求軸承應(yīng)有的標準載荷C： C=1000P=22477.43=67.6KN當然對于整個電缸而言而言，其關(guān)鍵部分就是滾珠絲杠的各參數(shù)的確定：它可將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到滾珠絲杠副，并推動與之相連的導(dǎo)向套實現(xiàn)直線滑動。因此整個電缸的行程大小與滾珠絲杠有很大的聯(lián)系。滾珠絲杠副協(xié)助計算選擇19 計算載荷Fc=KFKHKAFM根據(jù)公式得 Fc = 1.0 1.0 1.0 15000 = 15000N 式中:KF為載荷系數(shù),KA為精度系數(shù),KH為硬度系數(shù),FM為平均工作載荷。其中由條件可?。籏F=1.0;KA=1.0;KM=1.0; 計算額定動載荷Ca，根據(jù)公式可得 Ca=Fc(n為轉(zhuǎn)速，此處取2000r/min) 各值代入計算可得Ca=86.6KN,按滾珠絲杠副的額定動載荷Ca等于或稍大于C:的原則。確定型號：考慮以上的各種元素，本次試驗臺選用的的電缸是美國EXLAR公司的產(chǎn)品，型號為FT35-1205,其具有以下特點：高性能：與所采用滾珠絲杠技術(shù)Exlar電缸一樣,FT電缸與其他線性機構(gòu)相比，具有承載能力大，速度高，壽命長等優(yōu)點?？刮廴拘停篎T系列的滾珠絲杠，軸承都是安裝在完全密封的環(huán)境內(nèi)的，可以有效的避免粉塵、顆粒等污染物進入缸體內(nèi)已損壞精密的機械零件，使電缸可以在更惡劣的環(huán)境里工作。兼容性：FT電缸伺服電機按照外置接口的尺寸進行設(shè)計，用戶可以直接安裝使用，避免那些繁瑣的步驟與結(jié)構(gòu)。通過以上各項因素考慮后，查表選擇FT351205的型號，其結(jié)構(gòu)圖如下：1. 伺服電機 2.伺服電機輸出軸 3.齒形傳動帶 4.后箱蓋 5. 滾珠絲杠 6.滾珠軸承 7.推桿件 8.前法蘭盤 9.滑動軸承 10.缸體 11.滾珠絲杠副 12.導(dǎo)向套 電缸的主視圖（剖視）31 電缸的俯視圖32而其的三維圖像如下： 4.試驗臺控制系統(tǒng)4.1.系統(tǒng)設(shè)計布局 汽車離合器蓋總成檢測試驗臺自動測試系統(tǒng)要求準確快速的控制位移和負荷,同時要求實時的采集汽車離合器蓋總成試驗臺檢測系統(tǒng)所反饋的位移和載荷信號。結(jié)合檢測試驗臺的實際工作狀況和蓋總成的技術(shù)要求,在對試驗臺控制系統(tǒng)和測試系統(tǒng)進行細致分析的基礎(chǔ)上,我們選用PC機、數(shù)據(jù)釆集卡和PLC組成了檢測試驗臺的控制系統(tǒng),經(jīng)驗證這種方法能夠達到控制系統(tǒng)所要求的性能指標并且考慮了經(jīng)濟性的要求。 結(jié)合汽車離合器蓋總成檢測試驗臺測試系統(tǒng)工作實際,采用研華工控機作為上位機,三菱PLC作為下位機,伺服電機、檢測元件和控制元件等構(gòu)成離合器蓋總成檢測試驗臺的硬件系統(tǒng)。檢測試驗臺控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示: 工控機是信息處理的中心,每次試驗時,工控機讀取程序加載,對檢測試驗進行實時控制,通過I/O板通信將命令發(fā)送給PLC, PLC將反饋信號傳遞給工控機。位移傳感器和負荷傳感器提供的電壓量,集流環(huán)提供的轉(zhuǎn)速的電壓量,因為這三種電壓量都是模擬量,必須要將其信號放大通過A/D轉(zhuǎn)換為工控機所能識別的信號25,這樣才能將信息傳遞給工控機,工控機獲得分離指部件和壓盤部件的負荷傳感器與位移傳感器的反饋信號,檢測系統(tǒng)實時以曲線的形式輸出試驗結(jié)果,完成一個試驗過程26。 控制與檢測系統(tǒng)示意圖 41 4.2各硬件設(shè)備選用4.2.1工控機 選用的型號IPC6006（P4 2.8G） 規(guī)格Pentium1.8GHz工控機是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機,工控機在工業(yè)現(xiàn)場的安裝環(huán)境一般都比較特殊,常伴有強烈的震動,工業(yè)現(xiàn)場的灰塵也很多44,溫差比較大,很多情況有很高的電磁場力干擾等特點,特別是一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即設(shè)備基本沒有休息時間,選擇合適的工控機對試驗臺的檢測性能精度至關(guān)重要。工控機與通用的個人計算機相比主要有以下特點:兼容性好、升級容易;性能價格比高;豐富的軟件支持;通信功能強;可靠性高,具有空氣過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、減震裝置、防電磁干擾和抑制電涌裝置,使工控機的可靠性比一般計算機可靠性提高3-4倍。根據(jù)汽車離合器蓋總成的性能要求和實際工作環(huán)境,試驗臺檢測系統(tǒng)釆用的是研華工控機。4.2.2數(shù)據(jù)釆集控制卡 型號NI7830R 型號PCI BUS 7830R數(shù)據(jù)采集控制卡是由NI公司幵發(fā)的一款具有在板信號處理能力的智能數(shù)據(jù)采集硬件,具有PCI和PXI兩種接口形式。7830R數(shù)據(jù)采集卡帶有可在板處理數(shù)字信號的可重配置I/O硬件,可重配置I/O的核心是板上的FPGA。通過程序定制,可以獲得高達200KHZ的同步模擬輸入和高達IMHz的模擬輸出;配合可在板運行的RT Engine可以構(gòu)成高速、確定性模擬或離散控制系統(tǒng)。7830R板卡可重配置數(shù)字I/O可以實現(xiàn)與伺服系統(tǒng)和測試機狀態(tài)傳感器的交互操作。4.2.3 PLC（可編程邏輯控制器） 型號：三菱FX1N40MT 目前生產(chǎn)的PLC品種很多,性能特點各有不同,指令系統(tǒng)有所不同36。對比了不同PLC的性能特點、基本結(jié)構(gòu)和工作原理、編程器件和編程方法。汽車離合器蓋總成檢測試驗臺最終選用了日本三菱公司FX1N系列PLC,可以滿足試驗臺的技術(shù)要求。汽車離合器蓋總成檢測試驗臺PLC主機系統(tǒng)主要由輸入輸出單元、擴展接口、中央處理單元、電源以及存儲單元等部分組成,PLC每個部分之間通過內(nèi)部總線進行連接。4.3系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 應(yīng)用VC+編輯語言開發(fā)了汽車離合器蓋總成檢測試驗臺檢測系統(tǒng),有效利用了MSVC與操作系統(tǒng)的親和性30,開發(fā)了高效的軟件包,對相關(guān)傳感器釆集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理,實現(xiàn)了對試驗臺檢測系統(tǒng)的實時控制。經(jīng)對實驗結(jié)果進行分析,該試驗臺檢測系統(tǒng)測試準確,精度較高,達到了設(shè)計要求。 檢測系統(tǒng)是基于奔騰級工業(yè)控制計算機及Windows操作系統(tǒng)下開發(fā)的測量系統(tǒng)31,運行環(huán)境在WindowsXP操作系統(tǒng)上。系統(tǒng)的硬件由工業(yè)控制計算機和高精度負荷測量卡、高精度位移測量卡、控制卡構(gòu)成。由于它充分地運用了 Windows的優(yōu)點使測量系統(tǒng)的操作界面非常友好、操作靈活簡單。汽車離合器蓋總成檢測試驗臺系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示： 離合器蓋總成試驗臺檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 42 數(shù)據(jù)采集和處理模塊的主要作用是進行傳感器標定,對工作壓緊力、分離點分離力、分離指規(guī)定行程下的壓盤升程、壓盤最小升程等數(shù)據(jù)進行連續(xù)釆集,系統(tǒng)經(jīng)過一定的信號轉(zhuǎn)換和相關(guān)處理后,在檢測設(shè)備的顯示器中將測量結(jié)果實時顯示出來32。數(shù)據(jù)分析模塊的主要功能是將保存在磁盤中的各個負荷傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù)讀取出來,系統(tǒng)通過一定的處理方法,將測試結(jié)果以曲線的形式顯示出來,以便于操作人員觀察檢測結(jié)果。數(shù)據(jù)庫管理模塊的主要作、用是將測試結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫和對數(shù)據(jù)進行增加、修改、刪除、查詢和打印操作?？刂颇K的主要作用是控制系統(tǒng)完成分離特性試驗和負荷特性試驗。結(jié)論 本文在深入分析汽車離合器蓋總成檢測試驗臺測試機理的基礎(chǔ)上,研究設(shè)計了汽車離合器蓋總成檢測試驗臺,并對其進行了靜力學(xué)分析和動力學(xué)分析。主要做了以下幾方面工作: 1）深入分析了汽車離合器蓋總成檢測試驗臺國內(nèi)外現(xiàn)狀及其工作機理,設(shè)計的汽車離合器蓋總成檢測試驗臺能夠模擬多種離合器蓋總成實際工況,并能在一定范圍內(nèi)滿足不同規(guī)格