离合器盖总成综合性能试验台设计

1、重庆理工大学毕业设计 离合器盖总成综合性能试验台设计摘要1Abstract2绪论31. 汽车离合器盖总成论述41.1离合器盖总成概念和原理41.2性能参数测量原理51.3试验测定内容综述71.3.1盖总成分离特性试验71.3.2盖总成负荷特性试验72. 离合器盖总成试验台结构与设计82.1试验台结构简介82.2试验台工作过程112.3夹具的设计112.4机架的设计133.实验台部零件选型143.1试验台传感器的选用143.1.1.负荷特性压力传感器153.1.2负荷特性压力传感器163.1.3 位移传感器173.2传感器连接方式183.3电缸的选用183.3.1电缸的伺服电机选择及计算203.

2、2.2电缸内动力传动方式213.2.3电缸内两端支撑类型选用224.试验台控制系统274.1.系统设计布局274.2各硬件设备选用294.2.1工控机294.2.2数据釆集控制卡294.3系统软件部分设计29结论31致谢 32参考文献33文献综述35 摘要 对于整个汽车传动系统而言，汽车离合器是重要组成部件；但同时离合器盖总成又是汽车离合器的关键部件。在实际运行中，为了保证汽车行驶的安全性及汽车的整体性能,必须对离合器盖总成的性能指标进行检测。而本论文在分析了国内外（微型）汽车离合器盖总成检测试验台研究现状的基础上,研究设计的一款微型汽车离合器盖总成检测试验台。 本次所设计的微型汽车离合器盖总

3、成检测试验台，其基本结构包括主机结构、夹具结构、控制与检测系统。通过测量得到负荷特性曲线，分离特征曲线等离合器盖总成特征曲线，模拟离合器盖总成实际工况,同时测试件装卸方便,并可以在一定规格范围内对离合器盖总成的关键问题进行检测的。一般而言，根据汽车零部件自动检测的实际要求,并结合当前先进的计算控制技术；试验台由伺服电机提供工作动力，位移和载荷信号由传感器（位移传感器和负荷传感器）拾取送到测量系统并进行分析。该测试台采用多轴运动控制器和伺服电机驱动器实现对伺服电机的双闭环控制,响应快速,定位准确。此外，利用VC+开发了简洁但功能相对全面的用户界面。通过本实验台可以对离合器盖总成负荷特性曲线、分离

4、特性曲线、升程曲线各参数的测试和分析，并且借助说的数据生成图形曲线。应用结果表明,该系统运行稳定,检测精度达到设计要求,功能全面,具有良好的实用性。 关键词：离合器盖总成; 分离特性; 负荷特性; 计算机控制。 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 a

5、ssembly.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

6、 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 sim

7、ulating 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

8、 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 con

9、troller 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

10、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,

11、has a good practicability. Keywords: Clutch cover assembly; release characteristic; load characteristic; Computer control.绪论 AMT和MT是当下汽车两大主流，而对于手排挡（MT）有级变速汽车而言，离合器是其必不可少的易耗损零部件。为保证离合器产品质量和使用寿命，离合器的相关检测所必不可少的步骤,且相关设备已越来越受到重视1。众所周知，汽车离合器盖总成是汽车的整个动力系统之中一个关键部件，其工作性能表现直接关系到汽车的整体性能和汽车行驶的安全性。根据汽车行业标准，汽车离合器

12、盖总成在出厂前必须经过测试（但由于关于这种检测系统的缺乏，其检测并不是很全面充分）。通常来说，离合器盖总成需要检测包括负荷特性曲线、分离特性曲线和升程曲线的各项参数。通过这些参数的检测以确定该离合器设计或维修是否符合 GB468-2004 机动车安全检验项目和方法的要求，以确保离合器工作能力和离合器踏板操纵轻便。 工业革命开始于西方，因此国外在汽车工业上起步较早,发展历程丰富，各种检测系统也相当成熟,但是由于进口的设备价格都相当高,并且由于东西方文化的差异性，其设计理念也并不完全符合中国本土的操作习惯等2;而国内现阶段，所出现的检测设备一般自动化水平比较低,并且精度有限,而且大多还是采用液压系

13、统作为动力装置3。因此,从世界汽车检测试验台发展潮流来看，开发新动力系统、价格相对合理、高精度、省时的检测系统就成了技术发展的必然趋势。本离合器盖总成综合测试台结合当前先进的计算机控制技术,采用压盘伺服电机和分离指伺服电机作为运动机构,并用多轴运动控制卡和伺服电机驱动器实现了双闭环控制,达到了高精度、高效率、多参数考核的要求。1. 汽车离合器盖总成论述1.1离合器盖总成概念和原理 汽车离合器是汽车的重要部件,而汽车离合器盖总成是汽车离合器重要组成部分1。汽车行驶过程，在行驶换档时驾驶人员踏下离合器前端踏板,通过控制离合器压盘总成和从动盘总成的分离和接合（尽量实现柔性结合与分离）来保证将发动机与

14、传动系分离与接合,以减轻变速器中换档齿轮之间的冲击与振动2。此外根据离合器的结构特点,其能够限制传动系统所能传递的最大转矩,使其在受到较大的动载荷时，离合器可以起到过载保护的作用3。离合器盖总成,也有人称为压盘总成,盖总成是离合器的主动部分,通常是它和飞轮一起带动从动盘转动,因此其必须和飞轮连接在一起。通过汽车构造了解可知，通过铆接的方式，压盘传动片两端分别固定在压盘盖和压盘上；而膜片弹賛嵌套在压盘的周向滑轨上,用支撑賛将膜片弹黃定位；此外为保证传动片均勻受力,传动片的结构形式采用圆周均布。一般情况下,用于离合器接合的常见离合器盖总成为推式,而此类型的压盘为拉式,汽车离合器盖总成具体结构如上图

15、图所示:主要由压盘盖、铆钉、传动片、防失效铆钉、支撑賛、压盘、膜片弹黃等构成4。 离合器盒盖的结构图1-1 1.离合器盖 2.支撑环3.膜片弹簧 4.支撑环 5.压盘 6.铆钉 7.支撑铆钉 离合器盖总成结构拆解图12研究开发的汽车离合器盖总成检测试验台主要用于汽车离合器盖总成综合性能检测,同时也可以为离合器盖总成的开发提供可靠数据,目的是提高离合器盖总成生产效率并为产品质量提供保障，满足国家新标准离合器台架试验方法QC/T272004与生产流水线的检测要求。1.2性能参数测量原理离合器盖总成综合性能试验是模拟在安装状态下，动态测量分离行程、压盘升程、分离力和工作压紧力等位移和力信号，并绘制压

16、盘升程对压盘负荷曲线(负荷特性曲线)、分离行程对分离负荷曲线(分离特性曲线)和分离行程对压盘升程曲线(升程特性曲线)等。负荷特性曲线：指在未装从动盘总成的条件下,对压盘加载和随后减载过程中压盘上的载荷与压盘位移之间的关系曲线。其测试方式为用夹具将离合器盖总成夹紧,压盘伺服电机在设定行程内往复运动,以实现对压盘的加载和减载,同时记录压盘位移和作用于压盘的负荷,从而得到负荷特性曲线5。 负荷特性曲线13 分离特性曲线和升程曲线：是压盘处于实际安装状态,当分离和接合离合器时,作用于分离指端的载荷随分离指端行程变化的关系曲线和压盘升程与分离指端行程的关系曲线。其测试方式为用夹具将离合器盖总成夹紧,先压

17、盘伺服电机运动到压盘实际安装位置,然后分离指伺服电机在设定行程内往复运动,以实现对分离指的加载和减载,同时记录分离指、作用于分离指的负荷、压盘位移,从而得到分离特性曲线和升程曲线5。 分离特性曲线141.3试验测定内容综述1.3.1盖总成分离特性试验1、试验目的 使汽车离合器盖总成处于模拟安装状态下,在一定的预载荷作用下分离和接合离合器,观察离合器盖总成分离指位移和载荷的关系。2、试验条件 1)将盖总成按技术要求放在盖总成夹具上,使压盘处于工作点位置。 2)起步转速 微型车和轿车:15002000r/min; 最大压盘负荷15000N。3、试验步骤 1)将盖总成按技术要求放在盖总成夹具上,使压

18、盘处于工作点位置； 2)对分离指杆端部预加100N,以此状态定义为位移零位； 3)操纵加载装置,使代分离轴承达到规定的分离行程,如此动作35次； 4)操作加载装置,使离合器分离,直到达到最大分离行程为止,再使离合器接合,恢复到位零点;利用位移传感器测量位移。1.3.2盖总成负荷特性试验1、试验目的对汽车离合器盖总成压盘加载和随后减载过程中,作用于压盘上的载荷与压盘位移之间的关系曲线。2、试验条件 1)将盖总成按技术要求放在盖总成夹具上,使压盘处于工作点位置。如图2-2所示: 工作图15 2)工作压紧力:安装状态下,压盘在工作点位置时对从动盘总成施加的压紧力。 3)工作点位置:安装状态下,从动盘

19、总成夹紧名义厚度所对应的压盘位置。 4)磨损后:安装状态下,从动盘总成具有允许磨损后的厚度时所对应压盘位置。 5)磨损后的工作压紧力:安装状态下,压盘处于磨损后工作点位置时对从动盘总成施加的工作压紧力。3、试验步骤 1)将盖总成按技术要求放在盖总成夹具上,使压盘处于自由状态。 2)对压盘加载。减载直至卸掉全部载荷,记录压盘上的随压盘位移变化的数值。 3)用试验垫块或其他方法确定特征点位置,以此来确定相应的载荷特征值。2. 离合器盖总成试验台结构与设计2.1试验台结构简介 汽车离合器盖总成检测试验台由主机、测量及控制系统三部分组成。由电缸内选用的伺服电机提供工作动力,通过控制系统来控制主机进行各

20、项试验动作,位移和载荷信号由传感器拾取送到测量系统,进行数据处理,显示出试验结果。 主机上部是工作台板,工作台板安装在机架上,机架用来支承工作台板、夹紧装置及加载装置等。工作台板上面中部是盖总成装具,用来安装工件。压盘加载机构和分离指加载机构都固定在工作板上,试验台主机结构如图所示6。 试验台的主视图2-3 试验台的左视图24 压盘加载时力的传递过程是:压盘加载机构的伺服电机启动,带与带轮传递到滚珠丝杠上,通过电缸内滚珠丝杠带动滚珠丝杠副内行星丝杠转动，进而推动与丝杠副连接的导向套直线运动，把载荷加载到压盘上,压盘伺服电机在设定行程内往复运动,以实现对压盘的加载和减载。 分离指加载时力传递过程

21、是:在模拟压盘件上装上分离特性所用的压力传感器，计算机控制伺服电机启动,通过带与带轮传递到电缸内的滚珠丝杠上,通过电缸内滚珠丝杠带动滚珠丝杠副内行星丝杠转动，进而推动与丝杠副连接的导向套直线运动，带动传感器与分离拉杆把力传到代分离轴承上,由分离拉杆上固定的传感器压板来测量分离行程及分离指高。 对于整个测量的过程中，负荷特性和分离特性选用的压力传感器不一样，且两个特性是分开进行测量的：在测量负荷特性时，装上模拟压盘件在电缸前端对离合器盖的压盘进行加载或减载；在测量分离特性时，在模拟压盘件下安装分离特性所用压力传感器，然后该压力传感器作用在膜片弹簧在进而施压在分离轴承上进行加载或减载。 1.电缸

22、2，法兰盘 3.负荷特性压力传感器 4.分离特性压力传感器 5.位移传感器 6.离合器盖 7.伺服电机 8.模拟压盘件 9.夹具 运载部件结构图2-5 2.2试验台工作过程 1).首先是通过12个螺栓将四个夹具固定在机架座上，随后放置离合器盖在工作板的中间，放置合适后通过千斤顶施力于夹具的一端，通过杠杆原理施加载荷与离合器盖的边缘处，对离合器盖加以固定。 2).当压盘加载机构模拟压盘部件处在电缸的推杆的最下端位置时,首先计算机控制伺服电机对压盘加载至满程后卸载回零进行校核,然后进入实验启动伺服电机，进而通过带传动将转矩传递到电并由此带动滚珠丝杠副与行星滚珠丝杠缸旋转移动,于是便推动与滚珠丝杠副

23、相连接的导向套形成直线运动，最后通过压头完成载荷的加载与减载。记录伺服电机对压盘加载和卸载时,压盘所受载荷对位移的曲线。压盘载荷由安装在模拟压盘部件与电缸推杆之间安装的拉压式压力传感器进行测量,压盘行程由安装在工作台上的位移传感器测量。 3).在模拟压盘部件下加装测量分离特性的S型压力传感器。计算机控制伺服电机对分离指加载。启动伺服电机传递扭矩，推动推杆向下运动加载在分离轴承上。压盘的位置随着分离指行程的变化而变化,加在分离指上的载荷也随着分离指行程变化而变化。分离指行程由安装在工作台上的位移传感器测量。 2.3夹具的设计 检测试验台盖总成的装具参照工作台板的安装及定位尺寸,根据盖总成定位方式

24、来设计制作,不同的产品用不同的定位方式,一般来说,分为膜片弹賛盖总成与螺旋弹黃盖总成。膜片弹簧盖总成应用定位销方式定位,螺旋弹黃盖总成以止口定位。盖总成装具制作后安装于工作台板上,盖总成装具固定后,调整夹紧装置,将夹紧装置的六角螺母松开,锁紧杆松幵,可使夹紧装置在圆周及径向调整到夹紧盖总成所需的位置,此将夹爪拉出,锁紧夹紧装置。代分离轴承按需检测的盖总成来制作,代分离轴承的厚薄尺寸根据所检测的盖总成来设计与加工。试验台夹具结构如图所: 1. 夹具压头 2.支撑螺母孔 3.夹具柄 4.千斤顶 5.固定螺纹孔 夹具的主视图26 夹具的俯视图27考虑到成本问题以及硬度的要求，本次设计夹具时下料选用4

25、5号钢就行，加工热处理完以后做下发蓝处理，这样就不易锈蚀了，也不影响精度。千斤顶的选择千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备。千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶分为机械千斤顶和液压千斤顶两种，原理各有不同，考虑本次试验台选用的千斤顶并不需要太大的压力施加，因此本次选择机械式的千斤顶。综上所述以及考虑本实验台的所需力的大小，本次选择的千斤顶型号为SJ05.2.4机架的设计 机架设计准则 1、工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。2、刚度要

26、求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。 3、强度要求：机架，达到刚度要求，同时满足强度的要求。 4、稳定性要求：保证不会出现失稳问题。因此设计时必须校核。 5、美观：能完成特定的工作，尽量外形美观。综合尺寸： 总体尺寸(长宽高):820×680×788（mm），此外在这个基础上来定其它各个部件的尺寸如四个支柱间的距离尺寸720×610×740（mm），且此时支柱的初选直径为48mm，底板厚度为32mm，四角座的高度为85mm.机架的结构图如下： 机架主视图28 由于机架将要承担基本上全部的载荷，因此在选择材料必须要有足够的强度和刚度，而

27、且本次试验台的机架结构很简单没有复杂的铸造结构，故本次选用的铸造材料为铸造碳钢，其具有较大弹性模量，强度，刚度都很高。 3.实验台部零件选型3.1试验台传感器的选用简介：负荷传感器 所谓负荷，即各力参数包括模拟分离轴承操纵离合器离合时的分离力和离合器压盘的工作压紧力信号，针对这种情况选用从属于负荷传感器的测力传感器类型。一般而言，分离特性中分离力则用安装在电缸推杆下端S型压力传感器来测量并采集分离载荷，负荷特性中工作压紧力由安装在试验台的模拟压盘件与电缸推杆间的拉压式测力传感器采集。测力传感器：在受到外力作用后，粘贴在弹性体的应变片随之产生形变引起电阻变化，电阻变化使组成的惠斯登电桥失去平衡输

28、出一个与外力成线性正比变化的电量电信号，根据应变求出作用力（电阻应变片式测力传感器将应变片粘贴在受外力后出现应变的承载体上）。3.1.1.负荷特性压力传感器 本实验台检测的是微型车的离合器盖总成，一般其压盘负荷在015000N，故此时选用微型测力传感器，根据机械设计手册第五版-力传感器10的型号表选择：EX601L（微型拉压式测力传感器） 量程 50N100KN 传感器量程对应螺孔尺寸传感器量程对应螺孔尺寸502000NM21550KNM55KN10KNM360100KNM6 输出灵敏度1.5 ±5% mV / V绝缘电阻5000M/100VDC零点输出±2 % F.S使用

29、电压 510 V非线性 0.050.1 % F.S.最大使用电压 15 V滞后 0.030.05 % F.S.温度补偿范围- 10 60ºC重复性0.05 % F.S.工作温度范围 - 35 65 ºC蠕变（30分钟) 0.05 % F.S安全超载 120 % F.S.温度灵敏度漂移0.05 % F.S. / 10ºC极限超载200 % F.S.零点温度漂移0.05 % F.S. / 10ºC电缆线尺寸Ø 2.53×1000mm输入电阻 350 ±30台面尺寸 输出电阻350± 5防护等级IP67 连接方式输入:红

30、 (+) 黑(-) ; 输出: 绿 (+) 白(-)3.1.2负荷特性压力传感器 本实验台检测的是微型车的离合器盖总成，分离负荷在02000N，故此时选用微型测力传感器，选用上海游然科技有限公司的拉压力传感器的EVT-14G。具有小尺寸、低高度、全密封，适用于空间有限的场合使用优点。 技术参数：量程50Kg-5000Kg零点输出±1F·S额定输出1.5mV/V2.0mV/V非线性0.5%R.O.滞后0.1%R.O.重复性0.1%R.O.满程温漂0.05%LOAD/零点温漂0.05%R.O./ 10）温度范围-2080安全载荷120%温度补偿范围-1060最大负载200%输入

31、阻抗350±10输出阻抗350±10绝缘阻抗>1000M(50V DC)激励电压10V DC/VC最大激励15V DC/AC防护等级IP60导线颜色红(+E)黑(-E)绿(+S)白(-S)导线长度1m材料合金钢3.1.3 位移传感器 要求：（压盘升程精度0.1mm，分离行程精度1um） 试验台要求测量负荷特性压盘位移和分离轴承指端位移的传感器结构紧凑、便于安装，而压盘升程较小。因此，在测量压盘升程时选用了差动变压器式位移传感器测量压盘升程。差动变压器式位移传感器测量原理是将被测位移量转换成变压器线圈的互感变化，查阅机械设计手册（第五版）-传感器：选择WYDC型差动变压

32、器式位移传感器，其综合精度0.05%,0.1%,0.1%,1%F.S.；工作温度-1060；零点漂移0.01%/;灵敏度漂移0.05%/.根据本实验台测量压盘升程位移，从以上表格中选择合适量程。（L表单向，D表双向）一般而言，对于微型车离合器来说，压盘升程大约在510mm和分离行程在25mm,因此在选择位移传感器的量程和精度都必须慎重考虑并选择，一般而言压盘升程的精度在0.1mm，分离行程位移精度在1um：因此压盘位移行程选择SMW-WYDC型，量程5D，精度0.1%；分离位移行程选择SMW-WYDC型，量程2.5D，精度0.05%； 3.2传感器连接方式1）、负荷传感器： 对于分离特性时压力

33、传感器而言，采用刚性连接，连接在模拟压盘部件的下面，施力直接加压在膜片弹簧的正面。 对于负荷特性时的压力传感器而言，采用刚性连接，先是将传感器刚性连接在电缸推杆的下部，而传感器的另一端与压盘模拟部件相连接。2）、位移传感器： 将传感器本身通过支撑架固定在机架上下端的T型槽（这样便于调节位移传感器的位置），传感器的上端（可伸缩段）接触膜片；3.3电缸的选用 电缸是离合器盖总成检测试验台传动装置的关键部件,其精度直接关系到试验台的测试精度,其寿命也关系到整机的维护,因此检测试验台电缸的选取至关重要。a.原理简介 电缸传动系统是滚珠丝杠与滚珠丝杠副内行星丝杠滚动螺旋体系。当伺服电机启动以后，通过带传

34、动传递到电缸内的滚珠丝杠输入端，随后旋转运动传到滚珠丝杠副，与丝杠副内行星滚柱丝杠接触啮合进而推动与滚珠丝杠副连接的导向套向前直线运动，实行本实验台所要求的加载或减载的。 b.特点电缸特点：闭环伺服控制，控制精度达到0.01mm；精密控制推力，增加压力传感器，控制精度可达1%；很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单。电缸可以在恶劣环境下无故障，防护等级可以达到IP66。长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。一般广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。低成本维

35、护：电缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。液压缸和气缸的最佳替代品：电缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。配置灵活性：可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件：安装前法兰，后法兰，侧面法兰，尾部铰接，耳轴安装，导向模块等；可以与伺服电机直线安装，或者平行安装；可以增加各式附件：限位开关，行星减速机，预紧螺母等；驱动可以选择交流制动电机，直流电机，步进电机，伺服电机3.3.1电缸的伺服电机选择及计算 试验台上电缸的伺服电机不需要跟汽

36、车发动机的功率相同,原因是试验台工作时,测定时周期约2530秒,而汽车离合器实际接合过程只有1.52秒左右,这样,所用电机可比发动机功率小得多。压盘加载部件和分离指加载部件分别需要两个不同型号的电机提供工作动力。 根据试验台压盘加载部件测试项目具体要求,试验台的负载功率为: PL= 式中：PL为负载功率(KW); ML为负载转矩(Nm) ，由于此次设计为微型车，最大负荷为15000N，故此取值为2Nm; n为负载旋转速度15002000(r/min); 为传动装置的效率，此时暂时假设取1，由以上各值带入计算可得： PL=2*2000/9550=0.412 (KW) 根据功率计算值机械设计手册第

37、五版-伺服电机选择9，选择型号为EDSMT-2T090-024C，转子惯量2.45×10-4具体参数如下：功率（KW）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）效率额定转矩(Nm)质量(Kg) 0.5 220 2.0 2000 0.93 2.4 7 查阅得知的相关参数，带入校核检验： 计算转矩： MN=0.55*9550*0.71/1500=2.35Nm > ML=2Nm 故有此可以推断选用该伺服电机的型号是可以满足该试验台的动力需求的。3.2.2电缸内动力传动方式 机械上传动常用的方式有带传动、链传动、齿轮传动和祸轮锅杆传动11。 链传动工作时由于速度不均匀,不平稳,

38、且有时伴有冲击和振动；需要较大的空间,机械工作时会伴有较大的噪音； 顿杆锅杆传动方式的传动效率相对偏低,不能传递较大的功率; 齿轮传动所需空间小,传递效率高,但成本很高,且无缓冲冲击,无过载保护作用; 综上所述，考虑到链传动、齿轮传动和蜗杆传动都不太合适，且在电缸内带传动中心距范围也比较大,能够进行稍远距离的传动,带传动具有缓解冲击,减低噪音,有过载保护作用,并且制造和维护成本很低12，因此本次所设计的试验台选用的电缸应是带传动的类型的。 一般而言，带传动的带型选择V型带，但是由于此时整个试验台是纵向设置，故为了减少实验过程中齿形带的滑动，故此时应选择齿形带，具体为梯形齿形带；而由上面可知选择

39、的伺服电机功率P=0.5KW，额定转速n=2000r/min,查阅机械设计（第八版）13的表87可知，此时工作情况系数KA=1.1，故有此可得： Pca=KAP=1.1×0.5=0.55KW 根据Pca，n结合表811可知选用A型，结合表86和88可查的，小带轮的的基准直径取d1=75mm,并由此验算带的速度v为: V=·d1·1n/60/1000=7.84 m/s 因为一般而言，带速不宜过高或过低，理想带速在5m/s30m/s之间故此时带速是合格的。 此时选用的传动比i=1，则由此算的大带轮基准直径d2=i·d1=120mm,则根据机械设计（第八版）表

40、88可得，d2取100mm,根据公式820可得: 中心距满足： 0.7(d1+d2)<a0<d1+d2 初定中心距取值为100mm； 而此时齿形带的根数通过查表84a和84b可以得到z=2.73,取1根。 3.2.3电缸内两端支撑类型选用A.电缸的尾端 电缸的尾端是接受伺服电机转动的滚珠丝杠，由于其在整个过程都是不停地旋转，因此在电缸此端选用滚动轴承来支撑转动。一般而言滚珠丝杠的两端支撑选择的轴承类型有两种：深沟球轴承和角接触球轴承（推力角接触球轴承，轴向角接触球轴承）深沟球轴承结构简单。主要用来承受径向载荷，增大轴承径向游隙时，具有一定角接触球轴承的性能，可以承受径、轴向联合载荷

41、。在转速较高又不宜采用推力球轴承时，也可用来承受纯轴向载荷。所以在采用该轴承时一般是成对使用，其图形如下： 角接触球轴承成对使用，利用内外圈的相对位移调整轴向间隙，装配时用锁紧螺母和轴承端盖分别将轴承内环和外环压紧，从而获得预压力。 综上所述在本次试验台选用的电缸类型，其内部的滚珠丝杠的支撑选用滚动轴承支撑。B.电缸的前端 由于导向套在电缸内是直线运动，因而对于电缸另一端采用滑动轴承进行支撑。 初步计算 一般而言丝杠材料为CrWMn钢，已知工作时所需要施加最大工作载荷为F=15000N,平均转速n=1200r/min(额定转速2000r/min),丝杠最大工作长度L=250mm,最大允许运行速

42、度V=0.3m/s.使用寿命Lh=8000h左右.（1）.行程要求最大为200mm,定子长度为100mm.滑杆总长为： L=250+100=350mm.则选取的滑杆长度最大长度为350mm，只要不超过350mm,因为此时过长是一种浪费只会增加成本而已；即满足了设计要求。（2）.丝杠导程初选24导程:即丝杠旋转一周（360°）时，螺母沿轴向前进的距离，单位:mm。一般而言导程的选择与丝杠的运行速度有很大关联，已知此时选用电机额定转速为n=2000r/min,运行最大速度VMax=0.3m/s由此可初步确定导程Pb为： Pb>60×1000·VMax/n

43、3;i=60000×0.3/2000/2=4.5mm根据计算结果可知，此时滚珠丝杠选用的导程至少为4.5mm；，其在选用电缸内的滚珠丝杠类型时推荐一般选用5和10这两种类型（若计算的数据在其范围），故在此时选用接近导程为5mm或10mm22。（3）在计算标准载荷时 fp的取值范围在1.01.2，此时取fp=1.0按表可得，X=0.56,Y=1.0根据暂时所取的初值求出当量载荷可得P： P=fp(YFr+XFa)=0.56×150000+500=8333N 此时再根据（136），求轴承应有的标准载荷C： C=1000×P·=2247×7.43=6

44、7.6KN当然对于整个电缸而言而言，其关键部分就是滚珠丝杠的各参数的确定：它可将旋转运动传递到滚珠丝杠副，并推动与之相连的导向套实现直线滑动。因此整个电缸的行程大小与滚珠丝杠有很大的联系。滚珠丝杠副协助计算选择19 计算载荷Fc=KF·KH·KA·FM根据公式得 Fc = 1.0 ×1.0 ×1.0× 15000 = 15000N 式中:KF为载荷系数,KA为精度系数,KH为硬度系数,FM为平均工作载荷。其中由条件可取；KF=1.0;KA=1.0;KM=1.0; 计算额定动载荷Ca，根据公式可得 Ca=Fc·(n为转速，此处

45、取2000r/min) 各值代入计算可得Ca=86.6KN,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或稍大于C:的原则。确定型号：考虑以上的各种元素，本次试验台选用的的电缸是美国EXLAR公司的产品，型号为FT35-1205,其具有以下特点：高性能：与所采用滚珠丝杠技术Exlar电缸一样,FT电缸与其他线性机构相比，具有承载能力大，速度高，寿命长等优点。抗污染型：FT系列的滚珠丝杠，轴承都是安装在完全密封的环境内的，可以有效的避免粉尘、颗粒等污染物进入缸体内已损坏精密的机械零件，使电缸可以在更恶劣的环境里工作。兼容性：FT电缸伺服电机按照外置接口的尺寸进行设计，用户可以直接安装使用，避免那些繁琐的步骤

46、与结构。通过以上各项因素考虑后，查表选择FT351205的型号，其结构图如下：1. 伺服电机 2.伺服电机输出轴 3.齿形传动带 4.后箱盖 5. 滚珠丝杠 6.滚珠轴承 7.推杆件 8.前法兰盘 9.滑动轴承 10.缸体 11.滚珠丝杠副 12.导向套 电缸的主视图（剖视）31 电缸的俯视图32而其的三维图像如下： 4.试验台控制系统4.1.系统设计布局 汽车离合器盖总成检测试验台自动测试系统要求准确快速的控制位移和负荷,同时要求实时的采集汽车离合器盖总成试验台检测系统所反馈的位移和载荷信号。结合检测试验台的实际工作状况和盖总成的技术要求,在对试验台控制系统和测试系统进行细致分析的基础上,我

47、们选用PC机、数据釆集卡和PLC组成了检测试验台的控制系统,经验证这种方法能够达到控制系统所要求的性能指标并且考虑了经济性的要求。 结合汽车离合器盖总成检测试验台测试系统工作实际,采用研华工控机作为上位机,三菱PLC作为下位机,伺服电机、检测元件和控制元件等构成离合器盖总成检测试验台的硬件系统。检测试验台控制系统的结构框图如图5-1所示: 工控机是信息处理的中心,每次试验时,工控机读取程序加载,对检测试验进行实时控制,通过I/O板通信将命令发送给PLC, PLC将反馈信号传递给工控机。位移传感器和负荷传感器提供的电压量,集流环提供的转速的电压量,因为这三种电压量都是模拟量,必须要将其信号放大通

48、过A/D转换为工控机所能识别的信号25,这样才能将信息传递给工控机,工控机获得分离指部件和压盘部件的负荷传感器与位移传感器的反馈信号,检测系统实时以曲线的形式输出试验结果,完成一个试验过程26。 控制与检测系统示意图 41 4.2各硬件设备选用4.2.1工控机 选用的型号IPC6006（P4 2.8G） 规格Pentium1.8GHz工控机是专门为工业现场而设计的计算机,工控机在工业现场的安装环境一般都比较特殊,常伴有强烈的震动,工业现场的灰尘也很多44,温差比较大,很多情况有很高的电磁场力干扰等特点,特别是一般工厂均是连续作业即设备基本没有休息时间,选择合适的工控机对试验台的检测性能精度至关

49、重要。工控机与通用的个人计算机相比主要有以下特点:兼容性好、升级容易;性能价格比高;丰富的软件支持;通信功能强;可靠性高,具有空气过滤系统、冷却系统、减震装置、防电磁干扰和抑制电涌装置,使工控机的可靠性比一般计算机可靠性提高3-4倍。根据汽车离合器盖总成的性能要求和实际工作环境,试验台检测系统釆用的是研华工控机。4.2.2数据釆集控制卡 型号NI7830R 型号PCI BUS 7830R数据采集控制卡是由NI公司幵发的一款具有在板信号处理能力的智能数据采集硬件,具有PCI和PXI两种接口形式。7830R数据采集卡带有可在板处理数字信号的可重配置I/O硬件,可重配置I/O的核心是板上的FPGA。

50、通过程序定制,可以获得高达200KHZ的同步模拟输入和高达IMHz的模拟输出;配合可在板运行的RT Engine可以构成高速、确定性模拟或离散控制系统。7830R板卡可重配置数字I/O可以实现与伺服系统和测试机状态传感器的交互操作。4.2.3 PLC（可编程逻辑控制器） 型号：三菱FX1N40MT 目前生产的PLC品种很多,性能特点各有不同,指令系统有所不同36。对比了不同PLC的性能特点、基本结构和工作原理、编程器件和编程方法。汽车离合器盖总成检测试验台最终选用了日本三菱公司FX1N系列PLC,可以满足试验台的技术要求。汽车离合器盖总成检测试验台PLC主机系统主要由输入输出单元、扩展接口、中

51、央处理单元、电源以及存储单元等部分组成,PLC每个部分之间通过内部总线进行连接。4.3系统软件部分设计 应用VC+编辑语言开发了汽车离合器盖总成检测试验台检测系统,有效利用了MSVC与操作系统的亲和性30,开发了高效的软件包,对相关传感器釆集到的数据进行分析和处理,实现了对试验台检测系统的实时控制。经对实验结果进行分析,该试验台检测系统测试准确,精度较高,达到了设计要求。 检测系统是基于奔腾级工业控制计算机及Windows操作系统下开发的测量系统31,运行环境在WindowsXP操作系统上。系统的硬件由工业控制计算机和高精度负荷测量卡、高精度位移测量卡、控制卡构成。由于它充分地运用了 Wind

52、ows的优点使测量系统的操作界面非常友好、操作灵活简单。汽车离合器盖总成检测试验台系统软件的结构如图6-7所示： 离合器盖总成试验台检测系统结构图 42 数据采集和处理模块的主要作用是进行传感器标定,对工作压紧力、分离点分离力、分离指规定行程下的压盘升程、压盘最小升程等数据进行连续釆集,系统经过一定的信号转换和相关处理后,在检测设备的显示器中将测量结果实时显示出来32。数据分析模块的主要功能是将保存在磁盘中的各个负荷传感器和位移传感器的数据读取出来,系统通过一定的处理方法,将测试结果以曲线的形式显示出来,以便于操作人员观察检测结果。数据库管理模块的主要作、用是将测试结果存入数据库和对数据进行增加、修改、删除、查询和打印操作。控制模块的主要作用是控制系统完成分离特性试验和负荷特性试验。结论 本文在深入分析汽车离合器盖总成检测试验台测试机理的基础上,研究设计了汽车离合器盖总成检测试验台,并对其进