技术领域
[0001] 本
发明属于一种适用于摩擦材料的缩比惯性台架，具有模拟实际工况的功能，其试验结果与全尺寸总成试验台有很好的可比性，适用摩擦材料原料和配方开发、
质量控制和
基础研究，具备简单、经济、快捷的特点。是替代现有定速式摩擦材料试验机的理想机型。
背景技术
[0002] 摩擦材料(
制动器衬片)是
汽车极为重要的安全件。在摩擦材料开发及生产过程中，需要进行大量的性能测试和评价工作。
[0003] 摩擦(制动)性能试验方法分为两大类：模拟实际工况试验和定速(定温)拖磨试验；前者能够模拟实际工况，与整车试验结果有很高的可比性，可以作为性能评判的依据；而定速(定温)拖磨的试验方式，由于不具备模拟工况的条件，试验结果与整车试验相去甚远，正在逐步被淘汰。
[0004] 摩擦(制动)性能试验方式又分为总成试验和小样试验；总成试验成本高，耗时长；而能够模拟总成试验工况的小样试验(缩比试验)，能够降低测试成本，加快开发进度。
[0005] 摩擦材料研究和生产，急需一种能够模拟实际工况、准确、快捷和经济的试验设备。
发明内容
[0006] 本发明针对现有各种摩擦材料小样试验机的缺点和1:1惯性台架的优点，以相似理论为基础，研发出一种缩比的摩擦材料惯性台架。
[0008] 一种缩比摩擦材料惯性台架，主要由主
电机1，
联轴器2、超低速驱动装置3，左
轴承座4，
主轴5，
飞轮组6，无线测温装置7，右轴承座8，
制动钳9，制动钳安装套10，环形测
力臂27，摩擦对偶盘12，机座13，压力发生器14及测控系统组成；
[0009] 所述的电机1安装在机座13上平面一端并与主轴5相连，主轴5另一端装有摩擦对偶盘12；主轴5中间加工有凸肩，用于安装惯性飞轮组6，所述主轴5通过左轴承座4、右轴承座8
支撑；
[0010] 所述的环形测
力臂27安装在外
法兰28及制动钳安装套10之间，三者联接紧固，环形测力臂27的一端装有力
传感器29，并与固定在机座13上的传感器支座30相连；
[0011] 所述的制动钳9安装在制动钳安装套10上，由左钳体15、右钳体16、双
活塞17、试件夹18组成，所述的双活塞17分别安装在左钳体15、右钳体16内部，被测摩擦材料装在试件夹18上，随试件夹插入到制动钳体并设置在摩擦对偶盘12的两侧；压力发生器14设置在机座
13下平面，通过油管将压力传递给制动钳9，钳体内的双活塞17推动试件夹18内的摩擦试
块，夹紧摩擦对偶盘12，从而产生
摩擦力制动；
[0012] 所述的无线测温装置7，安装在外法兰28左端面及主轴5上，用于测量摩擦对偶盘12的
温度；
[0013] 所述的
链轮24可沿主轴5轴向左右移动，通过链条将链轮24与固定在机座13下平面的超低速驱动装置3相连，实现主轴与超低速驱动装置3离合；
[0014] 上述缩比摩擦材料惯性台架是基于相似理论，并以试验式样摩擦面积为轿车盘式
摩擦片的摩擦面积的1/5作为缩比摩擦材料惯性台架的基本设计参数。
[0015] 所述的环形测力臂27上还设置有标定杆11，在尾端装有砝码盘，用于力传感器29的标定。
[0016] 所述的压力发生器14由
伺服电机19、
同步带20、滚珠
丝杠21、制动总
泵22和
压力传感器23组成，压力发生器14用于产生制动所需的液压力。
[0017] 所述外法兰28与制动钳安装套10内侧加工有止口，用于环形测力臂27的
定位。
[0018] 所述电机1通过联轴器2与主轴5相连，在做超低速试验时，将所述的链轮24左移并套装在联轴器2的右端止口上并固定，通过链条将链轮24与固定在机座13下平面的超低速驱动装置3相连，这时主电机1不工作，由超低速驱动装置3驱动主轴5进行试验；在做常规试验时，链轮24右移并固定在左轴承座4左侧法兰25上，实现主轴5与超低速驱动装置3分离，这时主电机1驱动主轴5进行试验，超低速装置3不工作。
[0019] 有益效果：本发明，在仔细地研究了1:1总成试验的特点基础上，推出一种缩比惯性试验台，与现有的同类设备相比，有以下特点：
[0020] 1、具备制动器总成试验所必须的制动惯量、制动力矩、制动压力、制动速度等输入和控制条件；
[0021] 2、严格按照1:5的缩比率，计算缩比试验参数，进而确定缩比惯性试验台的技术参数；
[0022] 3、采用定钳式制动器结构，具备与总成试验相同的制动压力加载方式；
[0023] 4、试块从产品上截取，保持其真实性；
[0024] 5、统一的制动器和
制动盘，排除了总成试验中不同制动器和制动盘对试验结果的影响；
[0025] 6、具备与全尺寸总成试验相同的试验规范和
数据处理方法，保证了两者数据的重现性。
[0026] 这种新结构的缩比惯性试验台特别适用于针对摩擦材料的基础研究、产品开发和生产过程质量控制。
附图说明
[0027] 图1是缩比台架结构图；
[0028] 图2是图1的右视图；
[0029] 图3是主轴结构图；
[0030] 图4是环形测力臂结构图；
[0031] 图5是图4的俯视图；
[0032] 图6是制动钳结构图；
[0033] 图7是图6的左视图；
[0034] 图8是试件夹结构图；
[0035] 图9是图8的左视图；
[0036] 图10是摩擦对偶盘结构图；
[0037] 图11是图10的剖视图；
[0038] 图12是飞轮托架结构图；
[0039] 图13是图12的左视图；
[0040] 图14是压力发生器结构图；
[0041] 其中：图中：1、主电机 2、联轴器 3、超低速驱动装置 4、左轴承座 5、主轴 6、飞轮组 7、无线测温装置 8、右轴承座 9、制动钳 10、制动钳安装套 11、标定杆 12、摩擦对偶盘 13、机座 14、压力发生器 15、左钳体 16、右钳体 17、双活塞 18、试件夹 19、伺服电机 20、同步带 21、滚珠丝杠 22、制动总泵 23、压力传感器 24、链轮 25、左轴承座左侧端盖 26、飞轮托架 27、环形测力臂 28、外法兰 29、力传感器 30、传感器支座
具体实施方式
[0042] 以下通过具体
实施例进一步说细说明本发明
[0043] 一种缩比摩擦材料惯性台架，主要由主电机1，联轴器2超低速驱动装置3，左轴承座4，主轴5，飞轮组6，无线测温装置7，右轴承座8，制动钳9，制动钳安装套10，环形测力臂27，摩擦对偶盘12，机座13，压力发生器14及测控系统组成。
[0044] 所述的电机1，是交流变频电机，安装在机座13上平面左端，通过联轴器2与通过左轴承座4、右轴承座8支撑的主轴5相连。
[0045] 所述的主轴5，中间加工有凸肩，用于安装惯性飞轮组6。主轴5右端装有摩擦对偶盘12，其外形尺寸为Φ148×Φ50×8.5mm。
[0046] 所述的飞轮组6，由多个飞轮组成，飞轮之间用螺钉联接固定，不参与试验的飞轮，拆下安装螺钉后，飞轮沿轴向移动，用螺钉固定在机座上的飞轮托架26上，与主轴5分离。
[0047] 所述的链轮24，可沿轴向左右移动，实现主轴与超低速驱动装置3离合。缩比台架在做超低转速试验时，将链轮24左移并套装在联轴器2的右端止口上，并用螺钉将链轮固定在联轴器右端面上，通过链条将链轮24与固定在机座13下平面的超低速驱动装置3相连，这时主电机1不工作，由超低速驱动装置3驱动主轴5进行试验。在做常规试验时，链轮24右移并用顶丝固定在左轴承座左侧法兰25上，实现主轴5与超低速驱动装置3分离，这时主电机1驱动主轴5进行试验，超低速装置3不工作。
[0048] 所述的环形测力臂27，为半环形，安装在外法兰28及制动钳安装套10之间，三者通过螺钉联接紧固，外法兰28与制动钳安装套10内侧加工有止口，用于环形测力臂27的定位。环形测力臂27的一端装有力传感器29，并与固定在机座13上的传感器支座30相连。模拟汽车制动时，压力发生器14工作产生压力(压力发生器
专利号ZL201120020934.3)，通过油管传递给制动钳9，钳体内的双活塞17推动试件夹18内的摩擦试块，夹紧摩擦对偶盘12，从而产生摩擦力，使主轴5减速甚至停止转动。由于力的作用是相互的，制动钳9对摩擦对偶盘12产生摩擦力的同时，摩擦对偶盘12会给制动钳9一个反向力，这个力通过制动钳安装套10、测力臂27传递给力传感器29，测量系统记录该过程的各项所需参数。
[0049] 所述的标定杆11，安装在环形测力臂上，在尾端装有砝码盘，用于力传感器29的标定。
[0050] 所述的制动钳9已获得专利：一种双缸制动钳ZL201520705728.4，由左钳体15、右钳体16、双活塞17、试件夹18组成。制动钳9安装在右轴承座8
外圈轴承上的制动钳安装套10上。
[0051] 所述的双活塞17，是两个直径为Φ25.4mm的活塞，分别安装在左钳体15、右钳体16内部，分布在制动盘12的两侧。
[0052] 所述的摩擦材料试块为两块，25mm*40mm的标准试块，装在试件夹18上，试件夹18装在制动钳9上，试块允许厚度8～18mm，可以直接从带
背板的
刹车片上切割制成。
[0053] 所述的无线测温装置7，安装在外法兰28左端面及主轴5上，用于测量摩擦对偶盘12的温度。
[0054] 所述的压力发生器14已获得专利：一种电伺服控制
推杆，专利号ZL201120020934.3，由伺服电机19、同步带20、滚珠丝杠21、制动总泵22和压力传感器23组成。压力发生器14用于产生制动所需的液压力。
[0055] 缩比台架的结构及工作原理
[0056] 1、工作原理
[0057] 该试验台可完成常规试验和超低速试验，根据试验工况所需的惯量值，匹配飞轮组(6)飞轮数量。
[0058] 在试验台进行常规试验时，控制系统发出指令，电机1驱动主轴5、飞轮组6、摩擦对偶盘12等轴系相关件旋转达到模拟车速所需转速。模拟汽车制动时，压力发生器14工作产生压力，通过油管传递给制动钳9，钳体内的双活塞17推动试件夹18内的摩擦试块，夹紧摩擦对偶盘12，从而产生摩擦力，使主轴5减速甚至停止转动。由于力的作用是相互的，制动钳9对摩擦对偶盘12产生摩擦力的同时，摩擦对偶盘12会给制动钳9一个反向力，这个力通过制动钳安装套10、测力臂27传递给力传感器29，测量系统记录该过程的各项所需参数。
[0059] 在试验台进行超低速试验时，主轴5通过链条与固定在机座13下平面的超低速驱动装置3相连，这时主电机1不工作。控制系统发出指令，制动钳9夹紧制动盘12，启动超低速驱动装置3使主轴由静止缓慢变为转动，测量系统记录由静止到开始转动这一过程的各项所需参数。
[0060] 2、缩比率确定
[0061] 在
摩擦学领域，大量研究表明：缩比试验的摩擦面积缩比为1/4～1/10比较合适。对于汽车摩擦材料缩比试验：考虑到轿车盘式摩擦片的摩擦面积一般为30～60cm2，现有的小样试验机如，定速试验机试样尺寸(25×25mm)、Chase试验机试样摩擦面积(约6.45cm2)，故确定缩比试验式样摩擦面积为实际式样摩擦面积的1/5，作为缩比试验机的基本设计参数。也是本发明设计的核心。
[0062] 根据相似原理的参数缩比原理，可确定一次方的几何量，如摩擦半径的缩比率为1/2
1/5 。
[0063] 为保证缩比试验与1:1试验具有可比性，还要保证主要参量在缩比试验中的作用同1:1试验具有一致性。这也就是缩比试验的试验模拟准则。
[0064] 依据相似原理，按几何学相似、运动学相似、动力学相似的相似原则，确定摩擦材料缩比试验的试验模拟原则具体为：
[0065]
摩擦副形式及材质一致性，几何尺寸具有比例关系(确定摩擦半径等一次方的几何量缩比率)；
[0066] 摩擦半径处的线速度、制动减速度相等(确定主轴转速缩比率)；
[0067] 摩擦面工作比压相等(确定制动压力缩比率)；
[0068] 摩擦温度升降温方式及温度变化过程相同(确定冷却系统结构与参数)；
[0069] 摩擦材料单位面积承担的滑摩功(率)相等(确定
转动惯量缩比率)；
[0070]
摩擦制动盘单位体积承担的热负荷相等(为制动盘尺寸结构设计提供依据)。
[0071] 根据上述试验模拟原则，可以确定其它物理量的缩比率，从而为缩比试验机设计提供依据。
[0072] 缩比试验时，将某种车型的参数，按上述缩比率换算成实验参数。并调整试验机的试验参数，如调整
制动系统压力、惯量配置、主轴转速等等。按某一车型参数缩比换算后实验参数如表2所示。
[0073] 表2按照1：5缩比率，计算的某一车型的缩比试验参数
[0074]
[0075] 除上述计算之外，保证缩比试验台与全尺寸总成试验台可比性的关键因素还有：采用2个试块，双活塞对顶式(定钳式)制动钳，制动钳活塞直径Φ25mm，试块面积为
2x10cm2，摩擦对偶盘尺寸为Φ148×Φ50×8.5mm。
[0076] 3、缩比台架的主要技术参数
[0077] 主电机功率：7.5～22KW变频调速
[0078] 惯量：基础惯量I0＝0.15kg.m2
[0079] 飞轮惯量I1＝0.25kg.m2
[0080] I2＝0.25kg.m2
[0081] I3＝0.25kg.m2
[0082] I4＝1.0kg.m2
[0083] I5＝1.0kg.m2
[0084] I6＝1.0kg.m2
[0085] 电模拟惯量I电＝±0.5kg.m2
[0086] 总惯量：0.15～4.4kg.m2
[0087] 主轴转速：0～4，000r/min
[0088] 制动钳结构：双活塞对顶式(定钳式制动器)
[0089] 试块面积：10cm2×2
[0090] 试块尺寸：25mm×40mm×8～18mm(厚度)
[0092] 极低转速：0～0.01r/min
[0093] 温度测量：室温～800℃
[0094] 4、缩比台架的测试实例
[0095] 首先确定换算参数，如表3所示：
[0096] 表3 1:1与1:5参数换算
[0097]
[0098]
[0099] 试验参数
[0100]
[0101]
[0102] 5、测试结果对比
[0103] 试验规范：JSAO C406，恒力矩制动模式；
[0104] 制动器总成试验台(1:1)试验结果，见表4：
[0105] 表4(1:1)
摩擦系数/制动温度与制动次数的关系
[0106]
[0107] 缩比试验台(1:5)试验结果，见表5：
[0108] 表5(1:5)摩擦系数/制动温度与制动次数的关系
[0109]
[0110] 试验数据汇总：见表6
[0111] 表6试验数据汇总
[0112]
[0113] 数据对比表明，两者有较好的可比性和一致性。
