CN1987410A - 一种小样缩比台架摩擦试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有新结构的、可附加惯量的、不采用1∶1实物总成的、并具有与惯性台架试验机相同或相似功能的、可采用与台架试验相同试验方法标准的一种小样缩比台架摩擦试验机。其技术方案是在机架等现有技术的基础上，将用于模拟不同惯量和提供不同转速的主轴驱动系统(3)固定在机座(1)上；将用于确定被试摩擦材料试件(84)与摩擦制动盘(22)相对位置的滑台系统(7)也安装在机座(1)上，安装后的主轴驱动系统(3)的主轴线和滑台系统(7)中的承压头(66)的轴线相对机座(1)上工作面的距离相等且两轴线平行。其特点是可附加惯量；提高小样试验的精度；价格比惯性台架试验机低；用于新产品开发和摩擦材料生产的质量监控。

Description

一种小样缩比台架摩擦试验机

技术领域

本发明涉及摩擦材料的摩擦磨损性能试验机，尤其是涉及一种小样缩比台架摩擦试验机。

背景技术

摩擦材料摩擦磨损性能试验有小样试验和惯性台架试验。小样试验以尺寸较小的标准试样为研究对象，按小样试验方法进行，重点考察摩擦材料在特定条件下的材料特性。小样试验具有简捷、快速、设备投资与试验费用低等优点，但试验模拟条件与具体的摩擦零件工作时的实际工况有一定差距，其试验结果有一定的局限性，常用于新产品开发前期的配方研究和摩擦材料生产过程的中间质量监控。其试验设备是各种小样试验机。

惯性台架试验常采用1∶1实物总成作为测试对象，按惯性台架试验方法进行，在小样测试基础上进一步考察摩擦副结构的合理性、试验数据的重现性和在模拟实际工况条件下摩擦件的可靠性。与小样试验比较，其模拟条件更接近于实际工况，对摩擦材料的摩擦磨损性能的描述更全面，其试验结果更具有权威性。但其设备投资与试验成本较大，试验周期较长。

通过大量对比试验研究，发现现有小样试验与惯性台架试验结果相差较大，几乎没有可比性，很难通过小样试验来预测和反映惯性台架试验结果，更无法较全面预测和评价摩擦材料的摩擦磨损性能。

小样试验与惯性台架试验测试结果不同，除与试验方法有关外，试验设备的差别也是重要的因素。目前摩擦材料小样试验机使用较多的有：定速试验机、恰斯试验机和MM1000试验机等。定速试验机和恰斯试验机都不能附加惯量的小样试验机，而且试验模拟条件范围及试验功能等远不如惯性台架试验机，正因为设备结构、功能的限制，也无法采用与惯性台架试验相同的试验方法。MM1000试验机采用缩比试样，可附加惯量，试验条件模拟性有所提高，但是采用气动加载方式，制动力控制精度低，无法模拟恒力矩输出试验模式；当制动压力相差较大时需要更换不同的加载气缸，试验效率低；无冷却温控系统，且由于受当时技术水平的限制，原有结构复杂，可靠性差，测试精度与自动化水平较低，无法采用与惯性台架试验相同的试验方法。依据相似理论，按照与惯性台架试验机相同的模拟准则，按一定的缩比比例，设计一种新型结构的、可附加惯量的、不采用1∶1实物总成的、并具有与惯性台架试验机相同或相似功能的小样试验机，执行与惯性台架试验机相同的试验方法，使之具有与惯性台架试验机相同的可比基础，是提高小样试验数据可比性的前提条件。同时可大大节省设备投资和试验费用。本发明提供的一种小样缩比台架摩擦试验机就是基于这一原则而设计开发的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦材料的摩擦磨损性能试验机，尤其是提供新型结构的、可附加惯量的、不采用1∶1实物总成而采用缩比试样的、具有与惯性台架试验机相同或相似功能的、并可采用与惯性台架试验相同试验方法标准的一种小样缩比台架摩擦试验机。

参阅图1，为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案，即在已有的机架、除尘装置、冷却装置、计算机控制系统和电控系统的基础上，将用于模拟不同惯量和提供不同转速的试验工况的主轴驱动系统固定在机座的上工作面上，将用于确定被试摩擦材料试件与摩擦制动盘相对位置的滑台系统通过纵向移动平板导向键键连接且可纵向移动的也安装在机座的上工作面上，安装后的主轴驱动系统的主轴线相对机座的上工作面的距离和安装在滑台系统中横向移动平板上的承压头的轴线相对机座的上工作面的距离相等且两轴线平行。

技术方案中所述的主轴驱动系统是由摩擦制动盘、驱动电机、温度测量装置、转速测量装置和模拟惯量的飞轮装置组成；所述的驱动电机采用的是双输出轴电机，电机右侧伸出轴通过键连接装有安装飞轮的轴套法兰，飞轮组与安装飞轮的轴套法兰固定连接。

所述的温度测量装置包括有在驱动电机左侧伸出轴上通过键连接套装的固定有摩擦制动盘的轴套法兰、从左至右依次套装在轴套法兰外表面上的隔热材料、隔热材料固定板、绝缘套、铜环、止动垫圈、紧固螺母、测速小齿形带轮，并将热电偶探测头固定在摩擦制动盘的轴向小孔内，热电偶的另一端通过隔热材料、隔热材料固定板、轴套法兰外表面上的矩型线槽引出和铜环内环面固接，铜环外环表面与固定在碳刷固定板上的碳刷滑动接触。

所述的用于测量主轴转速的测量装置是通过安装支架固定在驱动电机的外壳上，首先用轴承将转动轴装入轴套中，再将其固装在已固定在驱动电机外壳上的安装支架上，测速大齿形带轮通过键连接套装在转动轴的左端，光电编码器固定在轴套右端，光电编码器测速轴通过螺纹与转动轴相连，测速大齿形带轮通过齿形带与主轴驱动系统上的小齿形带轮带连接。

技术方案中所述的滑台系统是由滑台、用于被试摩擦材料试件安装固定的加载力臂总成、压力控制加载装置、摩擦力或摩擦力矩的测量装置组成；所述的滑台是由可在机座上工作面上纵向移动的通过键与机座滑动连接的纵向移动平板和可横向移动的通过键与纵向移动平板上工作面滑动连接的横向移动平板组成。

所述的用于被试摩擦材料试件安装固定的加载力臂总成是通过转动轴连接于已安装在前立板和后立板之上的、与主轴驱动系统的主轴线平行的且和主轴驱动系统的主轴线相对机座上工作面等高的支撑轴的右端，而前立板和后立板固装在可横向移动的横向移动平板上；加载力臂总成是由一端加工有用于安装试件定位安装块的矩形凹槽、与定位轴配合的孔和安装弹簧和弹簧压紧螺钉的孔，另一端成叉形且加工有与转动轴相配合的通孔的加载力臂、转动轴、试件定位安装块、定位轴、弹簧和弹簧压紧螺钉组成；而转动轴一端加工有螺纹，转动轴、轴承、定位套安装于支撑轴端部的孔内后，用螺母拧紧。

所述的压力控制加载装置是由固装在前立板上用于安装制动油缸的圆孔内的制动油缸、通过制动油缸的活塞杆前端的螺纹同轴线连接的力传感器、螺纹连接于力传感器另一端的承压头和用管路连接的液压系统组成。

所述的摩擦力或摩擦力矩测量装置是由用键连接的套装在支撑轴上的测力杆和固装在横向移动平板上且在测力杆两端正下方的上端装有可调整的承压头的力传感器组成。

本发明的有益效果是：

1)本发明提供了一种适合于利用小样形式进行摩擦材料摩擦磨损性能检测的试验机，该试验机克服了以往小样试验机无附加惯量、试验条件模拟性差、功能单一，应用范围小等缺点，具有惯性台架试验机模拟性好，功能齐全、应用范围大等优点。试验效率大为提高，试验费用也大为降低。

2)本发明的设计原理采用是相似理论，几何缩小比例为摩擦材料试样的面积与实际盘式制动片摩擦面积之比，在此基础上进行运动学和动力学相似缩比设计了一种小样缩比台架摩擦试验机。设备外观几何尺寸大为减小，设备投资与试验费用远低于惯性台架试验机。

3)利用本发明进行摩擦材料的摩擦磨损性能检测，能够考虑不同车型和不同工况的因素对摩擦材料性能的影响，可提高小样试验的精确性和试验数据的可信度，提高与惯性台架试验数据的可比性水平，通过小样试验预测和反映惯性台架的试验结果。

4)本发明可适用于新产品开发前期的配方研究和摩擦材料生产过程的中间质量监控。尤其是可以根据惯性台架试验的标准与方法对摩擦材料的摩擦磨损性能进行全面测试，这是不同于目前小样试验机的特点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是一种小样缩比台架摩擦试验机的主视图；

图2是一种小样缩比台架摩擦试验机的俯视图；

图3是一种小样缩比台架摩擦试验机主轴驱动系统的主视图；

图4是一种小样缩比台架摩擦试验机主轴驱动系统的左视图；

图5是一种小样缩比台架摩擦试验机主轴驱动系统的俯视图；

图6是一种小样缩比台架摩擦试验机滑台系统的主视图；

图7是一种小样缩比台架摩擦试验机滑台系统的左视图；

图8是一种小样缩比台架摩擦试验机滑台系统的俯视图；

图9是一种小样缩比台架摩擦试验机加载力臂的主视图；

图10是一种小样缩比台架摩擦试验机加载力臂的A-A剖视图；

图11是一种小样缩比台架摩擦试验机加载力臂的俯视图；

图12是一种小样缩比台架摩擦试验机摩擦力或摩擦力矩测试原理图；

图中：1.机座，2.飞轮罩，3.主轴驱动系统，4.除尘总成，5.吹风冷却总成，6.防护罩，7.滑台系统，8.计算机控制系统及电气控制箱，9.压力控制加载装置，10.轴套法兰，11.飞轮组，12.驱动电机，13.测速小齿形带轮，14.紧固螺母，15.止动垫圈，16.铜环，17.绝缘套，18.轴套法兰，19.隔热材料固定板，20.隔热材料，21.热电偶，22.摩擦制动盘，23.齿形带，24.测速大齿形带轮，25.端盖，26.安装支架，27.轴承，28.轴套，29.转动轴，30.光电编码器，31.光电编码器测速轴，32.碳刷总成固定支架，33.碳刷固定板，34.碳刷，40.纵向移动平板，41.横向移动平板，42.前立板，43.支撑轴，44.纵向移动平板导向键，45.安装板，46.力传感器，47.承压头，48.后立板，49.标尺，50.指针，51.手轮，52.端盖，53.轴承，54.联结固定板，55.透盖，56.调整套，57.测力杆，58.键，59.透盖，60.轴承，61.端盖，62.加载力臂总成，63.锁紧螺钉，64.锁紧螺钉，65.手轮，66.承压头，67.力传感器，68.制动油缸活塞杆，69.制动油缸，70.横向移动平板导向键，75.定位套，76.轴承，77.转动轴，78.加载力臂，79.锁紧顶丝，80.定位轴，81.弹簧压紧螺钉，82.弹簧，83.试件定位安装块，84.被试摩擦材料试件。

具体实施方式

参阅图1和图2，一种小样缩比台架摩擦试验机是采用整体结构，主要由箱式机座1、主轴驱动系统3、除尘总成4、吹风冷却总成5、滑台系统7、计算机控制系统及电气控制箱8、压力控制加载装置9组成。箱式机座1根据生产批量的大小可采用型材、钢板焊接而成，也可采用先分件铸造然后固接组装而成，不管采用哪种方法都要保证其具有足够的刚度和强度，上工作面要经过加工，且沿纵向加工一穿通键槽。首先将用于确定被试摩擦材料试样84与摩擦制动盘22相对位置的滑台系统7经键连接，既通过纵向移动平板导向键44安装在机座1的上工作面上，滑台系统7中的纵向移动平板40在机座1的上工作面上可纵向移动；然后，将自成一体的用于模拟不同惯量和提供不同转速的试验工况的主轴驱动系统3通过其中的驱动电机12底座用螺栓也固定在机座1的上工作面上，安装后的主轴驱动系统3的主轴线相对机座1的上工作面的距离和安装在滑台系统7中横向移动平板41上的承压头66的轴线相对机座1的上工作面的距离相等且两轴线平行。将吹风冷却总成5和除尘总成4用螺栓固定在箱式机座1内的下工作面上，吹风冷却总成5由可调速的风机及冷却风管组成，吹风冷却管道从机座1的上工作面穿出，终端的出风管位于摩擦制动盘22的正上方，出风管口垂直向下。在摩擦制动盘22正下方的机座上工作面上，开有一矩形孔，矩形孔与下面的除尘风机的吸风管相连，使得热风及摩擦产生的粉尘等摩擦屑及时排走。压力控制加载装置9是由液压系统和连接有力传感器67与承压头66的液压执行机构既制动油缸69组成，液压系统主要由泵、伺服阀、压力调整阀和管路组成，将它们安装在一个控制箱内，该控制箱置于机座1的后侧，通过螺钉与机座1联结，然后用管路将其与制动油缸69相连接，压力控制加载装置9与整机连接完成。再将计算机控制系统及电气控制箱8也通过螺钉连接到机座1后侧，与压力控制加载装置9相邻，最后在主轴驱动系统3前部加装一个防护罩6，一种小样缩比台架摩擦试验机装配完成。

参阅图3，所述的主轴驱动系统3是由摩擦制动盘22、驱动电机12、温度测量装置、转速测量装置和模拟惯量的飞轮装置组成；所述的驱动电机12采用的是双输出轴电机，首先于驱动电机12右侧伸出轴端通过键连接装上用于安装飞轮的轴套法兰10，飞轮组11套装在轴套法兰10上，并用螺钉进行固定连接，为防止轴套法兰10和飞轮组11的脱落，在轴端面用挡圈和螺钉固定，为了安全再加设一个飞轮罩2，罩在飞轮组11上，组装时用螺钉固定在机座1上。

参阅图3至图5，所述的温度测量装置包括有安装在驱动电机12左侧伸出轴上通过键连接套装的并在大端固定有摩擦制动盘22的轴套法兰18、从大端开始依次套装在轴套法兰18外表面上的隔热材料20、隔热材料固定板19、绝缘套17、铜环16、止动垫圈15、紧固螺母14、测速小齿形带轮13，其中：试验用摩擦制动盘22是通过螺钉装在轴套法兰18的左侧端面上，为防止摩擦制动盘22和轴套法兰18从轴上脱落，在轴端面用挡圈和螺钉将其固定，隔热材料20与隔热材料固定板19通过螺钉与摩擦制动盘22右端面固定连接，测速小齿形带轮13也通过螺钉固定在轴套法兰18的右端面上。在摩擦制动盘22端面的摩擦半径(根据车型及缩比比例计算得到)处沿摩擦制动盘22轴向加工一小通孔，在摩擦制动盘22外圆表面沿径向加工一螺纹孔，并使二孔相通，将热电偶探测头插入摩擦制动盘22摩擦半径处的轴向小孔内，使热电偶探测头距摩擦制动盘22摩擦表面0.5～1mm左右，在摩擦制动盘22径向螺纹孔装一螺钉，压住热电偶探测头使之固定不动。热电偶的另一端通过隔热材料20与隔热材料固定板19上加工的小通孔、轴套法兰18的外表面上的矩型线槽引出和铜环16内环面焊接固定，铜环16外环表面与固定在碳刷固定板33上的碳刷34滑动可靠接触，保证热电偶测试的温度信号可靠传送。装有碳刷34的碳刷固定板33是通过螺钉固定在固定支架32上，固定支架32通过螺钉固定在电机机壳左端上部。

参阅图5，所述的用于测量主轴转速的测量装置是通过安装支架26固定在驱动电机12的外壳上。首先用两个轴承27将转动轴29装入轴套28中，然后用螺钉将其和端盖25固装在已固定在驱动电机12外壳上的安装支架26的右左两侧，测速大齿形带轮24通过键连接套装在转动轴29的左端，并用挡圈和螺钉在转动轴29的左端面加以固定，以防脱落，光电编码器30用螺钉固定在轴套28右端，光电编码器测速轴31的左端通过螺纹与转动轴29右端相连，测速大齿形带轮24通过齿形带23与主轴驱动系统3上的小齿形带轮13带连接。

参阅图6至图8，所述的滑台系统7是由滑台、用于被试摩擦材料试件84安装固定的加载力臂总成62、压力控制加载装置9、摩擦力或摩擦力矩的测量装置组成；所述的滑台是由可在机座上纵向移动的纵向移动平板40和可横向移动的横向移动平板41等零件组成。滑台的纵向移动平板40是整个滑台系统的底座。在机座1上工作面上沿纵向加工一个与主轴驱动系统3轴线垂直的穿通的导向矩形键槽，槽内装有一导向键44，纵向移动平板40为一矩形平板，底部即下工作面沿纵向也加工一穿通的矩形键槽，与导向键44配合。通过转动固定于机座1上的手轮65，整个滑台系统可以沿导向键44纵向移动。在纵向移动平板40左侧端面上装有一指针50，与固定在机座1上工作面上的标尺49配合，用来显示滑台纵向移动的距离。在纵向移动平板40上工作面上，沿横向开有与主轴驱动系统轴线平行的矩形导向键槽，槽内装有一导向键70。在横向移动平板41下工作面上，沿横向也加工一矩形导向键槽，并与导向键70配合，通过转动固定于纵向移动平板40上的手轮51，使横向移动平板41在纵向移动平板40上工作面上可横向移动。滑台系统位置确定后用四个螺钉63将纵向移动平板40固定在机座1上，用四个螺钉64将横向移动平板41固定在纵向移动平板40上。

参阅图6、图9与图10，所述的用于被试摩擦材料试件安装固定的加载力臂总成62是通过转动轴77连接于已安装在前立板42和后立板48之上的、与主轴驱动系统3的主轴线平行的且与主轴驱动系统3的主轴线相对机座1的上工作面等高的支撑轴43的右端，而前立板42和后立板48固装在可横向移动的横向移动平板41上；加载力臂总成62是由一端加工有用于安装试件定位安装块83的矩形凹槽、加工有与定位轴80配合的孔和加工有安装弹簧82和弹簧压紧螺钉81的孔，另一端成叉形状且加工有与转动轴77相配合的通孔的加载力臂78、转动轴77、轴承76、定位套75、试件定位安装块83、被试摩擦材料试件84、定位轴80、弹簧82和弹簧压紧螺钉81组成。其中：试件定位安装块83上有四个用于琐紧被试摩擦材料试件84的锁紧顶丝79；转动轴77一端加工有螺纹，转动轴77、两个轴承76、定位套75安装于支撑轴43端部的孔内后，用螺母拧紧。

参阅图8与图2，所述的压力控制加载装置9是由固装在前立板42上用于安装制动油缸69的圆孔内的制动油缸69、通过制动油缸69的活塞杆68前端的螺纹同轴线联结的力传感器67、螺纹连接于力传感器67另一端的承压头66和用管路连接的液压系统组成。实际上压力控制加载装置9的一部分置于机座1后侧，并用螺钉将其固定，然后用管路将其与固装在前立板42上的制动油缸69连接起来，所述的压力控制加载装置9即安装完毕。其中制动油缸69是被用螺钉固装在前立板42上的。

参阅图6，所述的摩擦力或摩擦力矩测量装置是由用键58连接的套装在支撑轴43上的测力杆57和固装在横向移动平板41上且在测力杆57两端正下方的上端装有可调整的承压头47的力传感器46组成。测力杆57在支撑轴43上具体安装位置是：横向移动平板41为一焊接方形结构件，横向移动平板41上工作面上分别焊有前立板42和后立板48，并用联结固定板54连接。在前立板42和后立板48上分别加工有处于同一轴线上的两个圆孔，在后立板48的圆孔内依次装上轴承53、端盖52和透盖55，并用螺钉固定，然后将支撑轴43的左端穿过前立板42上的圆孔并依次装上键58、透盖59、测力杆57和调整套56最后装入轴承53的孔中，接下来从支撑轴43的右端装入轴承60和端盖61，用螺钉将透盖59和端盖61连接同时也将轴承60固定在前立板42的孔内。装配后支撑轴43轴心与摩擦制动盘22轴心即与主轴驱动系统3的主轴线等高。最后将所述的用于被试摩擦材料试件84安装固定的加载力臂总成62通过转动轴77连接于支撑轴43右端的孔内。固装在横向移动平板41上且在测力杆57两端正下方的上端装有可调整的承压头47的力传感器(46)是由安装板45和螺钉实现的。

本发明所采用的主轴驱动系统3是用于模拟不同惯量和不同转速的试验工况。主轴驱动系统自成一体，采用双输出轴驱动电机12作为动力源，试验用摩擦制动盘22装于驱动电机12左侧输出轴的左端，在摩擦制动盘22的轴向小孔内装有热电偶，用于测量摩擦过程中摩擦制动盘22表面的温度。驱动电机12右侧输出轴的右端装有飞轮组11，用于试验惯量模拟。驱动电机12又属调速电机(包括交流变频调速、直流调速和电磁调速)，实现主轴的多种转速。本发明在惯量模拟上有两种方式，采用多个机械飞轮组合方式的机械模拟惯量，此外还可以采用电模拟技术模拟机械惯量，即利用电机不断输出能量替代飞轮储存动能的电模拟机械惯量方式。故电模拟机械惯量方式也在本发明的保护范围之内。

滑台系统7是用于被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22相对位置的确定、被试摩擦材料试件84的装夹。通过旋转手轮51、65可以使滑台实现横向与纵向的移动，纵向移动距离由标尺49和指针50显示。滑台系统7中安装有各种力传感器，用于制动力、摩擦力(或摩擦力矩)的测量。

压力控制加载装置是采用伺服控制，实现对制动力的自动控制。即通过反馈，实现被试摩擦材料试件84表面所受的制动力保持恒定，还可实现制动力随动，使被试摩擦材料试件84工作表面在摩擦过程中产生的摩擦力(或摩擦力矩)保持恒定。从而模拟不同的制动工况。

温度控制系统是用于摩擦制动盘22表面摩擦温度的测量与控制。利用装在摩擦制动盘22轴向小孔内的热电偶，测量摩擦过程中摩擦制动盘22摩擦表面的温度，采用调速风机模拟与实际工况相似的风冷模式，根据试验要求的冷却风速和摩擦温度，由计算机自动控制调速风机转速实现冷却风量大小。

计算机控制系统及电气控制箱8是用于电模拟机械惯量的控制，试验程序运行与控制，数据采集、处理与存储，试验数据及试验曲线显示及打印。

一种小样缩比台架摩擦试验机操纵方法：

1)首先将被试摩擦材料试件84安装在试件定位安装块83中，并用锁紧顶丝79加以固定，然后将装有试件的定位安装块83装于加载力臂78的矩形凹槽内，使之与定位轴80接触良好，并利用弹簧82和弹簧压紧螺钉81使试件定位安装块83不致从矩形凹槽内脱出，同时又能绕定位轴80作微小转动。调整力传感器46前端的承压头47前后位置，承压头一端为螺纹，通过螺纹与力传感器联结，通过调整旋入力传感器46的螺纹长度，改变承压头前后位置，使测力杆57保持水平状态。

2)矩形被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘的相对位置要满足试验要求。通过转动纵向移动手轮65调整滑台纵向位置，可根据指针50在标尺49上的位置来确定；通过转动横向移动手轮51调整滑台横向位置，使被试摩擦材料试件84摩擦工作表面与摩擦制动盘22的摩擦工作表面间距离满足试验要求，为0.5mm左右。被试摩擦材料试件84相对于摩擦制动盘22的位置确定后，用四个螺钉63和四个螺钉64将纵向移动平板40和横向移动平板41锁紧。

3)根据试验要求选配飞轮或者启用电模拟系统，并在试验程序中对压力、力矩、速度等试验参数及控制模式进行设置和调整，即完成了试验前的准备工作。

4)启动调速驱动电机12，带动主轴驱动系统3旋转，使安装在主轴驱动系统3上的摩擦制动盘22旋转。启动压力控制加载装置9，油液的压力由压力调整阀控制，液压油经过伺服阀作用于制动油缸69的无杆腔，推动活塞杆68及与之相连的力传感器67、承压头66前移，推动加载力臂78绕转动轴77产生微小转动，使装于加载力臂78矩形凹槽内的被试摩擦材料试件84被压向旋转的摩擦制动盘22工作摩擦表面，装有被试摩擦材料试件84的试件定位安装块83绕定位轴80作微小转动，使被试摩擦材料试件84表面与摩擦制动盘工作表面自动趋于平行并接触，随制动力的增大，使被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22大面积紧密接触并产生摩擦，进入试验状态。

试验过程中摩擦制动盘22的转速由光电编码器30测量；温度由装于摩擦制动盘22上的热电偶21测量，热电偶21置于摩擦制动盘22的摩擦制动半径是根据车型及缩比比例计算得到，摩擦制动盘22的温度由热电偶测量，通过计算机控制系统进行数据处理与转换，并在计算机屏幕上加以显示。计算机控制系统能够自动判断摩擦制动盘的温度是否符合试验要求，如温度过高不满足试验要求，自动启动吹风冷却总成5对摩擦制动盘给与冷却，使之符合试验要求。该冷却系统的冷却风量大小可调节；制动油缸69产生的制动力的大小有力传感器67测量；摩擦制动产生的摩擦力(力矩)的大小由力传感器46测量，其测试原理参阅图12，摩擦制动盘以转速n按图示方向旋转，制动油缸产生的的水平方向的制动力为F，被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22相互摩擦产生的制动摩擦力为f，制动力矩为M，力传感器46测出的力为F_f，它们之间存在如下数学关系：

制动摩擦力f＝F_f·L₁/L₂

制动力矩M＝f·R＝F_f·R·L₁/L₂

摩擦材料摩擦系数μ＝f/F

一种小样缩比台架摩擦试验机根据试验要求，可以实现速度相关(摩擦制动盘22不同转速)摩擦制动试验，压力相关(不同的制动压力下)摩擦制动试验，恒力矩(制动力随摩擦系数的变化而自动调整，使输出的摩擦力或摩擦力矩保持恒定)的摩擦制动试验，温度相关(在不同摩擦温度下)摩擦制动试验等。

一种小样缩比台架摩擦试验机的压力控制加载装置9工作原理：

被试摩擦材料试件84安装完毕后，启动自动试验程序，调速驱动电机12带动主轴驱动系统3旋转。当达到试验规定(设定)的转速后，压力控制加载装置自动启动，油液的压力由压力调整阀控制，液压油经过伺服阀作用于制动油缸69的无杆腔，推动活塞杆68及与之相连的力传感器67、承压头66前移，推动加载力臂78绕转动轴77产生微小转动，使装于加载力臂矩形凹槽内的被试摩擦材料试件84被压向旋转的摩擦制动盘22工作摩擦表面，使被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22接触并产生摩擦，进入试验状态。在恒压力试验模式下，要求制动力F恒定，伺服阀会根据力传感器67的测量值大小自动调整其输出油液压力，使制动力F保持恒定。在恒力矩试验模式下，要求制动力矩M恒定，伺服阀会根据力传感器46的测量值大小自动调整其输出油液压力，使制动力矩M保持恒定。

试验过程中的各种试验参数，如制动压力、制动力、转速、温度、制动力矩、制动时间、制动减速度、制动距离均可被测量和计算。其数据被存储，并可在计算机屏幕上显示。

制动过程结束后，油液经过伺服阀作用于制动油缸69的有杆腔，推动活塞杆68及与之相连的力传感器67、承压头66退回，使制动油缸退至原位，由于被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22接触表面存在微小的凸凹不平，旋转的摩擦制动盘22对被试摩擦材料试件84产生一个沿加载方向相反的推力分力，使加载力臂78绕转动轴77产生微小转动，使被试摩擦材料试件84与摩擦制动盘22脱离接触。为下一次制动作准备。

Claims (8)

1.一种小样缩比台架摩擦试验机，主要由机架、除尘装置、冷却装置、计算机控制系统和电控系统组成，其特征在于：将用于模拟不同惯量和提供不同转速的试验工况的主轴驱动系统(3)固定在机座(1)的上工作面上，将用于确定被试摩擦材料试件(84)与摩擦制动盘(22)相对位置的滑台系统(7)通过纵向移动平板导向键(44)键连接且可纵向移动的也安装在机座(1)的上工作面上，安装后的主轴驱动系统(3)的主轴线相对机座(1)的上工作面的距离和安装在滑台系统(7)中横向移动平板(41)上的承压头(66)的轴线相对机座(1)的上工作面的距离相等且两轴线平行。

2.按照权利要求1所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的主轴驱动系统(3)是由摩擦制动盘(22)、驱动电机(12)、温度测量装置、转速测量装置和模拟惯量的飞轮装置组成；所述的驱动电机(12)采用的是双输出轴电机，电机右侧伸出轴通过键连接装有安装飞轮的轴套法兰(10)，飞轮组(11)与安装飞轮的轴套法兰(10)固定连接。

3.按照权利要求2所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的温度测量装置包括有在驱动电机(12)左侧伸出轴上通过键连接套装的固定有摩擦制动盘(22)的轴套法兰(18)、从左至右依次套装在轴套法兰(18)外表面上的隔热材料(20)、隔热材料固定板(19)、绝缘套(17)、铜环(16)、止动垫圈(15)、紧固螺母(14)、测速小齿形带轮(13)，并将热电偶(21)探测头固定在摩擦制动盘(22)的轴向小孔内，热电偶的另一端通过隔热材料(20)、隔热材料固定板(19)、轴套法兰(18)外表面上的矩型线槽引出和铜环(16)内环面固接，铜环(16)外环表面与固定在碳刷固定板(33)上的碳刷(34)滑动接触。

4.按照权利要求2所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的用于测量主轴转速的测量装置是通过安装支架(26)固定在驱动电机(12)的外壳上，首先用轴承(27)将转动轴(29)装入轴套(28)中，再将其固装在已固定在驱动电机(12)外壳上的安装支架(26)上，测速大齿形带轮(24)通过键连接套装在转动轴(29)的左端，光电编码器(30)固定在轴套(28)右端，光电编码器测速轴(31)通过螺纹与转动轴(29)相连，测速大齿形带轮(24)通过齿形带(23)与主轴驱动系统(3)上的小齿形带轮(13)带连接。

5.按照权利要求1所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的滑台系统(7)是由滑台、用于被试摩擦材料试件(84)安装固定的加载力臂总成(62)、压力控制加载装置(9)、摩擦力或摩擦力矩的测量装置组成；所述的滑台是由可在机座(1)上工作面上纵向移动的通过键(44)与机座(1)滑动连接的纵向移动平板(40)和可横向移动的通过键(70)与纵向移动平板(40)上工作面滑动连接的横向移动平板(41)组成。

6.按照权利要求5所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的用于被试摩擦材料试件(84)安装固定的加载力臂总成(62)是通过转动轴(77)连接于已安装在前立板(42)和后立板(48)之上的、与主轴驱动系统(3)的主轴线平行的且与主轴驱动系统(3)的主轴线相对机座(1)上工作面等高的支撑轴(43)的右端，而前立板(42)和后立板(48)固装在可横向移动的横向移动平板(41)上；加载力臂总成(62)是由一端加工有用于安装试件定位安装块(83)的矩形凹槽、与定位轴(80)配合的孔和安装弹簧(82)和弹簧压紧螺钉(81)的孔，另一端成叉形且加工有与转动轴(77)相配合的通孔的加载力臂(78)、转动轴(77)、试件定位安装块(83)、定位轴(80)、弹簧(82)和弹簧压紧螺钉(81)组成；而转动轴(77)一端加工有螺纹，转动轴(77)、轴承(76)、定位套(75)安装于支撑轴(43)端部的孔内后，用螺母拧紧。

7.按照权利要求5所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的压力控制加载装置(9)是由固装在前立板(42)上用于安装制动油缸(69)的圆孔内的制动油缸(69)、通过制动油缸(69)的活塞杆(68)前端的螺纹同轴线连接的力传感器(67)、螺纹连接于力传感器(67)另一端的承压头(66)和用管路连接的液压系统组成。

8.按照权利要求5所述的一种小样缩比台架摩擦试验机，其特征在于：所述的摩擦力或摩擦力矩测量装置是由用键(58)连接的套装在支撑轴(43)上的测力杆(57)和固装在横向移动平板(41)上且在测力杆(57)两端正下方的上端装有可调整的承压头(47)的力传感器(46)组成。

Images