汽车离合器综合性能试验台设计与研究

李荣飞

摘要：离合器作为汽车传动系统中一个重要部件，起到接合和切断动力、保证汽车平稳起步和平顺换挡的作用；同时，可对传动系统的最大转矩进行限制，防止过载。此外，还可有效降低传动系统的噪声及扭转振动。目前，汽车离合器的综合性能是在实验室的综合性能试验台上完成，通过不断的模拟工作状况来对其进行试验测定。本文主要从汽车离合器综合性能试验台的结构组成方面进行设计探讨。

关键词：汽车离合器；综合性能试验台；设计

1、前言

离合器工作性能的好坏对于车辆性能的发挥有着重要影响。为了保证离合器在各种工况条件下均能正常工作，有较稳定的性能指标，须对其工作性能进行测试。通过设计离合器综合性能试验台，模拟汽车实际工作状况，对离合器性能展开试验，可有效反映离合器工作状况。本文主要介绍乘用车离合器综合性能试验台的设计与研究。设计依据我国汽车行业标准QC/T27-2014《汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法》。综合性能试验台主要试验项目有：离合器热负荷试验；离合器摩擦力矩试验（①、静摩擦力矩试验②、滑动摩擦力矩试验）；离合器摩擦片磨损性能试验；离合器热冲击能力试验；离合器诱导失效试验。

2、综合性能试验台机械结构

综合性能试验台机械结构示意图如图1所示，试验台的尺寸（长×宽×高）：约6800mm×1400mm×2500 mm。主要由机座、主动部件、从动部件、电机调速系统、伺服系统、测量控制、润油站等部分组成。

机座是安装平台，主要由铁金属整体铸造而成，经过高温时效处理后加工成型，主动部件和从动部件安装在机座上。主动部件主要用于提供动力和离合器主动部分转速、压盘温度传感器的安装。由直流电机和静摩擦力矩测试驱动电机、齿轮变速箱等构成。直流电机安装在机座上，额定功率选择220KW以上，额定转速1500rpm，弱磁转速2400rpm，额定转矩1400N.m，惯量矩12.8kg.m2。齿轮变速箱是将直流电动机的动力经变速后传递至主轴，齿轮变速箱中由润油站提供润滑油对齿轮及轴承的润滑，输出部分主要是模拟飞轮盘。齿轮变速箱共有3挡位组合，根据不同的组合实现不同的主轴转速，通过手动控制转换挡位，设置挡位识别开关。在1：1.25速比下，在电机额定转速下，主轴转速范围0-1875rpm，连续运行的最大转矩1120N.m，在弱磁转速下，主轴转速范围1875-3000rpm，连续运行的最大转矩随转速上升而下降，在3000rpm时，连续运行的最大转矩700N.m。在1：2.71速比下，在电机额定转速下，主轴转速范围0-4675rpm，连续运行的最大转矩517N.m，在弱磁转速下，主轴转速范围4065-6500rpm，连续运行的最大转矩随转速上升而下降，在6500rpm时，连续运行的最大转矩323N.m。

主轴齿轮箱：主轴齿轮箱的一侧连接直流电机，另一侧连接飞轮盘和试验件；主轴中心部分加工有通孔，通过集流环将离合器压盘上的温度信号传出，为了保证主轴能在6500r/min的高速运行，有润油站提供的润滑油对主轴齿轮箱的轴承进行润滑机降温，并且安装有温度传感器实时监控轴承的温升。

分离机构：由丝杆、直线轴承、支架、力传感器和轴套等构成，由伺服电机驱动，控制离合器的分离与结合，分离行程由位移传感器直接测量。

扭矩传感器：安装在从动轴与后端负载之间，量程可选择1000N.m。

惯性飞轮组合：惯性飞轮组合安装在机座的后端，惯量按0.1Kg m2递增，最大转动惯量可达5.25kg.m2。

盘式制动器：施加道路阻力矩通过电气比例阀控制盘片夹紧力，使道路阻力可調。

碟刹器：安装碟刹控制从动轴的制动，设有刚性锁止机构，可由人工手动锁死从动轴进行试验（用于动、静摩擦力矩试验时固定从动轴）。

离合器安装部分：由防护罩，输出花键轴组成，在防护罩侧面加工有两个热风循环口，顶部加工有一个废气排出口。

3、综合性能试验台电控系统设计

综合性能试验台电控系统分为电气系统和软件系统，其中电气系统是整个电控系统的基础，软件系统用于控制电气系统的执行以完成离合器试验。文中介绍了电气系统结构选择，试验软件系统及操作，以及安全保护设计等。

3.1电气系统设计

3.1.1电气系统结构。电气系统结构主要由UPS电源、工控机、以太网交换机、温度采集模块、底层测控模块、伺服控制模块、PLC模块、变频器、伺服电机等组成。PLC、直流电机控制、交流接触器以及其它强电元件安装在强电控制柜中，工控机安装在弱电控制内，弱控制柜内还安装由信号调理板、低压电源、线性电源、放大板、低压继电器等、转速传感器、扭矩传感器、温度传感器、力传感器、位移传感器等安装在主机上。

综合性能试验台主电源要求：AC380V±10%、50Hz（三相五线制）；输入功率：≤250KW。电气控制系统供电由220V交流电经在线式的UPS电源后输出提供电源，保证了整个电气系统电源的稳定性以及试验过程中突然掉电试验结果不丢失。电气控制系统通过以太网，使工控机、温度采集模块、测控模块、伺服控制模块、PLC模块、变频器实现数据交互、指令发送、状态回馈等功能。测控模块是该电控系统最核心的模块之一，该模块主要功能包括2部分：

1）数据采集功能。采集加载电机编码器信号、扭矩传感器信号、位移传感器信号、拉压力传感器信号并换算成实际值。2）数据上传功能。上传传感器数据到工控机。

3.1.2试验软件设计及操作。设备软件系统由工控机软件及PLC软件组成。其中，设备的动作由PLC控制，而试验流程的控制由工控机管理和调度。所有试验参数均通过通讯方式传给PLC，操作者不需要对PLC进行操作；而设备维修工程师则有必要了解PLC程序以方便快速诊断设备故障并进行处理。

3.1.3安全保护设计。试验系统安全性是设备的重点，安全保护大致可分为三类，分别是对人的保护、对试验设备的保护以及对试件的保护。

1）对人的保护主要防止人在使用设备过程中有触电的危险。系统针对电机、综合性能试验台架金属底座、电气柜都进行了良好接地，并测量了接地电阻，电气输入部分还设计了漏电保护，确保人在使用设备过程中的安全。2）对试验设备的保护主要防止设备在运行过程中出现损坏。

4、结束语

本文设计的离合器综合性能试验台可以清晰、准确地检测到离合器在长时间高强度下工作所产生的动态损失。在设计过程中，充分考虑了实际测试要求及综合性能试验台的加工、装配等工艺，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]严正锋.汽车离合器设计与制造[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]陈红光.离合器综合性能试验台设计[J].企业技术开发，2013.

（作者单位：桂林福达股份有限公司）