圆锥摩擦副剥离力矩测量方法与流程

本发明属于力学性能测量技术领域，涉及机械传动中圆锥摩擦离合装置中的圆锥摩擦副的性能测量方法，具体涉及一种圆锥摩擦副剥离力矩测量方法。

背景技术：

机械传动中的圆锥摩擦离合器与圆锥摩擦制动器，其主要工作原理是通过圆锥摩擦副，完成两个相对转动的部件结合在一起后，实现两个部件的角速度一致。因其结构简单，体积小，传动扭矩大而被广泛应用于机械传动各个领域中，其中较为典型的即汽车变速箱中的同步器。

为了测得圆锥摩擦副的摩擦性能，需要检测摩擦副结合时的各项指标。通常是对圆锥摩擦副施加轴向力，测得所能传递的扭矩的最大值等数据。而当需要检测圆锥摩擦副结合后分离时，需要给圆锥摩擦副施加一个分离的轴向力，或者释放轴向压力后，施加一个扭矩，使其剥离结合状态。目前，由于圆锥摩擦副在剥离过程中剥离力矩的峰值产生在极短的瞬间，造成力矩观察测量数值困难，采集数据不准确等问题。

技术实现要素：

本发明的目的旨在，针对现有圆锥摩擦副剥离力矩测量困难，采集数据不准确等问题，提供一种针对上述剥离方法中多个特性而设计的圆锥摩擦副剥离力矩测量方法，不仅便于观察测量数值，而且进一步提高了数据采集的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。

本发明采用的是由施压机构、测量机构、回转缓冲机构和回转机构构成的测量系统；施压机构、测量机构和回转缓冲机构顺次联接；施压机构用于向圆锥摩擦副提供轴向力；测量机构用于实现施加在圆锥摩擦副的轴向力测量和圆锥摩擦扭矩测量；回转缓冲机构与组成圆锥摩擦副的工件之一紧密接触或紧固连接，用于实现对圆锥摩擦剥离过程的缓冲；回转机构用于带动组成圆周摩擦副的另一工件旋转。本发明对测量装置没有给出明确的限定，本领域技术人员可以根据各组成机构的作用选择合适的结构。施压机构主要包括沿直线方向移动并传递动力的施压元件和驱动部件，施压元件对结构没有特殊要求，只要可以无损的传递动力即可；至于驱动部件可以采用伺服电机驱动或者气缸驱动等，例如滚珠丝杠传动副等。测量机构主要包括称重传感器和扭矩传感器。施压元件、称重传感器、扭矩传感器和回转缓冲机构通过与各机构形状匹配的常规连接座联接。回转机构也可以通过伺服电机驱动，回转机构还包括与伺服电机联接的回转传动部件以及安装在回转传动部件上的工作台。圆锥摩擦副通过夹具座安装在工作台和/或回转缓冲机构上。工作台和回转传动部件为本领域常用结构。夹具座可以根据具体圆锥摩擦副结构进行设计。测量装置不可避免的包括若干支撑机构，用于安装固定上述施压机构和回转机构。本领域技术人员可以根据上述各个机构的功能来采用各种支撑机构组装，构成上述测量系统。

上述回转缓冲机构的作用在于对圆锥摩擦副剥离过程的缓冲。回转缓冲机构可以采用目前常用的回转缓冲器来实现，也可以采用具有一定弹性的硬质橡胶。当采用具有一定弹性的硬质橡胶时，组成圆锥摩擦副的工件之一与火砖缓冲机构之间必须形成紧密接触，才能到达本发明中队剥离过程进行缓 冲的目的，且硬质橡胶相对于工件具有较大的摩擦系数。本发明中采用的回转缓冲机构包括套接的外转盘、内转盘以及使外转盘与内转盘实现弹性连接的扭簧；更进一步的，扭簧具有两个延伸的自由端，其中一端插入内转盘上设置的安装孔中，另一端拨动外转盘上的窗口；当外转盘和内转盘其中一个零件带动另一个零件转动时，就通过扭簧起到缓冲作用。可以通过调整扭簧的个数来调整扭簧的弹性刚度，进而调整整个装置的刚度；例如通过增加扭簧的个数提高弹性刚度或者通过减少扭簧的个数，来降低弹性刚度。扭簧可以采用市场外购的扭簧。上述回转缓冲机构不仅结构简单、易拆卸；而且内外转盘的弹性连接结构，在起到缓冲作用的同时避免了机械传动引起的额外能量损耗，确保测量数据的可靠性。回转缓冲机构的内转盘向内伸缩形成凹槽，用于与构成圆锥摩擦副的工件卡接，使两者紧固连接在一起。此外，回转缓冲结构进一步包括与内转盘同轴固定连接的端盖，用于与其它连接件连接。

本发明的测量方法是通过回转机构控制测量过程中的轴向力和转速，通过逐步施加扭矩采集到剥离瞬间的力矩最大值。并在检测过程中依据转速-力矩曲线，完成对转速的调整，使得施加在圆锥摩擦副剥离所需的力矩更平缓，获得的剥离力矩最大值更逼近峰值，采集的扭矩数据更精准、稳定。

基于上述测量原理，本发明提供了一种圆锥摩擦副剥离力矩测量方法，包括以下步骤：

(1)施加轴向力，将圆锥摩擦副安装在测量系统中；回转机构根据指令带动安装在其上的工件旋转；施压机构通过测量机构向圆锥摩擦副施加轴向力；测量机构将测得的轴向力传输给计算机；

(2)释放轴向力，当测得的数据达到设定值时，施压机构和回转机构停止运动；然后根据指令，施压机构向背离圆锥摩擦副的方向运动，直到完全释放轴向力；

(3)测量扭矩，回转机构带动安装在其上的工件回转，在回转缓冲结构的缓冲作用下，逐步向圆锥摩擦副施加扭矩；测量机构将连续测得的扭矩数据传输给计算机；

(4)当测量机构测得扭矩数值达到最大值时，组成圆锥摩擦副的工件剥离，随之测得的扭矩数值为零。

步骤(1)的目的是向圆锥摩擦副施加轴向力；在轴向力施加过程中，回转机构仍可以在足够大的扭矩下带动安装在回转机构中组成圆锥摩擦副之一的工件旋转，并将施加轴向力过程中采集到的轴向力和扭矩数据传输给计算机。计算机可以依据检测的数据，获得不同轴向力下对应的扭矩，对应于圆锥摩擦副在不同轴向力下的结合扭矩。对于回转机构和施压机构均由伺服电机来驱动的，可还以将伺服电机的转速数据传输给计算机。轴向力数据、扭矩数据、回转机构的转速数据进一步传输给显示器，进行实时显示。

步骤(2)的目的是释放轴向力。可以通过采集的轴向力数值判断轴向力是否完全释放；当采集的轴向力等于零时，即完全释放了施加给圆锥摩擦副的轴向力。在释放轴向力过程中，回转机构不进行任何操作。

步骤(3)的目的是测量圆锥摩擦副在剥离过程中施加在圆锥摩擦副上的扭矩。由于剥离过程中力矩的峰值产生在剥离过程中开始剥离时极短的瞬间，然后即刻变为零。本发明在该步骤中采取两中方式来实现上述过程。首先，由于回转缓冲机构的作用，能够放缓圆锥摩擦剥离过程，从而使得扭矩 传感器读得的扭矩值缓慢加大。进一步，在测量过程中，实时采集扭矩数据，根据经验转速-扭矩曲线可知，转速域扭矩成负相关，因此当扭矩逐渐增大时，应该降低转速，才能使得施加在圆锥摩擦副剥离所需的力矩更平稳，因此，本发明中计算机依据经验得到的转速-扭矩曲线生成控制指令，回转机构的伺服电机根据接收到的指令调整转速，直至测量机构测得的扭矩达到最大值。通过上述两种方式，进一步结合传感器采集技术，使得采集数据密度增加，获得剥离力矩最大值更逼近峰值，采集的扭矩数据更精准、稳定。上述转速-扭矩曲线可以通过多次试验得到的经验数据给出。

步骤(4)当测量机构测得扭矩数值达到最大值时，组成圆锥摩擦副的工件剥离，此时测得的扭矩数值即为剥离力矩；随后测得的扭矩数值为零。测量过程结束后，整理测量得到的数据，并将测量装置回复至初始状态，取下圆锥摩擦副。

本发明的效果在于：针对现有圆锥摩擦副剥离力矩测量困难，采集数据不准确的问题，采用本发明的测量方法，使圆锥摩擦副剥离过程中力矩增加更平缓，进一步按照“转速―扭矩曲线”对转速进行调整,得到最大扭矩值，测量数据采集准确、稳定。本发明的测量方法可广泛应用于汽车变速箱同步器剥离力矩的检测。

附图说明

图1是本发明实施例圆锥摩擦副剥离力矩测量系统的结构示意图。

图2是本发明实施例圆锥摩擦副剥离力矩测量方法的原理图。

图3是本发明实施例回转缓冲机构的主剖视图。

图4是本发明实施例回转缓冲机构去掉端盖的左视图。

图5是本发明实施例转速-扭矩曲线图。

图中：1、施压元件；2、回转缓冲机构；21、外转盘；22、内转盘；23、连接螺钉；24、端盖；25、扭簧；26、安装孔；27、窗口；3、被测试件a；4、回转传动部件；5、伺服电机；6、工作台；7、被测试件b；8、扭矩传感器；9、称重传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

本实施例采用的圆锥摩擦副为由被测试件a3和被测试件b7构成的被测试工件。

如图1所示，本实施例中采用的圆锥摩擦副测量装置由施压机构、测量机构、回转缓冲机构2和回转机构构成。施压机构主要包括沿直线方向移动并传递动力的施压元件1和伺服电机驱动部件(图中未画出)。测量机构主要包括称重传感器9和扭矩传感器8。施压元件1、称重传感器9、扭矩传感器8和回转缓冲机构2通过与各元件形成匹配的常规连接座联接，并由伺服电机驱动部件带动实现上下移动。回转机构包括伺服电机5以及与伺服电机5联接的回转传动部件4以及安装在回转传动部件4上的工作台6。被测试件a3通过夹具座分别安装在工作台6上；被测试件b7卡接在回转缓冲结构2的内转盘22内。

如图3至图4所示，回转缓冲机构2包括外转盘21、内转盘22以及使外转盘21与内转盘22实现弹性连接扭簧25。扭簧25的一端插入内转盘上设置的安装孔26中，另一端拨动外转盘21上的窗口27。内转盘22通过连 接螺钉23与端盖24同轴固定连接。回转缓冲机构2的端盖24通过连接座与扭矩传感器8联接。

结合图2，本实施例提供的圆锥摩擦副剥离力矩测量方法如下：

(1)施加轴向力，将圆锥摩擦副安装在测量系统中；回转机构根据指令带动安装在其上的工件旋转；施压机构通过测量机构向圆锥摩擦副施加轴向力；测量机构将测得的轴向力传输给计算机。

被测试件a3通过夹具座分别安装在工作台6上；被测试件b7卡接在回转缓冲结构2的内转盘22内。回转机构的伺服电机5根据计算机输出的指令，带动安装在工作台2上的被测试件a旋转；施压机构的伺服电机驱动部件带动与之相连的施压元件1、安装在施压元件1上的扭矩传感器8、称重传感器9和回转缓冲机构2一起向下移动。当被测试件a3和被测试件b7配合后，两个伺服电机继续运转，称重传感器9和扭矩传感器8开始采集数据，并将读得的数据传送到计算机。计算机可以依据检测的数据，获得不同轴向力下对应的扭矩，对应于圆锥摩擦副在不同轴向力下的结合扭矩。显示器实施显示轴向力数值、扭矩数值、第二伺服电机的转速以及程序执行情况。

(2)释放轴向力，当测得的数据达到设定值时，施压机构和回转机构停止运动；然后根据指令，施压机构向背离圆锥摩擦副的方向运动，直到完全释放轴向力。

当数据达到计算机事先设定的轴向力数值时，两个伺服电机同时停止运动。保持一定时间后，伺服电机驱动部件开始反方向回转，施压元件7及与扭矩传感器8、称重传感器9与回转缓冲机构2一向上移动，直至称重传感器9测得的数据为零，即完全卸掉施加给圆锥摩擦副的轴向力。

若采用的回转缓冲机构不与被测试件b7卡接在一起，此时要保证回转缓冲机构与被测试圆锥摩擦副紧密接触。

(3)测量扭矩，回转机构带动安装在其上的工件回转，在回转缓冲结构的缓冲作用下，逐步向圆锥摩擦副施加扭矩；测量机构将连续测得的扭矩数据传输给计算机。

伺服电机5根据计算机事先设定的回转转速控制指令运转，带动回转传动部件4及安装在上面的工作台6和被测试工件回转。由于此时被测试件a3和被测试件b7未为被剥离，扭矩传感器8会读到扭矩数据。由于回转缓冲机构2的内转盘22仍与被测试件b7卡接在一起，因此此时回转缓冲机构2也在伺服电机5的驱动下回转，在回转缓冲机构2的缓冲作用，读得的扭矩值会缓慢加大。扭矩数据被送入计算机后，计算机根据经验数据获得的转速-扭矩曲线的规律(如图5所示)，通过计算，输出指令，使伺服电机5逐步降低转速，直到扭矩传感器8读到扭矩数据达到最大值。

(4)当测量机构测得扭矩数值达到最大值时，组成圆锥摩擦副的工件剥离，随之测得的扭矩数值为零；测量过程结束。

当扭矩测量传感器8读到扭矩数据最大值时，被测试件a与被测试件b剥离，随之扭矩传感器8读到的扭矩数据为零，测量过程结束；整理测量得到的数据，并将测量系统回复至初始状态，取下一被测试工件。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然 在本发明的保护范围内。