（机械电子工程专业论文）汽车离合器盖总成综合性能检测机结构误差分析与综合.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt ot i a n ji nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y f o rt h em a s t e r d e g r e e a u t o m o b i l ec l u t c hc o v e r a s s e m b l y d e t e c t i n gm a c h i n e s t r u c t u r a le r r o r a n a l y s i sa n ds y n t h e s i s b y w a n g j u t a o s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f z h a o l i a n y u j a n u a r y2 0 1 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 墨鲞墨墨太堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王巨请签字日期：矽峰f 月2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 墨盗墨墨盘望有关保留、使用学位论文 的规定。特授权叁盗墨墨太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王巨籍 导师签名：赵氆易 签字日期：刃，d 年f 月7 日签字日期：钏口年月2 7 日 摘要 汽车离合器盖总成综合性能检测机作为汽车离合器行业的专用检测设备，目前国内 还没有成熟的定型产品，不属于通用仪器设备，且进口设备价格昂贵，而为了保证离合 器总成的质量，避免产生安全事故，该检测设备又是必备的。因此，研究开发高性能、 高精度的汽车离合器专用检测设备，是目前市场的急需，具有较高的工程应用价值。 本文先阐述了国内外研制该检测机现状，并说明各自特点。根据技术要求提出各种 可行方案，并做出可行性分析，从而确定主要结构形式，且进行具体结构设计，完成装 配图。然后，分析影响检测机测试精度的各种可能因素，其中零部件的变形作为重点分 析内容，先对各个零部件的变形与载荷的关系进行分析，通过a n s y s 等分析软件进行仿 真分析，提出优化方案，并对改进模型进行再分析以达到理想结果。在减小结构变形的 同时，兼顾了简化结构和减小成本问题，属综合性分析，从而给出了改进和优化结构设 计的指导性原则，最终达到提高检测机检测精度的目的。 根据本文研究结论设计制造出的检测机，满足了厂家的生产要求，现工作稳定，测 试精度高。此次研究很好的达到了预期效果。 关键词：离合器检测变形有限元法结构优化 a b s t r a c t a u t o m o b i l ec l u t c hc o v g ta s s e m b l yd e t e c t i n gm a c h i n ei sas p e c i a l - p u r p o s ee q u i p m e n ti n a u t o m o b i l ec l u t c hi n d u s t r y , t h e r ei s n tm a t u r ea p p r o v e dp r o d u c tf o rt h ei n d u s t r y i ti sn o ta g e n e r a l - p u r p o s ee q u i p m e n t ，a n dt h ep r i c eo fi m p o r t e de q u i p m e n ti se x t r e m e l ye x p e n s i v e b u t i no r d e rt oe r l s u r et h eq u a l i t yo ft h ec l u t c ht oa v o i ds a f ea c c i d e n t ，t h ed e t e c t i n ge q u i p m e n ti s n e c e s s a r y t h e r e f o r e , t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fh i g h - p e r f o r m a n c e , h i g h - p r e c i s i o n d u t c hc o v e rd e t e c t i n gm a c h i n ei st h ec u r r e n tm a r k e tn e e da n di th a sah i g hv a l u ei np r o j e c t a p p l i c a t i o n t h ed e v e l o p m e n to ft h ed e t e c t i n gm a c h i n ea td o m e s t i ca n da b r o a di sd e s c r i b e df i r s t l y w i t he x p l a n a t i o no fe a c hc h a r a c t e r i s t i c a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s v a r i o u s o p t i o n sa n df e a s i b i l i t ya n a l y s i sa r ep u tf o r w a r dt od e t e r m i n et h ef o r mo ft h em a i ns t r u c t u r e s ot h ea s s e m b l yd r a w i n g sc a nb ec o m p l e t e d a n dt h ep a p e rp r o v i d e st h ea n a l y s i so ft h e p o s s i b i l i t yf a c t o r s ，w h i c ha f f e c tt h em a c h i n et e s t i n ga c c u r a c y c o m p o n e n ta n dp a r t s d e f o r m a t i o na r et a k e ni n t oa c c o u n ta sp r i o r i t y a n db e s i d e s ，t h et e l a t i o n sb e t w e e nd e f o r m a t i o n a n dl o a da r ea n a l y z e d a n s y ss o f t w a r ei su s e dt os i m u l a t ea n dr a i s es o m eo p t i m i z a t i o n p r o b r a mo rm o d e l w h i c hw i l lb er e - a n a l y z e di no r d e rt oa c h i e v et h ed e s i r e dr e s u l t s 珊l e nt h e s t r u c t u r a ld e f o r m a t i o n sa r er e d u c e d s t r u c t u r es i m p l i f i c a t i o na n dc o s tr e d u c t i o na r et a k e ni n t o a c c o u n t 、m n lt h i sc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s ，t h eg u i d i n gp r i n c i p l e so fs t r u c t u r a li m p r o v e m e n t a n do p t i m i z a t i o na r e 百y e l l t l l i sc a na c h i e v ei m p r o v i n gc h e c k e da c c u r a c yo ft h em a c h i n e u l t i m a t e l y a c c o r d i n gt ot h ec o n c l u s i o no ft h i sr e s e a r c h ，at e s t i n gm a c h i n ew a sd e s i g n e da n d m a n u f a c t u r e d t h em a c h i n es a t i s f i e dt h em a n u f a c t u r e rr e q u i r e m e n t s a n dw o r k e ds t a b l yw i t h l l i 曲t e s t i n gp r e c i s i o n t h i sr e s e a r c ha c h i e v e st h ee x p e c t e dr e s u l t ss u c c e s s f u l l y k e yw o r d s ：c l u t c ht e s t ，d e f o r m a t i o n ，f i n i t ee l e m e n t ，s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 课题来源及意义1 1 2 检测机功能参数及原理2 1 3 国内外研究状况3 1 4 机械结构的方案分析5 1 4 1 主体结构5 1 4 2 动力执行方式5 1 4 3 综合分析及结论7 1 5 本文研究主要内容7 第二章检测机精度误差分析8 2 1 检测机主要机械结构8 2 2 机械结构的精度误差分析1 5 2 2 1c 型头结构误差分析1 5 2 2 2 动力传导系统误差分析1 7 2 2 3 辅助件的误差分析2 0 2 3 控制系统误差来源分系2 2 2 3 1 系统结构2 2 2 3 2 数据采集误差分析2 3 2 3 3 硬件电路误差分析2 3 第三章机械结构的有限元分析及优化2 5 3 1 有限元分析应用概述2 5 3 2c 型头结构的分析及优化2 6 3 2 1 模型建立2 6 3 2 2 半模型分析2 6 3 2 3 全模型分析2 8 3 2 4 优化方案2 9 3 3 动力传导结构的分析及优化3 0 3 3 1 模型建立3 0 3 3 2 静力分析3 0 3 3 3 偏载分析3 3 3 3 4 优化方案3 4 3 4 整体优化结论3 5 第四章建模仿真与实验数据3 8 4 1 机械结构仿真方法概述3 8 4 2 检测机主要机械结构仿真模型3 8 4 3 实验数据及评估4 0 第五章结论与展望4 1 5 1 结j 沦4 l 5 2 展望4 l 参考文献4 2 发表论文和科研情况 兑明4 5 致谢4 6 第一章绪论 1 1 课题来源及意义 第一章绪论 本课题来源于长春市某离合器股份有限公司，该公司是我国规模最大的离合器生产 企业，其产品覆盖了从轿车到大型载重货车的所有规格离合器，因该公司新近上马了一 个军工项目配套服务。由于是军工项目，该公司经过慎重考虑和严格筛选，决定与我校 合作，委托设计制造双片离合器总成分离测试试验机一台，用于检测每个准备出厂的离 合器总成。 离合器作为汽车的关键部件之一，它是传动系统中直接与发动机和变速箱相联接的 部件，安装在发动机与变速器之间，用来分离或接合前后两者之间动力联系，典型结构 如图1 1 所示：l 为从动盘，2 为离合器，3 为发动机，4 为变速器。发动机发出的转矩， 通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当踩下离合器踏板时，通过 机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。其主要功 能为：( 1 ) 使汽车平稳起步。( 2 ) 中断传动系的动力接合，配合换档。( 3 ) 防止传动系过 载。可见其性能的优劣直接关系到传动系统的负载能力、使用寿命及安全性。 3 图1 1离合器、发动机和变速器的关系 汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分 为湿式和干式两种，目前在汽车上广泛采用的是用干式摩擦离合器，采用膜片弹簧压紧。 摩擦离合器应满足以下基本要求：( 1 ) 能作到分离时，彻底分离，接合时柔和，并具有 良好的散热能力。( 2 ) 保证能传递发动机发出的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余 力。( 3 ) 压盘压力和摩擦片的摩擦系数变化小，工作稳定。( 4 ) 具有缓和转动方向冲 击，并衰减该方向振动的能力，且噪音小。( 5 ) 从动部分的转动惯量尽量小一些，在离 合器分离进行换档时，与变速器输入轴相连部分的转速就比较容易变化，从而减轻齿轮 间冲击。 ( 6 ) 操纵省力，维修保养方便。 基于汽车离合器的广泛使用和重要作用，具有有重大的市场价值，应运而生了多种 第一章绪论 检测设备以满足离合器产业的需求。其中汽车离合器盖总成综合性能检测机作为汽车离 合器行业的专用检测设备，由于不是通用仪器设备，目前国内还没有成熟的定型产品， 所以进口产品价格极为昂贵，一般每台售价在2 5 卜3 0 0 万元( 人民币) 左右，目前国内 专业生产汽车离合器的生产厂家多达4 0 0 余家，其中只有极个别的大型企业有条件采用 进口检测设备，而大多数厂家只能采用低性能的设备对其产品进行检测，甚至有不少厂 家没有检测离合器综合性能的设备。造成国内汽车离合器行业产品质量参差不齐、甚至 在维修市场存在严重的假冒伪劣现象。 因此，研究开发高性能、高精度的汽车离合器专用检测设备，是目前的市场急需， 具有较高的工程应用价值。 1 2 检测机功能参数及原理 目前应用最广泛的膜片弹簧离合器( 如图1 2 ) 的核心部件膜片弹簧，由于其材料 的离散性、热处理过程中温度分布的不一致性，导致外形完全相同的膜片弹簧常常具有 差异极大的力学性能哺1 ，因此国家标准中规定这种类型的离合器出厂前必须1 0 0 检测， 共有1 2 项参数需要检测，其中最为重要的为：负荷特性与压盘压紧力、分离特性与分 离间隙( 压盘升程) 、压盘倾斜量等，既有力学参数，又包含尺寸参数。此类离合器的 主要结构如图1 3 所示。 图1 2 膜片弹簧离合器 图1 3 膜片弹簧离合器结构图 2 丞 第一章绪论 图1 3 中，1 表示离合器盖，2 表示离合器压盘，3 表示膜片弹簧。 一般情况下对离合器的力值测量精度要求1 ，尺寸检测精度要求在0 0 2 r a m 范围内。由于多数参数须在离合器模拟装车环境下动态测量，且测量过程中需外加多达 数吨重的载荷( 因车型大小不同而定) ，所以，对离合器检测设备的要求得就变极为严 格，不但要考虑检测机本身零件加工误差及装配误差的影响，同时还要考虑外加载荷对 检测机整机或部件刚度的影响及其与测量精度的关系。只有检测机本身的性能指标达到 要求，才能以其检测出的数据为依据判断离合器的合格与否。 检测机的工作原理就是由卡紧装置将离合器盖总成固定，然后对离合器的压盘加载 使其达到新离合器安装状态一，由分离压头对膜片弹簧的指端施压并保证一定的分离距 离，在这个过程中采集所需的压盘压紧力、分离特性与分离间隙( 压盘升程) 、压盘倾 斜量等项目，然后改变对压盘的加载状态使其保持在离合器磨损时状态，再次采集与新 离合器相同的参数项目。最后，先恢复离合器到放松状态，再对离合器压盘连续加至一 定载荷后连续卸载，从而获得负荷特性值。以上过程及为一次完整的离合器检测过程。 1 3 国内外研究状况 离合器盖总成检测设备属于专用设备，生产的批量很小，很少有专业公司进行研究 制造。目前，国外基本上没有专门生产离合器检测设备的专业公司，一般都是大的离合 器生产商自主开发、内部使用。国内从事离合器总成检测的研究单位主要集中在研究所、 高等院校等科研单位，主要研发形式有两种：一种是仿制，如湖北黄石优利福公司、长 春中联仪器公司等；另一种则是自主设计，有代表性的单位如东南大学、上海交通大学、 长春试验机研究所和我校等数家单位。 上海交通大学早在1 9 9 4 年就完成了汽车离合器盖总成自动化测试台的研制，该机主 要由电控箱，机械本体和液压站三大部分组成，机械部分配合传感器通过液压驱动的形 式，实现对离合器盖总成的全部测试动作，其动力执行元件为液压缸。可分别测出离合 器盖总成的压紧力和压盘升程。机械部分主要是由液压缸，压紧装置，压紧力传感器， 力及位移测量传感器，工件垫块和行程开关等部件组成暗1 ，基本实现了盖总成的综合性 能检测功能。东南大学金振华教授领导的课题组开发了汽车离合器系列检测设备，包括 盖总成综合性能检测机、从动盘扭转刚度试验机等，在国内南方地区具有一定影响力。 其总成综合性能检测机结构形式与上海交通大学类似，也是采取液压驱动。从技术路线 上看，该单位开发的检测设备强调功能的专用性，往往是一个( 或几个) 参数用一台设 备实现，综合性和效率都不高。黄石优利福公司参考法国瓦雷奥公司的检测设备进行了 较为成功的仿制，其产品主要适用轿车产品，测试范围很小，不适于大型载重车离合器 的检测。 还有如长春中联仪器公司参照英国a p 公司的产品也开发了伺服式盖总成综合性能 检测机，其他多所高校在离合器检测方面都有所研究，如黄石理工学院的汽车离合器自 由行程检测机和盖总成动态分离耐久试验机，长春工业大学的汽车离合器从动盘托拽分 离试验机，以及一些专门在控制系统的研究等等。得益于这些研究成果，产生了专门从 第一章绪论 事生产离合器检测设备的企业，为离合器行业的发展提供了设备保证。 以下是国内检测设备生产厂家的产品外观图片。 图1 4 长春中研离合器检测机 图1 5 长春中联仪器公司离合器检测机图1 6 黄石优利福离合器检测机 从整体上看，受国内基础工业水平的限制，尽管我国从事汽车离合器检测设备研发 的单位很多，但技术水平不高，与发达国家相比尚有较大差距。具体差距主要表现在： ( 1 ) 检测精度低、稳定性差，测试数据重复性不高； ( 2 ) 可靠性差、使用寿命低。平均无故障时间仅可达数百小时； ( 3 ) 基本上不具备互换性； ( 4 ) 控制功能单一、外观设计简陋。 造成这种现象的主要原因无外乎以下几点： ( 1 ) 目前关于离合器盖总成检测设备的机械本体部分，基本局限于功能设计，没 有进行结构优化； ( 2 ) 结构设计部分缺乏必要的基础性研究工作，如结构强度、刚度的有限元分析 与数值模拟，仅仅在工程开发的层面上解决表面问题。 ( 3 ) 对加工和装配误差对测试精度的影响缺乏必要的数学建模与分析，更谈不上 补偿措施。 ( 4 ) 控制系统方面，关键元器件的选型及控制系统电磁兼容性研究水平较低，直 接导致可靠性差的后果。 ( 5 ) 缺乏人机工程学方面的系统研究和设计。 4 第一章绪论 通过以上简单分析可知，如何提高整机结构和关键零部件的机械精度、如何控制和 减小多刚体运动过程中的变形，即机械系统承受离合器膜片弹簧非线性反作用力时，导 致的结构形变，对检测机的测试结果都会产生影响，等诸多方面都需要加以处理和完善， 这是提高汽车离合器盖总成综合性能检测机整机性能的关键。 1 4 机械结构的方案分析 1 4 1 主体结构 常见的离合器检测机在每次检测推式离合器时，需要人工辅助安装和卸下指端压 头，不能实现全自动，安全系数低，而c 型头结构无需在每次测量时人工辅助安装和拆 卸压头，能够实现全自动，可显著地提高离合器检测机的工作效率。但是，采用c 型头 结构在设计上会更加复杂，产品成本固然会提高。 测量分离力的方式是采用执行元件带动分离压头推拉膜簧指端的形式，因为所需行 程相对较大，由气缸或油缸带动压头来完成此动作比较合适，又可节省空间，且气缸和 油缸应用范围广泛技术成熟，考虑到此动作需要1 0i ( n 以上的力，显然气缸的功率难以 达到，而且油缸的工作平稳性和响应速度方面比气缸要好，有利于检测数据的采集，故 采用油缸带动分离压头的方式比较好。 根据离合器的结构，为能模拟出离合器在汽车上的安装状态，只有将离合器盖牢牢 固定住再进行检测，所用的压紧机构也不能妨碍动力执行机构对离合器压盘施载，由于 此载荷较大( 最大5 0 k n ) ，并且卡紧动作要在2 秒左右完成，结合这两点，仍需要采用 液压方式来实现对离合器的卡紧和放松。另一方面，因不同型号离合器的盖子外形有所 不同，能承受压力的受力点也不同，其周向和径向位置都会有一定变化，所以压紧机构 要采用多点压紧，而且压紧位置可调节以适应不同品种离合器的压紧需求。 对离合器压盘的加载是整个检测机的核心过程，所需加载力很大( 最大5 0 k n ) ，对 加载的举升机构的尺寸精度要求高，与压盘接触的承载盘所在面，以及离合器盖下部的 定位端面，当整个离合器装卡和压盘加载后，这两个面的平行度要求0 0 2 m m ，尤其 对于大型号离合器来说这一要求是比较苛刻的，所以对检测机举升机构的稳定性和精度 要求是相当高的，为满足两个平面的平行度要求，与压盘直接接触的承载盘不宜采用整 个圆平面，两个整圆平面的高等级形位公差要求较难满足，所以承载盘上采用3 个圆形 支钉与压盘接触，这样既容易测量精度，又能相对容易保证精度要求，最后通过动力执 行机构将动力传导到承载盘，推动离合器压盘到规定位置。 1 4 2 动力执行方式 动力执行方式是指采取何种驱动形式把动力传导到承载盘，从而对离合器总成的压 盘加载。通过对不同时期，不同厂家的产品对比，不难发现，驱动形式主要有以下3 种， 如图1 7 ，1 8 和1 9 所示。 第一章绪论 图1 7 液压式 图1 9 楔块式 图1 8 齿盘式 图1 7 中，1 为承载盘，2 为导向，3 为力传感器，4 为油缸，5 为光栅尺或行程开关， 6 为挚块。工作过程是：液压缸直接作用将承载盘项起到一定高度，此高度要高于垫块 的高度，而后垫块到位，液压缸卸载，通过垫块的限位作用，使承载盘加载压盘到了指 定位置。采用液压缸作为驱动元件，其优点是驱动力大，动作时间短，控制比较简单， 通过采集光栅尺位置数据或设置行程开关的位置来控制液压缸的行程，对控制器的要求 简单，p l c 控制器即可实现。但其缺点也很明显，普通液压系统控制的液压缸，其推力 受系统压力的影响比较大，容易形成冲击影响检测，此外液压方式的精度很难控制，自 我定位精度很难保证。而且该形式无法自动实现新、旧工作点的转换，只能测出离合器 一种状态下的压紧力和分离特性，由于冲击较大，容易对挚块造成磨损，测量时的工作 点会失准，故工做稳定性较差。 图1 8 中，1 为承载盘，2 为导向，3 为力传感器，4 为丝杠，5 为齿盘，6 为电机， 7 为垫块。工作过程是：电机带动齿盘旋转，齿盘内与丝杠的配合关系使得丝杠推动承 载盘向上运动，进而对压盘加载，当丝杠有自锁功能时，不需要用垫块来定位使压盘到 达指定位置。这种形式较液压形式有了较大改善，比液压式的定位精度要好，而且在不 6 第一章绪论 用垫块时，无明显的冲击现象，工作较平稳。但是，该形式的结构较复杂，成本高，由 于环节较多，每个环节的误差累计起来仍然会对定位精度造成一定影响，而且当不用垫 块来定位时，电机必须选择伺服电机来驱动以实现准确定位，这对控制系统又提出了较 高的要求。 图1 9 中，1 为承载盘，2 为导向，3 为力传感器，4 为上楔块，5 为下楔块，6 为 伺服电机，7 为丝杠。工作过程是：伺服电机带动下楔块前进和后退，与之配合的上楔块 随动，从而对压盘加载和卸载，其主要特点是负荷特性测试时的加载方式采用伺服电机 驱动，通过丝杠传动带动楔块平移，然后通过另一个与之配合的楔块实现举升动作，由 伺服电机进给来定位。伺服电机的主要特点有：( 1 ) 自动调整，高性能的实时自动调整 增益。( 2 ) 高速高响应，速度响应频率最高达1 k h z ，有高性能的机械适应性。( 3 ) 低振 动，电机内置不同功能的滤波器。这种执行方式的优点在于，伺服电机的有良好的可控 性，其驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成 位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠，很 容易通过数字化控制实现工作点的自动转换，而且定位精度高，可实现所有状态下的综 合性能测试，工作平稳。缺点是控制系统复杂，要考虑电机的抗干扰问题，机构到位所 需时间较液压式的要长。 1 4 3 综合分析及结论 根据以上检测机主要机械部件的分析和用户的需求，为了提高检测机的可靠性和实 用性，以此为首要考虑的要素，并且要达到一定的生产效率，故采用c 型头结构和楔块 式驱动形式的组合结构比较合理，这种方案能够实现检测过程的全自动，摒弃了原有设 备在测试过程中需要人工干预的过程，这不仅提高了检测效率，而且提高了操作过程中 的安全性。伺服电机的使用能够提高检测精度，增强了设备的稳定性和可靠性，为整机 的性能提升起到了较大作用。虽然此方案的机械系统和控制系统需要投入更多的设计成 本和原材料成本，但为了研制出一台高性能、高可靠性的的检测设备，对汽车离合器生 产企业的意义更为重要，所以采用该结构形式是合理可行的。 1 5 本文研究主要内容 本文主要从汽车离合器盖总成综合性能检测机机械结构设计角度，分析影响检测机 测试精度的各种可能因素并对其进行分析。检测机由多刚体组合而成，工作中在载荷的 作用下每个零件都会有形变，从而影响检测数据，因此首先需要对各个零部件的刚度变 形与载荷的关系通过a n s y s 等分析软件进行数值模拟并给出具体的描述，在此基础上再 对各零部件的影响进行综合，从而给出改进和优化结构设计的指导性原则，最终达到提 高检测机测量精度、性能的目的。 7 第二章检测机精度误差分析 第二章检测机精度误差分析 2 1 检测机主要机械结构 此离合器盖总成检测机主要由c 型头机构，定位板组件，动力箱，卡紧机构，起吊 装置，打标装置和液压系统等组成。对各部件、装置做如下说明： 一、c 型头机构 c 型头机构用于检测推式离合器，图2 1 中所示零件分别 为：1 油缸，2 力传感器，3 测头，4 c 型头，5 台面。工 作时，油液压力通过油缸一力传感器一测头，由测头传递给膜 片弹簧，压缩推式膜片弹簧的指端至一定分离行程，可测得离 合器的分离力。同时，根据离合器的内部的杠杆原理，该过程 可使装卡状态的离合器压盘脱离承载盘一定距离，此距离即为 需要采集的压盘升程，所以测头的分离过程也是测量离合器升 程的过程。而且测头端面与离合器指端的端面要平行，测头中 心与指端所围成圆的中心要尽量同心。 台面是此检测机的操作面，是整台设备的基准面，其它零 部件都直接和间接的以该平面为安装调试基准，故对其强度、 刚度以及加工精度要求很高。如图2 1 所示，台面上的6 个长 圆弧孔用于调节压紧机构圆周方向的相对角度，根据不同型号 离合器卡紧点的不同做出相应调节，从而实现对不同型号离合 器的压紧。 图2 1c 型头结构图 二、定位板组件 定位板组件的结构形式如图2 2 所示。 定位板组件在整个结构中起到承上启下的作用，上与台面连接，下边作为其它零部 件连接的基础，连接动力箱和提供分离力的油缸，以及作为动力杆件导向的支撑，主要 包括以下部分：1 测头，2 支钉，3 承载盘，4 力传感器，5 力传感器连接板，6 力传 感器，7 定位板，8 油缸，9 位移传感器，1 0 动力杆。可见与定位板相关联的零部件 诸多，故对其加工精度和装配精度要求较高。其中测头和油缸用米检测拉式离合器，作 为推动拉式膜片弹簧指端的动力执行元件。 第二章检测机精度误差分析 图2 2 定位板组件 工作过程中，动力通过动力杆传递至承载盘支钉做举升和回落动作，实现对已装卡 离合器的加载和卸载，加载过程主要有两个作用，一是通过连接在承载盘上的力传感器 采集离合器的负荷力，二是承载盘对压盘加载到某指定位置，此位置为离合器的新点工 作位置或旧点工作位置。在保持这两个工作点中的任意一个不动，由油缸带动分离测头， 推动膜片弹簧指端至一定的分离行程，可测的该离合器的分离力。另一方面，与检测推 式离合器同理，在测量分离力的过程中，需要测量该离合器的压盘升程，通常为使检测 结果更准确，需要分离测头进行几次预压之后在进行检测采集数值。 三、动力箱 动力箱是整台检测机的核心部件，作为机械系统动力的来源，其主要零部件构成如 图2 3 所示。 图2 3 动力箱结构图 9 第二章检测机精度误差分析 动力箱位于整个检测机的最下部，主要包括以下零部件：1 动力杆，2 箱体，3 升 降板，4 上滑块，5 下滑块，6 丝杠，7 联轴器，8 伺服电机。其主要作用是使承载盘 举升和回落，并且要保证位置精度小于0 0 l i r a ，这就要使用具有较高性能的伺服电机 作为驱动元件，来满足较高的精度要求。且承载盘对压盘的压力是由伺服电机的扭矩转 换而来，所以伺服电机兼有保证位置精度和提供动力的双重作用。 在工作过程中，伺服电机进给使丝杠旋转，丝杠带动下滑块推进，下滑块将推动上 滑块上移，使得水平推动力转变为垂直动力传递给动力杆。垂直升降距离与下楔块水平 进退位移之间的比例为固定值，该系数为楔块倾角的正切值，为到达准确的工作点，丝 杠的旋转圈数和每一圈转过的角度都要由伺服电机严格控制，此过程对传动精度和伺服 电机的控制精度都要求比较高。 四、卡紧机构 由于大型离合器的压紧力比较大，所以在检测大型离 合器时需要有足够大的压紧力将离合器牢牢卡紧，如图 2 4 所示，该检测机的卡紧机构主要包括：1 进给气缸，2 台面，3 压板座，4 液压缸，5 压板，6 压头。 整台设备有卡紧机构6 套，每套的额定压力为 1 5 0 0 0 n 。需要检测离合器的型号众多，不同型号离合器的 压紧点也有所不同，不仅是水平圆周方向有差异，垂直方 向也有相应要求，所以卡紧机构各自的相对位置沿圆周方 向可调，而且通过调节压板座前后位置，使压头达到径向 尺寸要求，当离合器盖的压紧点轴向尺寸发生变化，调节 压头的高度或更换相应压头。图2 4 卡紧机构 卡紧机构中的液压缸杆常态处于杆伸出，当离合器盖总成到达指定的装卡位置后， 卡紧机构开始工作，先由气缸将压板沿压板座推出到已经调整好的位置，然后液压缸工 作收缩缸杆将压板向下拉，直至压头接触的相应压紧点，将离合器盖压紧，此后方可开 始检测离合器，待检测过程结束后液压缸先松开，然后由气缸收回压板，离合器方可移 出检测初。 五、起吊装置 因大型号离合器盖总成的重量都比较大，如4 3 0 型离合器的重量达到3 0 至4 0 k g ， 靠人工装卸并不可行，故需要辅助装置将离合器从检测机装卡位置放入和移出，其主要 结构如图2 5 所示。起吊装置的吊具，要尽可能使离合器盖总成垂直升降到工作台面内 工装的中心位置，以免卡紧机构划伤离合器盖影响产品外观，并且利于操作人员操作， 保证生产效率，图中起吊装置主要包括的零部件有：1 导轨，2 手柄，3 滑动架，4 电 机，5 吊具。 l o 第二章检测机精度误差分析 图2 5 起吊装置 另一方面，由于起吊装置位于c 型头装置和台面之间，但空间有限，所以起吊装置 要尽量紧凑。为保证滑动顺畅，采用滚动轴承作为滑动轮。在吊钩吊起离合器时，整个 装置受偏载，又由于装置是在单轨道上滑动，所以容易发生滑架与导轨干涉，导致滑动 时费力，如图2 6 所示，剖切面为轨道截面，其余结构采用了示意画法，离合器改用重 物g 表示，干涉位置容易出现在( 1 ) 图中的a 点，为抵消掉由于受到偏载导致的摩擦， 采用增加平衡轮的方法，如图中( 2 ) 图所示，在轨道下方增加辅助支撑用轴承，以解 决该问题。 ( 1 )( 2 ) 图2 6 滑架改进前后 工作过程：滑动架沿导轨携电机、吊具一起滑动到工作台面的外端，这时启动电机 内的卷扬装置将吊具下放到待检测的离合器盖上，然后手工将吊具装卡到离合器上，这 时再次启动卷扬装置将离合器吊起，然后将滑动架沿导轨拉 回到台面检测位置的正上方，启动卷扬装置放下离合器，摆 好位置后手工松开吊具，最后启动卷扬装置收回吊具，待测 试完成后起吊装置将测完离合器移出放到相应位置。 六、打标装置 为区分产品的合格与否，需要在不合格离合器盖上做标 记的装置，如图2 7 所示，打标装置主要包括的零部件有： 1 进给气缸，2 打标气缸，3 滑板，4 导向杆，5 托架。根 据不同型号离合器盖的高度，托架可带动整个打标装置上下 移动以做出相应调节，并且气缸固定板与滑板之间可调节， 以适应不同型号离合器盖打标位置径向差异。 图2 7 打标装置 第二章检测机精度误差分析 当对离合器检测完毕并判断出产品合格与否后，若不合格则打标装置启动，工作过 程是：先由进给气缸推动滑板将打标气缸送出，然后打标气缸工作，带动冲头向下运动 将标记冲压到离合器盖上，打标完成后，进给气缸收回。 七、液压系统 液压系统是与此检测机的机械系统密不可分的，因为检测机的检测过程涉及到8 个 液压缸的动作，故对其基本参数和功能做出严格要求。一个完整的液压系统由五个部分 组成，即执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件和液压油，除执行元件以外，其余 元器件都以液压站为载体，构成液压系统的核心部件，其作用是为执行机构提供动稳定 的油液压力源。为提高检测效率，而且要保证检测数据的可靠性，在上下两个提供分离 力油缸的控制中增加了两个快速阀，同时配备速度调节阀，使这两个油缸自身的速度值 可手动调节，这就避免了由于测头推动膜片弹簧指端的分离过程太快，造成采集数值失 真，也避免了由于分离前过程太慢而影响生产效率，当这两个油缸处于空行程时，快速 阀打开，使油缸快速回到原始位置或走完较大空行程，尤其是在c 型头机构中，测量推 式离合器的长行程油缸来说，更能节省时间，使吊具及时到位吊走产品。该检测机的液 压系统原理如图2 8 所示，液压站的额定流量为1 5 l m i n ，额定压强为1 2 m p a 。 图2 8 液压系统原理图 首先，此检测机的工作要求是： ( 1 ) 压板压紧和放松需要的时问均为2 秒，即原理图中六个并联的压紧油缸充液 时间为两秒，其压力为1 5 0 0 0 n 。 ( 2 ) 上压缸的运动速度为l o o m m s ，额定压力为1 5 0 0 0 n 。 1 2 第二章检测机精度误差分析 ( 3 ) 下压缸的运动速度为l o o m m s ，额定压力为1 5 0 0 0 n 。 ( 4 ) 压紧缸、上压缸和下压缸之间不同步运动。 已知压紧油缸的缸径为5 0 m m ，活塞杆直径2 5 m m ，行程3 0 m m ；上压缸的缸径6 3 m m ， 活塞杆直径4 0 m m ，行程5 6 0 r a m ；下压缸的缸径6 3 m m ，活塞杆直径4 0 m m ，行程6 0 m m 。 ( 一) 流量的校核 t ， 根据流量计算的公式：q = 二 ( 2 1 ) t 式中：q 一流量( l m i n ) ；y 一液压缸容积( l ) ；t 一进给时间( s ) 。 压紧缸流量要求：在卡紧机构工作工作过程中，压紧缸有压紧和放松两个动作，其 中当压紧缸做放松动作时，缸体的无杆腔进油，此时所需流量大于压紧动作有杆腔进油 时的流量，此时只需校验放松过程液压缸所需液压站流量，且压紧缸的个数为6 ，同时 工作，计算过程为： ，、 矿 踢2 2 1 7 吐) 2 疗! 3 1 4 0 5 2 0 3 6 尘一尘 2 6 0 1 3 0 = 1 0 6 ( l m i n ) 1 5 l m i n 式中：d l 一活塞直径；三一液压缸行程；拧一液压缸个数。 分离液压缸的流量要求：分离液压缸有两个，都为双出杆油缸，且上液压缸的行程 大于下液压缸的行程，所以只需校验上液压缸的流量能否得到满足，具体计算过程为： ，、 y 鲮2 _ 2 f 三二竺二塑二竺：垫：! 兰竺! 二! 竺! 二! 1 ，6 0 5 6 0 1 0 0 6 0 = 1 1 1 6 ( l m i n ) 1 5 l m i n 式中：d 2 一活塞直径；“一液压缸杆直径；三一液压缸行程；以一液压缸个数； ，一杠杆进退速度。 可见，液压站的流量满足检测机工作时的要求。 ( 二) 压强的校核 f 根据压强计算公式：p = 冬 ( 2 - 2 ) j 式中：p 一压强( m p a ) ；f 一压力( n ) ；s 一活塞面积( m m 2 ) 。 压紧缸的压力校核：6 套卡紧机构的液压缸所提供的总的压紧力，要大于离合器盖 总成的负荷力峰值，才能保证在测试过程中能够压紧离合器盖，每个液压缸在额定压强 下的压紧力不小于1 5 k n 即可，以所需油液压强为校核对象，则校核过程为： 舅2 f1 5 0 0 0 三万( d 1 2 叫2 )丢x 3 1 4 ( 5 0 2 2 5 2 ) = l o 2 胁 1 2 舰 式中：，一压紧力；d l 一活塞直径；4 一液压缸杆直径。 分离油缸的压力校核：上下油缸提供分离力驱动膜片弹簧指端，根据不同型号离合 第二章检测机精度误差分析 器盖总成的技术参数，该液压缸所提供的额定压力不小于1 5 k n 即可，仍以所需油液压 强为校核对象，则校核过程为： 最2 f1 5 0 0 0 i 1 万( b 2 一确丢3 1 4 ( 6 3 2 _ 4 0 2 ) = 8 0 7m p a 12 m p a 式中：，一压力；d 2 一活塞直径；d ：一液压缸杆直径。 由上面对压强和流量校核的计算可知，该液压站的额定压强和额定流量均大于实际 需要值，能满足检测机的工作要求。 八、盖总成检测机整机样图 由以上诸多机械零部件和其它大量的辅助元件，其中辅助元件主要是指力传感器、 位移传感器、接近开关、光栅尺和行程开关等，组装而成了复杂的检测机本体，而且还 配备了适应不同型号离合器的装卡工装4 种，分离压头3 种，承载盘支钉3 种。其主要 结构如图2 9 所示。 图2 9 盖总成检测机装配图 1 4 f - - 1 第二章检测机精度误差分析 此检测机能够满足厂家检测要求，能检测产品型号众多，包括3 8 0 型的2 种，4 0 0 型的1 种，4 3 0 型的6 种。检测效率较高，单件测试时间为4 3 秒，且检测稳定性较高。 检测机整机的结构复杂，是由微机测控技术、机械和液压技术相结合的机电液一体化设 备，应用工业计算机作为该检测机的测控核心，使用了先进的计算机控制技术、先进的 驱动控制接口，检测过程的测试与控制均自动完成，该设备充分考虑人性化特点，设计 了友好的用户界面和操作按钮，便于用户操作，同时也可对离合器的各项参数进行输入 和修改，便于了解操作进程和测试结果。 2 2 机械结构的精度误差分析 检测机的机械本体是由众多零件按一定规则和要求组合装配而成的复杂结构。每个 零件除外购的标准件外都要按照设计的要求，由毛坏加工为成品后，按照相应的技术要 求进行组合、安装成机械整机，常见的技术要求有：预紧力的要求，强度、刚度要求， 装配后精度( 同轴度、平行度、平面度) 等n 引。结构越复杂，越难满足技术要求，尤其 是机械精度很难提高，这就为研制出一台高性能的设备提出了较高要求，保证了机械本 体的精度，能够为整套设备打下良好基础。影响整个结构精度的因素除了设计上的合理 之外，还应主要考虑控制零件的制造误差和装配误差。 制造误差主要是指，加工完的零件的实际尺寸和要求的理论尺寸之间的误差，其主 要来源有测量误差，加工误差等，以及零件自身的变化。其中，测量误差主要由测量者 和测量器具产生，测量者的误差主要是指测量者的经验、方法不同而造成的，测量器具 的误差来源跟量具自身的精度有关，比如游标卡尺测量误差就有主尺刻度的误差、游标 尺刻度的误差、刻度线宽度误差和零点误差等。此外，如果一个已经加工处理好的零 件，如长轴或者大面积的薄面板，若未能及时安装到位，且没能妥善保管，则会导致自 身变形，这就会使自身的直线度或平面度发生改变而形成制造误差。这些主观和客观因 素都会是零件制造误差的来源。 装配质量是影响产品功能要求的一个重要因素，对于一个复杂的机械