制动器惯性试验台架的研究与开发

要汽车制动器是关系到行车安全的关键设备，其质量至关重要，而完善的测试体系和良好的测试设备是保证产品质量的前提和基础。论文在综合研究国内外汽车制动器试验台架的基础上，利用先进的控制理论和计算机技术，设计研制出了制动器惯性试验台架。该台架能够按照国标QC/T239-1997《货车、客车制动器性能要求》和QC/T479-1999《货车、客车制动器试验方法》的要求，可以实现汽车制动器性能的检测和试验，可以实现汽车制动器生产厂家的产品开发试验、产品质量控制以及汽车整车研发机构的制动系统匹配试验等。本文首先介绍了制动器性能要求和制动器试验方法，全面分析了国内外与制动器相关的试验设备的原理、现状和特点，提出了制动器惯性试验台架的设计原理和相关技术，并对惯性制动器试验台架的设计实现作了详细说明。具体包括试验台惯量的确定和组合、主驱动电机的选择、整机结构与安装方式、滑台结构与锁紧方式、试验台架冷却与除尘等。最后，结合试验台架设计要求和技术指标进行了分析验证。该试验台架顺利通过验收。实践证明：该试验台架在功能上能够满足最初提出的制动器效能试验、热衰退及恢复试验、制动衬片（块）磨损试验、制动器噪声测定以及同步测量记录试件温度、记录输入管路压力和输出制动力矩的关系、记录制动试件与输出力矩关系的要求。由于采用了成熟可靠的机电设备和自控技术，试验台架结构合理、控制手段先进、基本功能完善、系统运行安全、稳定、可靠。II关键词：惯性式；摩擦材料；制动器；试验台架；III目录第一章绪论.......................................................................................................11.1问题的提出.....................................................................................................11.2研究意义.........................................................................................................11.3国内外摩擦材料试验设备分析.....................................................................21.4相关技术概述...............................................................................................141.5本论文的主要研究内容...............................................................................19第二章制动器相关理论分析.......................................................................202.1制动摩擦原理...............................................................................................202.2制动器性能要求...........................................................................................242.3制动器性能试验方法...................................................................................32第三章制动器惯性试验台架设计原理...................................................473.1汽车制动过程分析.......................................................................................473.2制动器惯性试验台架基本设计思路...........................................................483.3制动器惯性试验台架设计原理...................................................................50第四章制动器惯性试验台架技术方案与设计实现..........................694.1重型车制动器惯性试验台架《设计任务书》...........................................694.2重型车制动器惯性试验台架设计与实现...................................................72第五章试验台架应用实例——自动调整臂试验...............................965.1自动调整臂工作原理...................................................................................965.2影响自动调整臂功能的因素分析...............................................................98IV5.3自动调整臂的性能检测...............................................................................995.4试验方法及实测数据.................................................................................1015.5出现间隙变化的原因分析.........................................................................103第六章结论与建议.........................................................................................1056.1本论文的结论..............................................................................................1056.2进一步研究的建议.....................................................................................106特别致谢....................................................................................................................108参考文献....................................................................................................................109攻读学位期间发表的论文........................................................................................1121第一章绪论1.1问题的提出随着我国汽车工业的飞速发展和汽车保有量的急剧增加，汽车安全问题引起了我国政府和广大民众的高度关注。众所周知，制动器是保证汽车安全行驶的重要部件之一，而制动器的一对摩擦副——制动盘和摩擦垫块或制动鼓与刹车蹄，是制动器中的关键偶件，其摩擦磨损性能对汽车的制动性能起着十分重要的作用〔1〕。通过试验台架来模拟制动器实际使用条件，从而实现对汽车制动器总成性能的检测，是本课题研究的出发点。国家汽车质量监督检验中心（襄樊）是一个国家授权的汽车整车和汽车总成、零部件检测机构。随着国家对汽车总成、零部件质量重视程度的逐步提高，汽车制动器试验任务不但增加，总成试验室根据自身检测力量的实际情况，提出了研制汽车制动器惯性试验台架的要求。1.2研究意义制动器试验台架的作用，就其本质来说是摩擦材料的试验和验证。我国的摩擦材料试验检测设备是在引进国外设备的基础上发展起来的。目前，在用的设备中有从日本、美国、德国进口的各种类型的试验检测设备，也有国内厂家生产的检测设2备，其试验原理、试验方法和设备技术水平都有较大的差异。通过对国内外试验设备的研究，研制高水平制动器试验台架，使其更好地模拟制动器实际使用模式和环境条件，可以更真实地反映制动器性能，从而能够提高制动器研发水平，提升制动技术，发展摩擦材料理论。研制高水平制动器试验台架，还可以提高制动器测试技术，提高试验台架的设计水平，对制动器产品的研发、质量控制以及整车制动性能的提高都有十分重要的意义。1.3国内外摩擦材料试验设备分析国外汽车摩擦材料的研究已经开展得比较广泛。目前，摩擦材料试验设备大致有定速摩擦试验机、FAST试验机、Chase摩擦试验机、Krauss摩擦试验机和惯性台架试验机等几种形式。1、定速摩擦试验机HP-S定速摩擦试验机最早由日本人采用，它是通过测出一定压力、速度下连续制动时，摩擦材料的摩擦系数和磨损率随温度变化情况，从而判断摩擦材料性能的试验设备。其特点是采用盘—块式摩擦副，定速滑磨。3图1-1定速摩擦试验机1、皮带轮；2、转轴；3、轴冷却水喷嘴；4、冷却水喷嘴（微调）5、冷却水喷嘴（粗调）6、辅助加热装置；7、试片；8、摩擦盘；9、试片支撑臂；10、加压轴；11、摩擦力测定用弹簧；12、链轮；13、杠杆水平调整装置；14、载荷用杠杆；15、杠杆水平指示器；16、砝码；17、摩擦力记录滚筒；18、油缓冲器如图1-1所示。定速摩擦试验机是由电机通过三角带、锥形齿轮带动主轴上的摩擦盘以一定速度（790rpm）转动的。试样（25mm×25mm）安装在上支撑臂中，并通过加载杠杆系统向摩擦盘施加一定负荷。摩擦面温度由热电偶测量，加热装置置于摩擦盘下。摩擦力矩则由弹簧系统的测力杆和转鼓记录。该机结构简单，操作方便，已作为我国评定衬片材质和摩擦性能的标准样机之一。国产的MD—240定速摩擦试验机工作原理相同，但杠杆加载系统改为液压加载。定速摩擦试验的条件如下：试验速度：v＝7.5m／s试验压力：p=106N.m24摩擦盘材质：HT20—40灰铸铁，珠光体大于95%，HB＝170～210摩擦盘温度：100～350℃〔升温)350～100℃(降温)测量参数：不同温度时(100～350℃)的摩擦系数μ不同温度时(100～350℃)的磨损率ΔW2、FAST摩擦试验机FAST（FRICTIONASSESSMENTSCREENINGTEST的缩写）摩擦试验机是美国福特汽车公司研制的专门评价制动衬片和离合器摩擦面片的摩擦磨损性能的试验机。其主要试验方法是恒摩擦力试验。当摩擦系数因热衰退导致摩擦力衰退时，通过提高试验压力的办法保持恒定摩擦力，这与制动衬片在行车制动中的工作状态——加大制动踏板力提高制动系统管路压力相似，因此有较好的模拟性。图1-2FAST摩擦试验机外形如图1-2所示。试验机本体由驱动电机、摩擦盘、加载臂、夹紧总成、控制阀总成、基座兼储油室、压力传感器及附于本体上的开关柜和电动泵组成。FAST试验机的主要功能是：研究测定摩擦系数与温