一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置及测量方法

摘要

本发明公开了一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，该测量装置包括动摩擦片装置、静摩擦片装置和测量控制系统，其中，动摩擦片装置包括动摩擦片、动摩擦片法兰、电机、电机支架、动摩擦片密封舱、双唇油封；静摩擦片装置包括静摩擦片、静摩擦片法兰、法兰底座、静摩擦片密封舱、L型加力螺杆、压力传感器、温度传感器；测量控制系统使电机转动，采集电机转动的电流、电压、转速信号、压力信号和温度信号，根据计算公式计算出摩擦系数。同时还提供了使用该测量装置进行测量的方法，采用发明的装置可以实现不同材料、不同压力、不同表面粗糙度条件下湿式摩擦系数的测量。

权利要求

1.一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，包括动摩擦片装置、静摩擦片装置和测量控制系统；其中，

所述动摩擦片装置包括电机、电机支架、动摩擦片、动摩擦片密封舱、动摩擦片法兰、挡圈、双唇油封和O型密封圈；所述电机安装在电机支架上，所述动摩擦片通过螺钉与动摩擦片法兰固定，动摩擦片法兰通过挡圈安装在电机轴上，所述摩擦片密封舱通过螺钉安装在电机支架上，使用双唇油封完成动摩擦片法兰和动摩擦片密封舱之间的动密封；

所述静摩擦片装置包括静摩擦片、静摩擦片法兰、静摩擦片密封舱、双唇油封、法兰底座、定位销、弹簧、垫块、L型加力螺杆、端盖；所述静摩擦片通过螺钉安装在静摩擦片法兰上；所述静摩擦片法兰安装在法兰底座上；所述静摩擦片密封舱与静摩擦片法兰的密封方式采用双唇油封方式；所述定位销安装在法兰底座中的法兰键中，所述端盖通过螺钉安装在法兰底座上，弹簧和垫块安装在端盖内，所述L型加力螺杆通过螺纹安装在端盖上；

所述动摩擦片密封舱和静摩擦片密封舱采用O型密封圈方式密封，通过螺栓连接形成完整的密封舱，在该密封舱内进行润滑油的加入和释放，动摩擦片和静摩擦片在此密封舱内进行摩擦测试，通过旋转L型加力螺杆实现不同压力的施加；

所述测量控制系统包括上位机、下位机、温度传感器、薄片式力传感器；所述温度传感器通过螺纹固定在静摩擦片密封舱中测量润滑油的温度；所述薄片式力传感器通过固定在静摩擦片法兰和垫块之间，测量L型加力螺杆施加力的大小，薄片式力传感器和温度传感器输出模拟电压信号；所述下位机接收薄片式力传感器、温度传感器、以及电机驱动器反馈的电机转速及电压信号，并将数据用RS485通信协议发送给上位机；所述上位机采用LabVIEW编制，上位机将下位机接收的信号进行转换成真实的压力、温度、电机电压、转速信号，并进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，所述挡圈安装在电机输出轴上，靠键带动动摩擦片法兰转动。

3.根据权利要求1所述的一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，所述静摩擦片法兰通过定位销实现轴向运动，避免周向旋转。

4.根据权利要求1所述的一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，所述温度传感器为带螺纹铠装热电偶。

5.根据权利要求1所述的一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，在动摩擦片密封舱中开有一观察窗。

6.根据权利要求1所述的一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，其特征在于，使用其进行测试的方法包括以下步骤：

步骤一，在密封舱中加入润滑油；

步骤二，对薄片式压力传感器进行标定；

步骤三，通过加L型加力螺杆对所需要的力进行加载；

步骤四，调节电机转速，待电机运行稳定，采集电机转速n、电流I电压U信号、温度信号和薄片式力传感器信号P，通过公式 计算出在不同力的大小，不同转速情况下，摩擦系数的数值，其中R为摩擦半径。

说明书

一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置及测量方法

[0001] 技术邻域

[0002] 本发明属于盘式摩擦片摩擦系数测量装置及其测量技术领域，特别涉及一种用于湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置及测量方法。

背景技术

[0003] 湿式盘式制动器因其可靠的性能，简单的结构，广泛的应用在工程机械、矿机、船舶吊机等领域。湿式盘式制动器的主要技术即摩擦制动，摩擦系数作为摩擦制动中最为关
键的参数，直接影响制动器的制动效果。摩擦系数并不是一个常数，它是随着材料、冷却介
质、速度的变化而变化，而且摩擦系数必须要通过实验来确定，因此建立一种在润滑湿式条
件下测量摩擦系数的装置至关重要。

[0004] 传统针对摩擦系数的测量多是测量干摩擦系数，很少测量湿式摩擦系数。在有润滑油的情况下，湿式摩擦的发热量也和干式摩擦的发热量有所不同，在分析计算时，也不能
直接套用干式摩擦的相关参数。因此，亟需一种测量湿式盘式摩擦片的装置。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的目的在于提供一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置及测量方法。

[0006] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下方案：

[0007] 一种湿式盘式摩擦片摩擦系数测量装置，测量装置包括：静摩擦片装置、动摩擦片装置和测量控制系统，所述动摩擦片装置包括电机、电机支架、动摩擦片、动摩擦片密封舱、
动摩擦片法兰和挡圈；所述电机安装在电机支架上，所述动摩擦片通过挡圈和动摩擦片法
兰安装在电机轴上，所述动摩擦片密封舱通过螺钉安装在电机支架上，使用双唇油封进行
动密封；所述静摩擦片装置包括静摩擦片、静摩擦片法兰、静摩擦片密封舱、法兰底座、定位
销、弹簧、垫块、L型加力螺杆、端盖、薄片式力传感器和温度传感器；所述静摩擦片通过静摩
擦片法兰安装在法兰底座上；所述静摩擦片密封舱通过双唇油封安装在静摩擦片法兰上；
所述定位销安装在法兰底座中的法兰键中；所述薄片式力传感器安装在静摩擦片法兰和弹
簧垫块之间；所述端盖通过螺钉安装在法兰底座上，所述L型加力螺杆通过螺纹安装在端盖
上；所述静摩擦片密封舱和动摩擦片密封舱通过螺栓连接，之间使用O型密封圈进行密封；
所述动摩擦片装置和静摩擦片装置分别安装在安装底座和滑块；测量控制系统由上位机、
下位机、温度传感器、薄片式力传感器组成，温度传感器通过螺纹固定在静摩擦片密封舱中
测量润滑油的温度，薄片式力传感器通过固定在静摩擦片法兰和垫块之间，测量L型加力螺
杆施加力的大小，薄片式力传感器和温度传感器输出模拟电压信号。下位机接收薄片式力
传感器、温度传感器、以及电机驱动器反馈的电机转速及电压信号，并将数据用RS485通信
协议发送给上位机，上位机采用LabVIEW编制，上位机对这些信号进行转换成真实的压力、
温度、电机电压、转速信号，并进行实时显示。同时，操作者可在上位机界面输入电机目标转
速，下位机接收目标转速信号后将其对应成控制电压信号输给电机控制器实现电机调速。

[0008] 作为优选，所述力传感器采用薄片式力传感器，节省整个装置空间。

[0009] 作为优选，所述动摩擦片的转动采用挡圈实现，有效避免电机轴输出太长密封不方便的问题。

[0010] 作为优选，所述静摩擦片的周向运动的限制通过定位销实现。

[0011] 作为优选，所述动摩擦片密封舱上开有润滑油输入口、输出口和观察窗，便于润滑油的加入和释放，观察窗便于观察润滑油的加入量。

[0012] 作为优选，所述温度传感器为带螺纹的铠装温度传感器，方便静摩擦片密封舱的密封。

[0013] 作为优选，所述静摩擦片密封舱和动摩擦片密封舱主要使用O型密封圈和螺栓进行密封连接。

[0014] 作为优选，采用L型加力螺杆进行摩擦压力的加载。

[0015] 作为优选，所述摩擦片安装模具可以更换，通过更换不同表面粗糙度、材料的摩擦片，测量不同材料与粗糙度摩擦片之间的摩擦系数。

[0016] 使用以上装置进行测试的方法包括以下步骤：

[0017] 步骤一，在密封舱中加入润滑油；

[0018] 步骤二，对薄片式压力传感器进行标定；

[0019] 步骤三，通过加L型加力螺杆对所需要的力进行加载；

[0020] 步骤四，调节电机转速，待电机运行稳定，采集电机转速n、电流I电压U信号、温度信号和薄片式力传感器信号P，通过公式 计算出在不同力的大小，不同转速情况
下，摩擦系数的数值，其中R为摩擦半径。

[0021] 采用本发明的湿式盘式摩擦系数测量装置，可以实现不同压力、不同材料、不同润滑油和不同表面粗糙度下湿式摩擦系数的测量，同时测量摩擦时的温度，可以更精确的获
取摩擦制动时，摩擦系数和温度的变化关系。

附图说明

[0022] 图1为本发明的湿式盘式摩擦系数测量装置剖面结构示意图；

[0023] 图2为本发明的湿式盘式摩擦系数测量装置三维结构示意图；

[0024] 图3为本发明的挡圈示意图；

[0025] 图4为本发明的L型加力螺杆；

[0026] 图5为本发明的下位机控制电路原理图。

[0027] 图中，1.电机，2.双唇油封，3.挡圈，4.动摩擦片法兰，5.动摩擦片，6.O型密封圈，7.静摩擦片，8.静摩擦片法兰，9.双唇油封，10.定位销，11.薄片式力传感器，12.端盖，13.
弹簧，14.弹簧垫块，15.L型加力螺杆，16.电机支架，17.动摩擦片密封舱，18.观察窗，19.静
摩擦片密封舱，20.温度传感器，21.滑块，22.法兰底座，23.安装底座。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和具体实施例，本发明做更详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明
的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

[0029] 参照图1，本发明的测量装置主要包括动摩擦片装置、静摩擦片装置和测量控制系统。

[0030] 动摩擦装置中，电机1通过螺钉安装在电机支架16上，电机支架16通过螺钉安装在安装底座23上。动摩擦片5通过螺钉安装在动摩擦片法兰4上，动摩擦片法兰4通过挡圈3安
装在电机1输出轴上，动摩擦片密封舱17通过螺钉安装在电机支架16上，动摩擦片密封舱17
与动摩擦片法兰4通过双唇油封2进行动密封，动摩擦片密封舱17开有一槽放置O型密封圈
6，用于动摩擦片密封舱17和静摩擦片密封舱19的密封，其中，动摩擦片密封舱17与静摩擦
片密封舱19通过螺栓连接。

[0031] 静摩擦装置中，静摩擦片7通过螺钉与静摩擦片法兰8连接，静摩擦片法兰8安装在法兰底座22中，其中，定位销10用于固定静摩擦片法兰8的周向运动，薄片式力传感器11安
装在静摩擦片法兰8和垫块14之间，弹簧垫块13,14安装在端盖12中，端盖12通过螺钉安装
在法兰底座22上，L型加力螺杆15通过螺纹安装在端盖12上，实现力的加载。法兰底座22安
装在滑块21上，滑块21安装在安装底座23上，实现静摩擦装置的轴向移动，方便更换摩擦
片，静摩擦片密封舱19通过双唇油封9实现和静摩擦法兰8的轴向密封。

[0032] 本发明的测量方法，利用上述的测量装置，按照以下步骤操作：

[0033] 步骤1)安装好动摩擦片5和静摩擦片7；

[0034] 步骤2)对薄片式力传感器11进行标定；

[0035] 步骤3)通过动摩擦片密封舱19的上端加入润滑油，并通过观察窗18确定放入量；

[0036] 步骤4)在上位机软件中设定好动摩擦片5的转速，发送至下位机；

[0037] 步骤5)下位机收到命令，开启电机1，代数据稳定后，在上位机软件中进行电机1电流、电压、转速信号，薄片式力传感器11力信号、温度传感器20温度信号进行采集；

[0038] 步骤6)摩擦力矩T可以通过公式 求解，其中，T为摩擦力矩，U为电压大小，I为电流大小，n为电机转速；

[0039] 步骤7)根据 其中，μ为摩擦系数，T为摩擦力矩，P为压力，R为摩擦半径，可以求得摩擦系数，同时结合采集的温度数据可以分析在摩擦系数与温度的变化关系。

[0040] 最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而
不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。