一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置

1.本发明属于液粘传动技术领域，尤其涉及一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置。


背景技术：

2.液体粘性传动是利用液体的粘性或剪切力传递动力的一种新型流体传动形式，它的工作原理是基于牛顿内摩擦定律，可实现无级调速，具有启动平稳，可控性高等显著优点。由于摩擦副系统中热应力分布的不均匀，摩擦片沿径向方向容易产生翘曲变形，从而对液粘柔性传动过程产生重大影响。
3.目前，现有绝大部分技术都是通过在摩擦片表面开设冷却油槽的方式对摩擦片进行油液冷却，降低了摩擦片内部的热应力，在一定程度上减少了翘曲变形的发生概率，例如，在 cn107339350a公开专利中，通过给离合器摩擦片表面设计不同角度和深度的槽型，增加油槽区的过油能力，提升散热能力，减少摩擦片的变形量；在cn112518194a公开专利中，通过对可变支撑体系的控制，即不同的约束，实现了对地下管线的变形量控制。上述专利提出的技术方案各有优势，然而，现有的技术方案缺乏如何预测及控制摩擦片的翘曲变形。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
6.一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，包括动力支架、动力输入部件、动力输出部件和摩擦片翘曲变形控制机构，
7.动力输入部件包括输入轴、匚形的主动片支座、以及主动片支座内部的主动油盘、设置在主动油盘端部的主动片和动力输入辅助装置；主动油盘、主动片支座和动力输入辅助装置安装在输入轴上；
8.主动油盘设有内腔，其与主动片支座形成控制主动片径向移动的油缸；主动油盘位于油缸外围设置复位弹簧和弹簧挡圈，用于调节主动片回归初始状态；弹簧挡圈固定在输入轴上；
9.动力输出部件包括输出轴、被动盘、被动片支座、被动片和动力输出辅助装置；被动片支座和动力输出辅助装置安装在输出轴上，被动片安装在被动盘上，被动片支座和被动盘均固定在输出轴上；
10.摩擦片翘曲变形控制机构在主动片和被动片的周侧均布的若干圆弧钢片，圆弧钢片和主动片支座之间、圆弧钢片和被动片支座之间均连接有驱动装置，所述圆弧钢片和主动片或者被动片之间还设置有电阻性圆弧应变片。
11.进一步的，动力输入辅助装置包括左轴承端盖、输入轴透盖、左轴承内端盖、左支
撑轴承和左定位轴承；动力输出辅助装置包括输出轴透盖、右轴承端盖、右支撑轴承和右定位轴承；动力输入辅助装置、动力输出辅助装置和动力支架紧固联接。
12.进一步的，所述驱动装置为液压缸，左轴承端盖、输入轴和主动油盘内设置输入油孔道，液压油从外部接入左轴承端盖输入油孔道入口；输入轴输入油孔道设置两个出油口，其中一个出油口连接主动片支座上的液压缸另一个出油口连接油缸。
13.进一步的，被动片支座、输出轴透盖和输出轴设置输出油孔道，液压油从外部接入输出轴透盖，进而进入输出轴的输出油孔道，输出轴的输出油孔道设置两个出油口，其中一个出油口与被动片支座内的输出油孔道相联，进而油液输出到液压缸；另一个出油口通向主动片和被动片之间的间隙。
14.进一步的，每块圆弧钢片与摩擦片的之间设置有4块电阻型圆弧应变片。
15.进一步的，摩擦片的外圆固定分布有4块大小相同且圆弧角为90度的圆弧钢片。
16.进一步的，主动片和被动片周侧的液压缸均设置有4个且沿周向方向均匀布设于主动片和被动片的外圆周；每个液压缸包括液压缸筒和沿液压缸筒长度方向滑移的活塞杆，活塞杆与圆弧钢片固定铰接。
17.进一步的，设置电液伺服系统来控制摩擦片的径向位移；电液速度伺服控制系统包括指令元件、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、位移传感器和工作台。
18.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19.本发明有控制油路和润滑油路，其中控制油路控制液压缸的动作提供不同的径向位移约束量，应变片精准的确定位移约束的大小。润滑油路提供摩擦片和液粘传动装置的润滑，通过控制油路对液压缸活塞的动作控制径向位移约束量的大小，摩擦片的径向约束量很小，故对液压缸制造精度、活塞动作的精度要求很高，因此当精度满足不了要求，会造成无法实现控制翘曲变形，或者过度翘曲变形，造成摩擦片的损坏。并且输入轴输出轴主动盘被动片支座开有输油口，实现液压回路的正常运作，并且摩擦片外圆通过螺钉固定钢片，实现径向位移约束均匀分布在摩擦片的外缘，通过液压回路和电阻性圆弧应变片实现对液粘差传动装置的摩擦片径向约束，达到控制翘曲变形的目的。
附图说明
20.图1为本发明实施例的一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置结构示意图；
21.图2为本发明实施例的液压夹紧装置原理图；
22.图3为本发明实施例的液压油管路放大图；
23.图4为本发明实施例的电桥电路图；
24.图5为本发明实施例的液压系统原理图；
25.图6为本发明实施例的电液位移伺服控制系统的原理框图。
26.图中，1输入轴、2旋转轴密封圈、3左轴承端盖、4输入轴透盖、5左轴承内端盖、6油缸、8复位弹簧、9传动螺钉、10主动片支座、11主动油盘、12主动片、13液压缸、14圆弧钢片、16被动片、17被动片支座、18支座紧定螺钉、20右轴承内端盖、21输出轴透盖、 22右轴承端盖、23弹簧挡圈、24紧定螺钉、25输出轴、26密封圈、27调心滚子轴承、28 密封圈、29配油盘、31密封圈、32螺栓、33键、34螺钉、35调心滚子球轴承、36细牙螺钉、37电阻性圆弧应变片、38
液压泵、39溢流阀、40电磁换向阀、41位移传感器、42伺服放大器、43比较器、44指令电位器。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
28.本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
29.如图1、2和3所示，一种用于控制摩擦片翘曲变形的液粘传动实验装置，包括动力支架、动力输入部件、动力输出部件、摩擦片翘曲变形控制机构。
30.动力输入部件与动力输出部件均与动力支架连接。
31.动力输入部件包括输入轴1、旋转轴密封圈2、左轴承端盖3、输入轴透盖4、左轴承内端盖5、油缸6、活塞7、复位弹簧8、传动螺钉9、匚形的主动片支座10、主动片支座内部的主动油盘11、主动油盘上安装的主动片12、液压缸13、键33、螺钉34、调心滚子球轴承 35。
32.左轴承端盖3与输入轴透盖4通过两个六角头螺栓来密封固定，其中，输入轴进油路安装有旋转轴密封圈2，输入轴透盖4与左轴内承端盖5之间通过螺钉34连接。
33.输入轴1中部优选通过调心滚子球轴承35安装在左轴承端盖3与左轴承内端盖5内，左轴承内端盖5通过螺钉34固定在左轴承端盖3，输入轴透盖4通过螺钉与动力支架连接。输入轴1通过左轴承端盖3、键33和左轴承端盖3定位，以防止调心滚子球轴承35轴向窜动；输入轴1与左轴承端盖内有输油通道。主动油盘同轴套装在输入轴的输出端，主动片安装在主动盘上。
34.动力输出部件包括被动片16、被动片支座17、输出轴透盖21、右轴承端盖22、输出轴25、调心滚子轴承27、右轴承内端盖20、被动盘同轴套装在输出轴的输入端。
35.输出轴26中部优选通过调心滚子轴承27安装在输出轴透盖21、右轴承端盖22和右轴承内端盖20内，右外轴承端盖22通过螺钉固定在输出轴透盖上，输出轴透盖通过螺钉与动力支架连接。
36.摩擦片翘曲变形控制机构安装在动力输入部件上的主动片支座和动力输出部件上的被动片支座上，通过调节液压缸沿输入轴和输出轴的径向位移，进而控制摩擦片翘曲变形。摩擦片翘曲变形控制机构包括液压缸13、细牙螺钉36、圆弧钢片14。
37.主动片优选螺钉安装在活塞盘上，主动盘通过传动螺钉9与主动片支座相连接。当输入轴转动时，以此带动主动盘与主动片进行同步转动；另外，活塞盘能沿传动销轴向滑移。
38.弹簧挡圈安装在活塞盘与主动片之间的输入轴上，优选通过紧钉螺钉24和弹性挡圈23来密封固定；复位弹簧安装在活塞盘与弹簧挡座之间。
39.如图2所示，进一步，主动片12上有圆弧钢片14，圆弧钢片14通过细牙螺钉36固定在主动片12上。
40.摩擦片翘曲变形控制机构包括2组液压系统。每组液压系统包含4个液压缸，分别在主动片支座和被动片支座，所有液压缸优选沿周向均匀布设在位于主动片支座与主动片
之间、被动片与被动片支座之间，其中主动片支座和被动片支座各4个液压缸，相邻两个液压缸的角度为90度。
41.液压系统供油线路为如图3：主动盘供油方式从输入轴1、主动片支座10、液压缸13的路线进行供油，被动盘从输出轴25、被动片支座17、液压缸13的供油线路，以往采用管路供油，在此可主动片支座和被动片支座内部提供液压系统供油管路，尺寸厚度不够，会造成制造加工难度，选择增加此处主动片支座的厚度。
42.径向位移约束装置分布于摩擦片的外圆，4块大小相同的圆周角为90度的圆弧钢片14，钢片通过细牙螺钉36固定在摩擦片上。
43.在控制摩擦片翘曲变形时，摩擦片需要测量出径向位移约束量，需要通过测量装置测量出径向约束，圆弧钢片14和摩擦片的中间有4块电阻性圆弧应变片37，保证对径向约束的精准控制。应变片内的金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、l、a三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。
44.电阻应变效应的理论公式如下：
[0045][0046]
式中：ρ-电阻率(mm2/m)；l-金属丝的长度(m)；a-金属丝的截面积(mm2)。
[0047]
金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、l、a三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加；当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，测出电阻值的变化，便可金属丝的应变情况。这种转换关系为
[0048][0049]
式中：δr-金属丝电阻值的变化量；
[0050]
δa-金属材料的截面积变化量；
[0051]
δρ-金属材料的电阻率变化量。
[0052]
当应变片的电阻值发生变化时，通过电桥电路图可以得到精准的阻值，再通过求解出摩擦片的径向位移大小，其中电阻率变化量可忽略不计，达到测量摩擦片变形量的目的。
[0053]
如图5，电液速度伺服控制系统主要由指令元件44、伺服放大器42、电液伺服阀40、液压缸 13、位移传感器41、工作台及液压缸能源装置组成。如图6其工作原理是：由指令元件发出数字信号，经d/a转换成模拟信号ur，后输给比较器，再通过比较器与位移传感器传来的反馈信号uf，比较，形成偏差信号
△
u，然后通过校正，放大器输出控制电流i，操纵电液伺服阀产生较大功率的液压信号，从而驱动液压缸，并带动活塞杆按指令要求运动。当偏差信号趋于零时，活塞杆在期望的位移上，达到调整摩擦片位移约束的目的。
[0054]
本发明的技术方案是：一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，包括动力支架、动力输入部件、动力输出部件、摩擦片翘曲变形控制机构。
[0055]
动力输入部件包括输入轴、主动盘和主动片；输入轴安装在动力支架左端盖上，主动片安装在主动盘上；主动片同支座左端的主动片支座中间空隙形成油缸，主动片支座内
部有复位弹簧，两者控制油膜厚度的大小，主动盘右端的弹簧挡圈通过螺钉固定在输入轴上；
[0056]
动力输出部件包括输出轴、被动片支座和被动片；输出轴安装在动力支架右端盖上，被动片安装在被动盘，被动盘通过紧定螺钉安装在输出轴上；
[0057]
摩擦片翘曲变形控制机构安装在主动片支座、被动片支座上和摩擦片，通过调节液压缸活塞伸出长度控制径向位移约束，进而控制摩擦片翘曲变形；
[0058]
摩擦片翘曲变形控制机构包括液压系统和径向位移约束调节机构；
[0059]
液压系统设置位于主动片支座和被动片支座尾端，其中缸体和主动片支座和被动片支座是一体的，形成输入轴和输出轴提供径向位移约束的动力来源；
[0060]
所有液压缸装置沿周向均匀布设在位于主动片与被动片的外周；每个液压缸包括液压缸筒和沿液压缸筒轴向滑移的。活塞杆的输出尾端和圆弧钢片直接联接，当活塞杆沿液压缸筒轴向滑移时，液压缸活塞杆会给钢片提供一个径向位移约束，通过固定在摩擦片上的刚片，传递到摩擦片的外缘，液压缸间接起到提供径向位移约束的作用。
[0061]
径向约束装置位于摩擦片的外圆分布，为4块大小相同的圆周角为90度的圆弧钢片，钢片通过螺钉固定在摩擦片上，其中液压缸的活塞杆与圆弧钢片的圆弧中心联接，摩擦片和圆弧钢片设置有电阻型圆弧应变片。
[0062]
增加了摩擦片变形量测量装置，使用电阻型圆弧应变片和电桥组成的装置来测量摩擦片的径向位移。
[0063]
使用电液伺服系统来控制活塞杆的径向位移，间接调整摩擦片的径向位移约束。
[0064]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0065]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

技术特征：
1.一种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，包括动力支架、动力输入部件、动力输出部件和摩擦片翘曲变形控制机构，其特征在于：动力输入部件包括输入轴、匚形的主动片支座、以及主动片支座内部的主动油盘、设置在主动油盘端部的主动片和动力输入辅助装置；主动油盘、主动片支座和动力输入辅助装置安装在输入轴上；主动油盘设有内腔，其与主动片支座形成控制主动片径向移动的油缸；主动油盘位于油缸外围设置复位弹簧和弹簧挡圈，用于调节主动片回归初始状态；弹簧挡圈固定在输入轴上；动力输出部件包括输出轴、被动盘、被动片支座、被动片和动力输出辅助装置；被动片支座和动力输出辅助装置安装在输出轴上，被动片安装在被动盘上，被动片支座和被动盘均固定在输出轴上；摩擦片翘曲变形控制机构在主动片和被动片的周侧均布的若干圆弧钢片，圆弧钢片和主动片支座之间、圆弧钢片和被动片支座之间均连接有驱动装置，所述圆弧钢片和主动片或者被动片之间还设置有电阻性圆弧应变片。2.根据权利要求1所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：动力输入辅助装置包括左轴承端盖、输入轴透盖、左轴承内端盖、左支撑轴承和左定位轴承；动力输出辅助装置包括输出轴透盖、右轴承端盖、右支撑轴承和右定位轴承；动力输入辅助装置、动力输出辅助装置和动力支架紧固联接。3.根据权利要求2所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：所述驱动装置为液压缸，左轴承端盖、输入轴和主动油盘内设置输入油孔道，液压油从外部接入左轴承端盖输入油孔道入口；输入轴输入油孔道设置两个出油口，其中一个出油口连接主动片支座上的液压缸另一个出油口连接油缸。4.根据权利要求2所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：被动片支座、输出轴透盖和输出轴设置输出油孔道，液压油从外部接入输出轴透盖，进而进入输出轴的输出油孔道，输出轴的输出油孔道设置两个出油口，其中一个出油口与被动片支座内的输出油孔道相联，进而油液输出到液压缸；另一个出油口通向主动片和被动片之间的间隙。5.根据权利要求1所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：每块圆弧钢片与摩擦片的之间设置有4块电阻型圆弧应变片。6.根据权利要求1所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：摩擦片的外圆固定分布有4块大小相同且圆弧角为90度的圆弧钢片。7.根据权利要求6所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：主动片和被动片周侧的液压缸均设置有4个且沿周向方向均匀布设于主动片和被动片的外圆周；每个液压缸包括液压缸筒和沿液压缸筒长度方向滑移的活塞杆，活塞杆与圆弧钢片固定铰接。8.根据权利要求1所述的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，其特征在于：设置电液伺服系统来控制摩擦片的径向位移；电液速度伺服控制系统包括指令元件、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、位移传感器和工作台。

技术总结
本发明的—种用于预测和控制摩擦片翘曲变形的液粘传动装置，包括动力支架、动力输入部件、动力输出部件和摩擦片翘曲变形控制机构，动力输入部件包括输入轴、匚形的主动片支座、以及主动片支座内部的主动油盘、设置在主动油盘端部的主动片和动力输入辅助装置；动力输出部件包括输出轴、被动盘、被动片支座、被动片和动力输出辅助装置；摩擦片翘曲变形控制机构在主动片和被动片的周侧均布的若干圆弧钢片，圆弧钢片和主动片支座之间、圆弧钢片和被动片支座之间均连接有驱动装置，所述圆弧钢片和主动片或者被动片之间还设置有电阻性圆弧应变片。本发明通过液压回路和电阻性圆弧应变片实现对液粘差传动装置的摩擦片径向约束，达到控制翘曲变形的目的。到控制翘曲变形的目的。到控制翘曲变形的目的。


技术研发人员：崔建中 徐雅文 张东 刘聪 刘军
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2022/3/8