Устройство для измерения износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА ФРИКЦИОННЫХ НАКЛАДОК МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для измерения износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля, содержащее источник электрического питания, неподвижный магниточувствительный датчик, магнитную систему, установленную с возможностью вращения, частотный и аналого-цифровой преобразователи, причем последний подключен к бортовому компьютеру,отличающееся тем, что магнитная система изготовлена на основе протяженного постоянного магнита, выполненного из высокоэнергетического магнитного материала, например из , и имеет регулировочное приспособление для точного начального размещения указанного магнита, а магниточувствительный датчик выполнен на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом и -образной вольтамперной характеристикой, и установлен перпендикулярно длинной стороне магнита.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 6607, МПК 16 66/00, 2010. 2. Патент РБ на полезную модель 8647, МПК 16 66/00, 2012 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. 4. А. с. СССР 1739402, МПК 0129/06, 1992. Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к системам компьютерной диагностики муфт сцепления. Известен электромагнитный датчик определения износа фрикционных накладок гидроподжимной муфты 1. Он состоит из датчика Холла, магнитной системы, выполненной из двух магнитов различной полярности, резистора, регулирующего напряжение питания датчика Холла, светодиода, фоторезистора, полевого транзистора, нагрузочного резистора, стабилитрона, операционного усилителя, подсоединенного к аналого-цифровому преобразователю, выход с которого обычно подключен к бортовому компьютеру. Во время эксплуатации фрикционные накладки на пакет фрикционных дисков изнашиваются, при этом увеличивается величина хода прижимного поршня, что вызывает изменение положения магнитной системы относительно датчика Холла и, соответственно,магнитного поля вокруг него. Происходит изменение падения потенциалов, вырабатываемое датчиком Холла. Это приводит к изменению оптического излучения светодиода и изменению сопротивления фоторезистора, вследствие чего изменяется выходное напряжение операционного усилителя. Аналого-цифровой преобразователь фиксирует данное изменение величиной цифрового сигнала, подаваемого на бортовой компьютер. Это устройство обладает низкой помехоустойчивостью против внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабого аналогового сигнала с датчика Холла, что требует использования усилителя и увеличения числа электронных компонент, что в итоге снижает точность из-за сложности преобразования одного вида физических параметров в другие (электрический сигнал преобразовывается в оптическое излучение, которое потом преобразуется опять в электрический сигнал). Магнитная система крепится на вращающейся детали (прижимном поршне), что дополнительно создает вращающееся помехонесущее магнитное поле, которое может вызвать дополнительные наводки в большом количестве электрических проводов, которые не выполнены в экранированном виде. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления 2(прототип). Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления 2 состоит из магнитной системы, включающей два магнита различной полярности, которые крепятся на немагнитном металлическом стержне, установленном на прижимном диске муфты сцепления, магниточувствительного датчика, выполненного на эффекте Холла, переменного резистора, регулирующего питание датчика Холла, светодиода, фоторезистора, нагрузочного резистора, полевого транзистора, стабилитрона, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, реле напряжения, нормально замкнутый контакт которого включен последовательно в цепь питания транспортного средства, и цифро-аналогового преобразователя, соединенного с бортовым компьютером. При включении муфты сцепления под действием давления, создаваемого пружинами,прижимной диск прижимает ведомый диск с фрикционными накладками к маховику. В результате происходит совместное вращение маховика, ведомого диска с фрикционными накладками, прижимного диска и прикрепленной к нему магнитной системы, что приводит к выработке датчиком Холла падения потенциалов, которое преобразуется светодио 2 97472013.12.30 дом в оптическое излучение, падающее на фоторезистор. Далее выходное напряжение,снимаемое с операционного усилителя, подается на вход аналого-цифрового преобразователя и преобразуется в цифровой сигнал, поступающий в бортовой компьютер. Это устройство обладает низкой помехоустойчивостью против внешних низкочастотных электромагнитных полей, поскольку используется обработка слабого аналогового сигналов с датчиков Холла. Недостатки в прототипе аналогичные, как и в 1, а именно требуется использование операционного усилителя, а увеличение числа электронных компонент в итоге снижает точность из-за сложности преобразования одного вида физических параметров в другие (электрический сигнал преобразовывается сначала в оптическое излучение, которое потом преобразуется опять в электрический сигнал). Магнитная система крепится на вращающейся детали (прижимном диске), что дополнительно создает вращающееся помехонесущее магнитное поле, которое может вызвать дополнительные наводки в большом количестве электрических проводов, которые не выполнены в экранированном виде. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является увеличение точности и помехоустойчивости. Идея решения поставленной комплексной задачи следующая в предложенном устройстве вместо датчика Холла используется магниточувствительный элемент с -эффектом, в котором генерируется помехозащищенный частотно-импульсный выходной сигнал высокой амплитуды (до 50 от напряжения питания) без применения электронных схем преобразования. Устройство для измерения износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля содержит электрический источник питания, неподвижный магниточувствительный датчик, магнитную систему, установленную с возможностью вращения, частотный и аналого-цифровой преобразователи, причем последний подключен к бортовой компьютеру. Оно отличается тем, что магнитная система изготовлена на основе протяженного постоянного магнита, выполненного из высокоэнергетического магнитного материала, например из , и имеет регулировочное приспособление для точного начального размещения указанного магнита, а магниточувствительный датчик выполнен на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом и -образной вольтамперной характеристикой, и установлен перпендикулярно длинной стороне магнита. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции устройства показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, устройство для измерения износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной комплексной задачи по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 представлена механическая схема устройства для измерения износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля. На фиг. 2 приведена электрическая блок-схема. 3 97472013.12.30 На фиг. 3 приведена зависимостьчастоты генерируемого выходного сигнала от величины составляющейиндукции магнитного поля. Схема измерительного устройства величины износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля состоит из корпуса муфты 1, маховика 2, нажимных пружин 3, ведомого диска с фрикционными накладками 4, прижимного диска 5, магнитной системы 6,состоящей из постоянного магнита, выполненного в виде удлиненного цилиндра или параллепипеда с намагниченностью параллельно оси диска 4 с фрикционными накладками и установленного на немагнитном стержне 7 с элементами регулировочного приспособления 8 для точного начального размещения указанного магнита, остова (рамы) транспортного средства 9, магниточувствитльного датчика 10, выполненного в виде полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом и -образной вольт-амперной характеристикой, подключенного к частотному преобразователю 11 (с учетом электросопротивления резистора нагрузки н), выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 12, причем выход 12 электрически подсоединен к бортовому компьютеру (БК) 13. Магниточувствительный датчик 10 выполнен в виде полупроводниковой структуры,обладающей -эффектом 3,4 с -образной вольт-амперной характеристикой, частотноимпульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля , превышающей 30 мТл. Способ формирования - и -областей структуры магниточувствительного датчика 10 подробно описан в 3. Вектор индукция магнитного поля , на которую реагирует 10,прикладывается в плоскости, параллельной плоскости раздела - и -областей, а на составляющую индукции магнитного полядатчик 10 не реагирует. Такие структуры поставляются фирмой, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Магниточувствительный датчик 10 через резистор нагрузки н подключен к источнику постоянного питающего напряжения(источник питающего напряжения выполнен с функцией постоянной ЭДС, обычно 5-25 В) с соблюдением полярности. Плюс источника питания подключен к -области. Следует отметить, что явление управляемой скачковой проводимости (-эффект) возникает в структурах с -образной вольт-амперной характеристикой и заключается в том,что при определенных значениях питающего напряжения и внешнего магнитного поля проводимость полупроводниковой структуры (в прямом направлении) и, соответственно,амплитуда протекающего через нее тока меняются скачком со временем переходного процесса 1-5 мкс. Изменение проводимости, подобно структурам с -образной вольтамперной характеристикой, сопровождается возникновением шнура тока, но с иными физическими свойствами, основным из которых является постоянство плотности тока в шнуре при изменении напряжения на структуре. Основной особенностью магниточувствительного датчика 10 является способность не только воспринимать внешнее магнитное поле, но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем. Измерительное устройство величины износа фрикционных накладок муфты сцепления автомобиля работает следующим образом. Сначала устройство настраивается. В отсутствие износа фрикционных накладок автомобиля магниточувствительный датчик 10 размещается в геометрическом центре зазора магнитной системы 6, вращением подведя ее к 10, где составляющая индукции магнитного поля 0, при этом полупроводниковая структура, обладающая -эффектом, функционирует в аналоговом режиме. При этом выходное напряжение, снимаемое с резистора нагрузки н, постоянно. Далее перед окончательной фиксацией магнитной системы 6 на держателе 7 ее немного смещают при помощи регулировочного приспособления 8 так,чтобы значение составляющей индукции магнитного полястало равно или более 30 мТл (эта величина зависит от структуры перехода). При этом магниточувствитель 4 97472013.12.30 ный датчик 10 переходит в режим работы, при котором выходной сигнал является частотным. При включении муфты сцепления под действием давления, создаваемого пружинами 3, прижимной диск 5 прижимает ведомый диск с фрикционными накладками 4 к маховику 2. В результате происходит совместное вращение маховика 2, прижимного диска 5, ведомого диска с фрикционными накладками 4 и прикрепленной к 5 магнитной системы 6. Рассмотрим принцип измерения степени износа фрикционных накладок муфты сцепления. В исходное положение при неизношенных фрикционных накладках и включенной муфте сцепления на дисплее бортового компьютера 13 по результатам измерения величины амплитуды выходного сигнала с магниточувствительного датчика 10 программно устанавливают надпись Износ фрикционных накладок 0 . При этом датчик 10 вырабатывает электрические колебания, например, при чувствительности к магнитному полю 100 кГц/Тл, частотой 03,4 кГц. Электрические колебания с частотой 0 поступают через частотный преобразователь 11, преобразующий частоту колебаний в пропорциональное ей напряжение, в аналого-цифровой преобразователь 12 и на бортовой компьютер 13. Во время эксплуатации происходит износ фрикционных накладок муфты сцепления,при этом увеличивается величина хода прижимного диска 5, что вызывает изменение положения магнитной системы 6 относительно магниточувствительного датчика 10 и, соответственно, изменение магнитного поля вокруг него, в том числе величины составляющей индукции магнитного поля(она увеличивается), на которую и реагирует магниточувствительный датчик 10. Поскольку составляющая индукции магнитного поляв месте расположения магниточувствительного датчика 10 увеличивается, следовательно, и увеличивается частота электрических колебанийвследствие линейной зависимости 3. Степень износа тормозной накладки автомобиля вбортовой компьютер 13 вычисляет на основе частоты выходного сигнала с магниточувствительного датчика 10. При полном износе тормозных накладок на экране бортового компьютера 13 загорается надпись Износ тормозных накладок 100 . Следовательно, заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для контроля за рабочим состоянием муфты сцепления, и может использоваться для проведения компьютерного диагностирования, а именно для определения величины износа фрикционных накладок муфты сцепления. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемое устройство соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6