CN101158620A - 双质量飞轮扭转振动的激振方法及激振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双质量飞轮扭转振动的激振方法及激振器。该方法采用变频电机拖动包括旋转液压摆缸、双质量飞轮部件旋转，以模拟发动机转速工况；采用旋转液压摆缸对双质量飞轮的主、次飞轮间提供扭摆运动，以模拟扭振激振工况。该激振器包括双质量飞轮及其旋转和扭摆驱动机构；所述旋转和扭摆驱动机构，其旋转液压摆缸(8)的摆缸体通过与摆缸右端盖(9)相连的传动套(11)，在同侧与主飞轮(13)和与摆缸轴(4)相连的次飞轮(15)相连接；扭矩传感器(10)及摆角传感器(12)的扰流铁芯装在次飞轮的轴上，摆角传感器的线圈装在与主飞轮固连的传动套上。本发明可以模拟发动机各种扭振工况，实现双质量飞轮扭振性能的动态试验。

Description

双质量飞轮扭转振动的激振方法及激振器

技术领域

本发明涉及一种用于汽车发动机双质量飞轮扭转振动性能试验台激振方法及激振器。

背景技术

发动机工作过程中，一方面曲轴受到周期性变化的作用力，转速也呈周期性变化，另一方面曲轴轴系较大的转动惯量使转速趋于匀速，这两方面共同作用就产生了曲轴的扭转振动。由于曲轴较长，扭转刚度小，而曲轴轴系的转动惯量大，曲轴扭振的频率较低，在发动机工作转速范围内很容易与传动系统产生共振，加剧传动部件、变速箱零件的磨损、过早失效，甚至折断。因此，扭转振动是进行汽车传动部件性能试验必须考虑的重要因素。

双质量飞轮实际上是将传统飞轮通过一定的质量配比分作主飞轮和次级飞轮分成两个部分，中间通过扭转减振器耦合在一起，取代了传统离合器的从动盘扭转减振器，这样既保证了总的转动惯量不变，又改变了整个传动系统转动惯量的分配，并且主次级飞轮之间的扭转减振器可在较大面积内布置，极大地降低了扭转刚度，使其减振性能较传统离合器的扭转减振器性能大大提高，传动系统的振动性能从根本上得到改善。

双质量飞轮扭转振动性能试验台就是为测量双质量飞轮的扭转振动性能的装置。其上的扭转激振器的作用是使扭转振动性能测试系统产生扭振，用于模拟发动机轴系转动时的扭转振动状态，为扭转减振器提供扭转振动振源，激振器可以实现对扭振频率和幅值(角度)的调节，从而获得不同动态条件下的振动情况。

双质量飞轮对企业带来的经济利益是不言而喻的，市场的需求正在迅速扩大，在国外该技术从理论到实际生产都已经趋于成熟，但在国内还是一个较新的技术，其理论还不完善，特别是其扭振性能方面，还没有建立一个完善的理论体系和行业标准，国内对双质量飞轮各方面的研究和试验正在起步。因此，开发双质量飞轮扭振性能测试试验方法及试验台势在必行。

现有的专门用于汽车发动机双质量飞轮扭转振动性能试验台及激振方法、激振器在国内研究还很有限。由于双质量飞轮的工作摆角大，没有一种专门针对双质量飞轮的试验台，而只是对发动机扭转减振器试验台的改进。例如：万向轴激振器，采用万向轴偏离主轴线一个设定的激励角度，造成在旋转过程中激发扭转振动，该装置简单易行，但是激振角度相当有限，不能大范围包括双质量飞轮的扭振范围，试验效果不佳；液压作动激振器，采用液压驱动方式使活塞杆往复运动，使减振器产生扭摆，从而产生扭振，该方式只扭摆不转动，不能模拟双质量飞轮在旋转过程中的扭振情况，不宜做动态测试试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在试验台上能够模拟和控制汽车发动机双质量飞轮扭转振动工况的激振方法及激振器，从而为汽车传动部件性能提供可靠试验数据。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明模拟发动机在转动过程中的扭振激振是采用包括以下步骤的方法：

(1)旋转工况模拟：

采用变频电机拖动包括旋转液压摆缸、双质量飞轮部件旋转，实现发动机转速工况的模拟；

(2)扭振激振工况模拟：

采用旋转液压摆缸对双质量飞轮的主、次飞轮间提供扭摆运动，将被测试件双质量飞轮直接作为激振力矩传递的必须环节，双质量飞轮的主、次飞轮及其间扭转弹簧、硅油成为扭转振动必须的转动惯量、主次飞轮惯量比、刚度和阻尼因素，实现扭振激振工况的模拟；

本发明通过上述步骤，进行双质量飞轮扭振性能的动态试验。

本发明提供的双质量飞轮扭转振动的激振器，其结构是：包括被测试件双质量飞轮及其旋转和扭摆驱动机构。所述的旋转和扭摆驱动机构，其旋转液压摆缸的摆缸体通过与摆缸右端盖相连的传动套，在同侧与双质量飞轮的主飞轮和与摆缸轴相连的次飞轮相连接；在传动套内的与次飞轮相连的轴段上安装扭矩传感器以及摆角传感器的扰流铁芯，摆角传感器的线圈设置在与主飞轮固连的传动套上。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一.可实现模拟发动机的各种转速下的不同扭振摆角和扭振频率的扭振工况，为双质量飞轮的扭振性能实验提供了动态扭振条件。

其二.通过变频电动机无级调速，可模拟发动机的不同转速工况。

其三.通过对旋转液压摆缸液体压力及流量控制，可改变摆缸的扭摆角度和频率，实现用不同扭振振幅和频率模拟发动机的各种状态的扭振工况。

双质量飞轮的扭摆角度为正负40～60°，旋转液压摆缸采用一对内叶片和一对外叶片即可实现，通过外部液压站的液压泵和控制阀即可实现扭摆运动的控制：采用换向阀改变扭摆方向实现正负扭摆，并用换向频率控制扭摆频率，通过压力和流量控制阀，实现扭摆力矩和扭摆角度的控制。

附图说明

图1为本发明激振器结构示意图。

图2为双质量飞轮扭转振动激振器功率流闭环传递示意图。

图中：1.机座；  2.变频电机；  3.大柔度联轴器；  4.摆缸轴；  5.支架；  6.定位片；7.聚流体；  8.旋转液压摆缸；  9.摆缸右端盖；  10.扭矩传感器；  11.传动套；12.摆角传感器；    13.主飞轮；    14.扭振减振器；  15.次飞轮；  16.光电编码盘；  17.光电检测装置；  18.立架。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的双质量飞轮扭转振动的激振方法，是采用包括以下步骤的方法模拟发动机在转动过程中的扭振激振：

(1)旋转工况模拟：

采用变频电机拖动包括旋转液压摆缸、双质量飞轮部件旋转，实现发动机转速工况的模拟；

(2)扭振激振工况模拟：

采用旋转液压摆缸对双质量飞轮的主、次飞轮间提供扭摆运动，将被测试件双质量飞轮直接作为激振力矩传递的必须环节，双质量飞轮的主、次飞轮及其间扭转弹簧、硅油成为扭转振动必须的转动惯量、主次飞轮惯量比、刚度和阻尼因素，实现扭振激振工况的模拟；

通过上述步骤，进行双质量飞轮扭振性能的动态试验。

本发明还采用以下步骤的方法控制发动机在转动过程中的扭振激振：

(1)采用变频器控制变频电机实现无级调速，实现发动机旋转工况的控制；

(2)采用液压控制系统控制旋转液压摆缸的频率和摆幅，实现发动机扭振激振的包括各种扭振频率和振幅工况的控制。

本方法将被测试件双质量飞轮作为激振器激振力矩传递的一个必要环节，主、次飞轮及其间扭转弹簧、硅油成为扭转振动必须的转动惯量、主次飞轮惯量比、刚度和阻尼因素，而不是象其它激振器单独激振再将被测试件安装上去被动检测。

本方法实现了发动机旋转扭振的各种工况的模拟，并可单独或联合控制：即通过电机带动后面部件的旋转运动，使发动机在转速工况下对双质量飞轮旋转的作用得以体现；通过旋转液压摆缸对双质量飞轮主、次级飞轮的作用，并传递到扭转弹簧上，产生扭转振动，使发动机扭振激振对双质量飞轮的扭振因素得以体现；通过变频调速，控制各种转速工况，通过控制旋转液压摆缸的频率和摆幅，实现扭振频率和振幅的控制，且这些方面的控制可以单独进行，也可联合进行。

本发明提供的双质量飞轮扭转振动的激振器，其结构如图1所示：包括被测试件双质量飞轮及其旋转和扭摆驱动机构。所述的旋转和扭摆驱动机构，其旋转液压摆缸8的摆缸体通过与摆缸右端盖9相连的传动套11，在同侧与双质量飞轮的主飞轮13和与摆缸轴4相连的次飞轮15相连接；在传动套11内的与次飞轮15相连的轴段上安装扭矩传感器10以及摆角传感器12的扰流铁芯，摆角传感器12的线圈设置在与主飞轮13固连的传动套11上。

所述的旋转液压摆缸8，其摆缸轴4与聚流体7以密封套连方式相连，并且二者的油道相通。聚流体7和支架5可以通过定位片6用销和螺栓连接。

本激振器采用加大型摆缸右端盖，实现与直径较大的传动套连接，从而为传动套内安装轴和设置传感器留出空间；通过传动套实现旋转液压摆缸相对运动的两个部件(摆缸轴和摆缸体)分别与双质量飞轮的次飞轮和主飞轮在飞轮的同侧连接；将扭矩传感器设置在传动套内的与双质量飞轮次飞轮相连的轴段上，这样可直接测得主次飞轮间的扭矩，将摆角传感器的扰流铁芯设置在与双质量飞轮次飞轮相连的轴段上，线圈设置在与主飞轮固连的传动套上，这样可直接得到主、次飞轮间的摆角，因此测得的数据均是直接从主、次飞轮上获得的，减少了中间连接部件传递误差；旋转液压摆缸相对运动的两个部件直接对双质量飞轮的主、次飞轮作用，将双质量飞轮作为扭振激振力矩传递的必须环节，体现双质量飞轮在实际扭振工况中的作用；采用套在轴上的聚流体并与支座固定，实现外界液压油路能与之相连；聚流体上的油道与带有油道的摆缸轴相通，确保摆缸轴和摆缸在旋转过程中能实现液压油的交换，从而实现外界液压油路与旋转液压摆缸在转动过程中保持相通。

下面结合图1对本发明提供的激振器作进一步说明：

机座1：其上面安装变频电机2、支架5和立架18，并用以固定其它部件的相对位置。支架5和立架18支撑摆缸轴4及其上的零部件，使之与变频电机2机轴保持中心线同轴。

旋转驱动部件：即变频电机2，带动摆缸轴4、旋转液压摆缸及双质量飞轮等共同旋转。大柔度联轴器3连接电机轴和摆缸轴4，起隔振和保护电机的作用

扭摆驱动部件：主要由聚流体7和旋转液压摆缸8组成，安装在摆缸轴4上。聚流体7与摆缸轴4间为密封连接，通过聚流体7上的管接头和摆缸轴4上油道实现旋转液压摆缸与外部液压控制系统的油液交换。旋转液压摆缸8分为两个相对扭摆运动的部分：第一部分由液压摆缸体、端盖(包括左端盖和加大型的右端盖9)和一对外叶片组成，各部件之间用螺栓连接；第二部分由摆缸轴4和一对内叶片组成，摆缸轴4是传动轴，其从摆缸两端伸出，一端与大柔度联轴器3相连，另一端与次飞轮15相连，内叶片嵌入摆缸轴4内；一对内叶片和外叶片，可以实现扭振激振的大角度扭摆(小于180°)。

被测试件双质量飞轮：由主飞轮13、扭转减振器14、次飞轮15组成，主、次飞轮间通过扭转减振器14耦合传递力矩并减振，主飞轮13与摆缸右端盖9通过传动套11相连，次飞轮15与摆缸轴4相连，传动套11与摆缸右端盖9和主飞轮13均通过螺栓连接，以实现对双质量飞轮的两个质量间施加扭转激振。双质量飞轮的转动惯量、主次飞轮惯量比、扭转减振器扭转刚度、扭转减振器间的硅油阻尼作用，直接是影响扭振响应的因素；

传感器测试部件：扭矩传感器10设置在摆缸轴4与次飞轮15连接的轴段上，实现扭矩的测量；摆角传感器12设置在主飞轮13和次飞轮15间，实时获取它们的相对转角；在摆缸轴4上设置光电编码盘16，立架18上安装光电检测装置17，构成转速传感器，以获得电机转速。

本发明双质量飞轮扭振振动激振器的功率流闭环传递如图2所示：变频电机2带动整个系统旋转，此外通过液压系统使摆缸轴4与摆缸体产生相对扭摆，其中摆缸体通过传动套11与主飞轮13相连，主飞轮通过将传递过来的力矩通过扭转减振器10传递给次飞轮，因次飞轮与摆缸轴相连，从而实现旋转摆缸两个相对运动部分的闭环功率传递。

工作时，变频电机2通过大柔度联轴器3带动传动轴4及其轴上部件(除聚流体7)共同旋转，为模拟发动机在旋转过程中的扭振提供了转动条件，通过变频器实现对电机的无级调速，从而实现发动机不同转速的工况；另一方面旋转液压摆缸8在转动过程的同时，外部液压控制系统对摆缸的两个部分提供液压使之产生小于180°的相对转动，并将这两部分相对转动所产生的力分别作用于双质量飞轮的主飞轮13和次飞轮15上，实现扭转振动的激振过程，通过外部液压控制系统对旋转液压摆缸进行压力和流量控制，实现对扭转振动的振幅和频率的控制，通过以上方法实现在转动过程中进行扭转振动的激振和控制，从而实现模拟发动机在各种工况下的扣转振动。

Claims (6)

1.一种双质量飞轮扭转振动的激振方法，其特征是采用包括以下步骤的方法模拟发动机在转动过程中的扭振激振：

(1)旋转工况模拟：

采用变频电机拖动包括旋转液压摆缸、双质量飞轮部件旋转，实现发动机转速工况的模拟；

(2)扭振激振工况模拟：

采用旋转液压摆缸对双质量飞轮的主、次飞轮间提供扭摆运动，将被测试件双质量飞轮直接作为激振力矩传递的必须环节，双质量飞轮的主、次飞轮及其间扭转弹簧、硅油成为扭转振动必须的转动惯量、主次飞轮惯量比、刚度和阻尼因素，实现扭振激振工况的模拟；

通过上述步骤，进行双质量飞轮扭振性能的动态试验。

2.根据权利要求1所述的双质量飞轮扭转振动的激振方法，其特征是还采用以下步骤的方法控制发动机在转动过程中的扭振激振：

(1)采用变频器控制变频电机实现无级调速，实现发动机旋转工况的控制；

(2)采用液压控制系统控制旋转液压摆缸的频率和摆幅，实现发动机扭振激振的包括各种扭振频率和振幅工况的控制。

3.根据权利要求2所述的双质量飞轮扭转振动的激振方法，其特征是分别对发动机旋转工况和发动机扭振激振工况进行控制，或者将这两种工况的控制联合进行。

4.一种双质量飞轮扭转振动的激振器，包括被测试件双质量飞轮及其旋转和扭摆驱动机构，其特征是所述的旋转和扭摆驱动机构，其旋转液压摆缸(8)的摆缸体通过与摆缸右端盖(9)相连的传动套(11)，在同侧与双质量飞轮的主飞轮(13)和与摆缸轴(4)相连的次飞轮(15)相连接；在传动套(11)内的与次飞轮(15)相连的轴段上安装扭矩传感器(10)以及摆角传感器(12)的扰流铁芯，摆角传感器(12)的线圈设置在与主飞轮(13)固连的传动套(11)上。

5.根据权利要求4所述的双质量飞轮扭转振动的激振器，其特征是所述的旋转液压摆缸(8)，其摆缸轴(4)与聚流体(7)以密封套连方式相连，并且二者的油道相通。

6.根据权利要求5所述的双质量飞轮扭转振动的激振器，其特征是所述的聚流体(7)，其和支架(5)通过定位片(6)用销和螺栓连接。

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