CN102620924A - 配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法。控制柜与电机信号连接，电机带动配气机构凸轮轴上的齿形带轮转动，编码器安装在凸轮轴上，加速度传感器粘接在气门顶面上，加速度传感器的输出端与电荷放大器连接，激光位移传感器位于摇臂气门端上方，并正对摇臂气门端设置，应变片贴在摇臂气门端上，应变片输出端与动态应变仪连接，编码器、电荷放大器、激光位移传感器和动态应变仪输出的信号通过数据采集卡输入上位机，同时编码器的输出端与转速表连接。本发明结构简单，实验结果准确，成本低，方便长期使用。

Description

配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法
技术领域
本发明属于车辆检测技术领域，涉及一种配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法。
背景技术
    气门弹簧是配气机构的重要零部件之一，弹簧的动态刚度直接影响着配气机构的性能。动态刚度过小，会导致气门无法及时落座并紧紧贴合，使气门发生跳动破坏其密封性；动态刚度过大，则会增大气门关闭时对气门座圈的冲击和对凸轮的摩擦，从而影响部件的耐久度。它的损坏，轻则影响发动机功率，扭矩,油耗和异响，重则造成气门断裂等故障。因此需要对配气机构气门弹簧的动态刚度进行测量。
    目前，对弹簧动态特性研究的主要方法有单独将弹簧置于激振台上进行试验或对弹簧进行有限元分析。但这些研究方法忽略了周边部件对弹簧的影响，从而可能导致所得结果与实际不相符。
发明内容
    本发明目的在于克服上述技术的不足，提供一种功能全面、成本低、效率高的配气机构气门弹簧动态刚度测量系统。
本发明采用以下技术方案：
配气机构气门弹簧动态刚度测量装置包括：控制柜，电机，编码器，加速度传感器，激光位移传感器，应变片，转速表，电荷放大器，动态应变仪，数据采集卡和上位机。
控制柜与电机信号连接，电机带动配气机构凸轮轴上的齿形带轮转动，编码器安装在凸轮轴上，加速度传感器粘接在气门顶面上，加速度传感器的输出端与电荷放大器连接，激光位移传感器位于摇臂气门端上方，并正对摇臂气门端设置，应变片贴在摇臂气门端上，应变片输出端与动态应变仪连接，编码器、电荷放大器、激光位移传感器和动态应变仪输出的信号通过数据采集卡输入上位机，同时编码器的输出端与转速表连接。
配气机构气门弹簧动态刚度测量试验方法包括以下步骤：
步骤 1、实验准备阶段，连接好试验装置，调节润滑油至实验要求的流量和压力,低速运行，检查各传感器的工作情况。
步骤 2、实验开始，调节电机转速从怠速运行至额定转速，通过上位机记录上止点，转角，加速度，位移，应变信号。
步骤 3、根据加速度传感器测得气门加速度                                               
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE002
，根据激光位移传感器测得弹簧变形量
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE004
，根据应变片测得摇臂应变电压
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE006
，通过静态标定实验得到摇臂载荷与摇臂应变电压的关系量，从而得到动态摇臂载荷。
根据公式：
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE008
计算出气门弹簧的动态刚度。式中
Figure 929405DEST_PATH_IMAGE010
表示气门弹簧动态刚度，
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE012
表示摇臂载荷，
Figure 455327DEST_PATH_IMAGE002
表示气门加速度，
Figure 2012101056768100002DEST_PATH_IMAGE014
表示气门组质量，
Figure 146071DEST_PATH_IMAGE004
表示弹簧变形量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的气门弹簧动态刚度测量装置及方法，可模拟发动机的正常工况对气门弹簧的动态刚度进行测量，而非单独对气门弹簧进行实验，避免了因排除周边零部件对弹簧动态刚度的影响而造成的误差。
2、本发明提供的配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法，通过编码器、加速度传感器、激光位移传感器、应变片等测量数据，并通过上位机显示保存数据，实现实时监测数据，提高了实验效率。
3、本发明提供的配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法，结构简单，实验成本低，方便长期使用，广泛适用于各汽车零部件制造厂，有利于行业发展。
附图说明
图1为发明结构示意图；
图2为传感器安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，配气机构气门弹簧动态刚度测量系统包括：控制柜1、电机2、润滑油箱4、编码器5、加速度传感器6、激光位移传感器7、应变片8、转速表9、电荷放大器10、动态应变仪11、数据采集卡12、上位机13。 
控制柜1与电机2信号连接，电机2带动配气机构3凸轮轴上的齿形带轮转动，润滑油箱4与配气机构3连接，为配气机构3提供润滑油，润滑油通过漏斗流回润滑油箱4；编码器5安装在凸轮轴上，用来采集上止点信号和转角信号；加速度传感器6粘接在气门顶面上，可实时测量气门加速度；加速度传感器6的输出端与电荷放大器10连接，用于将加速度传感器6输出的微弱电压信号放大；激光位移传感器7位于摇臂气门端上方，用于测量气门弹簧的变形量；应变片8贴在摇臂气门上，应变片输出端与动态应变仪11连接，可测得摇臂在运动过程中得变形量；编码器5，激光位移传感器7，电荷放大器10，动态应变仪11输出的信号通过数据采集卡12输入上位机13，用于对各个传感器测得的信号进行存储，以便往后的信号处理分析；同时编码器5的Z向输出端与转速9表连接，可显示电机的转速。
本发明配气机构气门弹簧动态刚度测量装置试验方法：通过控制柜1和转速表9来控制电机2，使其带动配气机构3上的凸轮轴以一定转速转动，通过编码器5，加速度传感器6，激光位移传感器7分别得到气门加速度，弹簧变形量，结合静态标定和应变片8所测数据得到摇臂载荷，算出气门弹簧的动态刚度。其实验步骤为：
步骤 1、实验准备阶段，连接好试验装置，调节润滑油至实验要求的流量和压力,低速运行，检查各传感器的工作情况。
步骤 2、实验开始，调节电机转速从怠速运行至额定转速，通过上位机记录上止点，转角，加速度，位移，应变信号。
步骤 3、根据加速度传感器测得气门加速度
Figure 385422DEST_PATH_IMAGE002
，根据激光位移传感器测得弹簧变形量
Figure 745997DEST_PATH_IMAGE004
，根据应变片测得摇臂应变电压
Figure 821531DEST_PATH_IMAGE006
，通过静态标定实验得到摇臂载荷与应变片输出电压的关系量，得到动态摇臂载荷。
根据公式：
Figure 129016DEST_PATH_IMAGE008
计算出气门弹簧的动态刚度
Figure 206562DEST_PATH_IMAGE010
。式中
Figure 941300DEST_PATH_IMAGE010
表示气门弹簧动态刚度，表示摇臂载荷，
Figure 179805DEST_PATH_IMAGE002
表示气门加速度，
Figure 377437DEST_PATH_IMAGE014
表示气门组质量，
Figure 345393DEST_PATH_IMAGE004
表示弹簧变形量。
在图2中，给出了配气机构上加速度 5传感器，激光位移传感器7，应变片8的安装位置，具体包括配气机构凸轮3-1，摇臂3-2，气门3-3，气门弹簧3-4。加速度传感器粘接在气门顶面上，激光位移传感器位于摇臂气门端上方，并正对摇臂气门端设置，应变片贴在摇臂气门端上。

Claims (2)

1.配气机构气门弹簧动态刚度测量装置，包括控制柜，电机，编码器，加速度传感器，激光位移传感器，应变片，转速表，电荷放大器，动态应变仪，数据采集卡和上位机，其特征在于：
控制柜与电机信号连接，电机带动配气机构凸轮轴上的齿形带轮转动，编码器安装在凸轮轴上，加速度传感器粘接在气门顶面上，加速度传感器的输出端与电荷放大器连接，激光位移传感器位于摇臂气门端上方，并正对摇臂气门端设置，应变片贴在摇臂气门端上，应变片输出端与动态应变仪连接，编码器、电荷放大器、激光位移传感器和动态应变仪输出的信号通过数据采集卡输入上位机，同时编码器的输出端与转速表连接。
2.利用权利要求1所述的装置进行配气机构气门弹簧刚度测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤 1、实验准备阶段，连接好试验装置，调节润滑油至实验要求的流量和压力,低速运行，检查各传感器的工作情况；
步骤 2、实验开始，调节电机转速从怠速运行至额定转速，通过上位机记录上止点，转角，加速度，位移，应变信号；
步骤 3、根据加速度传感器测得气门加速度                                                ，根据激光位移传感器测得弹簧变形量
Figure 913046DEST_PATH_IMAGE002
，根据应变片测得摇臂应变电压
Figure 2012101056768100001DEST_PATH_IMAGE003
，通过静态标定实验得到摇臂载荷与应变片输出电压的关系量，得到动态摇臂载荷；
根据公式： 
Figure 927270DEST_PATH_IMAGE004
计算出气门弹簧的动态刚度，式中
Figure 2012101056768100001DEST_PATH_IMAGE005
表示气门弹簧动态刚度，
Figure 448381DEST_PATH_IMAGE006
表示摇臂载荷，表示气门加速度，
Figure 2012101056768100001DEST_PATH_IMAGE007
表示气门组质量，
Figure 552877DEST_PATH_IMAGE002
表示弹簧变形量。
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