CN1031225C - 曲轴摩擦转矩和窜动自动检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在内燃机生产线上自动检测曲轴摩擦转矩和窜动的设备，其主要结构特点是，联接曲轴主轴颈的联接头为浮动液压式，转矩转速传感器一端转轴与联接头相联接，另一端转轴与液压马达相联接，安装在滑台上。测量曲轴窜动的浮动测杆对称设置在通过曲轴主轴颈轴线的水平面内，安装在联接头支承体上。滑台在油缸活塞机构的驱动下沿滑台座往复移动。驱动装置的工作液由液压站集中提供，由计算机控制检测过程。检测精度和效率高，安装精度要求低。

Description

曲轴摩擦转矩和窜动自动检测设备

本发明是涉及转轴转矩和窜动的检测设备，特别是在内燃机装配生产线上自动检测内燃机曲轴摩擦转矩和窜动的检测设备。

内燃机曲轴摩擦转矩和窜动的传统检测方法，是由技术工人配以千分表和扭矩搬手等工具，凭经验进行手动测试。这种传统的测试技术，最大的缺点是检测精度不高，不稳定，难于满足设计要求，并且效率低，操作不方便。

美国康明斯公司所使用的内燃机曲轴转矩和窜动检测装置，较之传统的检测技术大大前进了一步。该装置有一个倾斜式滑台，滑台上还有一层其导轨与滑台导轨垂直的工作台，工作台上两端分别安装有头架和尾座。工作时，滑台和工作台一起沿滑台座的倾斜导轨下降，到位后，工作台上头架和尾座同时向内燃机缸体趋近，将缸体前后夹紧，驱动头带动曲轴转动，进行转矩以及转速的测试，在曲轴停止转动后，工作台上的夹头架和尾座分别推动曲轴在轴向来回移动，检测曲轴窜动。测试结束后，头架和尾座沿工作台上的导轨离开内燃机缸体，然后工作台座沿机身的倾斜导轨上移，回到起始位置。整个检测过程由计算机控制，自动化程度高。但该装置在整体结构上，存在着许多不足的地方。其一是滑动部件多，不仅头架和尾座沿工作台上导轨滑动，而且工作台与滑台一起还要沿机身倾斜导轨滑动，滑动部件负荷大。其二，由于在工作台上滑动的头架和尾座从内燃机缸体的两端夹持定位缸体，所以该装置的体积大、笨重；其三，由于独立运动的部件多，因此驱动机构和传动机构多，结构复杂。

专利号为US4898025的美国专利，公开的是测定内燃机输出功率的平均有效转矩的方法，即内燃机通过安装有转矩传感器的传动联接轴与负载装置相联接，测出内燃机的输出转矩，按等角度测出曲轴的角速度及两相邻角速度间的差值和所用的时间，计算角速度对时间的微分，将所求出的角加速度与内燃机的转动惯量相乘得到平均加速度转矩，将此转矩与测得的平均转矩相加，得到内燃机的平均有效转矩。这种方法显然不能用于装配中的内燃机曲轴摩擦转矩和曲轴窜动的测量。

本发明的目的在于避免已有技术的不足之处，而提供一种只有工作台在工作台座导轨上滑动、结构简单、体积小、仅从内燃机曲轴的一端自动检测曲轴摩擦转矩和窜动的设备。

本发明的目的可以通过采取以下技术措施得到实现：

带动被测内燃机曲轴转动的联接头，联接着被测内燃机曲轴主轴颈的一端，联接头的另一端与转矩转速传感器的转轴联接，转矩转速传感器的另一端转轴与动力装置的转轴联接，该动力装置为液压马达，液压马达的工作液进出口与液压站中的工作液出进口对应联接，检测设备整体结构为卧式布局，滑台与滑台座通过它们之间的滑动导轨付配置在一起，导轨付所形成的平面为水平平面，联接头、转矩转速传感器、液压马达回转轴线同轴线安装在工作滑台上，回转轴线平行于滑动导轨付所形成的平面，滑台在油缸活塞驱动机构的作用下相对滑台座往复移动，油缸活塞驱动机构的油缸与滑台座固定，活塞杆与滑台联接，油缸工作液进出口与液压站的工作液出进口对应联接；位移测量机构为浮动测杆，由两个浮动测杆测试曲轴窜动，两个浮动测杆对称设置在通过被测内燃机曲轴主轴颈轴线的水平平面内，固定在联接头相对于滑台静止的支承体上；两个浮动测杆的位移信号输出口与位移计联接，转矩转速传感器的信号输出口与转矩转速仪联接，位移计信号出口和转矩转速仪的信号出口分别与计算机联接，PC机控制检测过程并与计算机通讯，实现检测信号的传输、控制和数据处理，控制液压站的电磁阀动作。

本发明还可采取以下技术措施，进一步实现发明目的：

所使用的浮动测杆在由测试过程中一直使位于测杆顶端的压盘紧压在被测内燃机缸体后端面的弹簧压紧机构、位移传感器、浮动结构、曲轴窜动传递机构构成。压紧机构通过浮动结构与窜动传递机构联接成一体，位移传感器设置在浮动机构的传感器安装套内，在位移方向，传感器的测头始终与窜动传递机构中的滑柱接触。

联接头为浮动液压联接头，它由支承体、对接夹紧机构、浮动机构、油缸活塞机构构成，其中对接机构由夹头体、弹性薄壁套构成，在由薄壁套封闭的夹头体内的通道中，灌注有液性塑料；浮动机构由前V形槽盘、十字V形槽盘、十字V形槽盘套、后V形槽盘和钢球构成，前后V形槽盘的V形槽分别与位于中间的十字V形槽盘的V形槽对应配置，钢球设置在两个相互垂直的对应V形槽之间；前V形槽盘与夹头体固联，后V形槽盘与油缸端盖固联，油缸活塞机构由后V形槽盘尾端的油缸体、活塞、活塞接长杆、滑柱构成，位于浮动机构机体的中部，油缸体与后V形槽盘设计成整体结构，与油缸端盖一起构成油缸，活塞接长杆与滑柱的一端接触，滑柱的另一端面作用于夹持机构中的液性塑料。浮动机构安装在支承体内，并在其内转动。

下面结合附图说明，给出本发明一个实施例，并对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是浮动液压联接头的结构图。

图3是浮动液压联接头的拨销机构图。

图4是浮动测杆的结构图。

图1是本发明的一个实施例。浮动液压联接头3联接被测内燃机1的曲轴2一端主轴颈，联接头的另一端通过联轴器5与转矩转速传感器7联接，转矩转速传感器的另一端转轴通过联轴器与液压马达9联接，6是转矩转速传感器7的辅助电机，8是液压马达箱。用两个浮动测杆4测试曲轴窜动，浮动测杆安装在浮动液压联接头3的支承体15上，两个浮动测杆对称设置在通过被测曲轴2主轴颈轴线的水平平面内。浮动液压联接头、转矩转速传感器和液压马达固定在滑台10上，三者的回转轴线系同轴，并为一水平轴线。滑台10与滑台座11通过它们之间的两个平行的导轨付安装在一起，导轨付所形成的平面为一水平面。上述的回转轴线与导轨付平行。设置在滑台与滑台座之间的油缸活塞机构，油缸12与滑台座固定，活塞杆13与滑台联接，滑台在油缸活塞机构的驱动下，相对于滑台座移动。油缸与活塞相互改变安装方式，能够获得相同的效果。采用其它的驱动机构，也能使滑台相对滑台座移动，如丝杆螺母机构。浮动液压联接头、液压马达和油缸活塞机构的工作油，均由液压站提供，三个动力装置的工作油进出口分别与液压站出进口联接。两个浮动测杆的信号出口与位移计联接，转矩转速传感器的信号出口与转矩转速仪联接，位移计与转矩转速仪的信号出口又与计算机联接。计算机包括工BM微机和PC机。PC机控制检测过程并与计算机通讯，实现检测信号的传输、控制和数据处理，控制液压站的电磁阀动作。整个检测过程可自动进行，并打印显示检测结果，对不合格产品，能发出声光报警。

微机在PC给出的脉冲控制下进行整周期采样，而数据处理又是在剔除粗差后进行的，从而保证了转矩测量的稳定性，提高了检测精度。

微机在PC控制下可分别在开动与不开动转矩转速传感器的辅助电机情况下，对转矩和转速信号进行采样，从而满足了在20rpm的低速下进行高精度测量的要求。

滑台在PC时间控制和液压系统调速阀的联合控制下，实现了由滑台微小位移慢进、慢退来检测曲轴窜动。方法简单、可靠。

设备具有应急停止，并从断点开始自动恢复循环而不会打乱步序的功能。

为便于用户定期评定装置的检测精度，本设备具有带负载与不带负载时评定检测精度的功能。

图2及图3是浮动液压联接头的一种实施例。它包括支承体15、对接夹紧机构、辅助支承机构、浮动机构、油缸活塞机构几部分，其中对接夹紧机构又包括定心夹紧机构和对接拨销机构两部分。定心夹紧机构系由接头体25和弹性薄壁套30，以及在夹头体与弹性薄壁套构成的通道内灌注的液性塑料29组成。而对接拨销机构则由弹性薄壁套30、·圆柱销31、限程螺钉32、拨销弹簧33和头部铆有钢球的拨销34组成。薄壁套30的内圆柱面是联接被测曲轴主轴颈的夹持面。夹头体与其相固联的前V形槽盘支承在辅助支承体23内。辅助支承机构主要由辅助支承体及其上的两排12套球头滑柱、弹簧、调节螺钉、两只径向滚珠轴承和法兰盖构成，辅助支承体用其上的螺纹安装在联接头支承体15前端，前V形槽盘22的前端支承在辅助支承的径向滚珠轴承孔内。浮动机构由前V形槽盘22、十字V形槽盘20、后V形槽盘18和钢珠19构成，十字V形槽盘的两端面各开有一条V形槽，它们在空间相互垂直，前后V形槽盘的V形槽分别与十字V形槽盘的V形槽对应配置，钢球设置在两个V形槽之间，且两列钢珠的连心线垂直相交，为了防止钢珠在浮动机构旋转时，从两个V形槽外端跑出，在槽盘的周边设置有钢球限制套21，前V形槽盘与夹头体固联，同时在前V形槽盘体上设置有一个球面台阶，其球心位于十字V形槽盘中垂直相交的球心连心线交点上，该球面台阶上装有球轴承，后V形槽盘与油缸端盖14固联。油缸活塞机构由后V形槽盘中的油缸体、活塞16、活塞接长杆26、滑柱27构成，位于浮动机构的中心孔内，其中活塞接长杆与滑柱保持接触。滑柱的另一端作用于夹紧机构中的液性塑料。浮动机构安装在支承体15中，可以转动。油缸内的工作油通过油管接头25和油道进出油缸，其中转动件与静止件之间的油道由Y形密封圈24密封。当液压站的压力油进入油缸时，活塞前移，通过活塞接长杆、滑柱压迫液性塑料，薄壁套在液性塑料的作用下变形，从而把被测曲轴主轴颈夹紧。当油管接头25通过液压站回油时，作用在活塞上的油压消失，活塞在薄壁套的弹性恢复力和复位弹簧的作用下复位，使薄壁套与被测曲轴主轴颈脱离。本装置独特设计的V形槽盘浮动机构，能够实现任何方向的摆动和平移，大大降低了对被测内燃机定位精度，对检测装置的安装精度，以及对工作台导轨运动精度的要求，而且这些误差在检测中都不会影响检测精度。

附图4是本装置浮动测杆的一种实施例。它由在测试过程中使测杆端部的压盘50始终压在被测内燃机1缸体后端面的弹簧压紧机构，位移传感器41，浮动机构和窜动传递机构构成。其中压紧机构由支承体37、压紧弹簧36、调节螺塞35和套杆39构成。套杆安装在支承体内可以滑动，调节螺塞通过螺纹付装配在支承体内，压紧弹簧安装在支承体内，其一端作用在套杆的端面，另一端作用在调节螺塞的端面，并在支承体与套杆的壁面之间设置有限制套杆滑动距离和转动的限位螺钉38。压紧机构与窜动传递机构通过浮动机构装配成一体。浮动机构包括传感器安装套44、锥孔套53、压缩弹簧42弹簧座40。传感器安装套的一端有球面，与锥孔套的锥孔配合，安装套通过止口与窜动传递机构的测头套51固联，而锥孔套也通过止口与压紧机构的套杆39固联，传感器安装套的套身位于套杆的孔内。弹簧座40通过螺纹安装在传感器安装套的孔内，压缩弹簧一端作用在锥孔套的环形端面上，另一端作用在弹簧座上。位移传感器41夹压在安装套44孔内，传感器测头与窜动传递机构的滑柱46始终保持接触。传感器安装套与锥孔套之间设置有防转螺钉43。窜动传递机构包括测头套51、压盘50、滑柱46、滚珠轴承47、测力调节螺钉48、弹簧49、横销45和测头52，压盘与测头套通过止口联结成一体，滑柱与滚珠轴承装配在测头套内，并实现无转动、无间隙往复移动，弹簧一端作用在压盘的内端面，另一端作用在固定于滑柱端面的测力调节螺钉上，横销穿过测头套壁面上的槽孔，安装在滑柱上，横销的端部安装有测头52，它始终与联接头3前端面上的环形测量面接触。测头套壁上的槽孔长度不得小于被测内燃机曲轴的最大窜动距离。

本发明不限于上述实施例所述的形式。

本发明与已有技术相比，具有以下比较突出的优点和效果：

1、滑动付少。整个设备只有滑台与滑台座之间的一个滑动付，因此滑动部件和使之滑动的驱动机构少，结构简单。

2、体积小重量轻，被测内燃机缸体的固定定位，及曲轴转矩和窜动的测量，都是从被测内燃机缸体的一端进行的，因此检测装置的体积小，重量轻。

3、曲轴的转动、滑台的滑动、联接头的夹紧都为液压驱动，因此，运动特别平稳，实现无级调速方便，并且由同一个液压站提供动力油，减少了动力装置。

4、联接头和曲轴窜动测量装置均采用浮动结构，其中，联接头可同时在任意方向平移和摆动，因而大大降低了对装置安装精度、装置直线运动付的制造精度，以及对被测试件的定位精度的要求，并可排除装置安装误差、直线运动付的运动误差对检测精度的影响。

5、测量曲轴窜动的浮动测杆，对称设置在通过被测曲轴主轴颈轴线的水平平面内，可大大减少轴向窜动测量中的误差。

6、通过调节辅助支承体上的两排调节螺钉，可抵消夹头及浮动机构的自重，并能大大减小因自重而施加在曲轴上的附加转矩，减小了转矩的检测误差。

同时通过转动辅助支承体，还可消除联接头的传动间隙。

7、本设备具有手动、单周期循环、自动三种工作方式；对接传动方式也有三种可供方便选用，拨动式适用于高精度小转矩检测，定心夹紧式适用于大转矩检测(取下拨销机构)，精度稍低；拨动定心夹紧复合式适用于大转矩检测，检测精度界于前两种之间，因而本设备适用性强。

8、浮动液压联接头在转动时产生的附加转矩，可通过转矩转速仪扣除，因而检测中不会影响检测精度。

本发明除具有上述一些优点外，还具有价格低的优点，设备的价格仅为从美国康明斯发动机公司引进同种用途设备价格的五分之一。当然还具有其它方面的一些优点。

采用本发明检测内燃机曲轴的摩擦转矩和窜动，转速误差＜0.5转/分，转矩误差＞±1％(F·S)，轴向窜动误差＜±0.005mm。

Claims (3)

1、一种在内燃机装配生产线上自动检测曲轴摩擦转矩和窜动的检测设备，包括位移测量机构，联接被测内燃机(1)曲轴主轴颈的联接夹3)，转矩转速传感器(7)，驱动曲轴转动的动力装置，滑台(10)，滑台座(11)，联接头联接着被测内燃机曲轴主轴颈的一端，联接头的另一端与转矩转速传感器的转轴联接，而转矩转速传感器的另一端转轴与动力装置的转轴联接，其特征是动力装置为液压马达(9)，液压马达的工作液进出口与液压站中的工作液出进口对应接通，检测设备整体结构为卧式布局，滑台与滑台座通过它们之间的滑动导轨付配置在一起，导轨付所形成的平面为卧式平面，联接头(3)、转矩转速传感器(7)、液压马达(9)回转轴线一致地安装在工作滑台(10)上，回转轴线平行于滑动导轨付所形成的平面，滑台在油缸活塞驱动机构的作用下相对滑台座往复移动，油缸活塞驱动机构的油缸(12)与滑台座固定，活塞杆(13)与滑台联接，油缸工作液进出口与液压站的工作液出进口对应联接，位移测量机构为浮动测杆(4)，由两个浮动测杆检测曲轴窜动，两个浮动测杆对称设置在通过被测内燃机曲轴(2)的主轴颈轴心线的水平平面内，固定在联接头相对滑台静止的支承体(15)上，两个浮动测杆的位移信号输出口与位移计联接，转矩转速传感器的信号输出口与转矩转速仪联接，位移计信号出口和转矩转速仪的信号出口分别与计算机联接，PC机控制检测过程并与计算机通讯，实现检测信号的传输、控制和数据信号处理，控制液压站的控制阀动作。

2、根据权利要求1所述的曲轴摩擦转矩和窜动检测设备，其特征在于浮动测杆由在检测过程中使测杆端头的压盘(50)紧紧压在被测内燃机缸体后端面的弹簧压紧机构、位移传感器(41)、浮动机构、窜动传递机构构成，弹簧压紧机构与窜动传递机构通过浮动机构装配成一体，位移传感器(41)位于浮动机构的传感器安装套(44)内，传感器的测头一直与窜动传递机构的无间隙滑柱(47)保持接触。

3、根据权利要求1所述的曲轴摩擦转矩和窜动检测设备，其特征在于联接头为浮动液压联接头(3)，由支承体(15)、对接夹紧机构、浮动机构、油缸活塞机构组成，对接夹紧机构由接头体(28)和弹性薄壁套(30)构成，由薄壁套封闭的接头体内的通道中灌注有液性塑料(29)，浮动机构由前V形槽盘(22)、十字V形槽盘(20)、后V形槽盘(18)、十字V形槽盘套(21)和钢球(19)构成，前后V形槽盘的V形槽分别与位于中间的十字V形槽盘的V形槽对应配置，在两个V形槽之间安置有钢球(19)，前V形槽盘与夹头体固联，后V形槽盘尾端设计有油缸，它与油缸端盖(14)固联，油缸活塞机构由油缸(17)、油缸端盖(14)、活塞(16)、活塞接长杆(26)、滑柱(27)构成，位于浮动机构的中心孔内，活塞接长杆与滑柱的一端接触，滑柱的另一端面作用于夹紧机构中的液性塑料，浮动机构安装在支承体(15)中并可旋转。

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