CN104483053B - 一种小型发动机转矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型发动机转矩测量装置，属于发动机性能测试的技术领域。所述装置包括螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板、支承轴承、支撑光杆、压力传感器、总支撑板、有滑动导轨的台架、压力板、舵机和拉力计；其中，螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板和支撑光杆构成悬臂系统，支承轴承、总支撑板和有滑动导轨的台架构成支撑系统，悬臂系统可以绕支撑光杆轴线自由旋转。本发明对于常用扭矩测量仪无法准确测量的小功率航模发动机(功率在0.5kW～15kW之间)的扭矩特性能进行较为准确的测量，同时能够测量发动机推力。

Description

一种小型发动机转矩测量装置

技术领域

本发明属于发动机性能测试的技术领域。涉及一种用于对小型航模发动机的扭矩转速特性曲线进行测量的装置，针对常用的扭矩功率测试仪无法准确测量的小功率航模发动机，进行扭矩转速测试。

背景技术

对于发动机扭矩或转矩的基本测量方法有能量转换法、传递法和平衡力法。能量转换法按照能量守恒定律测量扭矩，通过测量其他与扭矩有关的能量系数来确定被测量的扭矩的大小；传递法是根据弹性元件在传递扭矩时所产生的物理参数的变化(变形、应力或应变)来测量扭矩的；平衡力法是根据匀速运转发动机的传动轴对外输出一定大小的转矩时，机壳上必定作用一个大小相等、方向相反的平衡力矩来实现测量扭矩。

已有的扭矩测量仪器多是用于对功率较大的发动机的扭矩进行测量而设计的，对于功率较小的航模发动机，很难准确测量。

发明内容

本发明的目的是设计一种针对小功率航模发动机的转矩测量装置，可以实现对于功率较小的航模发动机的转矩的测量。

本发明解决技术问题所采取的方案是：

将总支撑板固定在有滑动导轨的台架上，总支撑板可沿滑动导轨滑动；将两个支撑轴承固定在总支撑板上，构成所述转矩测量装置的支撑系统；将安装好螺旋桨的待测发动机通过四根连接螺杆固定到双臂钢板一侧，再将支撑光杆固定到双臂钢板的另一侧，形成从螺旋桨到支撑光杆的悬臂系统；将悬臂系统的支撑光杆通过顶定螺钉固定在支撑系统的支撑轴承的内圈上，使得悬臂系统可以绕支撑光杆轴线自由旋转。将拉力计的一端固定在台架上，另一端接钢丝或细索连在支撑光杆上，拉力计固定端与钢丝或细索的连线与支撑光杆位于一条直线上。实际测量时，发动机给螺旋桨一个扭矩带动螺旋桨转动，螺旋桨推开空气转动对悬臂系统产生一个反力矩，整个悬臂系统有相反于发动机旋向运动的趋势，双臂钢板的一臂将对压力传感器产生压力读取该力，再由已知的臂长，就可得知发动机转矩大小；读取拉力计示数，可知发动机推力。

本发明的有益效果是：

对于常用扭矩测量仪无法准确测量的小功率航模发动机(功率在0.5kW～15kW之间)的扭矩特性能进行较为准确的测量，同时能够测量发动机推力。

附图说明

图1为本发明的转矩测量装置的整体结构示意图；

图2为双臂钢板的结构示意图；

图3为支撑光杆的结构示意图；

图4为连接螺杆的结构示意图；

图5为压力传感器结构示意图；

图6为压力传感器和压力板的位置安装示意图。图中：

1.螺旋桨；2.待测发动机；3.连接螺杆；4.双臂钢板；5.支承轴承；

6.支撑光杆；7.压力传感器；8.总支撑板；9.台架；10.压力板；

11.舵机；12.拉力计；31.双臂钢板端螺纹面；

32.螺杆-双臂钢板配合面；33.发动机端配合面；34.发动机端螺纹面；

41.压力触点A；42.连接螺杆连孔；43.支撑光杆连孔；44.减重孔；45.压力触点B；

61.支撑轴承配合面；62.光杆-双臂钢板配合面；63.光杆螺纹面；

71.固定螺纹孔；72.应变区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种小型发动机转矩测量装置做进一步说明。

图1为本发明提供的一种小型发动机转矩测量装置的整体结构示意图。所述的小型发动机是指航模发动机，一般功率范围在0.5kW～15kW之间。

所述的转矩测量装置包括：螺旋桨1、待测发动机2、连接螺杆3、双臂钢板4、支承轴承5、支撑光杆6、压力传感器7、总支撑板8、有滑动导轨的台架9、压力板10、舵机11和拉力计12。其中，螺旋桨1、待测发动机2、连接螺杆3、双臂钢板4和支撑光杆6构成悬臂系统，支承轴承5、总支撑板8和有滑动导轨的台架9构成支撑系统。

所述总支撑板8为平板结构，通过配合台架9上的螺纹孔固定在台架9上的滑动导轨上，总支撑板8水平设置，可以沿滑动导轨滑动。将两个支撑轴承5通过螺栓螺母固定在总支撑板8上表面，所述两个支撑轴承5的连线平行于台架9上的滑动导轨。以上部件构成整个小型发动机转矩测量装置的支撑系统。

所述待测发动机2的一侧安装有螺旋桨1，相对的另一侧通过4根水平且相互平行的连接螺杆3与竖直的双臂钢板4垂直连接。所述连接螺杆3与待测发动机2和双臂钢板4之间均为固定连接。所述支撑光杆6一端穿过双臂钢板4的光杆连孔43用螺母固定连接，以上部件构成小型发动机转矩测量装置的悬臂系统。

如图2所示，所述双臂钢板4为板状结构，所述板状结构平面内具有左右对称的双臂结构，板状结构主体部分设置有四个连接螺杆连孔42、一个支撑光杆连孔43和若干减重孔44，所述支撑光杆连孔43位于穿过所述四个连接螺杆连孔42的对角线交点。所述双臂自由端具有方向向下的压力触点A41和压力触点B45，所述压力触点A41与压力板10上表面中心接触，双臂钢板4两臂两个压力触点与支撑光杆6中轴线在同一水平面内。双臂钢板4的压力触点A41对压力板10加压，从而使悬臂状态的压力传感器7产生变形。

所述双臂钢板4一侧连接四根连接螺杆3，另一侧连接支撑光杆6的一端，支撑光杆6的另一端通过顶定螺钉固定在支撑轴承5的内圈上，从而连接悬臂系统和支撑系统，整个悬臂系统可以绕支撑光杆6轴线自由旋转。

如图3，所述支撑光杆6整体为光杆结构，在光杆结构的一端加工有光杆螺纹面63、光杆-双臂钢板配合面62，光杆螺纹面63用于螺纹连接双臂钢板4，光杆-双臂钢板配合面62用于限定支撑光杆6与双臂钢板4之间的位置，并将二者固定连接。其余的光杆部分为支撑轴承配合面61，用于穿过两个支撑轴承5的内圈并固定。

安装时，可以在所述支撑光杆6和双臂钢板4之间的光杆-双臂钢板配合面62设置防松垫片。

如图4，所述的连接螺杆3的一端加工有双臂钢板端螺纹面31和螺杆-双臂钢板配合面32，另一端加工有发动机端配合面33和发动机端螺纹面34，所述的双臂钢板端螺纹面31和螺杆-双臂钢板配合面32用于螺纹连接双臂钢板4并限位和固定；所述的发动机端配合面33和发动机端螺纹面34用于螺纹连接待测发动机2，并实现固定和限位。待测发动机2的旋转运动和移动依次传递到连接螺杆3、双臂钢板4和支撑光杆6。

如图5和图6，压力传感器7一端通过两个固定螺纹孔71固定在总支撑板8的一侧,另一端为悬臂端，中间为应变区域72，并在悬臂端的上表面通过连接螺钉14连接压力板10，所述连接螺钉14与压力传感器7的悬臂端螺纹连接，压力板10套在连接螺钉14上，在所述连接螺钉14上螺纹连接有调节螺母13，压力板10下表面落在调节螺母13上，通过调节连接螺钉14和调节螺母13的高度可以调节压力板10的高度，使压力板10上表面与支撑光杆6中轴线等高，并且是与双臂钢板4上的压力触点A41相接触的。该压力传感器7为电阻应变式压力传感器，其内部线路采用惠更斯电桥，当其承受载荷产生变形时，其内部的电阻应变片受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。

所述拉力计12一端固定在台架9上，另一端通过钢丝或细索连接在支撑光杆6的端部。拉力计12的两端钢丝或细索与支撑光杆6在同一条直线上。舵机11固定在总支撑板8上，用于控制待测发动机2的油门开度。

应用上述的小型发动机转矩测量装置进行实际测量的实验方法及原理如下：

待测发动机2和需要测量的规格的螺旋桨1以及图1所示部件安装。安装待测发动机打火器，固定油箱，并连接导油管。预热待测发动机2，完成实验准备工作。待测发动机2启动，通过遥控器控制舵机11舵位来控制油门开度。螺旋桨1推开空气转动对悬臂系统产生一个反力矩，使整个悬臂系统有相反于待测发动机2旋向运动的趋势，通过连接螺杆3带动双臂钢板4产生同样的旋转，此时，双臂钢板4的压力触点A41将对压力板10产生压力，并通过压力传感器7以电信号的形式接收后，发送到控制计算机。控制计算机读取记录进行计算，得到压力大小，再由已知的双臂钢板4臂长，就可得知发动机转矩大小；同时，由于发动机推力的作用，总支撑板8在滑动导轨上滑动，使得拉力计12的读数发生变化，读取拉力计12示数，可知发动机推力。所述臂长是指双臂钢板4的压力触点A41到支撑光杆6中轴线的距离。

实验具体实施的时候，航模发动机可能存在较大的振动，可以在双臂钢板4另一臂下的压力触点B45下加装垫块，垫块与该臂压力触点B45没有间隙，起到预紧作用；也可以在压力板10处的双臂钢板4的一臂(即有压力触点A41的一臂)通过加装钢丝弹簧将该臂向下拉紧，从而施加一个预紧力使双臂钢板4的压力触点A41不至因振动弹离压力板10。

Claims (9)

1.一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述的转矩测量装置包括螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板、支承轴承、支撑光杆、压力传感器、总支撑板、台架、压力板、舵机和拉力计；其中，螺旋桨、待测发动机、连接螺杆、双臂钢板和支撑光杆构成悬臂系统，支承轴承、总支撑板和台架构成支撑系统；

所述总支撑板固定在台架上的滑动导轨上，可沿滑动导轨滑动，两个支撑轴承固定在总支撑板上表面，所述两个支撑轴承的连线平行于台架上的滑动导轨；所述待测发动机的一侧安装有螺旋桨，相对的另一侧通过水平的连接螺杆与竖直的双臂钢板垂直连接；所述连接螺杆与待测发动机和双臂钢板之间均为固定连接；所述支撑光杆一端与双臂钢板固定连接，另一端与两个支撑轴承的内圈固定，从而将悬臂系统连接在支撑系统上，整个悬臂系统可以绕支撑光杆轴线自由旋转；

所述双臂钢板为板状结构，所述板状结构平面内具有左右对称的双臂结构，板状结构主体部分设置有四个连接螺杆连孔和一个支撑光杆连孔，所述支撑光杆连孔位于穿过所述四个连接螺杆连孔的对角线交点，用于与支撑光杆螺纹配合连接，所述四个连接螺杆连孔用于与连接螺杆配合螺纹连接；所述双臂自由端具有方向向下的压力触点A和压力触点B，所述压力触点A与压力板的上表面中心接触，双臂钢板两臂两个压力触点与支撑光杆中轴线在同一水平面内；双臂钢板的压力触点A对压力板加压，从而使悬臂状态的压力传感器产生变形；

压力传感器一端固定在总支撑板的一侧，另一端为悬臂端，中间为应变区域，并在悬臂端的上表面通过连接螺钉连接压力板；所述拉力计一端固定在台架上，另一端通过钢丝或细索连接在支撑光杆的端部，拉力计的两端钢丝或细索与支撑光杆在同一条直线上；舵机固定在总支撑板上，用于控制待测发动机的油门开度。

2.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述的小型发动机是指航模发动机，功率范围在0.5kW～15kW之间。

3.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述双臂钢板上设置减重孔。

4.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：在双臂钢板另一臂下的压力触点B下加装垫块，垫块与该臂压力触点B没有间隙；或者在压力板所对应的双臂钢板的一臂通过加装钢丝弹簧将该臂向下拉紧，从而施加一个预紧力使双臂钢板的压力触点不至因振动弹离压力板。

5.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述支撑光杆整体为光杆结构，在光杆结构的一端加工有光杆螺纹面、光杆-双臂钢板配合面，光杆螺纹面用于螺纹连接双臂钢板，光杆-双臂钢板配合面用于限定支撑光杆与双臂钢板之间的位置，并将二者固定连接；其余的光杆部分为支撑轴承配合面，用于穿过两个支撑轴承的内圈并固定。

6.根据权利要求1或5所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：在所述支撑光杆和双臂钢板之间的光杆-双臂钢板配合面设置防松垫片。

7.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述的连接螺杆的一端加工有双臂钢板端螺纹面和螺杆-双臂钢板配合面，另一端加工有发动机端配合面和发动机端螺纹面，所述的双臂钢板端螺纹面和螺杆-双臂钢板配合面用于螺纹连接双臂钢板并限位和固定；所述的发动机端配合面和发动机端螺纹面用于螺纹连接待测发动机，并实现固定和限位。

8.根据权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置，其特征在于：所述连接螺钉与压力传感器的悬臂端螺纹连接，压力板套在连接螺钉上，在所述连接螺钉上螺纹连接有调节螺母，压力板下表面落在调节螺母上，通过调节连接螺钉和调节螺母的高度调节压力板的高度，使压力板上表面与支撑光杆中轴线等高，并且是与双臂钢板上的压力触点A相接触的。

9.应用权利要求1所述的一种小型发动机转矩测量装置的测量方法，其特征在于：待测发动机启动，通过遥控器控制舵机舵位来控制油门开度；螺旋桨推开空气转动对悬臂系统产生一个反力矩，使整个悬臂系统有相反于待测发动机旋向运动的趋势，通过连接螺杆带动双臂钢板产生同样的旋转，此时，双臂钢板的压力触点A将对压力板产生压力，并通过压力传感器以电信号的形式接收后，发送到控制计算机；控制计算机读取记录进行计算，得到压力大小，再由已知的双臂钢板臂长，得知发动机转矩大小；同时，由于发动机推力的作用，总支撑板在滑动导轨上滑动，使得拉力计的读数发生变化，读取拉力计示数，可知发动机推力；所述臂长是指双臂钢板的压力触点A到支撑光杆中轴线的距离。