CN105445122A - 汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合 - Google Patents

Abstract

一种汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，包括动力提供装置、测试装置和数据处理装置，所述动力提供装置设有动力源、连接工装和曲轴；所述测试装置设有扭转试验机、紧固工装、紧固螺栓、轴力传感器和应力传感器；所述数据处理装置设有数据记录设备和数据分析设备；所述轴力传感器和应力传感器装置在待测的曲轴皮带轮需要监测的位置，并与所述数据记录设备连接，监测轴力和应力的变化；所述数据分析设备设有用于分析测试数据的分析程式，根据数据分析程式确定发动机曲轴皮带轮的紧固工艺。本发明可以系统地模拟以及测量得出特定的曲轴皮带紧固工艺，从而避免了依靠技术人员的经验确定紧固工艺。

Description

汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，特别是涉及汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合。

背景技术

近年来随着我国国民经济的快速发展，汽车越来越普及，汽车的安全性和舒适性直接影响着每一位驾驶员和乘客。发动机作为汽车的动力源，是汽车的重要组成部分。而发动机曲轴皮带轮作为发动机的一个重要零部件，是轮系附件的重要传力机构，其为液压助力转向系统、空调系统提供驱动力。

曲轴在旋转的同时带动装配在轴头上的皮带轮一起旋转，皮带轮通过皮带将驱动力传递给转向泵轮和空调压缩机轮，从而为车辆的助力转向和空调提供动力。当曲轴皮带轮出现脱落时，轮系附件失去了可靠的驱动力源，车辆助力转向系统失效，方向盘的转动力急剧增大，驾驶员操作困难，甚至出现无法转向的情况，将严重影响人员和车辆的安全，同时也会导致空调无法正常运行而影响汽车的舒适性。现有皮带轮的紧固工艺主要依靠技术人员的经验确定，皮带轮的紧固工艺并不可靠，容易出现皮带轮脱落现象。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种可靠性较高的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合。

一种汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，包括动力提供装置、测试装置和数据处理装置，所述动力提供装置设有动力源、连接工装和曲轴；所述测试装置设有扭转试验机、紧固工装、紧固螺栓、轴力传感器和应力传感器；所述数据处理装置设有数据记录设备和数据分析设备；所述轴力传感器和应力传感器装置在待测的曲轴皮带轮需要监测的位置，并与所述数据记录设备连接，监测轴力和应力的变化；所述数据分析设备设有用于分析测试数据的分析程式，根据数据分析程式确定发动机曲轴皮带轮的紧固工艺。

本发明提出的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，可以系统地模拟以及测量得出特定的曲轴皮带轮紧固工艺，从而避免了依靠技术人员的经验确定紧固工艺，不仅提高了曲轴皮带轮紧固可靠性，还避免了单方面提高紧固条件而带来的紧固成本提高的问题。

附图说明

图1为汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合的结构示意图。

图2为汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合的工作流程图。

图3为扭矩-扭转角关系曲线图。

图4为轴力-扭矩关系曲线图。

图5为应力-应变关系曲线图。

图6为应力-扭转角关系曲线图。

图7为轴力-温度关系曲线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施方式的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，包括动力提供装置10、测试装置20和数据处理装置30。该测量组合可以应用于不同的车型，例如两厢车、三厢车、SUV等，具体在图示的实施例中，以某SUV车型为例进行说明。

请参阅图1，动力提供装置10包括动力源101，连接工装102，曲轴103。连接工装102用于将曲轴103与该动力源101连接，该动力源101用于为曲轴103转动模拟提供汽车发动机的动力。

测试装置20包括扭转试验机201，紧固工装202，紧固螺栓203，轴力传感器204，应力传感器205，温度传感器206，温控设备207。此外，曲轴皮带轮401为该测量组合的测试对象。

待测曲轴皮带轮401通过所述曲轴皮带轮紧固工装202以及紧固螺栓203固定于曲轴103的轴头上。该扭转试验机201通过紧固工装202对紧固螺栓203加载扭矩、扭转角。

该轴力传感器204及应力传感器205设于所述紧固螺栓203的螺栓头上，用于测试扭转试验机201加载该紧固螺栓203时轴力及应力的变化。温度传感器206设于待测曲轴皮带轮401上，用于准确检测该曲轴皮带轮401的实时温度。

该扭转试验机201、紧固工装202、紧固螺栓203、轴力传感器204、应力传感器205、温度传感器206、曲轴皮带轮401及曲轴103整体设于温控设备207中，该温控设备207用于模拟汽车运转时，曲轴以及曲轴皮带轮的环境温度。

该温控设备207对所述扭转试验机201加载紧固螺栓203模拟各种运行温度，例如低温、常温，以及高温的环境。

数据处理装置30包括数据记录设备301和数据分析设备302，在本实施例中，数据处理装置30为计算机主机，并装置在扭转试验机201的支撑柜中。在其它实施例中，该数据处理装置30还可以为手持智能终端，例如，智能手机，平板电脑等。

该数据记录设备301记录测量时间、扭转试验机201加载过程及各传感器的数据。

请参阅图2，该数据分析设备302的工作流程图，首先，数据分析设备302根据扭矩、扭转角、轴力数据，结合应力-应变公式，得出应力-应变关系曲线；然后，数据分析设备302根据扭转角和应力数据，得出扭转角-应力关系曲线；进一步，数据分析设备302根据应力-应变关系曲线和扭转角-应力关系曲线，结合紧固螺栓203的材料力学参数，得出紧固螺栓203的屈服状态和屈服点，根据轴力和温度数据，得出轴力-温度关系曲线；最后，数据分析设备203根据紧固螺栓203的屈服状态及屈服点，结合轴力-温度关系曲线，确定待测发动机曲轴皮带轮的紧固工艺。

图3示出了数据分析设备根据扭矩、扭转角数据得出的其中一组在特定温度下的扭矩-扭转角关系曲线。可以看出，随着扭转试验机201提供的扭转角从80°开始逐步增加，扭转试验机201的扭矩从48N*m开始逐渐增加，两者呈类似抛物线曲线关系。当扭转角达到350°时，扭矩增加缓慢。之后继续增加扭转角，扭矩在210N*m保持不变。由此可见，在曲轴皮带轮401紧固之前有必要先进行测试得到临界的扭矩以及扭转角，并没有必要盲目以较大的扭矩以及扭转角加以固定，进而增加紧固设备的要求。

图4示出了数据分析设备根据轴力、扭矩数据得出的轴力-扭矩关系曲线。在曲线的前半部分，随着扭转试验机201提供的扭矩从48N*m开始逐步增加，紧固螺栓203的轴力也逐渐增加，两者成抛物线曲线关系。当扭矩达到200N*m时，继续增加扭矩，轴力数据增加缓慢，保持在158kN，此时，紧固螺栓203达到其屈服点。

图5示出了数据分析设备根据扭矩、扭转角、轴力三者关系曲线，结合应力应变公式，得出的应力-应变关系曲线。应力应变公式如下：

$\mathrm{\σ}=\frac{N}{A}$

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{\Δ}l}{l}$

由图5可以看出，随着紧固螺栓203的应变从1.2mm开始逐步增加，其受到的应力从300N/mm*mm开始逐渐增加，在曲线的前半部分，应变与应力呈线性关系，当应变达到3mm以后，应变继续增大，应力保持不变，最终应力为1000N/mm*mm。

图6示出了数据分析设备根据应力、扭转角数据得出的应力-扭转角关系曲线。在曲线的前半部分，随着扭转试验机201加载的扭转角从0°增加，紧固螺栓203受到的应力也逐渐增加，两者呈线性关系。在曲线的后半部分，当该扭转角达到150°时，继续增加扭转角，应力基本保持不变，最终应力维持在1040MPa。

进一步地，数据分析设备根据上述得出的应力-应变关系曲线，扭转角-应力关系曲线，结合紧固螺栓203的材料力学参数，确定出紧固螺栓203的屈服状态、屈服点。在达到该屈服状态、屈服点时，对应的扭转试验机201加载的扭矩为100N*m，扭转角为150°。

通过以上数据可以看出，对于待测的曲轴皮带轮来讲，其紧固工艺存在一个较佳的范围，而本发明中的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合可以系统地模拟以及测量得出特定的曲轴皮带轮紧固工艺，从而避免了依靠技术人员的经验确定紧固工艺，不仅提高了曲轴皮带轮紧固可靠性，还避免了单方面提高紧固条件而带来的紧固成本提高的问题。

图7示出了数据分析设备202根据轴力及温度数据，得出的轴力-温度关系曲线。随着测量组合的温度从常温28℃逐渐升高，紧固螺栓203的轴力从140KN开始缓慢降低，当测量组合的温度达到78℃的高温时，紧固螺栓203的轴力降低至105kN。该数据反应了汽车发动机工作环境的温度对曲轴皮带轮的紧固有较大影响。

进一步地，数据分析设备根据上述得出的紧固螺栓203的屈服状态、屈服点及轴力-温度关系曲线，得出本实施例中曲轴皮带轮的紧固工艺为紧固螺栓203的加载扭矩为100N*m，加载扭转角为150°。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，包括动力提供装置、测试装置和数据处理装置，所述动力提供装置设有动力源、连接工装和曲轴，所述连接工装用于将曲轴与该动力源连接，该动力源为曲轴转动提供动力；所述测试装置设有扭转试验机、紧固工装、紧固螺栓、轴力传感器和应力传感器；所述数据处理装置设有数据记录设备和数据分析设备；所述轴力传感器和应力传感器装置在待测的曲轴皮带轮需要监测的位置，并与所述数据记录设备连接，监测轴力和应力的变化；所述紧固工装及所述紧固螺栓用于将所述曲轴皮带轮固定于曲轴的轴头上；所述数据分析设备设有用于分析测试数据的分析程式，根据数据分析程式确定发动机曲轴皮带轮的紧固工艺。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述扭转试验机通过所述紧固工装对所述紧固螺栓加载扭矩、扭转角。

3.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，进一步包括一温控设备，所述温控设备用于模拟测量组合的环境温度。

4.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述数据记录设备连接所述轴力传感器和应力传感器，记录测量时间、所述扭转试验机加载过程及各传感器数据。

5.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述数据分析设备根据扭矩、扭转角、轴力数据，结合应力-应变公式，得出应力-应变关系曲线。

6.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述数据分析设备根据扭转角和应力数据，得出扭转角-应力关系曲线。

7.根据权利要求5所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述数据分析设备根据扭转角和应力数据，得出扭转角-应力关系曲线，所述数据分析设备根据应力-应变关系曲线和扭转角-应力关系曲线，结合所述紧固螺栓的材料力学参数，得出所述紧固螺栓的屈服状态和屈服点。

8.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，进一步包括一温度传感器，所述温度传感器监测所述待测曲轴皮带轮的实时温度，所述数据分析设备根据轴力和温度数据，得出轴力-温度关系曲线。

9.根据权利要求8所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，所述数据分析设备根据扭转角和应力数据，得出扭转角-应力关系曲线，所述数据分析设备根据应力-应变关系曲线和扭转角-应力关系曲线，结合所述紧固螺栓的材料力学参数，得出所述紧固螺栓的屈服状态和屈服点，所述数据分析设备根据紧固螺栓的屈服状态及屈服点，结合轴力-温度关系曲线，确定发动机曲轴皮带轮的紧固工艺。

10.根据权利要求1所述的汽车发动机曲轴皮带轮紧固工艺测量组合，其特征在于，该数据处理装置为手持智能终端或者台式电脑。