CN105922133A - 曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置，包括：曲轴，曲轴一端的主轴颈与砂轮头架连接，曲轴另一端的主轴颈与砂轮尾架连接；砂轮，砂轮与曲轴的曲轴连杆颈接触；旋转测力仪，旋转测力仪设置在曲轴的主轴颈上；测量单元，测量单元与旋转测力仪连接。本发明的有益效果如下：通过建立曲轴连杆颈随动磨削过程中磨削力的数学模型，将曲轴连杆颈行星运动过程中磨削力的动态变化转化到主轴颈上所受的磨削力，并用一系列测量设备将磨削力采集，最终形成曲轴随动磨削力动态测量方法。可以对连杆颈上磨削点处磨削力法向与切向分量进行空间位置动态连续精确测量，适用于工程实际，解决曲轴随动磨削力的动态测量问题。

Description

曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及工程测试领域，具体涉及一种曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置。

背景技术

在工程实际中，对曲轴连杆颈磨削力的测量大多集中在曲轴连杆颈偏心法磨削中，相当于外圆磨削，外圆磨削磨削点位不变，磨削力大小和方向不变，磨削力的测量一般使用弹性顶尖。而在连杆颈的随动磨削过程中，曲轴匀速回转进给条件下，连杆颈随动磨削过程中磨削点做行星运动，磨削点时刻在发生变化，磨削点位的变化将使砂轮与工件上磨削点速度的大小和方向具有时变性，使得磨除率随着曲轴的旋转而发生变化，进而引起磨削力的变化。

曲轴随动磨削过程中，磨削力的大小和方向都发生变化，使得在水平和垂直方向应变值解耦困难，相位关系难以确定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种克服曲轴随动磨削力测量困难问题的曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种曲轴连杆颈随动磨削力测量装置，包括：曲轴，所述曲轴一端的主轴颈与砂轮头架连接，所述曲轴另一端的主轴颈与砂轮尾架连接；砂轮，所述砂轮与所述曲轴的曲轴连杆颈接触；旋转测力仪，所述旋转测力仪设置在所述曲轴的主轴颈上；测量单元，所述测量单元与所述旋转测力仪连接。

优选地，所述测量单元包括依次连接的电荷放大器、数据采集系统及终端，所述电荷放大器与所述旋转测力仪连接。

优选地，所述曲轴两端的主轴颈通过莫氏锥柄及尾架顶尖分别与所述砂轮头架及所述砂轮尾架连接。

一种曲轴连杆颈随动磨削力的动态测量方法，包括如下步骤：

步骤1，以主轴颈中心o_c为原点，以主轴颈中心o_c与砂轮中心o_s的连线为x轴，建立直角全局坐标系xo_cy；

以连杆颈中心o_p为原点，连杆颈中心o_p与主轴颈的中心o_c连线为u_p轴，建立直角局部坐标系u_po_pv_p，u_p轴与直角全局坐标系xo_cy的x轴之间的夹角为

直角示力坐标系x_co_cy_c以主轴颈的中心o_c为原点，直角示力坐标系x_co_cy_c的y_c轴与直角局部坐标系u_po_pv_p的u_p轴之间的夹角为θ₁；

直角全局坐标系xo_cy、直角局部坐标系u_po_pv_p和直角示力坐标系x_co_cy_c位于同一平面，主轴颈的轴线垂直于该平面；

步骤2，将砂轮作用在曲轴连杆颈上的法向磨削力F_n和砂轮作用在曲轴连杆颈上的切向磨削力F_t在坐标系u_po_pv_p中分别向u_p轴和v_p轴分解；

步骤3，确定F_xc、F_yc分别与F_up和F_vp的关系，其中，F_up、F_vp分别为F_n和F_t沿u_p轴、v_p轴方向上的分力，其中，F_xc为旋转测量仪得到的沿x_c轴方向上的力；F_yc为旋转测量仪得到的沿y_c轴方向上的力；

步骤4，通过F_up和F_vp，建立F_n、F_t分别与F_xc和F_yc之间的关系。

优选地，步骤2中，F_n、F_t分别与F_up和F_vp之间的关系满足：

其中，β为o_so_p连线与o_co_s连线之间的夹角。

优选地，步骤3中，F_xc、F_yc分别与F_up和F_vp的关系满足：

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过建立曲轴连杆颈随动磨削过程中磨削力的数学模型，将曲轴连杆颈行星运动过程中磨削力的动态变化转化到主轴 颈上所受的磨削力，并用一系列测量设备将磨削力采集，最终形成曲轴随动磨削力动态测量方法。可以对连杆颈上磨削点处磨削力法向与切向分量进行空间位置动态连续精确测量，适用于工程实际，解决曲轴随动磨削力的动态测量问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置的各坐标系空间关系示意图；

图2为本发明曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置的旋转测力仪与曲轴相互位置标定示意图；

图3为本发明曲轴连杆颈随动磨削力动态测量方法及测量装置的整体组成示意图。

图中：

1-砂轮头架 2-旋转测力仪 3-莫氏锥柄

4-电荷放大器 5-数据采集系统 6-电脑

7-砂轮 8-曲轴连杆颈 9-砂轮尾架

10-尾架顶尖

具体实施方式

下面采用具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。

如图1～图3所示，根据所述曲轴连杆颈8随动磨削力的测量原理，以主轴颈中心o_c为原点，以主轴颈中心o_c与砂轮7中心o_s的连线为x轴，建立直角全局坐标系xo_cy；以连杆颈中心o_p为原点，连杆颈中心o_p与主轴颈的中心o_c连线为u_p轴，建立直角局部坐标系u_po_pv_p，u_p轴与直角全局坐标系xo_cy的x轴之间的夹角为直角示力坐标系x_co_cy_c以主轴颈的中心o_c为原点，直角示力坐标系x_co_cy_c的y_c轴与直角局部坐标系u_po_pv_p的u_p轴之间的夹角为θ₁；直角全局坐标系xo_cy、直角局部坐标系u_po_pv_p和直角示力坐标系x_co_cy_c位于同一平面，主轴颈的轴线垂直 于该平面。

曲轴与旋转测力仪2完成装配后，旋转测力仪2与曲轴的相对位置固定，即旋转测力仪2的直角示力坐标系x_co_cy_c和直角局部坐标系u_po_pv_p位置确定，当曲轴旋转时，两个坐标系相互位置关系不变。

将砂轮7作用在曲轴连杆颈8上的法向磨削力F_n和砂轮7作用在曲轴连杆颈8上的切向磨削力Ft在坐标系u_po_pv_p中分别向u_p轴和v_p轴分解成F_up和F_vp并满足：

其中，β为o_so_p连线与o_co_s连线之间的夹角。

确定F_xc和F_yc与F_n和F_t沿u_p轴和v_p轴方向上的分力F_up和F_vp之间的关系：

其中，F_xc为旋转测测量仪得到的沿x_c轴方向上的力；F_yc为旋转测测量仪得到的沿y_c轴方向上的力。

通过F_up和F_vp，即可建立F_n、F_t与F_xc和F_yc进之间的关系。

标定旋转测力仪2与曲轴相互位置，将曲轴旋转至已知角度，给曲轴连杆颈8施加已知方向和大小的力，即作用在u_p轴和v_p轴方向上的力F_up和F_vp已知，在旋转测力仪2获得相应输出的测量力F_xc和F_yc。

根据施加力和测量力的映射关系，计算出坐标系x_co_cy_c和u_po_pv_p的夹角θ₁值，旋转测力仪2和曲轴的相对安装位置确定。

曲轴连杆颈随动磨削力测量装置主要由砂轮头架1、旋转测力仪2、莫氏锥柄3、电荷放大器4、数据采集系统5、电脑6、砂轮7、曲轴连杆颈8、砂轮尾架9和尾架顶尖10组成。

莫氏锥柄3安装在砂轮头架1上，跟随砂轮头架1带动曲轴连杆颈8旋转。

旋转测力仪2安装在曲轴主轴颈上。旋转测力仪2测得的微弱信号通过电荷放大器4放大，传送到数据采集系统5，最后在电脑6(终端)上的测量软件上显示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种曲轴连杆颈随动磨削力测量装置，其特征在于，包括：

曲轴，所述曲轴一端的主轴颈与砂轮头架连接，所述曲轴另一端的主轴颈与砂轮尾架连接；

砂轮，所述砂轮与所述曲轴的曲轴连杆颈接触；

旋转测力仪，所述旋转测力仪设置在所述曲轴的主轴颈上；

测量单元，所述测量单元与所述旋转测力仪连接。

2.根据权利要求1的曲轴连杆颈随动磨削力测量装置，其特征在于，所述测量单元包括依次连接的电荷放大器、数据采集系统及终端，所述电荷放大器与所述旋转测力仪连接。

3.根据权利要求1的曲轴连杆颈随动磨削力测量装置，其特征在于，所述曲轴两端的主轴颈通过莫氏锥柄及尾架顶尖分别与所述砂轮头架及所述砂轮尾架连接。

4.一种曲轴连杆颈随动磨削力的动态测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，以主轴颈中心o_c为原点，以主轴颈中心o_c指向砂轮中心o_s的方向为x轴方向，建立直角全局坐标系xo_cy；

以连杆颈中心o_p为原点，以连杆颈中心o_p指向主轴颈的中心o_c的方向为u_p轴方向，建立直角局部坐标系u_po_pv_p，u_p轴与直角全局坐标系xo_cy的x轴之间的夹角为

直角示力坐标系x_co_cy_c以主轴颈的中心o_c为原点，直角示力坐标系x_co_cy_c的y_c轴与直角局部坐标系u_po_pv_p的u_p轴之间的夹角为θ₁；

直角全局坐标系xo_cy、直角局部坐标系u_po_pv_p和直角示力坐标系x_co_cy_c位于同一平面，主轴颈的轴线垂直于该平面；

步骤2，将砂轮作用在曲轴连杆颈上的法向磨削力F_n和砂轮作用在曲轴连杆颈上的切向磨削力F_t在坐标系u_po_pv_p中分别向u_p轴和v_p轴分解；

步骤3，确定F_xc、F_yc分别与F_up和F_vp的关系，其中，F_up、F_vp分别为F_n和F_t沿u_p轴、v_p轴方向上的分力，其中，F_xc为旋转测量仪得到的沿x_c轴方向上的力；F_yc为旋转测量仪得到的沿y_c轴方向上的力；

步骤4，通过F_up和F_vp，建立F_n、F_t分别与F_xc和F_yc之间的关系。

5.根据权利要求4的曲轴连杆颈随动磨削力的动态测量方法，其特征在于，步骤2中，F_n、F_t分别与F_up和F_vp之间的关系满足：

其中，β为o_so_p连线与o_co_s连线之间的夹角。

6.根据权利要求4的曲轴连杆颈随动磨削力的动态测量方法，其特征在于，步骤3中，F_xc、F_yc分别与F_up和F_vp的关系满足：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{xc}=F_{vp}{\mathrm{sin\θ}}_1+F_{up}{\mathrm{cos\θ}}_1\\ F_{yc}=F_{vp}{\mathrm{cos\θ}}_1+F_{up}{\mathrm{sin\θ}}_1\end{array}\right..$