CN109084993A - 一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置 - Google Patents

一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，包括支撑底座、驱动模块、传动轴安装及测试模块、惯量飞轮模块和加载模块，所述驱动模块包括交流电机，所述交流电机输出轴通过联轴器连接传动轴安装及测试模块；所述传动轴安装及测试模块包括传动轴、第一转矩转速传感器、第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第二转矩转速传感器；所述惯量飞轮模块包括两轴承支撑柱、转动设置在两轴承支撑柱上的轴、可拆卸的设在所述轴上的若干飞轮；所述加载模块包括道路行驶阻力块、车轮模拟转筒。本发明适于室内布置，对学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理可以起到良好的演示和辅导教学作用。

Description

一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置
技术领域
本发明涉及一种汽车传动系统振动测试的教学实验装置，该教学实验装置利用交流电机驱动整个试验台，可以模拟整车平动质量和车辆道路阻力矩，并测出传动轴的振动情况。
背景技术
汽车传动系统的振动性能一直以来是评价汽车舒适性能的重要指标，汽车舒适性能评价一般分为主观评价和客观测试进行。其中客观测试是指对汽车传动系统的振动进行实车测试，从而进行客观的分析和评价。如何准确的测得实车的传动系统的振动性能对新车型的整车匹配和评价至关重要。
目前，随着汽车市场竞争的日趋激烈，汽车更新换代的速度越来越快，对汽车传动系统的振动性能要求越来越高，汽车行业需要越来越多的相关测试人员。由于汽车传动系统的振动测试需要实车进行，培训相关的测试人员所需的周期长、成本大、动用资源多。目前，学校等机构无法为广大学生和相关从业人员提供相应的教学平台和教学设备。
基于目前汽车传动系统振动测试的要求提高和教学条件的有限，如何设计一款结构更简单，重量更轻，适用于室内布置，且对学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理可以起到良好的演示和辅导教学作用的实验装置就显得十分有意义。通过使用这种教学实验装置进行教学可以大大减少专业人员和学生的培训费用，提高相关技术人员和学生对汽车传动系统振动的测试原理和方法的理解和运用能力。
发明内容
本发明提供了一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，所述交流电机以一定的转速带动整个试验台工作，不同飞轮的组合提供一定的转动惯量，道路行驶阻力块作用给车轮模拟转筒加载力来提供一定的车辆道路阻力矩，转矩转速传感器和电涡流传感器可以测出传动轴的振动情况。该实验台结构更简单，重量更轻，适用于室内布置，对学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理可以起到良好的演示和辅导教学的作用。
本发明通过以下技术方式实现：
一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，包括支撑底座、依次设在所述支撑底座上的驱动模块、传动轴安装及测试模块、惯量飞轮模块和加载模块，所述的驱动模块包括交流电机，所述交流电机输出轴通过联轴器连接传动轴安装及测试模块，所述交流电机提供稳定转速，通过联轴器带动其他模块工作，作为试验台的激励；所述传动轴安装及测试模块包括传动轴、第一转矩转速传感器、第一电涡流传感器、第二电涡流传感器；第二转矩转速传感器，所述传动轴的输入端和输出端通过两万向联轴器分别连接第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器，所述的第一电涡流传感器、第二电涡流传感器设置在传动轴中部，所述第一转矩转速传感器的另一端通过联轴器连接所述交流电机输出轴；所述的惯量飞轮模块包括两轴承支撑柱、转动设置在两轴承支撑柱上的轴、可拆卸的设在所述轴上的若干不同质量的飞轮，所述轴的输入端通过联轴器与传动轴输出端的所述第二转矩转速传感器驱动连接，所述的惯量飞轮模块可模拟整车平动质量的等效转动惯量，该模块转动惯量可调；所述加载模块包括道路行驶阻力块、通过联轴器连接所述轴输出端的车轮模拟转筒，所述车轮模拟转筒紧压在道路行驶阻力块上，用于模拟车辆道路阻力矩。
进一步地，所述的万向联轴器为球笼联轴器。
进一步地，所述的第一电涡流传感器、第二电涡流传感器用于分别测出传动轴在垂直和水平方向上的径向位移大小。
进一步地，所述交流电机输出轴与所述第一转矩转速传感器之间还设置有固定在支撑底座上的支撑柱，所述支撑柱上设置有转轴，所述转轴的两端设置有分别连接所述交流电机输出轴和第一转矩转速传感器的联轴器。
进一步地，所述传动轴与第一球笼之间通过可改变传动轴长度的轴向移动花键槽相连接。
进一步地，所述的轴上沿轴线间隔地固定设置有若干加载时用于固定安装所述飞轮的安装法兰。
进一步地，所述的支撑底座上沿平行所述的轴的轴向方向间隔设置有若干用于卸载时放置所述飞轮的闲置底板，卸载时，飞轮安装在闲置底板上，不参与系统的转动。
进一步地，所述的闲置底板设置有滑块，所述支撑底座上沿平行所述的轴的轴向方向设置有与所述滑块滑动配合的导轨及若干固定支座。
进一步地，所述道路行驶阻力块上设置有与所述车轮模拟转筒外周面相匹配的弧形凹面。
进一步地，所述的支撑底座包括用于安装驱动模块和传动轴安装及测试模块的第一支撑底座、用于安装所述惯量飞轮模块的第二支撑底座、用于安装所述加载模块第三支撑底座，通过拆分，起到方便支撑底座的安装和搬运的目的。
相比现有技术，本发明主要是针对目前学生及相关领域的测试人员对汽车传动系统振动测试培训的需要进行的设计，解决了实车测试所需资源多、成本高、环境复杂、不易多人同时观看学习的弊端，方便学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理，可以起到良好的演示和辅导教学的作用。此外，该实验台结构更简单，重量更轻，适用于室内布置，操纵方便，演示和教学成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的教学实验装置的正等侧示意图。
图2为本发明实施例的教学实验装置的俯视示意图。
图3为本发明实施例的教学实验装置的惯量飞轮模块正等侧示意图。
图4为本发明实施例的教学实验装置的惯量飞轮模块主视示意图。
图5为本发明实施例的教学实验装置的主视示意图。
图6为本发明实施例的教学实验装置的信号采集原理图。
图中标号说明：1-第一支撑底座；2-交流电机；3-联轴器；4-轴承支撑柱；5-第一转矩转速传感器；6-第一球笼联轴器；7-轴向移动花键槽；8-传动轴；9-第一电涡流传感器10-第二电涡流传感器；11-第二球笼联轴器；12-第二转矩转速传感器；13-轴；14-飞轮；15-第二支撑底座；16-闲置底板；17-车轮模拟转筒；18-道路行驶阻力块；19-第三支撑底座；20-固定支座；21-导轨；22-飞轮支撑柱；23-安装法兰。
具体实施方式
为了使本领域研究人员更进一步了解本发明及相关技术内容，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1和图2、图5所示，一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，包括支撑底座、依次设在所述支撑底座上的驱动模块、传动轴安装及测试模块、惯量飞轮模块和加载模块，所述的驱动模块包括交流电机2，所述交流电机2输出轴通过联轴器3连接传动轴安装及测试模块，所述交流电机2提供稳定转速，通过联轴器3带动其他模块工作，作为试验台的激励；所述传动轴安装及测试模块包括传动轴8、第一转矩转速传感器5、第一电涡流传感器9、第二电涡流传感器10；第二转矩转速传感器12，所述传动轴8的输入端和输出端通过第一球笼联轴器6、第二球笼联轴器11分别连接第一转矩转速传感器5和第二转矩转速传感器12，所述的第一电涡流传感器9、第二电涡流传感器10设置在传动轴8中部，用于分别测出传动轴8在垂直和水平方向上的径向位移大小，所述第一转矩转速传感器5的另一端通过联轴器连接所述交流电机2输出轴；所述的惯量飞轮模块包括两轴承支撑柱、转动设置在两轴承支撑柱上的轴13、可拆卸的设在所述轴13上的若干不同质量的飞轮14，所述轴13的输入端通过联轴器与传动轴8输出端的所述第二转矩转速传感器12驱动连接，所述的惯量飞轮模块可模拟整车平动质量的等效转动惯量，该模块转动惯量可调；所述加载模块包括道路行驶阻力块18、通过联轴器连接所述轴13输出端的车轮模拟转筒17，所述道路行驶阻力块18上设置有与所述车轮模拟转筒17外周面相匹配的弧形凹面，所述车轮模拟转筒17紧压在道路行驶阻力块18的弧形凹面上，用于模拟车辆道路阻力矩。
另外，所述交流电机2输出轴与所述第一转矩转速传感器5之间还设置有固定在支撑底座上的支撑柱4，所述支撑柱4上设置有转轴，所述转轴的两端设置有分别连接所述交流电机2输出轴和第一转矩转速传感器5的联轴器。
同时，所述传动轴8与第一球笼6之间通过可改变传动轴长度的轴向移动花键槽7相连接。
如图3和图4所示，所述的轴13上沿轴线间隔地固定设置有若干加载时用于固定安装所述飞轮14的安装法兰23。所述的支撑底座上沿平行所述的轴13的轴向方向间隔设置有若干用于卸载时放置所述飞轮14的闲置底板16，卸载时，飞轮14安装在闲置底板16上，不参与系统的转动。所述的闲置底板16设置有滑块，所述支撑底座上沿平行所述的轴13的轴向方向设置有与所述滑块滑动配合的导轨21及若干固定支座20。
所述的支撑底座包括用于安装驱动模块和传动轴安装及测试模块的第一支撑底座1、用于安装所述惯量飞轮模块的第二支撑底座15、用于安装所述加载模块第三支撑底座19，通过拆分，起到方便支撑底座的安装和搬运的目的。
上述实施例中，所述交流电机2以一定的转速带动整个试验台工作，不同飞轮14的组合提供一定的转动惯量，道路行驶阻力块18作用给车轮模拟转筒17加载力来提供一定的车辆道路阻力矩，第一转矩转速传感器5、第二转矩转速传感器12、第一电涡流传感器9、第二电涡流传感器10可以测出传动轴的振动情况。
本发明所提出的汽车传动系统振动测试教学试验台结构更简单，重量更轻，适用于室内布置，对学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理可以起到良好的演示和辅导教学的作用。
以下结合图2至图4说明试验台飞轮转动惯量调节的实现过程：
试验台的惯量飞轮模块用于模拟传动系转动惯量及汽车平动质量的当量转动惯量，由于传动系各部件的转动惯量与整车相比相差达100倍，故选定飞轮组惯量时不考虑传动系各部件的转动惯量，仅考虑汽车平动质量的当量转动惯量。大部分车型只有在满载五挡工况下，当量转动惯量达到14kgm2以上，剩余大部分工况均在10kgm2以下。试验台共有6个飞轮14，从左到右转动惯量依次为4kgm2、2kgm2、1kgm2、0.5kgm2、2kgm2、4kgm2，所有飞轮14均可加载与卸载，通过调整不同惯量组合，可以模拟最小0.5kgm2，最大13.5kgm2，间隔0.5kgm2的所有转动惯量，能满足大部分工况。飞轮14加载时，通过安装法兰23与轴13连接；卸载时，飞轮14安装在闲置底板16上，不参与系统的转动。闲置底板16安装在滑块上，可在导轨21上随意移动，闲置时通过固定支座20及固定螺钉进行固定。
以下结合图5至图6说明传动轴振动测试的实现过程：
在汽车传动系统中，由于被测传动轴是旋转部件，因此非接触测量技术在振动测量中非常重要，对于轴系一般包括一个转矩测量、一个转速测量和三个方向的振动测量，即水平径向振动、垂直径向振动和轴向振动。其中由水平和垂直的径向振动可以合成轴心轨迹图。因此，为了便于该领域的学生和相关从业人员进行学习和演示，该汽车传动系统振动测试试验台中安装有：第一转矩转速传感器5、第二转矩转速传感器12、第一电涡流传感器9、第二电涡流传感器10。转矩和转速测量可以使用两转矩转速传感器，振动测量则使用两电涡流传感器，沿半径方向对准被测轴即可测得轴在旋转过程中的振动位移。第一转矩转速传感器5位于传动轴8输入端，可以测得传动轴8输入端的转矩和转速大小，第二转矩转速传感器12位于传动轴8的输出端，可以测得传动轴8输出端的转矩和转速大小。第一电涡流传感器9位于传动轴8半径的垂直方向，可以测得传动轴8的垂直径向位移，第二电涡流传感器10位于传动轴8半径的水平方向，可以测得传动轴8的水平径向位移。
综上所述，通过该用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，可以在室内测试出汽车传动系统的转矩、转速和径向位移信号，是一种适用于室内教学和演示的汽车传动系统振动测试的教学实验装置。该实验装置对学生及该领域相关工作人员了解和学习汽车传动系统振动的测试及分析原理可以起到良好的演示和辅导教学的作用。
以上所述仅为本发明较佳的实施方案，并非用以局限本发明的范围。因此，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包含在本发明范围内。

Claims (10)

1.一种用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，包括支撑底座、依次设在所述支撑底座上的驱动模块、传动轴安装及测试模块、惯量飞轮模块和加载模块，所述的驱动模块包括交流电机(2)，所述交流电机(2)输出轴通过联轴器(3)连接传动轴安装及测试模块；所述传动轴安装及测试模块包括传动轴(8)、第一转矩转速传感器(5)、第一电涡流传感器(9)、第二电涡流传感器(10)；第二转矩转速传感器(12)，所述传动轴(8)的输入端和输出端通过两万向联轴器分别连接第一转矩转速传感器(5)和第二转矩转速传感器(12)，所述的第一电涡流传感器(9)、第二电涡流传感器(10)设置在传动轴(8)中部，所述第一转矩转速传感器(5)的另一端通过联轴器连接所述交流电机(2)输出轴；所述的惯量飞轮模块包括两轴承支撑柱、转动设置在两轴承支撑柱上的轴(13)、可拆卸的设在所述轴(13)上的若干不同质量的飞轮(14)，所述轴(13)的输入端通过联轴器与传动轴(8)输出端的所述第二转矩转速传感器(12)驱动连接；
所述加载模块包括道路行驶阻力块(18)、通过联轴器连接所述轴(13)输出端的车轮模拟转筒(17)，所述车轮模拟转筒(17)紧压在道路行驶阻力块(18)上。
2.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的万向联轴器为球笼联轴器。
3.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的第一电涡流传感器(9)、第二电涡流传感器(10)用于分别测出传动轴(8)在垂直和水平方向上的径向位移大小。
4.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述交流电机(2)输出轴与所述第一转矩转速传感器(5)之间还设置有固定在支撑底座上的支撑柱(4)，所述支撑柱(4)上设置有转轴，所述转轴的两端设置有分别连接所述交流电机(2)输出轴和第一转矩转速传感器(5)的联轴器。
5.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述传动轴(8)与第一球笼(6)之间通过可改变传动轴长度的轴向移动花键槽(7)相连接。
6.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的轴(13)上沿轴线间隔地固定设置有若干加载时用于固定安装所述飞轮(14)的安装法兰(23)。
7.根据权利要求6所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的支撑底座上沿平行所述的轴(13)的轴向方向间隔设置有若干用于卸载时放置所述飞轮(14)的闲置底板(16)。
8.根据权利要求7所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的闲置底板(16)设置有滑块，所述支撑底座上沿平行所述的轴(13)的轴向方向固定设置有与所述滑块滑动配合的导轨(21)及若干固定支座(20)。
9.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述道路行驶阻力块(18)上设置有与所述车轮模拟转筒(17)外周面相匹配的弧形凹面。
10.根据权利要求1所述的用于汽车传动系统振动测试的教学实验装置，其特征在于：所述的支撑底座包括用于安装驱动模块和传动轴安装及测试模块的第一支撑底座(1)、用于安装所述惯量飞轮模块的第二支撑底座(15)、用于安装所述加载模块第三支撑底座(19)。
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