CN109870360A - 一种曲轴可靠性试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械试验设备，涉及一种曲轴可靠性试验装置，能够在不切割曲轴的情况下，对整根曲轴的每个连杆轴径同时施加弯曲和扭转载荷，即模拟曲轴的真实工况来进行曲轴的可靠性试验；包括曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分和激振力加载单元，曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分均固定在地平铁上，曲轴的输入端与曲轴的驱动部分连接，曲轴的输出端与扭矩加载部分连接，曲轴的连杆轴径上连接激振力加载单元。扭矩加载部分由xy移动工作台和电涡流测功机组成；激振力加载单元包括可自动控制伸缩的非标连杆和应变片；本发明能够实现对不同型号的曲轴进行可靠性试验，通用性强；结构合理，易于装夹，操作简单方便。
Description
技术领域
本发明属于机械试验设备，具体涉及一种曲轴可靠性试验装置。
背景技术
曲轴是发动机的核心部件，在发动机运行中曲轴长期处于高负荷运行状态。周期性变化 的气体压力、大质量零部件的惯性力以及对应的力矩作用于曲轴，使曲轴内产生快速变化的 拉伸、压缩、扭转、弯曲等交变应力。曲轴的几何形状复杂，应力集中现象严重，特别是在 曲轴主、连轴颈的圆角过渡部位的应力集中现象尤为突出，不仅容易导致曲轴疲劳裂纹的产 生，同时所诱发的曲轴断裂问题也同样会影响发动机的正常工作，因此对曲轴的可靠性和疲 劳寿命的研究尤为重要，故在曲轴研制和生产期间必须对曲轴进行检验。
目前，曲轴的可靠性分析大多采用有限元仿真的方法，或通过曲轴疲劳试验获得疲劳强 度。曲轴疲劳试验主要采用弯曲谐振式疲劳试验方法，该方法试验效率高，能够有效评估曲 轴在对称弯曲载荷作用下的疲劳强度。但是需要把曲轴切割成单拐进行试验，并且目前的试 验装置一般只能单独对曲轴进行弯曲或扭转疲劳试验，不能对曲轴同时施加弯曲载荷和扭转 载荷，也不能很好的模拟曲轴在发动机中的真实工况。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种发动机曲轴可靠性试验装置，能够在不切割曲 轴的情况下，对整根曲轴的每个连杆轴径同时施加弯曲和扭转载荷，即模拟曲轴的真实工况 来进行曲轴的可靠性试验。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
一种曲轴可靠性试验装置，包括曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分和激 振力加载单元，曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分均固定在地平铁上，曲轴 的输入端与曲轴的驱动部分连接，曲轴的输出端与扭矩加载部分连接，曲轴的连杆轴径上连 接激振力加载单元。
技术方案中所述曲轴的驱动部分由液压马达支撑座101、高速大扭矩液压马达102、液压 马达支撑架103和弹性膜片联轴器104组成；弹性膜片联轴器104的一端与高速大扭矩液压 马达102连接，另一端与曲轴5输入端连接，高速大扭矩液压马达102通过螺纹连接固定在 液压马达支撑架103上，液压马达支撑架103通过螺栓固定在液压马达支撑座101上，液压 马达支撑座101固定连接在地平铁3上。
技术方案中所述扭矩加载部分由xy移动工作台401和电涡流测功机402组成；xy移动 工作台401固定连接在地平铁3上，电涡流测功机402通过螺纹连接安装在xy移动工作台401上，电涡流测功机402的输出端通过螺纹连接与曲轴5的输出端连接。
技术方案中所述激振力加载部分由xy移动工作台201、支撑板202、电液伺服作动器203、 加载杆204、力传感器205和支撑架组成；xy移动工作台201固定在地平铁3上，支撑板202 通过螺纹连接安装在xy移动工作台201上，电液伺服作动器203连接在支撑板202上，力传 感器205安装在电液伺服作动器203的输出端并与加载杆204连接，支撑架浮动放置在xy移 动工作台201上并置于电液伺服作动器203下方作为支撑。
技术方案中所述激振力加载单元由加载板601、柱销602、可自动控制伸缩的非标连杆 603和应变片604组成，可自动控制伸缩的非标连杆603的大头端装配在曲轴5的连杆轴径 上，小头端通过柱销连接与加载板601连接，加载杆204的前端通过螺纹与加载板601连接， 应变片604安装在曲柄605与连杆轴径606之间的圆角靠近主轴轴心一侧的最大应力点处。
技术方案中所述的可自动控制伸缩的非标连杆结构是：可自动控制伸缩的非标连杆由大 头端和小头端两部分组成，并通过微型电动伸缩杆连接。
技术方案中所述的微型电控伸缩杆结构是：微型电控伸缩杆由直线电机组成，两头为螺 纹结构，内置位移传感器，能通过上位机自动控制伸缩量，实现对可自动控制伸缩的非标连 杆结构长度的控制。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、所述的曲轴可靠性试验装置能够通过可自动控制伸缩的非标连杆据曲轴的转动情况实 时控制连杆长度的变化，并将电液伺服作动器产生的激振力传递到曲轴的连杆轴径上，对试 验曲轴施加拉压载荷，并通过电涡流测功机对整个曲轴施加扭转载荷，即本发明所述的的曲 轴可靠性试验装置能够真实模拟曲轴的实际工况；
2、所述的曲轴可靠性试验装置能够在不切割曲轴的情况下，对整个曲轴的所有连杆轴径 同时施加弯曲载荷；
3、所述的曲轴可靠性试验装置采用多个可自动控制伸缩的非标连杆和能够插装扩充的加 载板，即能够实现对不同型号的曲轴进行可靠性试验，通用性强；
4、结构合理，易于装夹，操作简单方便。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明曲轴驱动部分的结构示意图；
图3是本发明激振力加载部分的结构示意图；
图4是本发明扭矩加载部分的结构示意图；
图5a是本发明激振力加载单元中应变片安装位置的局部放大图；
图5b是本发明激振力加载单元的主视图；
图5c是本发明激振力加载单元的轴测图；
图6a是本发明的连杆结构剖视图；
图6b是本发明的连杆结构的主视图。
图中：1、曲轴驱动部分；2、激振力加载部分；3、地平铁；4、扭矩加载部分；5、曲 轴；6激振力加载单元；101、液压马达支撑座；102、高速大扭矩液压马达；103、液压马达 支撑架；104、弹性膜片联轴器；201、xy移动工作台；202、支撑板；203、电液伺服作动器； 204、加载杆；205、力传感器；206、支撑板；207、大螺母；208、支撑螺杆；209、下支撑 板；401、xy移动工作台；402、电涡流测功机；601、加载板；602、柱销；603、可自动控 制伸缩的非标连杆；604、应变片；605、曲柄；606、连杆轴径；60301、螺栓；60302、可自 动控制伸缩的非标连杆小头端；60303、微型电动伸缩杆；60304、可自动控制伸缩的非标连 杆大头端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分分别固定在地平铁上，曲轴的输入端 与驱动部分连接，曲轴的输出端与扭矩加载部分连接，曲轴的连杆轴径上连接激振力加载单 元。
本发明所述的曲轴驱动部分由液压马达支撑座、高速大扭矩液压马达、液压马达支撑架 和弹性膜片联轴器组成。弹性膜片联轴器的一端与液压马达连接、另一端与曲轴输入端连接， 液压马达通过螺纹连接固定在液压马达支撑架上，液压马达支撑架通过螺栓固定在液压马达 支撑座上，液压马达支撑座与地平铁固定连接。
本发明所述的激振力加载部分由xy移动工作台、支撑板、电液伺服作动器、加载杆、力 传感器、支撑架组成，xy移动工作台固定在地平铁上，支撑板通过螺纹连接安装在移动工作 台上，电液伺服作动器连接在支撑板上，力传感器安装在电液伺服作动器的输出端并与加载 杆连接，支撑架浮动放置在xy移动工作台上并置于电液伺服作动器下方作为支撑。
本发明所述的扭矩加载部分由xy移动工作台、电涡流测功机组成，xy移动工作台固定 连接在地平铁上，电涡流测功机通过螺纹连接安装在xy移动工作台上，并且电涡流测功机的 输出端通过螺纹连接与曲轴的输出端连接。
本发明所述的激振力加载单元由加载板、柱销和可自动控制伸缩的非标连杆组成，可自 动控制伸缩的非标连杆的大头端装配在曲轴的连杆轴径上，小头端通过柱销连接与加载板连 接，加载板可插装扩充，加载杆的前端加工为螺纹结构通过螺纹连接与加载板连接。
本发明所述的可自动控制伸缩的非标连杆结构是：可自动控制伸缩的非标连杆由大头端 和小头端两部分组成，并通过微型电动伸缩杆连接，在曲轴旋转时，实时改变连杆的长度， 并且将电液伺服作动器产生的激振力传递到曲轴的每一个连杆轴径上，能够真实模拟曲轴旋 转时受到的弯曲载荷，并且能够适应不同型号的曲轴进行可靠性试验。
本发明所述的微型电控伸缩杆结构是：微型电控伸缩杆由直线电机组成，两头设计为螺 纹结构，内置位移传感器，能通过上位机自动控制伸缩量，实现对可自动控制伸缩的非标连 杆结构长度的控制。
参阅图1，曲轴驱动部分1、激振力加载部分2和扭矩加载部分4分别固定在地平铁3上， 曲轴5的所有连杆轴径均与激振力加载单元6连接，曲轴5的输入端与曲轴驱动部分1连接， 曲轴5的输出端与扭矩加载部分4连接，激振力加载部分2置于曲轴驱动部分1和扭矩加载 部分4的侧面并与激振力加载单元6连接；
参阅图2，所述的曲轴驱动部分1由液压马达支撑座101、高速大扭矩液压马达102、液 压马达支撑架103和弹性膜片联轴器104组成。弹性膜片联轴器104的一端与高速大扭矩液 压马达102连接、另一端与曲轴5输入端连接，高速大扭矩液压马达102通过螺纹连接固定 在液压马达支撑架103上，液压马达支撑架103通过螺栓固定在液压马达支撑座101上，液 压马达支撑座101固定连接在地平铁3上。
参阅图3，所述的激振力加载部分2由xy移动工作台201、支撑板202、电液伺服作动器203、加载杆204、力传感器205、支撑架组成，其中支撑架由上支撑板206、大螺母207、 支撑螺杆208和下支撑板209组成。xy移动工作台201固定在地平铁3上，支撑板202通过 螺纹连接安装在xy移动工作台201上，电液伺服作动器203连接在支撑板202上，力传感器 205安装在电液伺服作动器203的输出端并与加载杆204连接，支撑架浮动放置在xy移动工 作台201上并置于电液伺服作动器203下方作为支撑。
参阅图4，所述的扭矩加载部分4由xy移动工作台401、电涡流测功机402组成，xy移动工作台401固定连接在地平铁3上，电涡流测功机402通过螺纹连接安装在xy移动工作台401上，并且电涡流测功机402的输出端通过螺纹连接与曲轴5的输出端连接。
参阅图5a、图5b、图5c所述的激振力加载单元6由加载板601、柱销602、可自动控制伸缩的非标连杆603和应变片604组成，可自动控制伸缩的非标连杆603的大头端装配在曲轴5的连杆轴径上，小头端通过柱销连接与加载板601连接，加载板601可插装扩充，加载 杆204的前端加工为螺纹结构通过螺纹连接与加载板601连接，应变片604安装在曲柄605 与连杆轴径606之间的圆角靠近主轴轴心一侧的最大应力点处，用于测量圆角应力。
参阅图6a、图6b，所述的可自动控制伸缩的非标连杆603结构是：可自动控制伸缩的非 标连杆由大头端60304和小头端60302两部分组成，并通过螺栓60301连接在一起，并通过 微型电动伸缩杆60303连接，在曲轴旋转时，实时改变连杆的长度，并且将电液伺服作动器 203产生的激振力传递到曲轴5的每一个连杆轴径上，能够真实模拟曲轴旋转时受到的弯曲 载荷，并且能够适应不同型号的曲轴进行可靠性试验。
工作原理：在试验之前将曲轴5整个安装在曲轴驱动部分1和电涡流测功机402之间， 并将可自动控制伸缩的非标连杆603安装到曲轴5的各个连杆轴径上，试验开始后，通过上 位机控制高速大扭矩液压马达102驱动曲轴5旋转，通过电涡流测功机402对曲轴5施加扭 矩，通过上位机据曲轴的旋转情况实时控制可自动控制伸缩的非标连杆603的长度，以将电 液伺服作动器203产生的激振力通过非标连杆传递到曲轴的每一个连杆轴径上实现对曲轴弯 曲载荷的加载，试验通过测量圆角应变或观察曲轴试验开裂情况等来完成曲轴的可靠性试验， 获得曲轴的疲劳强度等参数信息。
Claims (7)
1.一种曲轴可靠性试验装置，其特征在于：包括曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分和激振力加载单元，曲轴的驱动部分、扭矩加载部分、激振力加载部分均固定在地平铁上，曲轴的输入端与曲轴的驱动部分连接，曲轴的输出端与扭矩加载部分连接，曲轴的连杆轴径上连接激振力加载单元。
2.根据权利要求1所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述曲轴的驱动部分由液压马达支撑座(101)、高速大扭矩液压马达(102)、液压马达支撑架(103)和弹性膜片联轴器(104)组成；弹性膜片联轴器(104)的一端与高速大扭矩液压马达(102)连接，另一端与曲轴(5)输入端连接，高速大扭矩液压马达(102)通过螺纹连接固定在液压马达支撑架(103)上，液压马达支撑架(103)通过螺栓固定在液压马达支撑座(101)上，液压马达支撑座(101)固定连接在地平铁(3)上。
3.根据权利要求1所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述扭矩加载部分由xy移动工作台(401)和电涡流测功机(402)组成；xy移动工作台(401)固定连接在地平铁(3)上，电涡流测功机(402)通过螺纹连接安装在xy移动工作台(401)上，电涡流测功机(402)的输出端通过螺纹连接与曲轴(5)的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述激振力加载部分由xy移动工作台(201)、支撑板(202)、电液伺服作动器(203)、加载杆(204)、力传感器(205)和支撑架组成；xy移动工作台(201)固定在地平铁(3)上，支撑板(202)通过螺纹连接安装在xy移动工作台(201)上，电液伺服作动器(203)连接在支撑板(202)上，力传感器(205)安装在电液伺服作动器(203)的输出端并与加载杆(204)连接，支撑架浮动放置在xy移动工作台(201)上并置于电液伺服作动器(203)下方作为支撑。
5.根据权利要求1所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述激振力加载单元由加载板(601)、柱销(602)、可自动控制伸缩的非标连杆(603)和应变片(604)组成，可自动控制伸缩的非标连杆(603)的大头端装配在曲轴(5)的连杆轴径上，小头端通过柱销连接与加载板(601)连接，加载杆(204)的前端通过螺纹与加载板(601)连接，应变片(604)安装在曲柄(605)与连杆轴径(606)之间的圆角靠近主轴轴心一侧的最大应力点处。
6.根据权利要求5所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述的可自动控制伸缩的非标连杆结构是：可自动控制伸缩的非标连杆由大头端和小头端两部分组成，并通过微型电动伸缩杆连接。
7.根据权利要求6所述的曲轴可靠性试验装置，其特征在于：
所述的微型电控伸缩杆结构是：微型电控伸缩杆由直线电机组成，两头为螺纹结构，内置位移传感器，能通过上位机自动控制伸缩量，实现对可自动控制伸缩的非标连杆结构长度的控制。
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