CN110686893A - 发动机正时链条张力测试装置及方法 - Google Patents

发动机正时链条张力测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了发动机正时链条张力测试装置及方法，其中，测试装置包括：发动机，包括机架、多个链轮以及正时链条，还包括固定在机架上的定轨、动轨；应变片，用于贴设在正时链条上；动态应变仪；拉力测试台；第一力传感器，安装在动轨与正时链条配合的一侧，或者是，安装在动轨与张紧器配合的一侧；第二力传感器，安装在定轨与正时链条配合的一侧；数据采集系统，与动态应变仪、第一力传感器以及第二力传感器电连接；数据存储电脑，与数据采集系统电连接；发动机耐久试验台架。本申请的发动机正时链条张力测试装置能够实际测量发动机在不同转速工况和不同负荷工况下第二正时链条的受力情况。

Description

发动机正时链条张力测试装置及方法
技术领域
本发明涉及测试设备，具体涉及发动机正时链条张力测试装置及方法。
背景技术
针对发动机试开发试验中，有针对正时链条进行单体试验，进行抗拉强度试验，评估其强度和疲劳极限。目前评估发动机正时链条受力主要依托CAE计算手段评估链条在实际发动机运转过程中受力情况，由于正时系统动力学计算模型较为复杂，与正时链条实际运转过程多边形效益有直接关系，模型简化较多，故其准确度大大降低，不能达到实际参考价值。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了发动机正时链条张力测试装置及方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种发动机正时链条张力测试装置，包括：
发动机，具有正时系统，所述正时系统包括机架、转动安装在机架上的多个链轮以及用于绕设在各链轮上的正时链条，正时系统还包括固定在机架上的定轨、转动安装在机架上的动轨以及与动轨配合的张紧器，所述定轨与动轨均设置在正时链条的外侧，用于与正时链条接触配合；
应变片，用于贴设在正时链条上；
动态应变仪，与所述应变片电连接；
拉力测试台，用于与所述正时链条配合，对正时链条施加拉力；
第一力传感器，安装在动轨与正时链条配合的一侧，或者是，安装在动轨与张紧器配合的一侧；
第二力传感器，安装在定轨与正时链条配合的一侧；
数据采集系统，与动态应变仪、第一力传感器以及第二力传感器电连接；
数据存储电脑，与数据采集系统电连接；
发动机耐久试验台架，与发动机连接。
本申请的发动机耐久试验台架为现有的发动机耐久试验台架，其可以控制发动机的转速以及发动机的负荷，实际运用时，还可以兼顾机油的油温、进气温度等相关参数。本申请的发动机正时链条张力测试装置可以实际测量发动机在不同转速工况下正时链条受力情况。通过拉力测试台、应变片和动态应变仪能够的得到正时链条所受拉力与应变片的电压值的关系；通过将正时链条安装在发动机上，可以得到对应的力传感器随应变片的电压值的变化值，进而标定对应的力传感器，可以得到对应力传感器的数值与正时链条所受拉力的关系；发动机工作后，通过对应力传感器的数值可以换算出正时链条所受的拉力数值。因此，本申请的发动机正时链条张力测试装置能够实际测量发动机在不同转速工况下正时链条的受力情况。
实际运用时，拉力测试台可以包括上拉钩、下拉钩以及能够显示上拉钩拉力的显示屏。
于本发明其中一实施例中，数据采集系统为数据采集卡。
于本发明其中一实施例中，其中一个链轮上安装有转角编码器。
于本发明其中一实施例中，所述动轨通过转动轴与机架转动配合，张紧器具有弹性伸缩部，所述弹性伸缩部用于向动轨施加弹性力。
于本发明其中一实施例中，所述动轨与张紧机构配合的一侧具有凹槽，所述第一力传感器设置在凹槽中，所述张紧机构的弹性伸缩部与所述第一力传感器相抵靠。
动轨能够转动，通过将第一力传感器安装在凹槽中，能够有效保证数据采集的可靠稳定。
本申请还公开了一种发动机正时链条张力测试方法，通过上文的发动机正时链条张力测试装置实施，包括以下步骤：
1)将正时链条从发动机中取下，贴上应变片，将正时链条放入拉力测试台中，通过拉力测试台对正时链条加载多次不同的拉力，读取动态应变仪中应变片的电压值，建立拉力与应变片的电压值的对应关系；
2)将贴有应变片的正时链条安装回发动机，对正时链条施加不同的转矩，读取第一力传感器的数值、第二力传感器的数值以及动态应变仪中应变片的电压值，建立第一力传感器与动态应变仪的对应关系以及建立第二力传感器与动态应变仪的对应关系，根据步骤1)中拉力与应变片的电压值的对应关系，建立第一力传感器与正时链条受力变化关系以及第二力传感器与正时链条受力变化关系；
3)将应变片从正时链条上移除，启动发动机，通过发动机耐久试验台架使发动机在不同转速工况下运转，将发动机的运转数据、第一力传感器的数值、第二力传感器的数值分别保存在数据存储电脑中，通过第一力传感器的数值，结合步骤2)建立的第一力传感器与正时链条受力变化关系，得到动轨侧正时链条的受力情况，通过第二力传感器的数值，结合步骤2)建立的第二力传感器与正时链条受力变化关系，得到定轨侧正时链条的受力情况。
发动机的运转数据包括转速工况以及负荷等信息。本申请可以有限利用发动机试验资源，测试方法简单易懂，搭建便利，试验成本较低，适用性广，方便长期使用，广泛适用于各汽车发动机开发厂家，有利于行业发展。
实际运用时，可以通过手动对正时链条施加不同的转矩，也可以通过给链轮施加不同的扭矩来实现。
于本发明其中一实施例中，步骤1)中，拉力与应变片的电压值的对应关系为K0，通过最小二乘法得到，K0＝F0/V0+C0，其中，V0为动态应变仪中的应变片的电压值，F0代表拉力测试台的拉力，C0为最小二乘法计算常数；
步骤2)中，第一力传感器与动态应变仪的对应关系为Ka，通过最小二乘法得到，Ka＝Fa/V+Ca；第二力传感器与动态应变仪关系Kb，通过最小二乘法得到，Kb＝Fb/V+Cb；其中，V代表动态应变仪的应变片的电压值，Fa代表第一力传感器的数值，Fb代表第二力传感器的数值，Ca和Cb为最小二乘法计算常数；
第一力传感器与正时链条受力变化关系为：Ka·K0＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)；
第二力传感器与正时链条受力变化关系为：Kb·K0＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，动轨侧正时链条的受力情况Fi＝(Ka·K0)·Vi＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)·Vi，其中，Fi为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的动轨侧受力，Vi为在发动机运转过程中，任意时刻第一力传感器对应的数值；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，定轨侧正时链条的受力情况：Fj＝(Kb·K0)·Vj＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)·Vj，其中，Fj为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的定轨侧受力，Vj为在发动机运转过程中，任意时刻第二力传感器对应的数值。
于本发明其中一实施例中，步骤1)中，拉力测试台对第一正时链条加载拉力的方式为：逐步加载拉力，每次增加拉力的数值大小相同，累计加载20次；加载完成后逐渐减少加载力，保证加载和卸载的拉力数值大小一致。
本发明的有益效果是：本申请的发动机正时链条张力测试装置可以实际测量发动机在不同转速工况下正时链条受力情况。通过拉力测试台、应变片和动态应变仪能够的得到正时链条所受拉力与应变片的电压值的关系；通过将正时链条安装在发动机上，可以得到对应的力传感器随应变片的电压值的变化值，进而标定对应的力传感器，可以得到对应力传感器的数值与正时链条所受拉力的关系；发动机工作后，通过对应力传感器的数值可以换算出正时链条所受的拉力数值。因此，本申请的发动机正时链条张力测试装置能够实际测量发动机在不同转速工况下正时链条的受力情况。
附图说明：
图1是第一正时链条与拉力测试台配合的示意图；
图2是发动机的正时系统的示意图；
图3是发动机测试时的示意图。
图中各附图标记为：
1、拉力测试台；2、第一正时链条；3、应变片；4、动态应变仪；5、发动机；6、动轨；7、张紧器；8、第一力传感器；9、转角编码器；10、定轨；11、第二力传感器；12、发动机耐久试验台架；13、数据采集系统；14、数据存储电脑；16、机架；17、链轮；18、转动轴；19、弹性伸缩部；20、凹槽；21、上拉钩；22、下拉钩；23、显示屏。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
如图1、2和3所示，一种发动机正时链条张力测试装置，包括：
发动机5，具有正时系统，正时系统包括机架16、转动安装在机架16上的多个链轮17以及用于绕设在各链轮17上的正时链条2，正时系统还包括固定在机架16上的定轨10、转动安装在机架16上的动轨6以及与动轨6配合的张紧器7，定轨10与动轨6均设置在正时链条2的外侧，用于与正时链条2接触配合；
应变片3，用于贴设在正时链条2上；
动态应变仪4，与应变片3电连接；
拉力测试台1，用于与正时链条2配合，对正时链条2施加拉力；
第一力传感器8，安装在动轨6与正时链条2配合的一侧，或者是，安装在动轨6与张紧器7配合的一侧；
第二力传感器11，安装在定轨10与正时链条2配合的一侧；
数据采集系统13，与动态应变仪4、第一力传感器8以及第二力传感器11电连接；
数据存储电脑14，与数据采集系统13电连接；
发动机耐久试验台架12，与发动机5连接。
本申请的发动机耐久试验台架为现有的发动机耐久试验台架，其可以控制发动机5的转速以及发动机5的负荷，实际运用时，还可以兼顾机油的油温、进气温度等相关参数。本申请的发动机正时链条张力测试装置可以实际测量发动机5在不同转速工况下正时链条2受力情况。通过拉力测试台1、应变片3和动态应变仪4能够的得到正时链条2所受拉力与应变片3的电压值的关系；通过将正时链条2安装在发动机5上，可以得到对应的力传感器随应变片3的电压值的变化值，进而标定对应的力传感器，可以得到对应力传感器的数值与正时链条2所受拉力的关系；发动机5工作后，通过对应力传感器的数值可以换算出正时链条2所受的拉力数值。因此，本申请的发动机正时链条张力测试装置能够实际测量发动机5在不同转速工况下正时链条2的受力情况。
如图1所示，实际运用时，拉力测试台1可以包括上拉钩21、下拉钩22以及能够显示上拉钩21拉力的显示屏23。
于本实施例中，数据采集系统13为数据采集卡，链轮17有3个，其中一个链轮17上安装有转角编码器9。
如图2所示，于本实施例中，动轨6通过转动轴18与机架16转动配合，张紧器7具有弹性伸缩部19，弹性伸缩部19用于向动轨6施加弹性力。动轨6与张紧机构配合的一侧具有凹槽20，第一力传感器8设置在凹槽20中，张紧机构的弹性伸缩部19与第一力传感器8相抵靠。动轨6能够转动，通过将第一力传感器8安装在凹槽20中，能够有效保证数据采集的可靠稳定。
本实施例还公开了一种发动机正时链条张力测试方法，通过本实施例的发动机正时链条张力测试装置实施，包括以下步骤：
1)将正时链条2从发动机5中取下，贴上应变片3，将正时链条2放入拉力测试台1中，通过拉力测试台1对正时链条2加载多次不同的拉力，读取动态应变仪4中应变片3的电压值，建立拉力与应变片3的电压值的对应关系；
2)将贴有应变片3的正时链条2安装回发动机5，对正时链条2施加不同的转矩，读取第一力传感器8的数值、第二力传感器11的数值以及动态应变仪4中应变片3的电压值，建立第一力传感器8与动态应变仪4的对应关系以及建立第二力传感器11与动态应变仪4的对应关系，根据步骤1)中拉力与应变片3的电压值的对应关系，建立第一力传感器8与正时链条2受力变化关系以及第二力传感器11与正时链条2受力变化关系；
3)将应变片3从正时链条2上移除，启动发动机5，通过发动机耐久试验台架12使发动机5在不同转速工况下运转，将发动机5的运转数据、第一力传感器8的数值、第二力传感器11的数值分别保存在数据存储电脑14中，通过第一力传感器8的数值，结合步骤2)建立的第一力传感器8与正时链条2受力变化关系，得到动轨6侧正时链条2的受力情况，通过第二力传感器11的数值，结合步骤2)建立的第二力传感器11与正时链条2受力变化关系，得到定轨10侧正时链条2的受力情况。
发动机5的运转数据包括转速工况以及负荷等信息。本申请可以有限利用发动机5试验资源，测试方法简单易懂，搭建便利，试验成本较低，适用性广，方便长期使用，广泛适用于各汽车发动机5开发厂家，有利于行业发展。
实际运用时，可以通过手动对正时链条2施加不同的转矩，也可以通过给链轮17施加不同的扭矩来实现。
于本实施例中，步骤1)中，拉力与应变片的电压值的对应关系为K0，通过最小二乘法得到，K0＝F0/V0+C0，其中，V0为动态应变仪中的应变片的电压值，F0代表拉力测试台的拉力，C0为最小二乘法计算常数；
步骤2)中，第一力传感器与动态应变仪的对应关系为Ka，通过最小二乘法得到，Ka＝Fa/V+Ca；第二力传感器与动态应变仪关系Kb，通过最小二乘法得到，Kb＝Fb/V+Cb；其中，V代表动态应变仪的应变片的电压值，Fa代表第一力传感器的数值，Fb代表第二力传感器的数值，Ca和Cb为最小二乘法计算常数；
第一力传感器与正时链条受力变化关系为：Ka·K0＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)；
第二力传感器与正时链条受力变化关系为：Kb·K0＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，动轨侧正时链条的受力情况Fi＝(Ka·K0)·Vi＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)·Vi，其中，Fi为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的动轨侧受力，Vi为在发动机运转过程中，任意时刻第一力传感器对应的数值；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，定轨侧正时链条的受力情况：Fj＝(Kb·K0)·Vj＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)·Vj，其中，Fj为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的定轨侧受力，Vj为在发动机运转过程中，任意时刻第二力传感器对应的数值。
于本实施例中，步骤1)中，拉力测试台对第一正时链条加载拉力的方式为：逐步加载拉力，每次增加拉力的数值大小相同，累计加载20次；加载完成后逐渐减少加载力，保证加载和卸载的拉力数值大小一致。
本实施例可以有限利用发动机试验资源，测试方法简单易懂，搭建便利，试验成本较低，适用性广，方便长期使用，广泛适用于各汽车发动机开发厂家，有利于行业发展。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种发动机正时链条张力测试装置，其特征在于，包括：
发动机，具有正时系统，所述正时系统包括机架、转动安装在机架上的多个链轮以及用于绕设在各链轮上的正时链条，正时系统还包括固定在机架上的定轨、转动安装在机架上的动轨以及与动轨配合的张紧器，所述定轨与动轨均设置在正时链条的外侧，用于与正时链条接触配合；
应变片，用于贴设在正时链条上；
动态应变仪，与所述应变片电连接；
拉力测试台，用于与所述正时链条配合，对正时链条施加拉力；
第一力传感器，安装在动轨与正时链条配合的一侧，或者是，安装在动轨与张紧器配合的一侧；
第二力传感器，安装在定轨与正时链条配合的一侧；
数据采集系统，与动态应变仪、第一力传感器以及第二力传感器电连接；
数据存储电脑，与数据采集系统电连接；
发动机耐久试验台架，与发动机连接。
2.如权利要求1所述的发动机正时链条张力测试装置，其特征在于，数据采集系统为数据采集卡。
3.如权利要求1所述的发动机正时链条张力测试装置，其特征在于，其中一个链轮上安装有转角编码器。
4.如权利要求1所述的发动机正时链条张力测试装置，其特征在于，所述动轨通过转动轴与机架转动配合，张紧器具有弹性伸缩部，所述弹性伸缩部用于向动轨施加弹性力。
5.如权利要求4所述的发动机正时链条张力测试装置，其特征在于，所述动轨与张紧机构配合的一侧具有凹槽，所述第一力传感器设置在凹槽中，所述张紧机构的弹性伸缩部与所述第一力传感器相抵靠。
6.一种发动机正时链条张力测试方法，其特征在于，通过权利要求1～5任意一项所述发动机正时链条张力测试装置实施，包括以下步骤：
1)将正时链条从发动机中取下，贴上应变片，将正时链条放入拉力测试台中，通过拉力测试台对正时链条加载多次不同的拉力，读取动态应变仪中应变片的电压值，建立拉力与应变片的电压值的对应关系；
2)将贴有应变片的正时链条安装回发动机，对正时链条施加不同的转矩，读取第一力传感器的数值、第二力传感器的数值以及动态应变仪中应变片的电压值，建立第一力传感器与动态应变仪的对应关系以及建立第二力传感器与动态应变仪的对应关系，根据步骤1)中拉力与应变片的电压值的对应关系，建立第一力传感器与正时链条受力变化关系以及第二力传感器与正时链条受力变化关系；
3)将应变片从正时链条上移除，启动发动机，通过发动机耐久试验台架使发动机在不同转速工况下运转，将发动机的运转数据、第一力传感器的数值、第二力传感器的数值分别保存在数据存储电脑中，通过第一力传感器的数值，结合步骤2)建立的第一力传感器与正时链条受力变化关系，得到动轨侧正时链条的受力情况，通过第二力传感器的数值，结合步骤2)建立的第二力传感器与正时链条受力变化关系，得到定轨侧正时链条的受力情况。
7.如权利要求6所述的发动机正时链条张力测试方法，其特征在于，步骤1)中，拉力与应变片的电压值的对应关系为K0，通过最小二乘法得到，K0＝F0/V0+C0，其中，V0为动态应变仪中的应变片的电压值，F0代表拉力测试台的拉力，C0为最小二乘法计算常数；
步骤2)中，第一力传感器与动态应变仪的对应关系为Ka，通过最小二乘法得到，Ka＝Fa/V+Ca；第二力传感器与动态应变仪关系Kb，通过最小二乘法得到，Kb＝Fb/V+Cb；其中，V代表动态应变仪的应变片的电压值，Fa代表第一力传感器的数值，Fb代表第二力传感器的数值，Ca和Cb为最小二乘法计算常数；
第一力传感器与正时链条受力变化关系为：Ka·K0＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)；
第二力传感器与正时链条受力变化关系为：Kb·K0＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，动轨侧正时链条的受力情况Fi＝(Ka·K0)·Vi＝(Fa/V+Ca)·(F0/V0+C0)·Vi，其中，Fi为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的动轨侧受力，Vi为在发动机运转过程中，任意时刻第一力传感器对应的数值；
步骤3)中，发动机在不同转速工况下，定轨侧正时链条的受力情况：Fj＝(Kb·K0)·Vj＝(Fb/V+Cb)·(F0/V0+C0)·Vj，其中，Fj为在发动机运转过程中，任意时刻正时链条的定轨侧受力，Vj为在发动机运转过程中，任意时刻第二力传感器对应的数值。
8.如权利要求6所述的发动机正时链条张力测试方法，其特征在于，步骤1)中，拉力测试台对正时链条加载拉力的方式为：逐步加载拉力，每次增加拉力的数值大小相同，累计加载20次；加载完成后逐渐减少加载力，保证加载和卸载的拉力数值大小一致。
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