CN112129552A - 一种双主动悬置试验台架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双主动悬置试验台架，包括激励施加装置和底座，激励施加装置安装于底座的顶部，底座两端的底部分别连接有主动悬置总成，激励施加装置包括齿轮箱，齿轮箱内安装有四个依次啮合的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮的输出轴连接有电动机，第三齿轮的输出轴连接有发电机，发电机连接有电机调速单元，第一齿轮和第四齿轮的输出轴分别连接有连杆，两个连杆的安装角度相互对称，以抵消水平方向的激励力，连杆的一端安装有激励配重块。与现有技术相比，本发明能够同时产生频率相同的垂向激励力和扭振激励力矩，与汽车直列四缸发动机激励形式一致，可模拟两个主动悬置的工作环境，同时能模拟不同转速工况。

Description

一种双主动悬置试验台架

技术领域

本发明涉及悬置性能测试技术领域，尤其是涉及一种双主动悬置试验台架。

背景技术

主动悬置作为一种连接汽车动力总成和车身之间的高效减振元件，对汽车的噪声、振动以及声振粗糙度(NVH)性能是有着重要作用。当前汽车动力总成大多采用直列四缸发动机作为动力源，这种形式的发动机产生的振动激励主要为垂向激励力和绕曲轴轴线方向的扭振激励力矩。因此若希望完全隔离动力总成对车身的激励，至少需要布置两个主动悬置。

目前最常用的主动悬置试验台架是MTS系统公司的的力学测试和模拟设备，该设备有多种型号，其中部分型号可以实现模拟六分力激励的加载，但此类设备价格昂贵，操作复杂，维护困难，需要专业人员经过培训后才能掌握。此外，还有一些试验台架以电机带动偏心轮的方式进行激励加载，在这种试验台架中，偏心轮旋转不仅会产生垂向振动激励，也会产生水平方向激励，与实际发动机激励形式并不不相符，为此，部分试验台架中使用直线导杆约束水平方向的自由度，以保证只产生垂向激励力，这样就将主动悬置和动力总成等效为了一个单自由度系统，然而这种方式仅能进行单个主动悬置隔振试验，无法模拟实车上多个主动悬置共同工作的情况，且若直线导杆刚度不够高，甚至会在某些激励频段会产生水平方向共振，导致直线导杆剧烈振动，从而对试验台架产生强烈冲击。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双主动悬置试验台架，能够模拟实际汽车直列四缸发动机的激励形式，且能同时对两个主动悬置进行性能测试。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双主动悬置试验台架，包括激励施加装置和底座，所述激励施加装置安装于底座的顶部，所述底座两端的底部分别连接有主动悬置总成，所述激励施加装置包括齿轮箱，所述齿轮箱内安装有四个依次啮合的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮的输出轴连接有电动机，所述第三齿轮的输出轴连接有发电机，所述发电机连接有电机调速单元，所述第一齿轮和第四齿轮的输出轴分别连接有连杆，两个连杆的安装角度相互对称，以抵消水平方向的激励力，所述连杆的一端安装有激励配重块，电动机转动后带动四个齿轮依次转动，使两个连杆上安装的激励配重块发生方向相反的旋转、产生不平衡惯性力及力矩，以此模拟汽车直列四缸发动机垂向激励力，所述电机调速单元用于调节电动机转速，从而模拟汽车发动机不同转速的工况。

进一步地，所述第一齿轮和第四齿轮的齿数相同，所述第二齿轮和第三齿轮的齿数相同，所述第一齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数。

进一步地，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均为圆柱齿轮。

进一步地，所述第一连杆和第二连杆上均开设有多个安装孔，所述安装孔用于连接安装激励配重块，以此调节连杆上激励配重块的质量、数量和安装位置，从而调节模拟垂向激励力的大小。

进一步地，所述激励施加装置安装在偏离底座顶部中心的位置，使两个激励配重块产生的垂向不平衡惯性力能够产生扭振激励力矩，以此模拟汽车直列四缸发动机的激励力矩。

进一步地，所述激励施加装置与底座顶部中心之间的距离可调节，以此调节扭振激励力矩的大小。

进一步地，所述电机调速单元包括多个并联的可变电阻，多个可变电阻的一端均连接至发电机的输出端，多个可变电阻的另一端相互连接。

进一步地，所述主动悬置总成相互对称地安装于底座的两端，安装方向与齿轮箱的轴线方向一致。

进一步地，所述电动机具体为异步电机，所述发电机具体为直流发电机。

进一步地，所述电动机具体为同步电机或直流电机，所述发电机具体为交流发电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明通过设置两个安装角度对称的连杆，利用四个啮合的齿轮带动两个连杆上的激励配重块发生方向相反的旋转，从而产生不平衡惯性力及力矩，以此模拟出汽车发动机激励，由于安装角度对称、旋转方向相反且转速相同，因此能够抵消水平方向激励力、保留垂向激励力，从而可靠地模拟出汽车直列四缸发动机的激励形式。

二、本发明通过在连杆上设置多个安装孔，以实现激励配重块质量、数量和安装位置的调节，从而实现对垂向激励力大小的调节，由于激励施加装置偏离底座中心，因此垂向激励力配合底座会产生扭振激励力矩，即本发明提出的激励施加装置能够产生垂向激励力及扭振激励力矩，进一步使得本发明产生的激励形式与实际相符，此外，本发明能够通过调节激励施加装置偏离底座中心的位置，实现对扭振激励力矩的调节。

三、本发明在底座两端的底部对称安装主动悬置，且安装方向与齿轮箱轴线方向一致，使得两个主动悬置产生的支反力和力偶矩可以与激励施加装置产生的垂向激励力和扭振激励力矩相抵消，能够有效地进行双主动悬置主动隔振试验。

四、本发明利用电动机拖动发电机对外做功，并利用电机调速单元调节电动机转速，从而能够模拟不同汽车发动机不同转速工况，本发明采用可变电阻构建电机调速单元，相比于传统变频器方式，能够有效降低本发明的建设成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为激励施加装置的结构示意图；

图3为齿轮箱的截面结构示意图；

图4为连杆与激励配重块的结构示意图；

图5为本发明中电机调速单元的连接示意图；

图中标记说明：1为激励施加装置，2为底座，3为主动悬置总成，11为齿轮箱，12为电动机，13为发电机，14为连杆，，141为安装孔，15为激励配重块，111为第一齿轮，112为第二齿轮，113为第三齿轮，114为第四齿轮，115为第一齿轮输出轴，116为第二齿轮输出轴，117为第三齿轮输出轴，118为第四齿轮输出轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、图2和图3所示，一种双主动悬置试验台架，包括激励施加装置1、底座2、主动悬置总成3，激励施加装置1安装于底座2的顶部，主动悬置总成3安装于底座2两端的底部，激励施加装置1包括齿轮箱11、电动机12、发电机13、连杆14和激励配重块15，齿轮箱11中包含依次啮合的第一齿轮111、第二齿轮112、第三齿轮113和第四齿轮114，每个齿轮都带有输出轴，分别为第一齿轮输出轴115、第二齿轮输出轴116、第三齿轮输出轴117和第四齿轮输出轴118。两根连杆14分别与第一齿轮输出轴115和第四齿轮输出轴118连接，在连杆14末端装有激励配重块15，两根连杆14的安装角度相互对称，以抵消水平方向的激励力，激励施加装置1的安装位置偏离底座2的中心并偏向一侧主动悬置总成3，以产生扭振激励力矩。电动机12的主轴与第一齿轮输出轴115连接，发电机13的主轴与第三齿轮输出轴117连接，使电动机12拖动发电机13高速运转对外做功来调节转速，电动机12转动时，带动四个齿轮发生转动，使两个激励配重块12发生方向相反的旋转，从而产生不平衡惯性力及其力矩，以此来模拟实际汽车直列四缸发动机的激励。

本实施例中，四个齿轮均为圆柱齿轮，第一齿轮111和第四齿轮114齿数相同，为大齿轮，第二齿轮112和第三齿轮113齿数相同，为小齿轮。两根连杆14分别与第一齿轮输出轴115和第四齿轮输出轴118垂直连接，且安装角度对称，在两根连杆14末端均装有质量相同的激励配重块15。在激励施加装置1工作时，两个激励配重块15的旋转方向相反、转速相同，激励配重块15产生的不平衡惯性力合成后为垂向的正弦激励力，可模拟汽车直列四缸发动机垂向激励力。激励施加装置1的安装位置偏离底座2的中心并靠近一侧主动悬置总成3，使垂向激励力作用位置偏离台架的质心，形成力臂从而产生扭振力矩激励，可模拟汽车直列四缸发动机扭振激励力矩。

连杆14和激励配重块15结构示意图如图4所示，连杆14上打有多个安装孔141，均可安装激励配重块15，通过调节激励品种块15的质量、数量和安装位置即可调节激励力的大小，此外，由于激励施加装置1安装在偏离底座2中心的位置，使两个激励配重块15产生的垂向不平衡惯性力能够产生扭振激励力矩，以此模拟汽车直列四缸发动机的激励力矩，该扭振激励力矩频率与垂向不平衡惯性力相同，因此还能通过调节激励施加装置1的安装位置(即激励施加装置1偏离底座2中心的距离)以调节扭振激励力矩的大小。

具体的，在激励施加装置1工作过程中，电动机12通过齿轮箱11拖动两根连杆14旋转，两根连杆14旋转面在同一平面内，且安装角度对称、旋转方向相反，两根连杆14末端分别安装有两个激励配重块15，两个激励配重块15质量相同，两个激励配重块15产生的不平衡惯性力在水平方向抵消、垂直方向叠加，可以产生垂向激励力来模拟汽车发动机垂向激励，再通过调节两个激励配重块15质量大小，即可以调节垂向激励力的大小。

由于直列四缸发动机激励频率为转频的两倍，本发明中激励频率为转频的一倍，因此在实际使用过程中需要注意电动机转速和模拟汽车发动机转速的转换。例如：需要模拟汽车发动机每分钟1000转的工况，则需要将电动机转速调节为每分钟2000转。

本实施例中，两个主动悬置总成3相互对称安装在底座2两端的底部，安装方向与齿轮箱11的轴线方向一致，两个主动悬置总成3产生的支反力和力偶矩与激励施加装置1产生的垂向激励力和扭振激励力矩方向一致，可以进行高效的主动减振试验。

本发明提出的试验台架中，发电机13连接有电机转速调节单元，如图5所示，采用多个并联的可变电阻131构建电机转速调节单元，由于电动机12通常采用成本低廉的鼠笼式三相异步电机，一般使用50Hz三相交流电为电源，在无负载工况下，转速通常是恒定的，若需要调速则必须使用变频器，将交流电转为为直流电，再将直流电转为某一频率的交流电，这一行使台架成本高昂，操作复杂。而本发明中电动机12通过齿轮箱11拖动发电机13对外做功，对外输出的能量由可变电阻131耗散，只要通过负载端可变电阻131的阻值大小和数量就能方便地调节电动机12的转速，可以模拟汽车发动机不同的转速工况。

电动机12连接齿轮箱11的低速轴，发电机13连接齿轮箱11的高速轴，可以提高发电机13的转速进而提高输出电压，降低发电机13的线圈电流，避免电流过载，保证激励施加装置1的可靠工作。

本实施例中，可以根据实际情况在底座2上布置一些配重块，使主动悬置3受到足够的预载并调节台架质心位置和惯性参数。也可以将其中一个主动悬置3更换成普通的橡胶悬置或液压悬置来进行单个主动悬置试验。

本实施例中，电动机12具体为异步电机，发电机13为直流发电机，在实际应用中，也可视情况将电动机12改为同步电机、直流电机，发电机13改为交流发电机。

综上所述，本发明可以同时产生频率相同的垂向激励力和扭振激励力矩，与汽车直列四缸发动机激励形式一致，可模拟两个主动悬置的工作环境，通过调节发电机负载电阻的数量和阻值大小来间接调节转速，不仅可以模拟不同转速工况，也使台架成本更为低廉，使用更为简便。

Claims (10)

1.一种双主动悬置试验台架，其特征在于，包括激励施加装置(1)和底座(2)，所述激励施加装置(1)安装于底座(2)的顶部，所述底座(2)两端的底部分别连接有主动悬置总成(3)，所述激励施加装置(1)包括齿轮箱(11)，所述齿轮箱(11)内安装有四个依次啮合的第一齿轮(111)、第二齿轮(112)、第三齿轮(113)和第四齿轮(114)，所述第一齿轮(111)的输出轴连接有电动机(12)，所述第三齿轮(113)的输出轴连接有发电机(13)，所述发电机(13)连接有电机调速单元，所述第一齿轮(111)和第四齿轮(114)的输出轴分别连接有连杆(14)，两个连杆(14)的安装角度相互对称，以抵消水平方向的激励力，所述连杆(14)的一端安装有激励配重块(15)，电动机(12)转动后带动四个齿轮依次转动，使两个连杆(14)上安装的激励配重块(15)发生方向相反的旋转、产生不平衡惯性力及力矩，以此模拟汽车直列四缸发动机垂向激励力，所述电机调速单元用于调节电动机(12)转速，从而模拟汽车发动机不同转速的工况。

2.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述第一齿轮(111)和第四齿轮(114)的齿数相同，所述第二齿轮(112)和第三齿轮(113)的齿数相同，所述第一齿轮(111)的齿数大于第二齿轮(112)的齿数。

3.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述第一齿轮(111)、第二齿轮(112)、第三齿轮(113)和第四齿轮(114)均为圆柱齿轮。

4.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述第一连杆(14)和第二连杆(14)上均开设有多个安装孔(141)，所述安装孔(141)用于连接安装激励配重块(15)，以此调节连杆(14)上激励配重块(15)的质量、数量和安装位置，从而调节模拟垂向激励力的大小。

5.根据权利要求4所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述激励施加装置(1)安装在偏离底座(2)顶部中心的位置，使两个激励配重块(15)产生的垂向不平衡惯性力能够产生扭振激励力矩，以此模拟汽车直列四缸发动机的激励力矩。

6.根据权利要求5所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述激励施加装置(1)与底座(2)顶部中心之间的距离可调节，以此调节扭振激励力矩的大小。

7.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述电机调速单元包括多个并联的可变电阻，多个可变电阻的一端均连接至发电机(13)的输出端，多个可变电阻的另一端相互连接。

8.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述主动悬置总成(3)相互对称地安装于底座(2)的两端，安装方向与齿轮箱(11)的轴线方向一致。

9.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述电动机(12)具体为异步电机，所述发电机(13)具体为直流发电机。

10.根据权利要求1所述的一种双主动悬置试验台架，其特征在于，所述电动机(12)具体为同步电机或直流电机，所述发电机(13)具体为交流发电机。

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