CN1308667C - 发动机皮带轮轮系优化试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机皮带轮轮系优化试验台，它包括台架(2)、用于模拟发动机的电机(5)、负载、用于安装负载的支架、用于测量参数的传感器；台架(2)上设有中间板(6)；电机(5)和负载设置在中间板(6)的一侧，轮系(1)设置在中间板(6)的另一侧；传感器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。本发明试验台能够模拟发动机的实际运转，测试运行过程中的各项相关参数，并将测得的参数输出到计算机。台架上设有中间板，将电机、负载与轮系分开设置，结构简单，操作方便，使用安全。

Description

发动机皮带轮轮系优化试验台

技术领域

本发明涉及汽车，特别是在汽车设计过程中，用来对汽车发动机皮带轮轮系进行优化试验的试验设备。

背景技术

汽车发动机前端附件(包括空调压缩机、转向泵、电机、滤清器等)如何在有限的空间内进行最佳布置是一个需要综合各方面因素进行考虑的课题，它的布置方式与发动机的效率、附件系统的使用寿命直接相关。发动机前端附件轮系设计的优劣，将直接影响发动机附件的性能及其工作可靠性，进而影响到整机、整车的技术指标，因此，其设计和开发已越来越引起世界各大汽车公司的重视。而现代汽车发动机前端附件轮系日趋复杂也使得轮系的优化设计成为一个相当重要的课题。

发动机附件轮系的布置实际上就是确定附件所处位置和带轮直径的问题，而这两者的确定又受到整车总布置尺寸的限制，有限的空间加大了轮系布置的难度。现在普遍采用理论分析的方法设计轮系，设计程序包括：1、根据附件传递功率确定系统的设计功率；2、根据附件性能和允许转速来选定带轮的直径，从而确定带速和传动比；3、确定带的有效长度和包角(同时也就确定了附件的位置)；4、计算带的紧边张力、松边张力、确定预张紧力；5、确定多楔带的楔数。

然而通过理论分析得出的轮系实际运转中并不一定是最优的。这是因为我们进行理论分析的基础主要是保证带在不打滑的情况下具有较好的受力性能，在轮系比较简单的时候这种分析是可行的，但随着附件轮系的日趋复杂，理论研究就很难保证系统是处于最优状态，而且实际的附件轮系还可能存在带轮偏心、带轮倾斜安装、主从动带轮轴线偏移等情况。所以现在有些发动机上出现了系统受力情况恶劣，轮系振动过大，或者噪声过大等一些情况。

由于上述原因，通过单纯理论分析而得出一个轮系的布置方案的方法已不能满足我们设计的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种发动机皮带轮轮系优化试验台，它能够模拟发动机的实际运转，以方便测试运行过程中的各项相关参数，并将测得的参数输出到计算机，从而确定轮系的最佳方案。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

发动机皮带轮轮系优化试验台，它包括台架、用于模拟发动机的电机、负载、用于安装负载的支架、用于测量参数的传感器；电机和支架设置在台架上；台架上设有中间板；电机和负载设置在中间板的一侧，它们的传动轴安装在中间板上，各传动轴上皮带轮和皮带组成一个轮系，轮系设置在中间板的另一侧；传感器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

上述方案中，支架为可调支架。

上述方案中，传动轴通过连接法兰与皮带轮连接。

上述方案中，轮系中还包括惰轮和张紧轮，惰轮和张紧轮安装在中间板上。

上述方案中，负载中包括用于模拟空调压缩机运行的电涡流测功机；电涡流测功机通过测控仪与计算机通讯。

上述方案中，可调支架由支架板、可调节长短的支杆、上下导轨组成，支杆的上端通过上导轨支撑支架板，支杆的下端设置在下导轨上，下导轨设置在台架上。

上述方案中，电机为变频调速电机，它通过变频控制器与计算机通讯。

本发明试验台使用时，根据设计将各负载安装在台架或支架上，将各传动轴安装在中间板上，在中间板的另一侧安装皮带轮和皮带组成皮带轮轮系以及各传感器，即可对发动机皮带轮轮系进行测试。

本发明试验台的优点为：

1、它能够模拟发动机的实际运转，测试运行过程中的各项相关参数，并将测得的参数输出到计算机，从而确定轮系的最佳方案。通过对测量的参数进行处理，我们可以得到相关数据，比如皮带的滑差率，包角、带长、轮-带间摩擦力和振动频率，张紧轮对带松弛的补偿能力，以及皮带轮系的振型等。这些都是反映轮系优良的重要参数。

2、台架上设有中间板，将电机、负载与轮系分开设置，结构简单，操作方便，使用安全。

3、支架为可调支架，可任意安装负载，因此轮系可任意调节，通过比较不同布置形式下的这些参数，就可以得到最优的轮系布置方式。

4、用于模拟发动机的电机为变频调速电机，空调压缩机的运行通过电涡流测功机模拟，它们具有可调功能，因此可以模拟各种不同的系统。

5、皮带轮轮系中的各轮的位置可以在一定范围内进行调整，从而有利于对各种状况下的运转参数进行比较。

6、皮带轮通过连接法兰与传动轴连接，可以模拟实际附件带传动系统可能存在的带轮偏心、带轮倾斜安装、主从动轮轴线偏移等。

附图说明

图1为本发明试验台实施例的侧视图

图2为本发明试验台实施例的主视图

图3为本发明试验台实施例的俯视图

图4为中间板的结构示意图

图5为轴与皮带轮连接处的结构示意图

图6为发动机皮带轮轮系优化试验系统的结构框图

图7为发动机皮带轮轮系优化试验系统的计算机部分对整个试验过程进行自动管理的软件流程图

具体实施方式

如图6所示，发动机皮带轮轮系优化试验系统由本发明试验台和计算机部分组成。

本发明试验台实施例

如图1、2、3所示，试验台包括台架2、用于模拟发动机的电机5、负载、用于安装负载的支架、用于测量参数的传感器；电机5和支架设置在台架2上；台架2上设有中间板6；电机5和负载设置在中间板6的一侧，它们的传动轴13通过轴承座安装在中间板6上，传动轴13上皮带轮103和皮带104组成轮系1，轮系1设置在中间板6的另一侧。轮系1中还包括惰轮101和张紧轮102，惰轮101和张紧轮102设置在中间板6上。电机5的皮带轮103为减振皮带轮。

电机5为变频调速电机，它的变频控制器可计算机通讯，实现数据的读写。

负载包括：空调压缩机、机油滤清器10、发电机11、动力转向泵9。空调压缩机采用电涡流测功机4来模拟，测功机4的信号输入输出端与计算机的RS232端口连接，由计算机进行控制，可以达到调节简单，方便测试的效果。动力转向泵9是动力转向系统的组成部分，它外接比例控制阀，并通过控制阀来控制泵输出流量，从而实现负载的可调。

支架为可调支架3，可调支架3由支架板301、可调节长短的支杆302、上下导轨303、304组成，支杆302的上端通过上导轨303支撑支架板301，支杆302的下端设置在下导轨304上，下导轨304设置在台架2上。

如图4所示，中间板6上开有孔12，用于安装传动轴13的轴承座。

如图5所示，电机带动的主轴与负载的驱动轴13通过连接法兰14与皮带轮103连接，皮带轮103通过螺栓15与连接法兰14连接。

本实用新型实施例中使用的传感器包括：用于测量各传动轴转速的转速传感器和扭矩的扭矩传感器7或拉式负荷传感器8、用于测量整个系统振动的振动传感器、用于测量皮带垂直带面振动和侧向振动的时间位移响应关系的激光位移传感器、用于测量整个系统噪声的噪声传感器、用于测量张紧轮102轴承温度的红外测温传感器等。

上述传感器中：

减振皮带轮轴的转速和扭矩传感器，它采用北京三晶创业科技集团有限公司生产的JN338-100A智能数字式转矩转速传感器；

空调压缩机皮带轮轴的转速和扭矩传感器，它采用湘仪动力测试仪器有限公司生产的GWCK1测控仪；

转向泵皮带轮轴的转速和扭矩传感器，它采用北京鸿基点科技发展有限公司生产的旋转测速传感器；

拉式负荷传感器，上海自动化仪器仪表股份有限公司生产；

用于测量皮带垂直带面振动和侧向振动的时间位移响应关系的激光位移传感器，可以通过激光探头精确的得到传动带垂直带面振动和侧向振动的时间位移关系；

用于测量整个系统振动的振动传感器，北京迪振通科技有限公司生产；

用于测量整个系统噪声的内补偿式CZ4-5噪声传感器。

上述传感器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

本发明试验台实施例，它可模拟发动机的运行与受载情况，动态的测试轮系各轴的转矩和转速、多楔带及系统的振幅、预张力的大小、系统噪声等一系列参数，适当处理这些参数，得到包角、皮带的滑差率、动态张力等一些重要数据。然后在一定的范围内多次改变轮系的布置方式，按照同样的方式进行测试。最后通过计算机对所得到的数据进行分析和比较，从而找出最优的轮系布置方式，得到我们需要的附件布置位置，带轮直径、包角等。并从中总结出轮系布置的一些方法和原则。

可以调整轮系中各附件的位置，能够模拟实际附件带传动系统可能存在的带偏心、带轮倾斜安装、主从动带轮轴线偏移等情况。对于不同的布置形式，台架上的测试装置能够实时地检测系统的各种运行参数，这些信号经过处理后输入计算机控制中心。计算机控制中心再对这些参数进行适当计算处理，然后输出系统的一些特性曲线。当一系列的布置形式的参数测试完毕后，计算机会对这些参数进行比较，分析不同系统的优劣，进而找出系统的最优布置方式。

计算优化部分

发动机皮带轮轮系优化试验系统通过计算机系统硬件电路与软件编程实现功能。主要实现以下功能1、对试验数据进行自动采集、运算、记录，并进行硬拷贝，以增强试验客观性和可信度；2、对整个试验过程进行自动管理，以减轻操作者劳动强度；3、提供人机对话功能，能够接受操作者输入的各种参数，并按要求将试验数据实时反馈给操作者；4、对系统误差能够自动补偿；5、实现故障自诊断，便于维护。硬件电路主要用于信号的处理和转换，软件编程则选用了面向对象的程序设计语言C++。发动机皮带轮轮系优化试验系统的计算机部分对整个试验过程进行自动管理的软件流程如图7所示。

Claims (7)

1、发动机皮带轮轮系优化试验台，其特征在于：它包括台架(2)、用于模拟发动机的电机(5)、负载、用于安装负载的支架、用于测量参数的传感器；电机(5)和支架设置在台架(2)上；台架(2)上设有中间板(6)；电机(5)和负载设置在中间板(6)的一侧，它们的传动轴(13)安装在中间板(6)上，各传动轴(13)上皮带轮(103)和皮带(104)组成一个轮系(1)，轮系(1)设置在中间板(6)的另一侧；传感器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

2、如权利要求1所述的试验台，其特征在于：支架为可调支架(3)。

3、如权利要求1所述的试验台，其特征在于：传动轴(13)通过连接法兰(14)与皮带轮(103)连接。

4、如权利要求1所述的试验台，其特征在于：轮系(1)中还包括惰轮(101)和张紧轮(102)，惰轮(101)和张紧轮(102)安装在中间板(6)上。

5、如权利要求1所述的试验台，其特征在于：负载中包括用于模拟空调压缩机运行的电涡流测功机(4)；电涡流测功机(4)通过测控仪与计算机通讯。

6、如权利要求2所述的试验台，其特征在于：可调支架(3)由支架板(301)、可调节长短的支杆(302)、上下导轨(303、304)组成，支杆(302)的上端通过上导轨(303)支撑支架板(301)，支杆(302)的下端设置在下导轨(304)上，下导轨(304)设置在台架(2)上。

7、如权利要求1所述的试验台，其特征在于：电机(5)为变频调速电机，它通过变频控制器与计算机通讯。

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