CN201666852U - 发动机总成惯性参数一体化测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机总成惯性参数一体化测试仪，包括有框形基座，基座上转动安装有扭杆，扭杆的顶端安装有摆架，扭杆上套装有扭簧，扭簧的一端与扭杆固定连接，另一端与基座固定连接；摆架的上方设置有测量架，测量架的上端固定安装有测量平台，测量平台上可放置待测量惯性参数的发动机总成。本实用新型同时实现发动机总成的十个惯性参数的一次性测量，测量的精度较高，且重复性误差小。

Description

发动机总成惯性参数一体化测试仪 

技术领域

本实用新型涉及发动机总成参数的测量仪器，具体是一种发动机总成惯性参数一体化测试仪。 

背景技术

由于发动机悬置的对整车的减震降噪起到重要作用，而动力总成参数对发动机悬置的设计是不可缺少的，所以取得准确的动力总成参数就显得非常重要。由于现有的主机厂不能够准确提供动力总成参数，所以就不能够正确的设计发动机悬置的参数，设计出的发动机悬置的发动机不匹配，从而悬置的减震降噪的作用差，影响到整车的舒适性。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种发动机总成惯性参数一体化测试仪，同时实现发动机总成的十个惯性参数的一次性测量，测量的精度较高，且重复性误差小。 

本实用新型的技术方案如下： 

发动机总成惯性参数一体化测试仪，包括有框形基座，其特征在于：基座上有圆孔，圆孔内安装有转动配合的圆形扭杆，扭杆的顶端安装有摆架，扭杆上套装有扭簧，扭簧的一端与扭杆固定连接，另一端与基座固定连接；包括有设置于摆架的上方的测量架，测量架的上端固定安装有测量平台，测量平台上用于放置待测量惯性参数的发动机总成；测量架的下端悬置有质量质心测头，基座的上安装有质量质心测头可触碰的质量传感器、质心传感器；测量架的下端悬置有锥形导柱，摆架的上端安装有与锥形导柱配合的导套，导套的顶端支撑所述的测量架。 

所述的发动机总成惯性参数一体化测试仪，其特征在于：所述的测量平台下端固定连接有转轴，所述的转轴转动安装于测量架上。 

所述的发动机总成惯性参数一体化测试仪，其特征在于：所述的摆架下端顶托有升降丝杠，升降丝杠通过伺服电机传动连接，基座上开有与升降丝杠螺旋配 合的内螺纹孔，通过升降丝杠转动带动扭杆在基座上的圆孔内上、下移动。 

本实用新型的十个惯性参数的测量的具体方案如下： 

1、质量测量 

待测物的质量由P1、P2二只传感器直接测得。即： 

M＝K1×(P₁-P₀₁)+K2×(P₂-P₀₂)    (1)， 

式中，M-发动机总成的质量 

P1-加载发动机后，传感器P1的读数； 

P01-空载时传感器P1的读数； 

P2-加载发动机后，传感器P2的读数； 

P02-空载时传感器P2的读数； 

K1-传感器P1的传递系数； 

K2-传感器P2的传递系数； 

(1)式中K1，K2的数值可由标定传感器得到，P1、P01、P2、P02可直接测量出，所以发动机的质量M可很容易测得。 

2、转动惯量及惯性积的测量 

通过转动惯量的测量基本原理可知：过任意轴的转动惯量可由如下公式表示： 

I_H＝I_XXcos²α+I_YY cos²β+I_ZZcos²δ-2I_XYcosαcosβ-2I_YZ cosβcosδ-2I_XZ cosαcosδ 

(2)， 

IH-发动机总成过其质心的转动惯量； 

IXX-发动机总成过其质心平行与X轴的转动惯量； 

IYY-发动机总成过其质心平行与Y轴的转动惯量； 

IZZ-发动机总成过其质心平行与Z轴的转动惯量； 

IXY、IXZ、IYZ-三个方向的惯性积； 

α-扭杆转轴H与发动机上的坐标系X轴的夹角； 

β-扭杆转轴H与发动机上的坐标系Y轴的夹角； 

δ-扭杆转轴H与发动机上的坐标系Z轴的夹角； 

为了求得IXX、IYY、IZZ、IXY、IXZ、IYZ，需要建立6个方程。也就是说要让发动机在测量平台上放置6次，且每一次的姿态不重复。 

从(2)式中不难看出，是否能较高精度的测得IXX、IYY、IZZ、IXY、IXZ、IYZ，关键是如何精确的测量IH以及α、β、δ。 

2.1 I_H的测量 

通过测试仪我们只能直接测得工装及发动机总成组合体的转动惯量，但是可以通过(3)，得到IH。 

I＝I₀+M×ΔR²+I_H        (3) 

其中I-转动惯量测量值； 

I0为测量工装的转动惯量，也称皮转动惯量； 

M-发动机总成的质量； 

R-发动机总成质心的投影到转轴H的距离； 

I_H＝I-I₀-M×ΔR²

$I_H=A\×(T^2-T_0^2)-M\×\mathrm{\Δ}{R}^2---\left(4\right)$

在(4)中A可以通过标定仪器得到其参数，T、T0是加载待测物与空载时的扭振周期，也可以精确的测量出，R可以通过二次质心的测量，分别得到质心在X方向与Z方向上的分量通过 

$R=\sqrt{R_X^2+R_Z^2}---\left(5\right)$

得到发动机质心到转轴的距离 

2.2 R_X、R_Z的测量 

传感器P1与P2的距离为LG，LG可以在仪器做好后精确测量出，故而可以作为常数看待。扭转轴H固定在传感器P1与P2的中点。发动机总成的质心在X轴的投影到H轴的距离为： 

$(R_X+\frac{\mathrm{Lg}}{2})\×M=P_{2X}\×K2\×\mathrm{Lg}$

$R_X=\frac{P_{2X}\×K2\×\mathrm{Lg}}{M}-\frac{\mathrm{Lg}}{2}---\left(6\right)$

其中P2X-为传感器P2的读数； 

K2-传感器P2的传递系数； 

Lg-传感器P1，P2的距离 

M-发动机总成的质量 

同理，可以转动测量平台90°，得到发动机总成的质心在Z轴上的投影到H轴的距离： 

$R_Z=\frac{P_{2Z}\×K2\×\mathrm{Lg}}{M}-\frac{\mathrm{Lg}}{2}---\left(7\right)$

2.3α、β、δ的测量 

为了精确的测量α、β、δ，需要依靠发动机总成的数模。首先要在发动机上找至少3个特征点，(为了可以让发动机任意放置6种姿态后都可以方便测量，最好多找一些点)，我们事先要知道这些特征点相对于发动机坐标系的坐标，比如特征点D1的坐标为(X_D1，Y_D1，Z_D1)，特征点D2的坐标为(X_D2，Y_D2，Z_D2)…另外在测量平台上也找3个特征点A，B，C。通过测量发动机上的特征点到平台上的点的距离，便可以得到一个三元二次非线性方程组，解这个方程组可以将平台上的点相对于发动机坐标求出，进而得到α、β、δ。 

3.质心三维坐标的测量 

以上介绍了如何测量RX、RZ，同理可以将发动机任意放置，偏转一定角度后测得在此偏转角下的质心位置，通过程序计算，便可得到发动机总成的三维质心位置(G_X，G_Y，G_Z)。 

本实用新型的优点是： 

本实用新型结构简单、安装使用方便，实现了发动机总成的十个惯性参数的一次性测量，测量的精度较高，且重复性误差小，满足了使用要求。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

参见附图，发动机总成惯性参数一体化测试仪，包括有框形基座1，基座1上有圆孔，圆孔内安装有可转动与上、下滑动的扭杆2，扭杆2的顶端安装有摆架3，扭杆2上套装有扭簧，扭簧的一端与扭杆固定连接，另一端与基座1固定连接；摆架3的上方设置有测量架4，测量架4的上端固定安装有测量平台5，测量平台5用于放置待测量惯性参数的发动机总成6；测量架4的下端悬置有质量、质心测头7，基座的上端置有质量质心测头7可触碰的质量传感器9、质心 传感器10；测量架的下端悬置有锥形导柱11，摆架3的上端安装有与锥形导柱配合的导套12，导套12的顶端支撑所述的测量架4。摆架下端顶托有升降丝杠，升降丝杠通过伺服电机8传动连接，基座上开有与升降丝杠螺旋配合的内螺纹孔，通过升降丝杠转动带动扭杆在基座上的圆孔内上、下移动，这样可能使得摆架与测量架通过锥形导柱与导套限位连接；或者使得摆架下行，这样质量、质心测头直接与质量、质心传感器接触。 

测量平台5下端固定连接有转轴13，所述的转轴13转动安装于测量架4上。 

具体的操作流程如下： 

1.打开质量质心测试二次仪表，并且预热20分钟； 

2.进入测量程序； 

3.通过电动升降装置，使测量平台下降并使测头压在质量、质心传感器上； 

4.通过测量程序，自动测量并记录传感器P1，P2的数据，记为“皮重”； 

5.通过电动升降装置使测量平台上升，并脱离称重传感器，通过转换装置，使处于“转动惯量测试状态”； 

6.通过光电采集系统，计算机可以自动采集并记录空载时的扭振周期T0； 

7.将发动机任意放置在测量平台上； 

8.将发动机上的特征点的坐标输入至测量程序，(X_D1，Y_D1，Z_D1)，(X_D2，Y_D2，Z_D2)，(X_D3，Y_D3，Z_D3)，(X_D4，Y_D4，Z_D4)…… 

9.测量发动机上的三个特征点分别到测量平台上特征点的距离；如发动机上的特征点为D1，D2，D3，平台上的特征点为A，B，C。则需要测量： 

D1A的距离l_D1A； 

D1B的距离l_D1B； 

D1C的距离l_D1C； 

D2A的距离l_D2A； 

D2B的距离l_D2B； 

D2C的距离l_D2C； 

D3A的距离l_D3A； 

D3B的距离l_D3B； 

D3C的距离l_D3C； 

并把测量结果输入计算机，计算机会自动计算出夹角α、β、δ。 

10.控制电动升降系统使测量平台下降，并与质量质心传感器接触。并且使可旋转测量平台上的刻度对准0度，在发动机放置好后，数据采集系统便会自动采集测量数据并给出发动的质心在X轴上的投影到扭转轴的距离RX测量值。 

11.将可旋转测量平台上的刻度对准90度，在发动机放置好后，数据采集系统便会自动采集测量数据并给出发动的质心在Z轴上的投影到扭转轴的距离RZ测量值。 

12.将转换装置放置在测转动惯量的位置，测量其扭振周期，计算机便会自动计算其转动惯量； 

13.任意改变发动机在测量平台上的姿态，重复以上的操作步骤9～12，共计算出发动机六种姿态下的转动惯量； 

14.根据六个转动惯量测量值，计算机便会自动计算出，I_XX，I_YY，I_ZZ，I_XY，I_ZX，I_YZ

15.同时计算机将给出发动机总成的质心位置(G_X，G_Y，G_Z) 。

Claims (3)

1.发动机总成惯性参数一体化测试仪，包括有框形基座，其特征在于：基座上有圆孔，圆孔内安装有转动配合的圆形扭杆，扭杆的顶端安装有摆架，扭杆上套装有扭簧，扭簧的一端与扭杆固定连接，另一端与基座固定连接；包括有设置于摆架的上方的测量架，测量架的上端固定安装有测量平台，测量平台上用于放置待测量惯性参数的发动机总成；测量架的下端悬置有质量质心测头，基座的上安装有质量质心测头可触碰的质量传感器、质心传感器；测量架的下端悬置有锥形导柱，摆架的上端安装有与锥形导柱配合的导套，导套的顶端支撑所述的测量架。

2.根据权利要求1所述的发动机总成惯性参数一体化测试仪，其特征在于：所述的测量平台下端固定连接有转轴，所述的转轴转动安装于测量架上。

3.根据权利要求1所述的发动机总成惯性参数一体化测试仪，其特征在于：所述的摆架下端顶托有升降丝杠，升降丝杠通过伺服电机传动连接，基座上开有与升降丝杠螺旋配合的内螺纹孔，通过升降丝杠转动带动扭杆在基座上的圆孔内上、下移动。

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