CN203231889U - 飞轮热疲劳试验机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种飞轮热疲劳试验机,包括台架,飞轮旋转总成,包括设置在台架上的交流电机,以及与台架转动配合且受所述交流电机驱动的飞轮固定台;定位总成,包括移动台以及带动该移动台改变水平和竖直位置的驱动机构;加热总成,包括固定在所述移动台上的电源装置,和该电源装置相连用于加热待测飞轮的感应线圈;检测总成,包括用于采集飞轮温度的温度探测器,及记录温度探测器传送的信号的计算机控制系统;冷却总成,冷却总成包括架设在所述飞轮固定台的上方的喷嘴,及与该喷嘴相连的冷却介质管路,冷却介质管路上设有控制开关。本试验机可以模拟车辆正常行驶条件下发动机飞轮被反复加热、冷却的热疲劳工作状况。

Description

飞轮热疲劳试验机
技术领域
本实用新型涉及热疲劳性能的测试,尤其涉及一种飞轮热疲劳试验机。 
背景技术
飞轮是安装在汽车发动机曲轴后端的较大的圆盘状铸造零件,它具有较大的转动惯量,应用广泛。它的功能是将活塞式发动机做功行程的部分能量储存起来,以克服其他行程的阻力,使曲轴均匀旋转;并通过安装在飞轮上的离合器,把发动机和汽车传动系统连接起来。正常行驶车辆的发动机飞轮始终处于高速旋转状态,通过紧紧挤靠在飞轮上的摩擦片组件的反复接触与分离,实现车辆的启停。存在旋转速度差的摩擦片的快速接触过程中产生大量摩擦热导致飞轮局部区域快速升温。因此,飞轮的一种典型性能是热疲劳性能,即飞轮在承受高低温间隔作用时,飞轮的结构、材料等都将受到考验。 
公开号为CN102252899的中国专利公开了一种焊缝疲劳试验装置,它包括驱动试验工件旋转的驱动部分,给试验工件加载的加载部分,在试验工件的焊缝处设置应力测力用应变片;所述的驱动部分包括在试验台座上设置的交流电机,交流电机的转轴连接传动轴,传动轴的另一端设置连接试验工件用的飞轮盘;在试验台座上还设置支撑传动轴的前支撑板、后支撑板;所述的加载部分包括在试验台座上设置的吊块座,与吊块座铰接的承重轴,可在承重轴上滑动的加载用吊块。所述的试验工件上活动套接轴承套,所述的承重轴套接轴套,所述的轴承套与轴套通过连接杆连接。该装置解决焊缝疲劳试验装置对焊缝的疲劳强度、焊缝所受应力状况无法可靠有效进行检测的问题。 
公开号为CN102621022A的中国专利公开了一种热-力耦合疲劳实验 装置及方法,该装置被测材料试样、冷-热疲劳系统以及应力疲劳系统,所述试样包括夹持段、试验段和过渡段;所述冷-热疲劳系统包括高频感应线圈、旋转密封装置、流量泵、温度传感器、加热电源、冷却介质管道及控制系统;所述应力疲劳系统主要包括主动旋转夹具、从动旋转夹具、传动齿轮、交流电机及交流电机控制系统。所述方法是:将被测试样与冷-热疲劳系统以及应力疲劳系统进行连接、固定,进行冷-热疲劳的同时进行不同应力下的应力疲劳,得到应力疲劳寿命随循环应力的变化曲线;调整冷热疲劳的参数,即可得到冷热疲劳温度对疲劳极限的影响。 
以上两个专利公开的装置都是用来测疲劳性能,但它们的试验装置都不适用于飞轮结构。飞轮是一种需要长期运行的部件,因此通过专门的考核试验来研究飞轮的热疲劳特性是十分必要的。 
实用新型内容
本实用新型提供了一种飞轮热疲劳试验机。该试验机以飞轮作为试验对象,通过感应线圈对待测飞轮进行加热,利用冷却总成对飞轮冷却,可以模拟车辆正常行驶条件下发动机飞轮被反复加热、冷却的热疲劳工作状况,获得与实际工况相一致的热疲劳测试结果。 
一种飞轮热疲劳试验机,包括台架,还设有: 
飞轮旋转总成,包括设置在台架上的交流电机,以及与台架转动配合且受所述交流电机驱动的飞轮固定台; 
定位总成,包括移动台以及带动该移动台改变水平和竖直位置的驱动机构; 
加热总成,包括固定在所述移动台上的电源装置,和该电源装置相连用于加热待测飞轮的感应线圈; 
检测总成,包括用于采集飞轮温度的温度探测器,及记录温度探测器传送的信号的计算机控制系统; 
冷却总成,冷却总成包括架设在所述飞轮固定台上方的喷嘴,及与该喷嘴相连的冷却介质管路,冷却介质管路上设有控制开关。 
所述定位总成中的驱动机构包括: 
水平移动架,与所述台架滑动配合; 
第一滚珠丝杆,用于驱动水平移动架; 
第二滚珠丝杆,安装在所述水平移动架上用于驱动移动台升降。 
所述第一滚珠丝杆可调节感应线圈与飞轮的水平相对位置。 
所述第二滚珠丝杆可调节感应线圈与飞轮的竖直相对位置。 
所述飞轮旋转总成中的交流电机连接驱动所述飞轮固定台的减速装置,所述减速装置包括安装在飞轮固定台下端的大带轮,安装在交流电机下方的小带轮,以及连接大带轮和小带轮的同步传动带。利用减速装置可驱动飞轮低速旋转,使得飞轮能够均匀加热。 
所述飞轮固定台设置在通过轴承座固定在台架上的旋转轴上。所述旋转轴的下方连接有所述大带轮,所述交流电机的驱动轴上连接有所述小带轮。 
所述飞轮固定台上设有可拆卸工装,该可拆卸工装将飞轮固定台可拆卸地固定在旋转轴上。 
所述控制开关为两个,分别为电磁气阀和电磁水阀。如此,所述冷却总成中冷却介质管路中可通气或通水,所述电磁气阀打开时,冷却介质管路中通入气体,喷嘴吹出高速气流冷却飞轮,所述电磁水阀打开时,冷却介质管路中通入水,喷嘴喷出高压水流冷却飞轮。所述冷却总成可按要求逐步冷却飞轮测试件至室温。 
所述感应线圈为圆环形空心铜管。 
所述电源装置提供中频或高频的感应电流。 
所述感应电流通过感应线圈时产生交变磁场在飞轮中产生出同频率的感应电流,这种感应电流表面强,而在内部很弱,可使工件表面在几秒钟内迅速加热到800-1500℃,而心部温度升高很小,可以模拟飞轮摩擦片快速结合导致飞轮表面温度快速升高的过程。 
所述温度探测器为红外测温传感器,其由红外探头和变送器组成。用于实时测量飞轮表面的加热温度。所述变送器将测量得到的温度信号转换成标准的电流信号提供给计算机控制系统。所述计算机控制系统为常用的控制系统,一般由可编程控制器、工业控制计算机、继电器、接触器、空气开关、变压器和24V低压电源等组成,用于控制试验过程的自动执行并记录试验数据。 
与现有技术相比,本实用新型的优势在于: 
1、本实用新型设置飞轮旋转总成,使得飞轮表面环形区域能够得到均匀加热和冷却,能够模拟实际工况下旋转的飞轮受摩擦片摩擦作用发热的过程。 
2、本实用新型通过改变感应线圈的内径和宽度,可调节环形飞轮感应加热区域的面积。 
3、本实用新型的电源装置,能够使飞轮表面在10秒内快速加温到1500℃。通过调节电源装置的输出功率,可以控制飞轮表面加热的速率,能够达到大部分汽车发动机飞轮热疲劳性能模拟试验的要求。 
4、本实用新型采用以可编程控制器和工业控制计算机为主的计算机控制系统,控制试验过程的执行,并记录和保存试验数据,自动生成试验报告。 
5、本实用新型飞轮固定台上设有可拆卸工装,该可拆卸工装将飞轮固定台固定在旋转轴上,该工装方便更换,能够进行多种形式的飞轮的热疲劳性能测试。 
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的结构示意图; 
图2为图1中的减速装置的结构示意图; 
图3为本实用新型实施例中的飞轮感应加热区域示意图; 
其中,图3a为飞轮感应加热区域的侧向视图;图3b为飞轮的感应加热区域的正向视图; 
图中:1、台架,2、电磁水阀,3、电磁气阀,4、飞轮旋转总成,5、飞轮,6、感应线圈,7、喷嘴,8、电源装置,9、第二滚珠丝杆,10、第一滚珠丝杆,11、大带轮,12、同步传动带,13、小带轮,14、交流电机,15、旋转轴,16、轴承座,17、飞轮感应加热区域。 
具体实施方式
如图1所示,一种飞轮热疲劳试验机,包括台架1、飞轮旋转总成4、 定位总成,加热总成、冷却总成和检测总成。 
飞轮旋转总成4包括设置在台架1上的交流电机14,以及与台架1转动配合且受所述交流电机14驱动的飞轮固定台。如图2所示,飞轮固定台设置在通过轴承座16固定在台架1上的旋转轴15上,其是通过螺钉固定在旋转轴15上。飞轮旋转总成4中的交流电机14连接驱动飞轮固定台的减速装置,减速装置包括安装在飞轮固定台下端的旋转轴15的下方的大带轮11,安装在交流电机14下方的小带轮13,以及连接大带轮11和小带轮13的同步传动带12。利用减速装置可驱动飞轮低速旋转,使得飞轮能够均匀加热。 
定位总成包括移动台以及带动该移动台改变水平和竖直位置的驱动机构;定位总成中的驱动机构包括: 
水平移动架,与台架1滑动配合; 
第一滚珠丝杆10,用于驱动水平移动架,以调节感应线圈6与飞轮5的水平相对位置; 
第二滚珠丝杆9,安装在水平移动架上用于驱动移动台升降,以调节感应线圈6与飞轮5的竖直相对位置。 
加热总成,包括固定在所述移动台上的电源装置8,和电源装置8相连用于加热待测飞轮5的感应线圈6;感应线圈6为圆环形空心铜管。电源装置8提供中频或高频的感应电流。感应电流通过感应线圈6时产生交变磁场在飞轮中产生出同频率的感应电流,这种感应电流表面强,而在内部很弱,可使待测飞轮5表面在几秒钟内迅速加热到800-1500℃,而心部温度升高很小,可以模拟飞轮摩擦片快速结合导致飞轮表面温度快速升高的过程。如图3所示,通过改变感应线圈6的内径φD和宽度B,可调节环形飞轮感应加热区域17的面积。 
冷却总成,冷却总成包括架设在飞轮固定台的上方的喷嘴7,及与喷嘴7相连的冷却介质管路,冷却介质管路上设有控制开关。控制开关为两个,分别为电磁气阀3和电磁水阀2。如此,冷却总成中冷却介质管路中可通气或通水,电磁气阀3打开时,冷却介质管路中通入气体,喷嘴7吹出高速气流冷却飞轮5,电磁水阀2打开时,冷却介质管路中通入水,喷嘴7喷出高压水流冷却飞轮5。冷却总成可按要求逐步冷却待测飞轮至室温。 
检测总成,包括用于采集飞轮5温度的温度探测器,及记录温度探测器传送的信号的计算机控制系统。温度探测器为红外测温传感器,其由红外探头和变送器组成,用于实时测量飞轮表面的加热温度。变送器将测量得到的温度信号转换成标准的电流信号提供给计算机控制系统。计算机控制系统由可编程控制器、工业控制计算机、继电器、接触器、空气开关、变压器和24V低压电源等组成,用于控制试验过程的自动执行并记录试验数据。 
利用上述飞轮热疲劳试验机测试飞轮热疲劳性能时,使用如下方法,其包括以下步骤: 
1)通过磁粉探伤筛选出无裂痕的飞轮。 
2)把无裂痕的飞轮平置在所述飞轮固定台上。 
3)通过改变移动台的位置使感应线圈处在待测飞轮正上方,且与待测飞轮顶面的间隙为5mm。 
4)启动交流电机带动待测飞轮以500r/min旋转,向感应线圈供电加热待测飞轮至目标温度T=1000[℃],同时利用计算机控制系统记录温度探测器发送的信号,计算待测飞轮温度升至目标温度T=1000[℃]所需的时间t=25s[sec],再根据试验结果计算温度的平均增长率G=T/t=40[℃/sec]。 
某型飞轮外径为450mm,所需加热区域的内径为D=280mm,加热区域的宽度为B=40mm,根据测试要求,设定感应线圈的加热功率为W=30KW,目标加热温度为T=1000℃,目标的温度平均增长率为G=20℃/sec。根据实测结果,若G>20℃/sec,则调低加热功率;若G<20℃/sec,则调高加热功率;直至G=20℃/sec为止。 
5)停止加热,通过移动台移动感应线圈离开待测飞轮的正上方。 
6)打开电磁气阀,喷嘴中流出高压冷却气流,风冷飞轮时间A=30[mins],关闭电磁气阀;打开电磁水阀,喷嘴中流出高压冷却水流,喷淋飞轮,将飞轮加速冷却至室温;关闭水阀。然后打开电磁气阀,吹干待测飞轮表面水份。 
7)步骤3)-6)循环操作n=1000次。再次用磁粉探伤检测飞轮表面,若无裂纹,则飞轮热疲劳性能达到要求,通过考核;否则,飞轮热疲劳性能达不到要求,考核不通过。 

Claims (6)

1.一种飞轮热疲劳试验机,包括台架,其特征在于,还设有:
飞轮旋转总成,包括设置在台架上的交流电机,以及与台架转动配合且受所述交流电机驱动的飞轮固定台;
定位总成,包括移动台以及带动该移动台改变水平和竖直位置的驱动机构;
加热总成,包括固定在所述移动台上的电源装置,和该电源装置相连用于加热待测飞轮的感应线圈;
检测总成,包括用于采集飞轮温度的温度探测器,及记录温度探测器传送的信号的计算机控制系统;
冷却总成,冷却总成包括架设在所述飞轮固定台的上方的喷嘴,及与该喷嘴相连的冷却介质管路,冷却介质管路上设有控制开关。
2.根据权利要求1所述的飞轮热疲劳试验机,其特征在于,所述定位总成中的驱动机构包括:
水平移动架,与所述台架滑动配合;
第一滚珠丝杆,用于驱动水平移动架;
第二滚珠丝杆,安装在所述水平移动架上用于驱动移动台升降。
3.根据权利要求1所述的飞轮热疲劳试验机,其特征在于,所述飞轮旋转总成中的交流电机连接驱动所述飞轮固定台的减速装置,所述减速装置包括安装在飞轮固定台下端的大带轮,安装在交流电机下方的小带轮,以及连接大带轮和小带轮的同步传动带。
4.根据权利要求1所述的飞轮热疲劳试验机,其特征在于,所述感应线圈为圆环形空心铜管。
5.根据权利要求1所述的飞轮热疲劳试验机,其特征在于,所述控制开关为两个,分别为电磁气阀和电磁水阀。
6.根据权利要求1所述的飞轮热疲劳试验机,其特征在于,所述电源装置提供中频或高频的感应电流。
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