专利名称：减振皮带轮性能测试试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车，特别是在汽车设计过程中，用来对汽车上的减振皮带轮使用的性能进行测试的试验设备。
背景技术：
汽车在行驶过程中，由于内部各部分的固有频率不同，车轮、发动机和运转系统的不平衡，以及其它一些因素极易引起整车和局部的强烈振动。这种振动使汽车的动力性、经济性、舒适性和安全性受到影响。
汽车发动机附件轮系是指通过主轴轮带动水泵、风扇、发电机、空调压缩机等附件工作的一个系统。作为主动构件的主轴轮，是与曲轴直接相接的，它的运转平稳性直接影响着附件的工作状态和发动机的工作质量。但汽车行驶时因路面不平，以及汽缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性变化，都会使曲轴系统和发动机整机产生振动。曲轴受周期性变化的干扰力作用会使发动机和传动系统产生强烈的扭振。这种扭振作为一种振动激励源，对其它传动系统的工作质量和寿命产生很大影响。
减振皮带轮的使用，就是为了降低发动机和曲轴的激励振动对附件轮系的影响，缓冲发动机在激振时的产生的冲击。减振皮带轮是一种复合轮，其结构如图3所示，它由内、外圈901、902和内、外圈之间的减振橡胶905组成。外圈902为钢旋压件，内圈901为冲压件。减振皮带轮区别于普通的皮带轮就是多了一圈减振橡胶905，它是整个减振皮带轮的关键，它可以降低皮带轮运转过程中的谐振振幅，减缓变速时的冲击。
减振橡胶是利用橡胶弹性，它和广泛使用的金属弹簧(通常金属弹簧只能利用一个方向的弹性)作用相比，具有三向(铅垂、横向、纵向)弹簧常数。适当的选择防振橡胶的形状尺寸，可以使三个方向的弹簧常数达到所希望的数值。同时，为了降低谐振是的振幅，并使由冲击产生的自由衰减振动尽快停止，弹簧需要具备衰减作用。硫化橡胶的内摩擦比金属弹簧大1000倍以上，橡胶是通过内摩擦起衰减作用的，橡胶的内摩擦是由橡胶分子与分子之间以及橡胶分子与填充剂之间的相互作用产生的，因此，特别适用于高频振动。
减振皮带轮可用于汽车的水泵轮、风扇轮、主轴轮、空调压缩机涨紧带轮、减振器、传感器带轮、汽车刹车片等。从目前的生产企业应用情况看，减振皮带轮则由于技术和工艺条件限制尚处于摸索阶段，主要原因是橡胶的减振机理类似减振弹簧，要保证最佳效果，需要选择合适的阻尼系数CP，而目前设计和生产单位前缺少阻尼系数CP测试手段，无法对设计的减振皮带轮性能进行检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减振皮带轮性能测试试验台，该试验台可模拟减振皮带轮的实际运行状况，并将借助传感器检测轮面谐振幅度、内外圈相对扭转等参数，并将所测得的参数输出给用于对参数进行分析比较的计算机系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是减振皮带轮性能测试试验台，它包括台架、电机及其轴上的被试减振皮带轮、负载及其轴上的皮带轮、张紧轮；被试减振皮带轮、皮带轮、张紧轮通过皮带组成轮系；被试减振皮带轮的外圈和内圈的侧壁上分别设有标志；台架上设有用于感测内圈上标志的标志传感器、用于感测外圈上标志的标志传感器、用于测量被试减振皮带轮径向位移的激光位移传感器、用于测量被试减振皮带轮轴向位移的激光位移传感器；各传感器的输出端与计算机系统连接。
上述方案中，台架上还设有用于测量被试减振皮带轮温度的红外测温传感器，红外测温传感器的输出端与计算机系统连接。
上述方案中，负载由发电机和电阻箱组成，发电机的输出端与电阻箱的输入端连接。
上述方案中，台架包括面板，电机、发电机、电阻箱设置在面板的下方；轮系和各传感器设置在面板的上方。
上述方案中，标志传感器、激光位移传感器、红外测温传感器通过支架设置在台架上；支架由支杆和悬臂组成，支杆的上端与悬臂连接，支杆的下端与台架连接。
上述方案中，两激光位移传感器设置在一个支架上，用于测量被试减振皮带轮径向位移的激光位移传感器设置在支杆上，用于测量被试减振皮带轮轴向位移的激光位移传感器设置在悬臂下方。
上述方案中，两标志传感器分别设置在两个支架上，它们均设置在悬臂下方。
上述方案中，红外测温传感器设置在悬臂下方。
上述方案中，电机为变频调速电机，变频调速电机由计算机控制。
由于可以影响皮带轮性能的参数很多，本发明主要基于下面几个方面的考虑选择需测量的参数1)减振皮带轮在运转过程中的幅频特性与发动机运转的平稳性，减振皮带轮的使用寿命以及发动机的噪声紧密相关。所以必须检测皮带轮的振动频率和幅度。
2)由于减振橡胶是弹性物体，在减振皮带轮转速到达一定值的时候，内外圈之间要产生扭转或者相对转动，即内外圈出现相位差。适当的相对扭转对降低皮带轮的振动，缓冲冲击是有好处的，但是扭转角度过大，或者在高速运转过程中内外圈之间连续出现相对转动，将对皮带轮乃至发动机的安全造成很大影响，为此必须检测减振皮带轮内外圈之间的相位差。
3)由于减振皮带轮是高速运转，所以随着工作时间的加长，势必导致皮带轮温度升高。过高的温度，将导致内层橡胶圈的老化，也会影响多楔带的使用寿命。所以采取一定方式来检测皮带轮的温度，以方便分析皮带轮的运转状态与温度以及温度与使用寿命间的一系列关系。
因此，本发明选择测量皮带轮在运行时的激励振动的频率和振幅、皮带轮内外圈的相位差、皮带轮的温度，当然，本发明试验台也可以用于测量其它参数。
本发明试验台的工作原理为试验台由电机输出动力带动被试减振皮带轮，被试减振皮带轮通过皮带与张紧轮、负载带动轮一起组成轮系，带动负载运转，模拟减振皮带轮的运行，激光位移传感器用来测量减振皮带轮在运转过程中的振幅、频率特性和平稳性。标志传感器测量内外圈之间产生的扭转或者相对转动，即内外圈出现相位差。各传感器的输出端与计算机系统连接，向计算机系统提供参数，供计算机进行数据分析处理。
本发明的优点还在于1、由于皮带轮是高速运转，要采用接触式的测温方式是比较困难的，因此本发明采用具有较高精度的非接触式的红外测温传感器来测取减振皮带轮的温度。
2、电机采用变频调速电机，计算机可以通过改变电机的频率来改变输出转速和扭矩，控制电机的运转来模拟发动机的启动、加速、减速和正常运转等不同运行工况，能够很真实地模拟发动机的运行情况，这样就使得各类传感器检测减振皮带轮性能参数更准确，而且，变频伺服调速电机运转精度高，运转平稳。
3、负载由发电机和电阻箱组成，可以通过改变电阻箱的电阻来改变负载的的大小，真实地模拟汽车的运行情况。
4、本发明结构简单，成本低。
图1为本发明实施例结构主视2为本发明实施例结构俯视3为被试减振皮带轮与传感器的位置关系4为被试减振皮带轮与传感器的位置关系5为被试减振皮带轮的俯视6为计算机系统信号处理原理框图具体实施方式
如图1、2所示，本发明实施例试验台包括台架1、电机2及其轴上的被试减振皮带轮9、负载3及其轴上的皮带轮303、张紧轮4。电机2为变频调速电机，变频调速电机由计算机控制。被试减振皮带轮9、皮带轮303、张紧轮4通过皮带10组成轮系。如图5所示，被试减振皮带轮9的外圈902和内圈901的轮面上画一条过被试减振皮带轮中心的白线标志904、903；台架1上设有用于感测内圈901上标志903的标志传感器601、用于感测外圈902上标志904的标志传感器602、用于测量被试减振皮带轮9径向位移的激光位移传感器501、用于测量被试减振皮带轮9轴向位移的激光位移传感器502、用于测量被试减振皮带轮9温度的红外测温传感器7。各传感器的输出端与计算机系统连接。
负载3由发电机302和电阻箱301组成，发电机302的输出端与电阻箱301的输入端连接。
台架1包括面板101，电机2、发电机302、电阻箱301设置在面板101的下方；轮系和各传感器设置在面板101的上方。
变频电机可以通过伺服控制器来操控，也可以通过上位机来控制，上位机与控制器通过RS232串口进行双向通信。本发明实施例通过上位机来控制电机的运行，这样能够更方便准确地测试不同工况下发动机的运行情况。上位机和变频控制器之间的通讯用VC++语言来实现。
如图3、4所示，标志传感器601、602、激光位移传感器501、502、红外测温传感器7通过支架8设置在台架1上；支架8由支杆801和悬臂802组成，支杆801的上端与悬臂802连接，支杆801的下端与台架1连接。两激光位移传感器501、502设置在一个支架8上，用于测量被试减振皮带轮9径向位移的激光位移传感器501设置在支杆801上，用于测量被试减振皮带轮9轴向位移的激光位移传感器502设置在悬臂802下方。两标志传感器601、602分别设置在两个支架8上，它们均设置在悬臂802下方；两标志传感器601、602的测试光束分别对准内、外圈901、902上的白线标志903、904。红外测温传感器7设置在悬臂802下方。
整个减振皮带轮性能测试系统包括本发明试验台和计算机系统，如图6所示，试验台上的红外测温传感器7、激光位移传感器501、502的输出信号先通过信号调理电路，进行滤波放大，然后分成两路，一路进电压表常显，另一路做A/D转换，最后进入计算机作相关数据处理与分析。
在试验台架上，本发明实施例采用德国进口激光位移传感器(型号OD25-05)测试被试减振皮带轮9在转动过程中振动的情况，该激光传感器测量精度高，在测量范围内可以达到μm数量级，输出为模拟量，能够实时反应皮带轮在转动过程中的各种振动状态。激光位移传感器为电流输出，范围为4-20mA。利用RCV420芯片将它变换为0-5V，然后经过调零电路，A/D转换，输入计算机进行处理。
本发明实施例红外测温传感器7采用型号IRt/c.01-K的红外测温传感器，它为模拟量电压输出，范围0-5V。对于这样的输出，可以直接输入A/D卡，作A/D转换，然后在计算机上进行数据分析处理。
要准确的检测出皮带轮内外圈相位差是有一定难度的，本发明在过被试减振皮带轮9中心在轮面上画一条白线标志903、904，让两标志传感器601、602的测试光束分别对准内外圈上的白线标志903、904。这样被试减振皮带轮9转动的过程中，标志传感器每检测到标志线就发出一个脉冲信号(如输出一个高电平)。当停转或低速转动的时候，两个标志传感器同时产生高电平。当内外圈出现扭转的时候，两个标志传感器产生高电平的时间就会有一个时间差，利用这个时间差即可计算内外圈之间的相位差。本发明实施例采用锁相环4046组成的高精度相位测量电路，测量两信号的相位差精度可以达到0.1度。
本发明实施例能够模拟发动机的各种工况，具有测量参数全，测量精度高等特点。在实际使用过程中，能够非常真实的反应皮带轮的各种参数，为以后设计和开发减振皮带轮提供了很有价值的资料。
权利要求
1.减振皮带轮性能测试试验台，其特征在于它包括台架(1)、电机(2)及其轴上的被试减振皮带轮(9)、负载(3)及其轴上的皮带轮(303)、张紧轮(4)；被试减振皮带轮(9)、皮带轮(303)、张紧轮(4)通过皮带(10)组成轮系；被试减振皮带轮(9)的外圈(902)和内圈(901)的侧壁上分别设有标志(904、903)；台架(1)上设有用于感测内圈(901)上标志(903)的标志传感器(601)、用于感测外圈(902)上标志(904)的标志传感器(602)、用于测量被试减振皮带轮(9)径向位移的激光位移传感器(501)、用于测量被试减振皮带轮(9)轴向位移的激光位移传感器(502)；各传感器的输出端与计算机系统连接。
2.如权利要求1所述的试验台，其特征在于台架(1)上还设有用于测量被试减振皮带轮(9)温度的红外测温传感器(7)，红外测温传感器(7)的输出端与计算机系统连接。
3.如权利要求1所述的试验台，其特征在于负载(3)由发电机(302)和电阻箱(301)组成，发电机(302)的输出端与电阻箱(301)的输入端连接。
4.如权利要求3所述的试验台，其特征在于台架(1)包括面板(101)；电机(2)、发电机(302)、电阻箱(301)设置在面板(101)的下方；轮系和各传感器设置在面板(101)的上方。
5.如权利要求2所述的试验台，其特征在于标志传感器(601、602)、激光位移传感器(501、502)、红外测温传感器(7)通过支架(8)设置在台架(1)上；支架(8)由支杆(801)和悬臂(802)组成，支杆(801)的上端与悬臂(802)连接，支杆(801)的下端与台架(1)连接。
6.如权利要求5所述的试验台，其特征在于两激光位移传感器(501、502)设置在一个支架(8)上，用于测量被试减振皮带轮(9)径向位移的激光位移传感器(501)设置在支杆(801)上，用于测量被试减振皮带轮(9)轴向位移的激光位移传感器(502)设置在悬臂(802)下方。
7.如权利要求5所述的试验台，其特征在于两标志传感器(601、602)分别设置在两个支架(8)上，它们均设置在悬臂(802)下方。
8.如权利要求5所述的试验台，其特征在于红外测温传感器(7)设置在悬臂(802)下方。
9.如权利要求1所述的试验台，其特征在于电机(2)为变频调速电机，变频调速电机由计算机控制。
全文摘要
本发明涉及减振皮带轮性能测试试验台，它包括台架(1)、电机(2)及其轴上的被试减振皮带轮(9)、负载(3)及其轴上的皮带轮(303)、张紧轮(4)；被试减振皮带轮(9)的外圈(902)和内圈(901)的侧壁上分别设有标志(904、903)；台架(1)上设有用于感测标志(903、904)的标志传感(601、602)、用于测量被试减振皮带轮(9)径向位移的激光位移传感器(501)、用于测量被试减振皮带轮(9)轴向位移的激光位移传感器(502)；各传感器的输出端与计算机系统连接。本发明试验台可模拟减振皮带轮的实际运行状况，并将借助传感器检测轮面谐振幅度、内外圈相对扭转等参数，并将所测得的参数输出给用于对参数进行分析比较的计算机系统。
文档编号G01M15/00GK1601248SQ20041006100
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月26日 优先权日2004年10月26日
发明者陈汉汛, 刘利, 徐达伟, 吉孔武, 刘建国, 倪尔东 申请人:武汉理工大学