一种扭转减振皮带轮的固有频率测试系统及测试方法与流程
本发明属于汽车零部件测试领域，具体涉及一种扭转减振皮带轮的固有频率测试系统及测试方法。
背景技术：
当发动机运行时，曲轴系统会发生扭转振动(简称扭振)和弯曲振动，曲轴的扭转振动过大极易引起汽车产生振动噪声问题，甚至导致曲轴断裂。因此在设计发动机的时候需要匹配合适频率的扭转减振皮带轮来降低曲轴的扭振。
扭转减振皮带轮在汽车行业内又称tvd(torsionalvibrationdamper)，一般由惯量环、橡胶和轮毂三个主要部分构成，常通过螺栓将轮毂连接在发动机曲轴上。惯量环和橡胶起到类似动力吸振器的吸振作用，从力学的角度来看，扭转减振皮带轮就是一个旋转方向上的惯量-刚度-阻尼振动系统，惯量环是一个集中惯量并且很容易直接测得，橡胶可看作是弹簧有一定的刚度和阻尼，惯量环和橡胶就决定了这个扭转减振皮带轮的固有频率。但是橡胶的刚度和阻尼与橡胶材料的配方、形状、温度等相关，而且橡胶材料存在非线性现象，其频率响应在不同振幅的激励下也不尽相同，所以橡胶的刚度和阻尼一般不能直接获得，这就给获取扭转减振皮带轮的固有频率带来了困难。扭转减振皮带轮能否很好的起到减振作用，其中最关键的就是要根据发动机的扭振特性匹配设计合适的固有频率；所以通过科学的方法准确的测得扭转减振皮带轮在发动机实际运行工况下的固有频率存在重大的工程意义。
cn108469339a公开了一种集成式减振皮带轮特性试验装置，该装置脱离了发动机实际运行工况，是以激振器模拟发动机扭振从而激起扭转减振皮带轮的响应。这种试验装置存在如下问题：(1)以激振器激起减振皮带轮的小振幅往复扭转运动代替驱动设备实际运行工况下的连续旋转运动，虽然原理上正确，但是回避了如何在实际运行工况下测量扭转减振皮带轮的固有频率的技术难题；(2)忽略了橡胶材料的非线性特征，没有考虑到激励振幅对扭转减振皮带轮的固有频率响应的影响，所以其测试结果不是扭转减振皮带轮在实际工作工况下的真实频率值；(3)忽略了橡胶材料阻尼的影响，以工控柜求出的扭转减振皮带轮的频响函数的幅值和相位来计算得到的扭转减振皮带轮的固有频率不准确。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种扭转减振皮带轮的固有频率测试系统及测试方法，以准确获得扭转减振皮带轮的固有频率。
本发明所述的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统，包括数据采集设备、pc电脑，还包括驱动设备、第一扭振传感器、第二扭振传感器、温度测量仪和转速表，第一扭振传感器、第二扭振传感器、温度测量仪、转速表分别与数据采集设备连接，数据采集设备与pc电脑连接；测试时，扭转减振皮带轮安装在驱动设备上，驱动设备带动扭转减振皮带轮连续旋转，第一扭振传感器测量扭转减振皮带轮的轮毂扭振信号，第二扭振传感器测量扭转减振皮带轮的惯量环扭振信号，温度测量仪测量扭转减振皮带轮的温度信号，转速表获取扭转减振皮带轮的转速信号，数据采集设备在pc电脑的控制下采集所述轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号，并发送至pc电脑进行处理、存储和输出报告。其中，温度信号并不参与计算扭转减振皮带轮的固有频率；通俗讲，即使没有测试温度信号也同样可以计算出扭转减振皮带轮的固有频率，但是扭转减振皮带轮的固有频率与温度相关，所以测量温度信号是为了备注扭转减振皮带轮的固有频率是在某个具体温度下的测试结果。
优选的，所述驱动设备为发动机或者能模拟发动机运行状态的动力机械。另外，驱动设备还可以是需要使用扭转减振皮带轮进行减振的其他旋转机械设备。
优选的，所述第一扭振传感器、第二扭振传感器都为非接触式扭振传感器，所述温度测量仪为非接触式温度传感器；测试时，第一扭振传感器安装在靠近扭转减振皮带轮的轮毂的部位，第二扭振传感器安装在靠近扭转减振皮带轮的惯量环的部位，温度测量仪安装在靠近扭转减振皮带轮的橡胶的部位，所述转速表与所述驱动设备连接，从驱动设备上获取所述转速信号(因为扭转减振皮带轮的转速与驱动设备的转速相等)。
本发明所述的一种扭转减振皮带轮的固有频率测试方法，采用上述固有频率测试系统，具体包括：
驱动设备在全负荷工况下做变速运动，带动扭转减振皮带轮连续旋转，以驱动设备自身的扭振实现对扭转减振皮带轮的扫频激励；驱动设备在全负荷工况下做变速运动，是为了激起扭转减振皮带轮的宽频扭振响应，变速运动的形式包括但不限于单调升速、单调降速、非单调升速、非单调降速。
pc电脑接收整个变速运动过程中数据采集设备发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号。
pc电脑利用卡尔曼滤波器对所述轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪所述转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的单阶次分量和惯量环扭振信号的单阶次分量；其中，所述单阶次分量中的阶次为发动机主阶次(比如四缸发动机中的2阶次或4阶次或6阶次或8阶次或10阶次)，且该阶次对应的激振频率范围能够覆盖已知的扭转减振皮带轮的固有频率范围(该固有频率范围由扭转减振皮带轮的供应商提供)。
pc电脑利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的单阶次分量和惯量环扭振信号的单阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)；其中，ω表示频率。
pc电脑利用公式：h′(ω)＝h(ω)-1，计算得到参考函数h′(ω)；本步操作可以从原理上消除橡胶材料阻尼对测试结果的影响。
pc电脑对参考函数h′(ω)进行处理，得到固有频率ω0，对所述温度信号进行处理，得到测定温度t0。
得出扭转减振皮带轮在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
优选的，所述固有频率ω0可通过两种方式获得：第一种、pc电脑计算参考函数h′(ω)的实部等于0时的频率，该频率即是所述固有频率ω0；第二种、pc电脑利用复数运算法则计算参考函数h′(ω)的相频曲线
本发明所述的另一种扭转减振皮带轮的固有频率测试方法，采用上述固有频率测试系统，具体包括：
驱动设备在全负荷工况下做变速运动，带动扭转减振皮带轮连续旋转，以驱动设备自身的扭振实现对扭转减振皮带轮的扫频激励；驱动设备在全负荷工况下做变速运动，是为了激起扭转减振皮带轮的宽频扭振响应，变速运动的形式包括但不限于单调升速、单调降速、非单调升速、非单调降速。
pc电脑接收整个变速运动过程中数据采集设备发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号。
pc电脑利用卡尔曼滤波器对所述轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪所述转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的单阶次分量和惯量环扭振信号的单阶次分量；其中，所述单阶次分量中的阶次为发动机主阶次(比如四缸发动机中的2阶次或4阶次或6阶次或8阶次或10阶次)，且该阶次对应的激振频率范围能够覆盖已知的扭转减振皮带轮的固有频率范围(该固有频率范围由扭转减振皮带轮的供应商提供)。
pc电脑利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的单阶次分量和惯量环扭振信号的单阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)；其中，ω表示频率。
pc电脑利用公式：h"(ω)＝1-h(ω)，计算得到参考函数h"(ω)；本步操作可以从原理上消除橡胶材料阻尼对测试结果的影响。
pc电脑对参考函数h"(ω)进行处理，得到固有频率ω0，对所述温度信号进行处理，得到测定温度t0。
得出扭转减振皮带轮在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
优选的，所述固有频率ω0可通过两种方式获得：第一种、pc电脑计算参考函数h"(ω)的实部等于0时的频率，该频率即是所述固有频率ω0；第二种、pc电脑利用复数运算法则计算参考函数h"(ω)的相频曲线
优选的，所述测定温度t0可通过两种方式获得：第一种、pc电脑对整个变速运动过程中的温度信号进行求平均计算，得到所述测定温度t0；第二种、pc电脑计算固有频率ω0对应的扭转减振皮带轮的转速n0，然后查询整个变速运动过程中的温度信号，确定当扭转减振皮带轮的转速到达n0时，扭转减振皮带轮的温度，并将该温度作为所述测定温度t0。
本发明是利用驱动设备在全负荷工况下做变速运动(相当于在实际运行状态下)，带动扭转减振皮带轮连续旋转，以驱动设备自身的扭振实现对扭转减振皮带轮的扫频激励，规避了激励振幅对测试结果的影响，并且通过进一步的信号处理从原理上消除了橡胶材料阻尼对测试结果的影响，从而准确的获得了扭转减振皮带轮的固有频率。本发明可以应用到发动机上的扭转减振皮带轮的固有频率测试以及其他旋转机械设备上的扭转减振皮带轮的固有频率测试。
附图说明
图1为扭转减振皮带轮的平面示意图。
图2为实施例1中的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统示意图。
图3为实施例1中的信号处理流程示意图。
图4为实施例1的测试结果示例图。
图5为实施例2中的信号处理流程示意图。
图6为实施例3中的信号处理流程示意图。
图7为实施例4中的信号处理流程示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1、图2所示的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统，用来测试发动机上的扭转减振皮带轮的固有频率，其包括第一扭振传感器1、第二扭振传感器2、温度测量仪3、转速表4、数据采集设备5、pc电脑6和驱动设备，驱动设备为发动机8，第一扭振传感器1、第二扭振传感器2都为非接触式扭振传感器、温度测量仪3为非接触式温度传感器，第一扭振传感器1、第二扭振传感器2、温度测量仪3、转速表4分别通过信号传输线与数据采集设备5连接，数据采集设备5通过信号传输线与pc电脑6连接。测试时，扭转减振皮带轮7安装在发动机8的曲轴上，发动机8带动扭转减振皮带轮7连续旋转；第一扭振传感器1安装在靠近扭转减振皮带轮7的轮毂71的部位，测量扭转减振皮带轮7的轮毂扭振信号；第二扭振传感器2安装在靠近扭转减振皮带轮7的惯量环72的部位，测量扭转减振皮带轮7的惯量环扭振信号；温度测量仪3安装在靠近扭转减振皮带轮7的橡胶73的部位，测量扭转减振皮带轮7的温度信号；转速表4通过信号传输线与发动机8连接，从can线上获取发动机8的转速信号，由于扭转减振皮带轮7的转速与发动机8的转速相等，因此转速表4获取的转速信号也是扭转减振皮带轮7的转速信号，数据采集设备5在pc电脑6的控制下采集前述轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号，并发送至pc电脑6进行处理、存储和输出测试报告。
另外，驱动设备也可以是能模拟发动机运行状态的动力机械。
如图3所示，扭转减振皮带轮的固有频率测试方法，采用上述固有频率测试系统，具体包括：
第一步、启动发动机8并热机到正常工作状态，发动机8在全负荷工况(即节气门开度为100％时的发动机工况)下从1000rpm匀加速到额定转速，匀加速的升速率为50rpm/s，发动机8带动扭转减振皮带轮7连续旋转，以发动机8自身的扭振实现对扭转减振皮带轮7的扫频激励；
第二步、pc电脑6接收整个加速过程中数据采集设备5发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号；
第三步、pc电脑6利用卡尔曼滤波器对接收的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的6阶次分量和惯量环扭振信号的6阶次分量；
第四步、pc电脑6利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的6阶次分量和惯量环扭振信号的6阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)，其中，ω表示频率；
第五步、pc电脑6利用公式：h′(ω)＝h(ω)-1，计算得到参考函数h′(ω)；
第六步、pc电脑6利用复数运算法则计算参考函数h′(ω)的相频曲线
第七步、pc电脑6利用公式：
第八步、pc电脑6输出扭转减振皮带轮7在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
实施例2：本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统与实施例1相同；如图5所示，本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试方法包括：
第一步、启动发动机8并热机到正常工作状态，发动机8在全负荷工况(即节气门开度为100％时的发动机工况)下从额定转速匀减速到1000rpm，匀减速的降速率为100rpm/s，发动机8带动扭转减振皮带轮7连续旋转，以发动机8自身的扭振实现对扭转减振皮带轮7的扫频激励；
第二步、pc电脑6接收整个减速过程中数据采集设备5发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号；
第三步、pc电脑6利用卡尔曼滤波器对接收的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的4阶次分量和惯量环扭振信号的4阶次分量；
第四步、pc电脑6利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的4阶次分量和惯量环扭振信号的4阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)，其中，ω表示频率；
第五步、pc电脑6利用公式：h′(ω)＝h(ω)-1，计算得到参考函数h′(ω)；
第六步、pc电脑6计算参考函数h′(ω)的实部等于0时的频率，将该频率作为固有频率ω0；
第七步、pc电脑6对整个减速过程中的温度信号进行求平均计算，得到测定温度t0；
第八步、pc电脑6输出扭转减振皮带轮7在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
实施例3：本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统与实施例1相同；如图6所示，本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试方法包括：
第一步、启动发动机8并热机到正常工作状态，发动机8在全负荷工况(即节气门开度为100％时的发动机工况)下从1000rpm匀加速到4000rpm，再从4000rpm匀减速到2500rpm，再从2500rpm匀加速到额定转速，匀加速的升速率为50rpm/s，匀减速的降速率为50rpm/s，发动机8带动扭转减振皮带轮7连续旋转，以发动机8自身的扭振实现对扭转减振皮带轮7的扫频激励；
第二步、pc电脑6接收整个变速运动过程中数据采集设备5发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号；
第三步、pc电脑6利用卡尔曼滤波器对接收的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的8阶次分量和惯量环扭振信号的8阶次分量；
第四步、pc电脑6利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的8阶次分量和惯量环扭振信号的8阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)，其中，ω表示频率；
第五步、pc电脑6利用公式：h"(ω)＝1-h(ω)，计算得到参考函数h"(ω)；
第六步、pc电脑6利用复数运算法则计算参考函数h"(ω)的相频曲线
第七步、pc电脑6利用公式：
第八步、pc电脑6输出扭转减振皮带轮7在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
实施例4：本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试系统与实施例1相同；如图7所示，本实施例中的扭转减振皮带轮的固有频率测试方法包括：
第一步、启动发动机8并热机到正常工作状态，发动机8在全负荷工况(即节气门开度为100％时的发动机工况)下从1000rpm匀加速到额定转速，匀加速的升速率为50rpm/s，发动机8带动扭转减振皮带轮7连续旋转，以发动机8自身的扭振实现对扭转减振皮带轮7的扫频激励；
第二步、pc电脑6接收整个加速过程中数据采集设备5发送的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号、温度信号和转速信号；
第三步、pc电脑6利用卡尔曼滤波器对接收的轮毂扭振信号、惯量环扭振信号跟踪转速信号进行处理，得到轮毂扭振信号的6阶次分量和惯量环扭振信号的6阶次分量；
第四步、pc电脑6利用傅里叶变换技术对轮毂扭振信号的6阶次分量和惯量环扭振信号的6阶次分量进行计算，得到惯量环扭振相对于轮毂扭振的传递函数h(ω)，其中，ω表示频率；
第五步、pc电脑6利用公式：h"(ω)＝1-h(ω)，计算得到参考函数h"(ω)；
第六步、pc电脑6计算参考函数h"(ω)的实部等于0时的频率，将该频率作为固有频率ω0；
第七步、pc电脑6对整个加速过程中的温度信号进行求平均计算，得到测定温度t0；
第八步、pc电脑6输出扭转减振皮带轮7在测定温度t0下的固有频率为ω0的测试报告(即测试结果)。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！