曲轴整体扭转疲劳试验机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种曲轴整体扭转疲劳试验机，属于曲轴扭转疲劳试验领域。
【背景技术】
[0002]作为车辆的动力源，发动机的动力性能和质量状况影响着整车的寿命。曲轴作为发动机中最重要的零部件之一，其上作用有大小、方向周期性变化的切向和法向作用力，故曲轴会产生扭转振动。由于曲轴较长，扭转刚度较小，且曲轴系的转动惯量较大，故曲轴扭振频率较低，在发动机工作转速范围内容易产生共振，从而引起较大噪声，加剧其它零件的磨损，甚至导致曲轴折断和疲劳失效。由于引起曲轴扭转振动的因素较多，虽然可以利用某些经验公式或有限元、光弹等方法进行估算，但要准确地作出评价，最可靠而实用的途径还是实物疲劳试验，曲轴扭转疲劳试验是对曲轴工作可靠性检测的重要手段。
[0003]目前，在国内，绝大多数应用中的曲轴扭转疲劳试验机系统设备落后，存在的主要问题是:很多仍为单拐试验机，对于整个曲轴测试只能逐个拐依次进行试验，既浪费了时间，又使曲轴整体寿命计算失真；工作的谐振频率低，导致试验机效率低下；疲劳试验机长时间连续工作的稳定性差，针对不同型号的试验曲轴或部分因振型频率接近而无法进行试验的曲轴，设备的机械部件调节适应性差，可调节的谐振频率范围小。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种原理可行，结构合理，制造简单，易于装夹和拆卸，操作方便，工作效率高，功耗小，连续工作的稳定性好，试验误差相对较小，可在相对较大范围内进行频率调节且能够对整个曲轴进行扭转疲劳试验的高频谐振的扭转疲劳试验机。
[0005]本发明解决上述技术问题是通过以下方案实现的:
本发明的一种曲轴整体扭转疲劳试验机，包括:基座、激振器、试验支架、曲柄臂夹具体、配重块、加速度传感器、信号控制与处理系统等，其特征在于:所述试验支架固定在基座中央，整个曲轴通过两端的主轴颈与轴承过盈配合，轴承通过轴承座支撑，轴承座固定在试验支架上；曲柄臂夹具体分别安装在曲轴的每个曲柄臂上，且曲柄臂夹具体的型腔与试验曲轴曲柄臂外形曲面相匹配，配重块固定在每个曲柄臂夹具体的曲柄反方向上，整个曲柄臂夹具体和配重块组成系统的谐振摆臂，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，通常配重块的材料选取密度较大的金属，谐振摆臂质量与曲柄臂质量比为1:1一4:1 ;电磁激振器固定在基座上，并通过推杆将激振力作用在最前端的谐振摆臂的下端，加速度传感器固定在后端谐振摆臂的上端，用于测量曲轴及摆臂组成的谐振系统的响应振动信号，激振器和加速度传感器通过导线与信号控制与处理系统相连。
[0006]
工作过程:
首先确定固定曲柄臂夹具体和配重块后的整个曲轴扭转谐振系统的谐振频率，电磁激振器以该谐振频率和一定的幅度进行激振，摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴上，曲轴扭转谐振系统产生扭转振动，曲轴扭转谐振系统、激振器、加速度传感器及信号控制与处理系统组成闭环控制回路，当曲轴扭转谐振系统的共振频率因曲轴开裂等原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与扭振系统当前的频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的共振频率下降到预定值(该值与某一裂纹长度对应)时，停止激励，得到该曲轴的寿命。
[0007]有益效果
本发明采用了谐振摆臂与曲柄臂的外曲面吻合的夹紧方式，提高了整个系统的扭转转动惯量，从而提高了曲轴扭转疲劳试验机的谐振频率，缩短了试验时间，提高了试验机的工作效率；由于配重块质量可调，所以可在较大范围内进行频率调节，从而对部分因振型频率接近而无法进行试验的曲轴都可以进行扭转疲劳试验；两端采用轴承支撑，结构简单，适用于不同型号的曲轴弯曲疲劳试验；且本发明结构合理，制造简单，易于装夹和拆卸，操作方便，工作效率高，连续工作的稳定性好，试验误差相对较小。
【附图说明】
[0008]
下面结合附图对本发明做进一步的描述图1是本发明曲轴整体扭转疲劳试验机的俯视结构示意图；
图2是图1的左视结构示意图；
图3是图1中摆臂的A-A剖向示意图；
图中:1 -电磁激振器2 -试验支架3 -曲轴4、8 -轴承5、9 -轴承座6-摆臂7-基座10 -加速度传感器11-推杆12 -连接螺栓13 -连接螺钉14 -配重块15 -圆柱销16 -内六角螺钉17-曲柄臂18-曲柄臂夹具体a 19-曲柄臂夹具体b
【具体实施方式】
[0009]从图1、图2、图3中可以看出，一种曲轴整体扭转疲劳试验机，以四拐曲轴为例，其包括基座7、电磁激振器1、试验支架2、曲柄臂夹具体18和19、配重块14、加速度传感器10、信号控制与处理系统等，其特征在于:
所述试验支架2固定在基座7中央，整个曲轴3通过两端的主轴颈与轴承4和8过盈配合，轴承4和8分别通过轴承座5和9支撑，轴承座5和9固定在试验支架2上；
曲柄臂夹具体分别安装在曲轴3的每个曲柄臂17上，且曲柄臂夹具体的型腔与试验曲轴3的曲柄臂17外形曲面相匹配，配重块14固定在每个曲柄臂夹具体的曲柄反方向上，整个曲柄臂夹具体和配重块14组成系统的谐振摆臂6，谐振摆臂的质量通过配重块14来调节，通常配重块14的材料选取密度较大的金属，谐振摆臂6质量与曲柄臂质量比为1:1一4:1 ；
电磁激振器1固定在基座7上，并通过推杆11将激振力作用在最前端的谐振摆臂6的下端，加速度传感器固定在后端谐振摆臂6的上端，用于测量曲轴3及摆臂6组成的谐振系统的响应振动信号，激振器1和加速度传感器10通过导线与信号控制与处理系统相连。
[0010]工作过程首先确定固定曲柄臂夹具体和配重块后的整个曲轴扭转谐振系统的谐振频率，电磁激振器1以该谐振频率和一定的幅度进行激振，摆臂6的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴3上，曲轴扭转谐振系统产生扭转振动，曲轴扭转谐振系统、电磁激振器1、加速度传感器10及信号控制与处理系统组成闭环控制回路，当曲轴扭转谐振系统的共振频率因曲轴3开裂等原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与扭振系统当前的频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的共振频率下降到预定值(该值与某一裂纹长度对应)时，停止激励，得到该曲轴的寿命。
【主权项】
1.一种曲轴整体扭转疲劳试验机，其包括:基座、电磁激振器、试验支架、曲柄臂夹具体、配重块、功率放大器、加速度传感器、信号控制与处理系统等，其特征在于: 所述试验支架固定在基座中央，整个曲轴通过两端的主轴颈与轴承过盈配合，轴承通过轴承座支撑，轴承座固定在试验支架上； 曲柄臂夹具体分别安装在曲轴的每个曲柄臂上，且曲柄臂夹具体的型腔与试验曲轴曲柄臂外形曲面相匹配，配重块固定在每个曲柄臂夹具体的曲柄反方向上，整个曲柄臂夹具体和配重块组成系统的谐振摆臂，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，通常配重块的材料选取密度较大的金属，谐振摆臂质量与曲柄臂质量比为1:1一4:1 ; 电磁急诊器固定在基座上，并通过推杆将激振力作用在最前端的曲柄臂夹具体的下端，加速度传感器固定在后端曲柄臂夹具体的上端，用于测量曲轴及摆臂组成的谐振系统的响应振动信号，激振器和加速度传感器通过导线与信号控制与处理系统相连； 工作过程 首先确定固定曲柄臂夹具体和配重块后的整个曲轴扭转谐振系统的谐振频率，电磁激振器以该谐振频率和一定的幅度进行激振，摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴上，曲轴扭转谐振系统产生扭转振动，曲轴扭转谐振系统、激振器、加速度传感器及信号控制与处理系统组成闭环控制回路，当曲轴扭转谐振系统的共振频率因曲轴开裂等原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与扭振系统当前的频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的共振频率下降到预定值即与某一裂纹长度对应的值时，停止激励，得到该曲轴的寿命。
【专利摘要】本发明涉及一种曲轴整体扭转疲劳试验机，其包括基座、电磁激振器、试验支架、曲柄臂夹具体、配重块、加速度传感器、信号控制与处理系统等，所述试验支架固定在基座中央，整个曲轴通过两端的主轴颈与轴承过盈配合，轴承通过轴承座支撑，轴承座固定在试验支架上。在曲轴的每个曲柄臂上分别固定曲柄臂夹具体，在每个曲柄臂夹具体上固定配重块，电磁激振器设置在前端曲柄臂夹具体的下端，加速度传感器固定在后端曲柄臂夹具体的上端，激振器和加速度传感器通过导线与信号控制与处理系统相连。本发明结构简单、操作方便，精确性高，误差小，适用于不同型号的曲轴扭转疲劳试验。
【IPC分类】G01M13/02
【公开号】CN105372066
【申请号】CN201510995445
【发明人】景银萍, 崔志琴, 黄坤, 刘贞, 王晓华, 高雪琴, 徐海龙, 郑志华, 李学民, 郭媛, 刘威
【申请人】中北大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月28日