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发动机机试验台架的设计

2020-08-15 09:10 作者:亿万先生app 点击:

 

  发动机机试验台架的设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。台架试验室规划 试验室的布置(平面、立体) 供电 冷却水(测功器、发动机的冷却等) 通风 内燃机的进排气 消声与隔振 燃油供给 考虑以上设备的布置形式、连接方式 第三章 内燃机试验

  台架试验室规划 试验室的布置(平面、立体) 供电 冷却水(测功器、发动机的冷却等) 通风 内燃机的进排气 消声与隔振 燃油供给 考虑以上设备的布置形式、连接方式 第三章 内燃机试验台架的设计 重点: 台架的隔振 测功器的种类与选用 联轴器选用与设计 ?要求: 具备通用性、先进性、快速装拆和 组合 ?分类(根据任务和设备的要求) 测试台架(开发试验台架) 耐久性测试台架 检查与验收台架 用途最广,实现内燃机运行工 况的灵活调节。测量:流量、 压力、温度、力、位移、速度、 废气 测功机可以采用较简单的形式。测量 值可以局限于测试的主要特征数据, 如转速、扭矩和用于调节和监控的量, 如温度和压力等。 根据用途来设计,可以是 比较简单的系统,也可以 是比较复杂的系统。 第一节 内燃机试验台架的布局 试验台架 控制室 横向布置: 获得最宽广的视野,有 利于观察台架及内燃 机的运行状态, 但人员 安全性受到影响。 纵向布置: 安全性提高,但不 利于观察 斜向布置: 具有两种方 式的优点 可以根据需要一个试验台架上装两台发动机。 第二节 内燃机台架基础和底座 1 台架振动 设计的重点是减振和隔振的设计。 (1)受迫振动(由于内燃机各缸周期性的惯性 力和力矩引起); (2)由于脉冲和地基引起的冲击; (3)从固体表面扩散出去的固体声的作用,因 而产生振动和噪声。 因此,台架应采取隔振措施,即将台架基础与 地基基础隔开。隔振避免共振 振动-2 激振频率:激振体(内燃机、测功机)来计算 台架的固有频率: fn n 2 1 2 k m ωn--固有圆频率 Σk--中间体刚度 Σm--台架基础上设备质量和基础质量总和 振动-3 共振和隔振特性 设系统激振频率feer, 固有频率fe 频率比:λ=feer/fe 阻尼比D 放大系数=振幅B/静力 偏移B0 λ1时,不能隔振;λ=1产生共振,当λ〉2 时,可以隔振,隔振效率取决于频率比λ。频率比 越高,隔振效果越好,同时也与阻尼系数有关,阻 尼系数增大,降低了隔振效果 振动-4 隔振效率 1 1 1 2 对台架的振幅和隔振效率有一定的要求 美国规定振幅为:0.003~0.01mm 日本要求隔振效率为94.7%。 现在使用的隔振措施:地面垫沙、橡胶垫、空气弹 簧、螺旋弹簧 2 空气弹簧设计 橡胶空气弹簧工作时, 内腔充入压 缩空气,形成 一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加, 弹簧的高度降低,内腔容积减小,弹簧的刚度 增加,内腔空气柱的有效承载面积加大,此时 弹簧的承载能力增加。 这样,空气弹簧在有效的行程内,空气弹簧的 高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递 增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动 载荷的高效控制。。 空气弹簧之间互相联通,从而保 持基础的平衡。 刚度与材料、形状、气压等有关。 其刚度随充气压力呈非线性变化, 囊内的工作气压在0.1~0.5MPa 时, 刚度为1000~9000N/cm。 根据总质量和激励力的变化频率选定空气弹簧的工作气压。 改变空气弹簧的刚度,达到隔振与减振的效果。空气弹簧 的横向刚度由其结构设计保证。 特点:弹簧高度可调,刚度可变,自振动 频率低,承载能力大,有良好的减震、缓 冲和高频隔振作用,侧向柔软性能优良 参考资料 《上海理工大学学报》2006年第2期 “空气 弹簧隔振器的动力特性研究” 应杏娟 3 螺旋弹簧设计 1)计算步骤 确定质心位置→计算每根弹簧受力→进行 优化计算 →内燃机转速及所产生的干扰力 → 计算振幅 要点:基础质心、弹簧数、弹簧的水平刚 度和垂直刚度 弹簧数量一般在台架两侧各有4~8组, 每组可以2~3根。 可以利用配重调整质心位置 弹簧 2)弹簧的计算 初选旋绕比: C D2 d C=4~14推荐5~8 弹簧直径: d 1.6 K—曲度系数, P—最大载荷 中径: K4C10.615 4C4 C D2 Cd PK C [τ]—许用扭应力 工作圈数: G—弹簧材料的切变模量 F—变形量 总圈数: δ—压缩后相邻弹簧圈间的间 隙, ≥0.1d 节距: b≤3,b> 3应装导杆或套筒 自由高度: G d4F n 8P D 2 n1 n 2 t d F δ n H 0 nt 2d 稳定性验算: b H0 D 弹簧的失稳 3)振幅计算简介 基础数据 a)动力系统质量及质心位置 b)动力设备转速及所产生的干扰力(往复惯性力、 颠覆力矩、离心力等) c)被隔振设备的振幅允许值 假设 a)基础支承结构的刚度为无限大 b)减震器只考虑刚度和阻尼,刚度为常量,不考虑 质量 c)台座和设备只计质量,不计弹性 如果螺旋弹簧的刚度小,固有频率远离激振 频率,可以避免台架基础的共振,但这会引起 台架振幅的增大;而刚度大,又容易引起共振。 在基础的设计过程中还应考虑水平方向的 移动,可以采用橡胶挡块。 振幅的计算方法查阅相关的资料: 《内燃机》2004年第五期,“弹簧隔振发动 机试验台架的隔振计算” 4 基础结构形式 基础:高质量混凝土(425号或525号), 底座开有T型槽的铸铁平台, T型槽间隔与测功 机的安装相符,水平度满足有求。 第三节 内燃机活动支架 第四节 测功器 1 测功器的基本工作原理 测功器的类型: 水力测功器 电涡流测功器 直流测功器 交流异步测功器 静液压单元测功器 1)水力测功器 (1)基本工作原理 组成:由转子和定子(外壳)两部 分组成。 工作原理:是利用转子在充满水 的定子中旋转所产生的摩擦阻 力来吸收发动机功率,同时通 过与可摆动的外壳相连的测力 机构测出转矩。 制动力矩:MK=Ttq =F*R 分类:柱销式、盘式和涡流室式 Pe=Ttq*n/9550 Pe= F*R*n/9550=k*F*n 柱销式 1 柱销 2转鼓 3 转轴 4 定子 5 轴承 6支架 7出水 特点:结构简单、可反 转、低速不稳定 圆盘式 1 转轴 2 圆盘 3 定子 4固定圆盘 5 轴承架 特点:结构简单、可反 转、工作稳; 涡流室式 1转子 2定子 3进水 4 出水 特点:工作稳定、低 速性能好、结构 复杂 水温不允许超70℃,适宜40~50 ℃,防止出现气泡 2)电涡流测功器 组成:定子、转子 工作:转子转动磁通密 度变化,电磁感应定律, 产生感应电动势,阻止 磁通的变化,于是在集 流环上形成强烈的涡电 流,这个电涡流产生一 个相反的磁场,并由此 把制动效果加到转子上, 同时制动的能量转化为 冷却室里水的热量。 1定子 2 转子(感应子)3涡流环 4定子 5 激磁线轴承 测功机调节性能 水力测功机-水门恒位置,电涡流测功机-恒电流调 节,M-n。 “转速恒定”调节形式:通过调节测功器的扭矩来 保持转速不变。 “平方特性线调节”调节形式:测功器可在平方 (Me-n2)的特性线情况下运动。测功器的扭矩接近于 在道路上汽车的空气阻力,扭矩与转速的平方成正 比。 “扭矩恒定”调节形式:测功器的扭矩不变,转速 可调。 “外部调节”调节形式:通过外设的接口来操作。 3)直流电力测功器 可作发电机用或电动机用,力矩与定子的磁场 强度和电枢的电流成正比,也即与磁场强度的 平方成正比,与负载电阻成反比,可以通过可 以自由摆动的定子进行力矩测量。 2 测功器的比较及应用场合 水力测功器可应用(1)内燃机出厂检验 (2)内 燃机的耐久性试验;(3)新的和已修复的内燃机 修复后的运行 电涡流测功器具有低惯量、高精度、高稳 定、控制的自动化等优点。(1)各种型式内燃 机的开发与试验;(2)高速内燃机质量监控、在 线) 喷油泵、点火装置、 调节器、活塞和密封等零部件试验(4)内燃机 燃油试验和润滑油试验;(5)汽车风阻、变速箱、 后轮轴等模拟试验 电力测功器 具有电涡流的功能还可用于:(1)摩擦功率 (倒拖)测量;(2)噪声试验研究; ( 3)在瞬态 试验台架上进行内燃机、零部件的试验;(4) 配上相应的软件,在高动态试验台架上进行变 速箱、传动系、动力系的性能测试,整套行驶 程序如经济性行驶模态、废气排放测试等。 3 测功器的选配 下面几个方面考虑: 1)设计功率 试验室所承担的任务。主要包括:功率、 转速、扭矩;内燃机的功率通常为测功机 75~80%,国外短期内可以超载。 2)试验台架的用途 出厂试验:水力;一般科研用电涡流;瞬态 和高动态用电力 3)测功器转速和扭矩特性的选择 OA-最大吸收能力线(满水线、最大激磁电流、最大激磁电 流和最小负载电阻) AB-最大制动转矩时,所能吸收的功率 BC-最大功率线(水力和电涡流与温度有关;电力测功器与 电枢电流有关) CD-最高转速线,与强度有关 DO-空载线,(无水、无激磁电流) 要考虑功率、转 速、转矩 4 )测动器的响应速度及动态特性 测功器的响应速度为包含了控制和执行部分以及电 路的信号处理部分的总的响应速度,就目前的技术水 平而言后者所占用的时间极短。 主要考虑测功器机械部分的响应速度。 项目 高动态 动态(瞬时 或准动态) 速度变化率dn/dt(r/min/s ≥6000 ≥2000 扭矩调节时间(ms) 20 50~600 换档时间(s) 0.5 ≤2 模拟转动c系-振动 能( ≥10Hz) 不能 稳态 500 5)价格-性能比 电力测功机一次投资大,但性能优,可进 行倒拖、转动系统试验、能量回收

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