雙質量飛輪扭轉振動的激振方法及激振器的製作方法

2023-05-29 10:18:01 2

專利名稱：雙質量飛輪扭轉振動的激振方法及激振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車發動機雙質量飛輪扭轉振動性能試驗臺激振方法及激振器。
技術背景發動機工作過程中， 一方面曲軸受到周期性變化的作用力，轉速也呈周期性變化，另 一方面曲軸軸系較大的轉動慣量使轉速趨於勻速，這兩方面共同作用就產生了曲軸的扭轉 振動。由於曲軸較長，扭轉剛度小，而曲軸軸系的轉動慣量大，曲軸扭振的頻率較低，在 發動機工作轉速範圍內很容易與傳動系統產生共振，加劇傳動部件、變速箱零件的磨損、過早失效，甚至折斷。因此，扭轉振動是進行汽車傳動部件性能試驗必須考慮的重要因素。 雙質量飛輪實際上是將傳統飛輪通過一定的質量配比分作主飛輪和次級飛輪分成兩 個部分，中間通過扭轉減振器耦合在一起，取代了傳統離合器的從動盤扭轉減振器，這樣 既保證了總的轉動慣量不變，又改變了整個傳動系統轉動慣量的分配，並且主次級飛輪之 間的扭轉減振器可在較大面積內布置，極大地降低了扭轉剛度，使其減振性能較傳統離合 器的扭轉減振器性能大大提高，傳動系統的振動性能從根本上得到改善。雙質量飛輪扭轉振動性能試驗臺就是為測量雙質量飛輪的扭轉振動性能的裝置。其上 的扭轉激振器的作用是使扭轉振動性能測試系統產生扭振，用於模擬發動機軸系轉動時的 扭轉振動狀態，為扭轉減振器提供扭轉振動振源，激振器可以實現對扭振頻率和幅值(角 度)的調節，從而獲得不同動態條件下的振動情況。雙質量飛輪對企業帶來的經濟利益是不言而喻的，市場的需求正在迅速擴大，在國外 該技術從理論到實際生產都已經趨於成熟，但在國內還是一個較新的技術，其理論還不完 善，特別是其扭振性能方面，還沒有建立一個完善的理論體系和行業標準，國內對雙質量 飛輪各方面的研究和試驗正在起步。因此，開發雙質量飛輪扭振性能測試試驗方法及試驗 臺勢在必行。現有的專門用於汽車發動機雙質量飛輪扭轉振動性能試驗臺及激振方法、激振器在國 內研究還很有限。由於雙質量飛輪的工作擺角大，沒有一種專門針對雙質量飛輪的試驗臺， 而只是對發動機扭轉減振器試驗臺的改進。例如萬向軸激振器，採用萬向軸偏離主軸線 一個設定的激勵角度，造成在旋轉過程中激發扭轉振動，該裝置簡單易行，但是激振角度 相當有限，不能大範圍包括雙質量飛輪的扭振範圍，試驗效果不佳；液壓作動激振器，採 用液壓驅動方式使活塞杆往復運動，使減振器產生扭擺，從而產生扭振，該方式只扭擺不 轉動，不能模擬雙質量飛輪在旋轉過程中的扭振情況，不宜做動態測試試驗。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種在試驗臺上能夠模擬和控制汽車發動機雙質 量飛輪扭轉振動工況的激振方法及激振器，從而為汽車傳動部件性能提供可靠試驗數據。 木發明解決其技術問題採用以下的技術方案 本發明模擬發動機在轉動過程中的扭振激振是採用包括以下步驟的方法 (O旋轉工況模擬採用變頻電機拖動包括旋轉液壓擺缸、雙質量飛輪部件旋轉，實現發動機轉速工況的 模擬；(2)扭振激振工況模擬 採用旋轉液壓擺缸對雙質量飛輪的主、次飛輪間提供扭擺運動，將被測試件雙質量飛 輪直接作為激振力矩傳遞的必須環節，雙質量飛輪的主、次飛輪及其間扭轉彈簧、矽油成 為扭轉振動必須的轉動慣量、主次飛輪慣量比、剛度和阻尼因素，實現扭振激振工況的模 擬；本發明通過上述步驟，進行雙質量飛輪扭振性能的動態試驗。本發明提供的雙質量飛輪扭轉振動的激振器，其結構是包括被測試件雙質量飛輪及 其旋轉和扭擺驅動機構。所述的旋轉和扭擺驅動機構，其旋轉液壓擺缸的擺缸體通過與擺 缸右端蓋相連的傳動套，在同側與雙質量飛輪的主飛輪和與擺缸軸相連的次飛輪相連接； 在傳動套內的與次飛輪相連的軸段上安裝扭矩傳感器以及擺角傳感器的擾流鐵芯，擺角傳 感器的線圈設置在與主飛輪固連的傳動套上。本發明與現有技術相比具有以下的主要優點其一.可實現模擬發動機的各種轉速下的不同扭振擺角和扭振頻率的扭振工況，為雙 質量飛輪的扭振性能實驗提供了動態扭振條件。其—.通過變頻電動機無級調速，可模擬發動機的不同轉速工況。其三.通過對旋轉液壓擺缸液體壓力及流量控制，可改變擺缸的扭擺角度和頻率，實 現用不同扭振振幅和頻率模擬發動機的各種狀態的扭振工況。雙質量飛輪的扭擺角度為正負40 60° ，旋轉液壓擺缸採用一對內葉片和一對外葉片即可實現，通過外部液壓站的液壓泵和控制閥即可實現扭擺運動的控制採用換向閥改變 扭擺方向實現正負扭擺，並用換向頻率控制扭擺頻率，通過壓力和流量控制閥，實現扭擺 力矩和扭擺角度的控制。


圖1為本發明激振器結構示意圖。圖2為雙質量飛輪扭轉振動激振器功率流閉環傳遞示意圖。圖中l.機座；2.變頻電機；3.大柔度聯軸器；4.擺缸軸；5.支架；6.定位片； 7.聚流體；8.旋轉液壓擺缸；9.擺缸右端蓋；IO.扭矩傳感器；ll.傳動套；12.擺角 傳感器； 13.主飛輪； 14.扭振減振器；15.次飛輪；16.光電編碼盤；17.光電檢測裝置；18.立架。
具體實施方式
下面結合具體實例對本發明作進一步說明，但不限定本發明。 本發明提供的雙質量飛輪扭轉振動的激振方法，是採用包括以下步驟的方法模擬發動 機在轉動過程中的扭振激振-(1)旋轉工況模擬
採用變頻電機拖動包括旋轉液壓擺缸、雙質量飛輪部件旋轉，實現發動機轉速工況的 模擬；(2)扭振激振工況模擬 採用旋轉液壓擺缸對雙質量飛輪的主、次飛輪間提供扭擺運動，將被測試件雙質量飛 輪直接作為激振力矩傳遞的必須環節，雙質量飛輪的主、次飛輪及其間扭轉彈簧、矽油成 為扭轉振動必須的轉動慣量、主次飛輪慣量比、剛度和阻尼因素，實現扭振激振工況的模 擬；通過上述步驟，進行雙質量飛輪扭振性能的動態試驗。 本發明還釆用以下步驟的方法控制發動機在轉動過程中的扭振激振(1) 採用變頻器控制變頻電機實現無級調速，實現發動機旋轉工況的控制；.(2) 採用液壓控制系統控制旋轉液壓擺缸的頻率和擺幅，實現發動機扭振激振的包 括各種扭振頻率和振幅工況的控制。本方法將被測試件雙質量飛輪作為激振器激振力矩傳遞的一個必要環節，主、次飛輪 及其間扭轉彈簧、矽油成為扭轉振動必須的轉動慣量、主次飛輪慣量比、剛度和阻尼因素， 而不是象其它激振器單獨激振再將被測試件安裝上去被動檢測。本方法實現了發動機旋轉扭振的各種工況的模擬，並可單獨或聯合控制即通過電機 帶動後面部件的旋轉運動，使發動機在轉速工況下對雙質量飛輪旋轉的作用得以體現；通 過旋轉液壓擺缸對雙質量飛輪主、次級飛輪的作用，並傳遞到扭轉彈簧上，產生扭轉振動， 使發動機扭振激振對雙質量飛輪的扭振因素得以體現；通過變頻調速，控制各種轉速工況， 通過控制旋轉液壓擺缸的頻率和擺幅，實現扭振頻率和振幅的控制，且這些方面的控制可 以單獨進行，也可聯合進行。本發明提供的雙質量飛輪扭轉振動的激振器，其結構如圖l所示包括被測試件雙質 量飛輪及其旋轉和扭擺驅動機構。所述的旋轉和扭擺驅動機構，其旋轉液壓擺缸8的擺缸 體通過與擺缸右端蓋9相連的傳動套11，在同側與雙質量飛輪的主飛輪13和與擺缸軸4 相連的次飛輪15相連接；在傳動套ll內的與次飛輪15相連的軸段上安裝扭矩傳感器10 以及擺角傳感器12的擾流鐵芯，擺角傳感器12的線圈設置在與主飛輪13固連的傳動套 11上。所述的旋轉液壓擺缸8，其擺缸軸4與聚流體7以密封套連方式相連，並且二者的油 道相通。聚流體7和支架5可以通過定位片6用銷和螺栓連接。本激振器採用加大型擺缸右端蓋，實現與直徑較大的傳動套連接，從而為傳動套內安 裝軸和設置傳感器留出空間；通過傳動套實現旋轉液壓擺缸相對運動的兩個部件(擺缸軸 和擺缸體)分別與雙質量飛輪的次飛輪和主飛輪在飛輪的同側連接；將扭矩傳感器設置在 傳動套內的與雙質量飛輪次飛輪相連的軸段上，這樣可直接測得主次飛輪間的扭矩，將擺 角傳感器的擾流鐵芯設置在與雙質量飛輪次飛輪相連的軸段上，線圈設置在與主飛輪固連 的傳動套上，這樣可直接得到主、次飛輪間的擺角，因此測得的數據均是直接從主、次飛 輪上獲得的，減少了中間連接部件傳遞誤差；旋轉液壓擺缸相對運動的兩個部件直接對雙
質量飛輪的牛.、次飛輪作用，將雙質量飛輪作為扭振激振力矩傳遞的必須環節，體現雙質 量飛輪在實際扭振工況中的作用；採用套在軸上的聚流體並與支座固定，實現外界液壓油 路能與之相連；聚流體上的油道與帶有油道的擺缸軸相通，確保擺缸軸和擺缸在旋轉過程 中能實現液壓油的交換，從而實現外界液壓油路與旋轉液壓擺缸在轉動過程中保持相通。 下面結合圖1對本發明提供的激振器作進一步說明-機座l:其上面安裝變頻電機2、支架5和立架1S，並用以固定其它部件的相對位置。 支架5和立架18支撐擺缸軸4及其上的零部件，使之與變頻電機2機軸保持中心線同軸。旋轉驅動部件即變頻電機2，帶動擺缸軸4、旋轉液壓擺缸及雙質量飛輪等共同旋 轉。大柔度聯軸器3連接電機軸和擺缸軸4，起隔振和保護電機的作用扭擺驅動部件主要由聚流體7和旋轉液壓擺缸8組成，安裝在擺缸軸4上。聚流體 7與擺缸軸4間為密封連接，通過聚流體7上的管接頭和擺缸軸4上油道實現旋轉液壓擺 缸與外部液壓控制系統的油液交換。旋轉液壓擺缸8分為兩個相對扭擺運動的部分第一 部分由液壓擺缸體、端蓋(包括左端蓋和加大型的右端蓋9)和一對外葉片組成，各部件 之間用螺栓連接；第二部分由擺缸軸4和一對內葉片組成，擺缸軸4是傳動軸，其從擺缸 兩端伸出， -端與大柔度聯軸器3相連，另一端與次飛輪15相連，內葉片嵌入擺缸軸4 內； 一對內葉片和外葉片，可以實現扭振激振的大角度扭擺(小於180° )。被測試件雙質量飛輪由主飛輪13、扭轉減振器14、次飛輪15組成，主、次飛輪間 通過扭轉減振器14耦合傳遞力矩並減振，主飛輪13與擺缸右端蓋9通過傳動套11相連， 次飛輪15與擺缸軸4相連，傳動套11與擺缸右端蓋9和主飛輪13均通過螺栓連接，以 實現對雙質量K輪的兩個質量間施加扭轉激振。雙質量飛輪的轉動慣量、主次飛輪慣量比、 扭轉減振器扭轉剛度、扭轉減振器間的矽油陽.尼作用，直接是影響扭振響應的肉素；傳感器測試部件扭矩傳感器10設置在擺缸軸4與次飛輪15連接的軸段上，實現扭 矩的測量；擺角傳感器12設置在主飛輪13和次飛輪15間，實時獲取它們的相對轉角； 在擺缸軸4上設置光電編碼盤16，立架18上安裝光電檢測裝置17,構成轉速傳感器，以 獲得電機轉速。本發明雙質量飛輪扭振振動激振器的功率流閉環傳遞如圖2所示變頻電機2帶動整 個系統旋轉，此外通過液壓系統使擺缸軸4與擺缸體產生相對扭擺，其中擺缸體通過傳動 套11與主飛輪13相連，主飛輪通過將傳遞過來的力矩通過扭轉減振器10傳遞給次飛輪， 因次飛輪與擺缸軸相連，從而實現旋轉擺缸兩個相對運動部分的閉環功率傳遞。工作時，變頻電機2通過大柔度聯軸器3帶動傳動軸4及其軸上部件(除聚流體7) 共同旋轉，為模擬發動機在旋轉過程中的扭振提供了轉動條件，通過變頻器實現對電機的 無級調速，從而實現發動機不同轉速的工況；另一方面旋轉液壓擺缸8在轉動過程的同時， 外部液壓控制系統對擺缸的兩個部分提供液壓使之產生小於180°的相對轉動，並將這兩 部分相對轉動所產生的力分別作用於雙質量飛輪的主飛輪13和次飛輪15上，實現扭轉振 動的激振過程，通過外部液壓控制系統對旋轉液壓擺缸進行壓力和流量控制，實現對扭轉 振動的振幅和頻率的控制，通過以上方法實現在轉動過程中進行扭轉振動的激振和控制， 從而實現模擬發動機在各種工況下的扭轉振動。
權利要求
1.一種雙質量飛輪扭轉振動的激振方法，其特徵是採用包括以下步驟的方法模擬發動機在轉動過程中的扭振激振(1)旋轉工況模擬採用變頻電機拖動包括旋轉液壓擺缸、雙質量飛輪部件旋轉，實現發動機轉速工況的模擬；(2)扭振激振工況模擬採用旋轉液壓擺缸對雙質量飛輪的主、次飛輪間提供扭擺運動，將被測試件雙質量飛輪直接作為激振力矩傳遞的必須環節，雙質量飛輪的主、次飛輪及其間扭轉彈簧、矽油成為扭轉振動必須的轉動慣量、主次飛輪慣量比、剛度和阻尼因素，實現扭振激振工況的模擬；通過上述步驟，進行雙質量飛輪扭振性能的動態試驗。
2. 根據權利要求1所述的雙質量飛輪扭轉振動的激振方法，其特徵是還採用以下步 驟的方法控制發動機在轉動過程中的扭振激振(1) 採用變頻器控制變頻電機實現無級調速，實現發動機旋轉工況的控制；(2) 採用液壓控制系統控制旋轉液壓擺缸的頻率和擺幅，實現發動機扭振激振的包 括各種扭振頻率和振幅工況的控制。
3. 根據權利要求2所述的雙質量飛輪扭轉振動的激振方法，其特徵是分別對發動機旋轉工況和發動機扭振激振工況進行控制，或者將這兩種工況的控制聯合進行。
4. 一種雙質量飛輪扭轉振動的激振器，包括被測試件雙質量飛輪及其旋轉和扭擺驅 動機構，其特徵是所述的旋轉和扭擺驅動機構，其旋轉液壓擺缸(8)的擺缸體通過與擺 缸右端蓋(9)相連的傳動套(11)，在同側與雙質量飛輪的主《輪(13)和與擺缸軸(4) 相連的次飛輪(15)相連接；在傳動套(11)內的與次飛輪(15)相連的軸段上安裝扭矩 傳感器(10)以及擺角傳感器(12)的擾流鐵芯，擺角傳感器(12)的線圈設置在與主飛 輪(13)固連的傳動套(11)上。
5. 根據權利耍求4所述的雙質量飛輪扭轉振動的激振器，其特徵是所述的旋轉液壓 擺缸(8)，其擺缸軸(4)與聚流體(7)以密封耷連方式相連，並且—者的油道相通。
6. 根據權利要求5所述的雙質量飛輪扭轉振動的激振器，其特徵是所述的聚流體(7)， 其和支架(5)通過定位片(6)用銷和螺栓連接。
全文摘要
本發明涉及雙質量飛輪扭轉振動的激振方法及激振器。該方法採用變頻電機拖動包括旋轉液壓擺缸、雙質量飛輪部件旋轉，以模擬發動機轉速工況；採用旋轉液壓擺缸對雙質量飛輪的主、次飛輪間提供扭擺運動，以模擬扭振激振工況。該激振器包括雙質量飛輪及其旋轉和扭擺驅動機構；所述旋轉和扭擺驅動機構，其旋轉液壓擺缸(8)的擺缸體通過與擺缸右端蓋(9)相連的傳動套(11)，在同側與主飛輪(13)和與擺缸軸(4)相連的次飛輪(15)相連接；扭矩傳感器(10)及擺角傳感器(12)的擾流鐵芯裝在次飛輪的軸上，擺角傳感器的線圈裝在與主飛輪固連的傳動套上。本發明可以模擬發動機各種扭振工況，實現雙質量飛輪扭振性能的動態試驗。
文檔編號G01M13/02GK101158620SQ20071016833
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月13日 優先權日2007年11月13日
發明者雲 劉, 紅 盧, 波 吳, 飛 吳, 斌 周, 徐漢斌, 江徵風, 琳 鄒, 鄭鈞宜, 雷 陳 申請人:武漢理工大學