汽车发动机扭震试验测量原理

1、发动机曲轴扭转振动的测量一、实验目的：1、学习用实验法确定曲轴固有频率和临界转速，并找出共振时的最大扭转角。2、了解非接触式扭振仪的工作原理。二、实验说明：在内燃机的使用实践中，人们发现当多缸机达到某一转速时，会变得运转很不均匀，并伴有机械敲击和抖动，性能也变坏了，当转速升高或降低一些，这种现象减轻甚至消失，这种现象的原因是由于曲轴发生了大幅度扭转振动引起的。曲轴不是绝对刚性的，具有一定的弹性，而且有自己的固有频率。曲轴在某一转速工作时，不仅要受到各缸平均扭矩的作用，还要受到各缸干扰力矩的作用，而且不同步，所以各曲拐间必然产生相当大的周期性相对扭转。这种扭转与曲轴的刚度、转动惯量和施加在曲轴上

2、的干扰力矩有关，或者说与曲轴的固有频率和干扰力矩有关。而各缸干扰力矩是相当复杂但是是呈周期性变化的，根据傅立叶级数理论，再复杂的周期性函数都可以表示成由若干阶谐量叠加而成，所以，各缸干扰力矩可以认为是由若干阶谐量叠加而成。M= M0+M0.5sin(0.5tt+0.5)+M1sin(1.0tt+1)+M1.5sin(1.5tt+1.5)+ M2sin(2.0tt+2)+M2.5sin(2.5tt+2.5)+M3sin(3.0tt +3) +.+M 9.5sin( 9.5tt+ 9.5)+M10sin(10tt +10)+M10.5sin(10.5tt+10.5)+M11sin(11tt +11

3、) +M11.5sin(11.5tt+11.5)+M12sin(12tt +12)当干扰力矩的某一阶谐量的变化频率等于曲轴的固有频率时，就会产生共振，使相对扭转角大大的增大，造成曲轴承受的应力大大增加，这样就会使曲轴轻则疲劳加剧，重则断裂，直接影响曲轴的使用寿命。要想研究曲轴的扭转振动，用计算的方法比较繁琐，今天我们就用实验的方法来研究曲轴的扭转振动。三、试验设备型号及规格1、CA6DL24V发动机（四冲程、转速范围7002000rpm）2、CW440电涡流测功机3、非接触式扭振仪转速信号拾取系统（测速齿盘和磁电式测速传感器）及Lms瞬态噪声振动测量系统（装有QTV板的SCADAS采集前端和计

4、算机）。四、系统构成、硬件连接及非接触式扭振仪的基本原理 图1 系统构成、硬件连接图2 非接触式扭振仪的基本原理非接触式扭振仪由两个系统的4个组件组成，测速齿盘和磁电式测速传感器组成转速信号拾取系统，装有QTV板的SCADAS采集前端和计算机组成Lms瞬态噪声振动测量系统，测速齿盘有60齿，安装在被测轴上，随被测轴一同旋转，磁电式测速传感器安装在测速齿盘的圆周上；采集前端由信号线与计算机连接，计算机内装有专业测量软件。曲轴旋转时，测速齿盘一同旋转，当齿经过传感器时，由于磁通量发生变化，传感器便产生电压脉冲信号，一定的转速对应一定的脉冲频率，当曲轴匀速转动时，传感器产生的脉冲信号是重复性的，当曲

5、轴运转不均匀时，脉冲信号的重复性发生变化。脉冲信号经过信号线被同时输送到采集前端的一个转速通道和QTV板的一个输入通道，由转速通道计算出微元时间段的平均角速度，由QTV板计算出曲轴的瞬时角速度，并计算出瞬时角速度和微元时间段的平均角速度的差值，没有扭振时，这个差值等于0，有扭振发生时，这个差值不等于0，差值越大，扭振越强。这个差值是呈周期性变化的时域信号，QTV板先把它积分成角振幅形式的时域信号，再用快速傅立叶变换把它转换为角振幅形式的频域信号，得出各阶谐量在不同频率变化时对应的角振幅，这样就把干扰力矩的各阶谐量在不同频率变化时引起的扭转角计算出来了。五、实验方法1、起动发动机，预热，使水温8

6、0±5，机油温度85±5。2、起动采集前端和计算机，检查系统是否连接好。3、设定测量采样参数。4、将发动机调到700rpm，起动QTV测量，将转速从700rpm缓慢调到2000rpm，完成自动测量。5、关闭发动机，进行数据处理。六、 实验结果分析和讨论1、 曲轴固有频率、临界转速、最大扭转角的确定：在彩图上找到几个最亮最鲜艳的点（颜色越亮越鲜艳，振幅越大，发生共振的可能性越大），把颜色最鲜艳的几个点确定为共振点，各点对应的频率、转速和扭转角在彩图上直接用坐标看不够精确，那么就用二维图来看，先在彩图上用阶数坐标看它们分别属于哪阶的，打开这几个阶数二维图，观察它们的最大扭转角是多大，各个最大扭转角对应的转速就是临界转速。曲轴的固有频