專利名稱：內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于扭振激勵(lì)裝置的，可模擬內(nèi)燃機(jī)軸系和各種旋轉(zhuǎn)傳動軸系的扭振情況，并可用來方便地進(jìn)行各種扭振減振器的性能試驗(yàn)，同時(shí)該裝置還可作為一種扭振激勵(lì)器，使實(shí)際軸系產(chǎn)生任意轉(zhuǎn)速下，任意頻率的扭振，以便對實(shí)際軸系的扭振特性進(jìn)行分析。
軸系的扭振激勵(lì)裝置目前有各種各樣的形式和手段。如U.S.Pat.NO.3，693，402所述的扭振阻尼減振器試驗(yàn)機(jī)，包括一個(gè)電磁激勵(lì)器，在軸上裝有一個(gè)盤，盤上又裝有一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的扇形齒盤，在軸轉(zhuǎn)動時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)磁場，對旋轉(zhuǎn)的扇形盤產(chǎn)生一個(gè)交變的吸引力，結(jié)果，導(dǎo)致一個(gè)振動扭矩作用在轉(zhuǎn)動的軸上。當(dāng)電機(jī)拖動軸系至某一轉(zhuǎn)速后，使軸系減速，當(dāng)作用于軸上的交變扭矩頻率與軸系的固有頻率一致時(shí)，激發(fā)裝有減振器的軸系共振，從而可測定減振器的特性。但是該裝置只能在軸系減速過程中經(jīng)過共振區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi)測定減振器的特性，而且當(dāng)軸系固定時(shí)，只能在某一固定的轉(zhuǎn)速下測試。如要模擬發(fā)動機(jī)條件的變化，需要改變飛輪的慣量、軸的剛度、扇形齒盤的齒數(shù)，變動量大，且不連慣。
另一種形式如U.S.Pat.NO.4，283，957所述的用在回轉(zhuǎn)設(shè)備上的扭振激勵(lì)器，它由回轉(zhuǎn)液壓驅(qū)動器，液能供給器、信號反饋電路，及控制電路組成，是一個(gè)閉環(huán)控制的激勵(lì)器。雖然它能夠以所希望的扭振頻率和幅值驅(qū)動其它裝置，但它不能模擬軸系的扭振情況，且成本高，因而在使用上就受到了限制。
還有如U.S.Pat.NO.3，054，284所述的扭振阻尼減振器試驗(yàn)裝置，用可調(diào)速電機(jī)拖動主軸、通過齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動副軸上一套具有偏心質(zhì)量塊的裝置轉(zhuǎn)動，由于偏心裝置的轉(zhuǎn)軸是垂直于副軸的，從而產(chǎn)生了一個(gè)使副軸擺動的扭矩，而副軸則可由電機(jī)拖動至要求的轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)用的減振器裝在副軸上。這是一套典型的機(jī)械驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重，加工困難、并且所產(chǎn)生的扭振幅值和頻率的關(guān)系比較單一，很難模擬變化范圍較大的扭振情況。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種可模擬內(nèi)燃機(jī)軸系和各種旋轉(zhuǎn)傳動軸系扭振的裝置，該裝置能夠根據(jù)不同的實(shí)際軸系，可方便并連續(xù)地改變本裝置軸系的固有頻率，并能夠提供轉(zhuǎn)速在6－3000轉(zhuǎn)／分范圍內(nèi)，頻率在6－1000HZ內(nèi)的扭振激勵(lì)。
眾所周知，內(nèi)燃機(jī)軸系或其它傳動軸系的最簡單的簡化形式，就是簡化成一個(gè)雙扭擺的系統(tǒng)。因此，本實(shí)用新型就是從雙扭擺系統(tǒng)入手，來模擬軸系的扭振情況。在本實(shí)用新型中，雙扭擺系統(tǒng)的慣量是可更換的，其中一個(gè)飛輪是連續(xù)可調(diào)的，這樣通過調(diào)節(jié)其慣量可以改變系統(tǒng)的固有頻率。在雙扭擺系統(tǒng)的一端裝減振器或其它裝置，另一端聯(lián)接電機(jī)激勵(lì)裝置。
電機(jī)激振裝置由拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)，扭振電機(jī)和變頻電源三部份組成，扭振電機(jī)是一臺特制的直流電動機(jī)，定子磁極的磁路用硅鋼片迭壓制成。當(dāng)電樞通入直流，勵(lì)磁繞組接變頻交流電源，則每極磁通就正負(fù)交變，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在數(shù)值上是正負(fù)交變，表現(xiàn)在轉(zhuǎn)軸上是不轉(zhuǎn)動而形成扭振。扭振電機(jī)由另一與它軟連接的電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)時(shí)，扭振電機(jī)本身的扭振力矩不變，因此，扭振電機(jī)的轉(zhuǎn)軸就既旋轉(zhuǎn)又扭振。轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速由拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)確定，轉(zhuǎn)軸的扭振頻率由變頻電源確定，拖動電機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，變頻電源的頻率能無級變化，因此，扭振電機(jī)成為在不同轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生不同扭振頻率的激振裝置。
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。


圖1為機(jī)械裝置部分；圖2為可調(diào)飛輪的結(jié)構(gòu)；
圖3為電機(jī)激勵(lì)裝置的電路連接圖；圖4為變頻電源的電路。
從
圖1上可以看到，軸系扭振模擬裝置裝有雙扭擺系統(tǒng)〔13〕，該系統(tǒng)有一根軸〔14〕。在其一端聯(lián)接一飛輪〔15〕，在其另一端裝有一可調(diào)飛輪〔10〕。(其工作原理在下文再詳述)。軸〔14〕在可調(diào)飛輪〔10〕的外側(cè)的延長軸〔21〕由坐在支撐〔7〕上的滾動軸承〔6〕支承著，支撐〔7〕固定在底座〔8〕上。在延長軸〔21〕的端側(cè)固接一個(gè)法蘭盤〔2〕，在法蘭盤上通過螺栓〔20〕可方便地安裝減振器〔1〕或其它裝置。在軸承〔6〕和法蘭盤〔2〕之間安裝一齒數(shù)為60或120的齒盤〔3〕，一安裝在支架(5)上的傳感器〔4〕靠近齒盤〔3〕，來產(chǎn)生一電信號，以反映軸系的轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)振動情況。
從圖2上可見，可調(diào)飛輪〔10〕被均分成三扇形塊，在每塊的背面部加工有一徑向?qū)虿?，可沿著圓盤〔11〕上的三條導(dǎo)向筋徑向滑動，圓盤固定在軸〔13〕上。在扇形塊的另一面加工有螺紋，在盤〔12〕上加工有自對中漸開線螺紋與扇形面上的螺紋配合，由于盤〔12〕是可旋轉(zhuǎn)的，所以擰盤〔12〕可使三扇形塊沿著各自的導(dǎo)向槽，等距離徑向變化，從而改變可調(diào)飛輪〔10〕的轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而改變雙扭擺系統(tǒng)的固有頻率。在調(diào)整后，通過兩個(gè)螺母〔9〕將可調(diào)飛輪〔10〕及兩圓盤〔11〕、〔12〕壓緊、鎖死。
在雙扭擺系統(tǒng)〔13〕的另一側(cè)聯(lián)接電機(jī)激振裝置。電機(jī)激振裝置由拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)〔18〕、扭振電機(jī)〔16〕和變頻電源〔30〕組成。
扭振電機(jī)〔16〕是一臺特制的直流電機(jī)，定子磁極的磁路用硅鋼片迭壓制成。根據(jù)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式M＝Cm.φ.Ia電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M與磁極磁通φ和電樞電流Ia的乘積成正比。當(dāng)電樞通入直流Ia，勵(lì)磁繞組接變頻交流電源，則每極磁通φ就正負(fù)交變。電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在數(shù)值上是正負(fù)交變，表現(xiàn)在轉(zhuǎn)軸上是不轉(zhuǎn)動而形成扭振。
當(dāng)拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)〔18〕通過軟連接〔17〕帶動扭振電機(jī)〔16〕旋轉(zhuǎn)時(shí)，扭振電機(jī)〔16〕本身的扭振力矩不變。因此扭振電機(jī)〔16〕的轉(zhuǎn)軸就能既旋轉(zhuǎn)又扭振。轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速由拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)〔18〕確定，轉(zhuǎn)軸的扭振頻率由變頻電源確定。拖動電機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，變頻電源的頻率能無級變化。因此，扭振電機(jī)〔16〕成為在不同轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生不同扭振頻率的激勵(lì)裝置。
圖3為電機(jī)激振裝置的電路連接圖。電機(jī)激振裝置的供電電源是220V的交流電源。電源通過電源開關(guān)〔22〕與電路相聯(lián)，電源通過自耦調(diào)壓器及整流器〔31〕作用一個(gè)直流電源于變頻電源〔30〕的并聯(lián)逆變電路〔28〕上，并聯(lián)逆變電路〔28〕在觸發(fā)器〔29〕的觸發(fā)下，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)變頻電壓作用在扭振電機(jī)〔16〕上。觸發(fā)器〔29〕上裝有調(diào)頻旋扭〔27〕可改變變頻電源的輸出頻率，觸發(fā)器〔29〕也通過電源開關(guān)〔22〕與電源相聯(lián)。通過電源開關(guān)〔22〕同時(shí)還并聯(lián)了一個(gè)自耦調(diào)壓器〔24〕在電源上，自耦調(diào)壓器〔24〕經(jīng)過單相全波整流器〔25〕、〔26〕與拖動電機(jī)〔18〕相聯(lián)。
變頻電源〔30〕如圖4所示。在并聯(lián)逆變電路〔28〕中，Ud是外加的直流電源，L是平波電抗，D6、D7是隔離二極管使電容C6不能通過勵(lì)磁繞組放電，C6是關(guān)斷電容使可控硅S1和S2輪流強(qiáng)迫關(guān)斷。當(dāng)觸發(fā)脈沖以一定的頻率交替地觸發(fā)S1和S2時(shí)，勵(lì)磁繞組就能產(chǎn)生相應(yīng)頻率的交變磁通。
在觸發(fā)器〔29〕中，外接電源經(jīng)過穩(wěn)壓電路〔32〕的變壓、整流后輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電源，振蕩器〔33〕及兩個(gè)脈沖成形放大電路〔34〕、〔35〕都并聯(lián)在穩(wěn)壓電路〔32〕的輸出端，通過改變振蕩器〔33〕中的調(diào)頻旋扭〔27〕，可輸出一個(gè)振蕩電流，振蕩器〔33〕的輸出端并聯(lián)二個(gè)脈沖成形放大電路〔34〕、〔35〕，將所產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖接入并聯(lián)逆變電路〔28〕中的可控硅S1、S2上，以觸發(fā)S1和S2。
當(dāng)接通電源使軸系扭振模擬裝置工作時(shí)，旋調(diào)頻旋鈕〔27〕可改變扭振電機(jī)〔16〕的扭振頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)激振裝置〔36〕的激振頻率至所要求的扭振頻率，使之能激發(fā)雙扭擺系統(tǒng)〔13〕與之發(fā)生共振，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)較大的扭振來帶動與軸〔21〕上的法蘭盤〔2〕相聯(lián)的減振器〔1〕或其它裝置。
扭振的幅值可通過調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器〔23〕來實(shí)現(xiàn)。改變自耦調(diào)壓器〔23〕，可改變扭振電機(jī)〔16〕的輸入電流，從而改變了扭振電機(jī)〔16〕的輸出扭矩，進(jìn)而使得由電機(jī)激振裝置〔36〕所激起的雙扭擺系統(tǒng)〔13〕的扭振振幅發(fā)生變化，使之達(dá)到所要求的振幅。
當(dāng)軸系扭振模擬裝置工作時(shí)，拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)〔18〕通過軟聯(lián)接，帶動扭振電機(jī)〔16〕、雙扭擺系統(tǒng)〔13〕、軸〔21〕及安裝在法蘭盤〔2〕上的減振器〔1〕或其它裝置一起轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器〔24〕，可使拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)〔18〕將軸系拖至所要求的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)所模擬的發(fā)動機(jī)的軸系或其它軸系發(fā)生變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)可調(diào)飛輪〔10〕，改變其轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而改變了雙扭擺系統(tǒng)的固有頻率。
在軸系扭振模擬裝置工作時(shí)，通過一個(gè)靠近齒盤〔3〕的電磁傳感器〔4〕來產(chǎn)生一個(gè)感受軸系扭振和轉(zhuǎn)動的電信號，將其引入電子扭振儀〔19〕放大，然后接入轉(zhuǎn)速表〔37〕和監(jiān)視器或記錄儀〔38〕，由此來監(jiān)測軸系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)。
由于激振頻率、激振振幅、軸系的轉(zhuǎn)速、軸系的自振頻率的調(diào)節(jié)都是無級變化、獨(dú)自進(jìn)行、互不相干的，因此能模擬較大范圍內(nèi)，復(fù)雜的軸系扭振情況。
該實(shí)驗(yàn)臺有許多通用設(shè)備、象拖動電機(jī)、電子扭振儀，自耦調(diào)壓器等，所以制造方便，并且可以使裝置的成本降低。
本軸系扭振模擬臺，以雙扭擺系統(tǒng)來模擬發(fā)動機(jī)軸系或其它軸系的扭振情況，可進(jìn)行各種扭振減振器的性能試驗(yàn)。也可用可變慣量的多扭擺系統(tǒng)代替雙扭擺系統(tǒng)，更精確地模擬實(shí)際軸系的多階扭振情況。
本實(shí)驗(yàn)臺的扭振激勵(lì)器還可作為一種通用的扭振激勵(lì)源直接作用于機(jī)械結(jié)構(gòu)和各種軸系，以便對實(shí)際工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)特性分析。
權(quán)利要求1.一種由調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速表、電子扭振儀、示波器記錄儀構(gòu)成的內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于可變慣量的雙扭擺系統(tǒng)[3]的一端聯(lián)接有一個(gè)由變頻電源[30]控制的電機(jī)激勵(lì)裝置。
2.一種權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于變頻電源電路〔30〕包括一個(gè)單相并聯(lián)逆變電路〔28〕和一個(gè)觸發(fā)器電路〔29〕。
3.一種權(quán)利要求1所述的軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于該實(shí)驗(yàn)臺的扭振電機(jī)〔16〕可做為激勵(lì)源直接與實(shí)際結(jié)構(gòu)相接。
4.一種權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于可變慣量雙扭擺系統(tǒng)〔13〕在其軸的一端裝有一個(gè)可更換的飛輪〔15〕，其軸的另一端按裝一個(gè)連續(xù)可調(diào)的變慣量飛輪裝置〔10〕。
5.一種權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于連續(xù)可調(diào)變慣量的飛輪裝置〔10〕包括一個(gè)被均分成三扇形塊的可調(diào)飛輪，在扇形塊的一側(cè)加工有導(dǎo)向槽，可沿著固定在軸上的圓盤〔11〕上的三條導(dǎo)向徑滑動，另一側(cè)通過螺紋與一加工有漸開螺紋的可轉(zhuǎn)動盤〔12〕配合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動盤，可使可調(diào)飛輪的三扇形塊沿著各自的導(dǎo)向槽等距離地徑向變化。
6.一種權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于變慣量雙扭擺系統(tǒng)可以用一個(gè)變慣量的多扭擺系統(tǒng)來替代，以模擬實(shí)際軸系的多階扭振情況。
7.一種權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于電機(jī)激勵(lì)裝置包括拖動旋轉(zhuǎn)電機(jī)、扭振電機(jī)〔16〕和變頻電源。
專利摘要內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺由一個(gè)可變慣量的雙扭擺或多扭擺系統(tǒng)模擬各種旋轉(zhuǎn)傳動軸系的扭轉(zhuǎn)振動，該軸系可在6—3000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，由變頻電源控制的扭振電機(jī)作用產(chǎn)生出6—1000Hz的強(qiáng)迫振動，并可使軸系產(chǎn)生共振。此時(shí)，通過測試系統(tǒng)可對裝在軸端的各類扭振減振器進(jìn)行性能試驗(yàn)。裝置內(nèi)的扭振電機(jī)還可作為一種通用的扭振激勵(lì)器，直接作用于機(jī)械結(jié)構(gòu)或傳動軸系上。進(jìn)行實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能實(shí)驗(yàn)和疲勞實(shí)驗(yàn)等。
文檔編號F02F7/00GK2044647SQ8920263
公開日1989年9月20日 申請日期1989年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月15日
發(fā)明者郝志勇, 林大淵, 黎家玲, 薛遠(yuǎn), 舒歌群 申請人:天津大學(xué)