测速齿盘偏心对扭振测试误差影响的研究

车辆动力传动系统常常会因内燃机固有的转矩波动而产生扭转振动,严重的扭振会使轴系断裂或轴上零件破坏.因此系统设计完成后均需对扭振情况进行测试,以评价其扭振性能.常用的测试方法是在轴上安装等分结构(如齿盘)进行非接触式测量[1].实测中,被测轴上测量齿盘安装偏心和被测轴的回转误差均会对测量产生影响.作者结合某型车辆动力传动系统扭振台架试验,分析偏心可能对扭振测量带来的误差及其消除方法.

1　理论分析

1.1　安装偏心的影响

假设测速齿盘与传感器安装如图1所示,O点为被测轴旋转中心,O′点为齿盘形心,O与O′有安装偏心e,t时刻时齿盘转过θ角,齿盘形心运动到O″.为分析方便,假定传感器指向实际回转中心O.由图1可得

 设轴旋转一周的时间为ta,平均角速度为ωa=2π/ta.当安装偏心的测速齿盘以角速度ωa绕O点转动时,A点的瞬时切向速度va=ρωa,即为传感器上感应出的瞬时速度,测试系统根据该瞬时速度计算出瞬时角速度为

由式(4)可知,由安装偏心所引起的伪扭振信号是一个以被测轴转角为变量的正弦函数;伪扭振最大幅值为λ,即最大幅值只与齿盘安装的偏心率有关,与被测轴的转速大小无关;在以内燃机为动力的轴系中,该伪扭振信号与发动机1谐次激振同频(四冲程内燃机),会对发动机1谐次激振频率下的真实扭振信号产生影响.

1.2　轴心轨迹的影响

用动载滑动轴承作支承时,回转轴只有在偏心状态下才能保证足够的润滑并承受负载,回转时轴心在轴瓦间隙限定的范围内不断变化,即存在所谓轴心轨迹[2].轴心的偏移以720°为一个周期对曲轴的转动产生影响,与四冲程发动机2谐次激振频率相同,因此会对发动机2谐次激振频率下的扭振信号产生影响.

综上所述,产生偏心的主要原因来自测速齿盘的安装偏心.

2　实测结果及分析

在对某型履带车辆动力传动系统进行扭振测试时,对比2种齿盘偏心下2次试验中发动机曲轴自由端的扭振数据,试验前测量测速齿盘在静态下的偏心量,即在很低的转速下记录传感器顶端到测速齿盘距离的最大值dmax和最小值dmin,得到测速齿盘的静态偏心e=(dmax-dmin)/2.根据实测的静态偏心,计算偏心率λ,用式(2)计算出伪扭振信号的最大幅值,结果如表1所示. 2种偏心状态下2,4挡的各谐次转速-振幅如图2和图3所示.

比较图2和图3可见,实测1谐次的均值随偏心率λ的增大而增大.计算出的伪扭振振幅占实测的1谐次振幅的比例也基本相同,分别为77%和72%,考虑到形位误差和弹性变形等1谐次因素的影响,真实扭振的幅值应在0.04°以内,伪信号对实际扭振的测试产生很大的影响.比较图2a和图2b可以看出,2挡和4挡1谐次振幅的形态基本相同,并随转速的升高有向上的趋势.图3a和图3b的情况基本相同,只是4挡1谐次振幅随转速的升高有向下的趋势,这应归咎于测试仪器本身的振荡或其它非扭振性质的干扰.