微机控制曲轴疲劳试验台的研发
1 引 言
曲轴是各种汽车发动机的重要部件,曲轴的旋转是发动机的动力源。无论是在产品研发设计阶段还是在实际生产检验阶段,都必须对曲轴的疲劳性能进行检验。在发动机运行过程中,曲轴所承受的载荷主要是弯曲扭转复合载荷,弯曲疲劳破坏是曲轴失效的最常见形式。曲轴弯曲疲劳试验的危险部位一般为连杆轴颈过渡圆角和主轴颈过渡圆角(见图1中箭头所示),尤以连杆轴颈过渡圆角破坏更多[1]。所以,一般情况下都是通过在连杆轴颈上贴应变片的方法来测定应力大小。在进行疲劳试验时,对试验曲拐施加一定频率的正弦波载荷,载荷的标定和控制都是通过在连杆轴颈上贴应变片(见图1),再通过测量该应变片的应变来实现的[2]。为了保证试验准确,对每件试验的曲拐要一一标定。
2 ZQP-1000型曲轴疲劳试验台组成
ZQP-1000型曲轴疲劳试验台是通过电磁共振原理进行工作的,主要用来测试曲轴在弯曲疲劳状态下的性能,是采用电磁激振式工作的曲轴疲劳试验台,由机械谐振系统、电控系统两大部分构成。机械谐振系统主要由电磁激振器、龙门架、软连接钢丝绳、振动夹具体等组成。电控系统主要由功率放大器、函数发生器、动态电阻应变仪、计算机软件测量控制系统等构成(主机外观及结构见图2、图3)。
3 ZQP-1000型曲轴疲劳试验台原理及功能特点
3.1 工作原理
在控制软件上首先设置一个频率及幅值一定的正弦波信号给信号发生器,信号发生器则输出该频率与幅值信号来驱动功率放大器,功率放大器控制激振器使曲轴装置做强迫振动,计算机监视放大器板卡(动态应变仪)的输出信号及功率放大器的输出电流,根据二者的变化情况来控制信号发生器的输出频率及幅度(电气原理见图4),在输出功率一定的情况下,电流最小时的振动频率即为共振频率,即通过自动扫描共振频率,实现共振;通过功率放大器进一步调整输出功率,从而达到试验要求。同时根据弯矩的变化及共振频率下降的情况来判断曲轴的断裂。使用该种设备进行试验时,试验样品必须是独立的曲拐单元,试验时通过夹具夹在两主轴颈上。
3.2 功能特点
(1)本试验台机械结构简单、振动臂与曲轴主轴的连接通过胀紧联结套胀紧,曲轴主轴轴径变化时通过弹性开口圆套来调整,即不同型号试件换不同的弹性开口圆套,试样夹紧采用胀紧套形式,牢固,不易松动。
(2)工装安装采用滑轮结构,试件安装高度通过涡轮减速机输出段的绳轮缠绕钢丝绳带动与悬挂工装连接的滑轮组来调整。操作方便、省时省力;安装不同规格工装时简单方便。
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