CN109612631A - 发动机转动惯量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机转动惯量测量装置，包括机体、驱动机构、皮带传动总成及与待测发动机输出端法兰相连的连接法兰；机体包括两相邻布置的底座及三个支撑座；驱动机构包括传动连接的电动机和减速机，并放置在底座和支撑座上；皮带传动总成包括皮带传动机构、皮带张紧机构和两根转轴，两根转轴通过四个轴承与两皮带轮、皮带张紧机构进行可转动地连接，转轴一与减速机输出端同轴固定连接，同时转轴二固定设置在连接法兰中心，在皮带传动总成的作用下，可将驱动机构输出的动力传递到待测发动机输出端法兰上，通过记录发动机输出轴转速扭矩的变化情况，能够精确测量待测发动机转动惯量。本发明结构紧凑拆装方便，实用性强，便于推广使用。

Description

发动机转动惯量测量装置

技术领域

本发明涉及工业测试测评技术领域，确切地说涉及一种用于现场测量发动机回转运动件的总体转动惯量的装置。

背景技术

目前，国内外对发动机性能的检测与评价多在专设的发动机实验室内完成，需要专门的仪器、设备和场地，试验周期长，费用高。无负荷测功技术是一种能够快速、方便、准确地评价发动机性能的检测手段，无需将发动机从工作场合运回实验室即可检测其工作状况。

发动机转动惯量既是发动机无负荷测功所必需的关键参数，也是利用瞬时转速获取发动机瞬时扭矩、气缸压缩压力，推算气缸内工作压力、平均有效指示压力等所必需的参数。因此，准确获取发动机转动惯量具有重要的实际意义，为发动机性能的现场测评提供技术手段，实现发动机性能指标的现场测量。

发动机转动惯量是指曲轴、飞轮等所有回转运动件对曲轴运动轴线的总体转动惯量。由于发动机零件结构复杂、材料密度的分布及制造误差等因素的影响，直接计算转动惯量十分困难，往往通过试验来测定。目前，发动机转动惯量的现场测量方法主要有停油惰转法，附加质量法和瞬时转速法等，工程化后的测量设备，在工业应用过程中还存在许多问题。使用停油惰转法时，需要测量发动机停油惰转过程中的摩擦扭矩和减速度，但发动机摩擦扭矩随转速变化和机体温度变化而变化，且难以准确的实时测定，暂时未得到有效解决。附加质量法的测量精度受到转速不均匀、惯性力、发动机自身工况优劣等多个因素的干扰，其真实信号检测困难，测量数据精度有限，测量误差较大。瞬时转速法需要测量发动机缸内压力，仅仅适用于自带压力测试孔的发动机，且测量精度受发动机转速高低影响较大，操作繁琐，实用性不强。可见，现有的测量装置，由于影响因素较多，测量精度和稳定性不易保证，在实际工程应用中均存在一定的局限性。

公开号为107782498A、公开日为2018年3月9日的中国专利文献公开了一种用于测量柴油发动机当量转动惯量的***及方法，***包括传动设备、小型调速电机、电机控制模块、转速测量模块、轴功测量模块和数据处理模块；传动设备两端分别与柴油发动机输出轴和小型调速电机转轴相连；电机控制模块根据传动设备的传动比和转速测量模块反馈的转速驱动电机平稳起动、调速和制动；轴功测量模块对柴油机被电机加速拖动过程中其运动总成接受的动能进行测量；数据处理模块根据加速过程起止转速值和轴功值计算柴油发动机当量转动惯量；该发明采用调速电机倒拖柴油发动机的方式，通过测量加速时间段内柴油机运动总成接受的动能，准确测算柴油发动机的当量转动惯量，具有测量精度高、设备便携、易操作等优点。

以上述专利文献为代表的现有技术，其传动设备为弹性联轴器，在实际使用过程中，其传动效果不具有较强的适应性，不能有效的缓和冲击和振动，同时，由于弹性联轴器的弹性导致其传动质量和精度不够准确，从而影响发动机转动惯量的测量。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的测量精度低、稳定性差、适应性差等问题，提供一种发动机转动惯量测量装置，本发明能有效提高发动机转动惯量的测量精度，稳定性好，具有较强的适应性。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：包括机体、驱动机构、皮带传动总成和连接法兰；

所述机体包括底座及安装于底座上端的支撑部件；

所述驱动机构包括电动机和减速机，驱动机构置于底座上；

所述皮带传动总成包括皮带传动机构、皮带张紧机构及两根平行布置的转轴，所述皮带传动机构包括皮带轮一、皮带轮二及传动皮带，所述皮带轮一固定设置在转轴一上，所述皮带轮二固定设置在转轴二上，皮带轮一通过传动皮带与皮带轮二连接，将转轴一的动力传递到转轴二上；所述皮带张紧机构为两根长度相等对称布置在皮带轮一和皮带轮二两侧的可伸缩支撑杆，所述可伸缩支撑杆两端分别与转轴一、转轴二可转动地连接，通过调节两根可伸缩支撑杆的长度，能够保证传动皮带所需的张紧力和足够的包角；

所述连接法兰固定设置在所述转轴二的一端，连接法兰用于将与转轴二与发动机输出端同轴固定连接，将转轴二的动力传递给发动机输出端。

所述底座包括相邻布置的底座A和底座B，通过螺栓实现两个底座的连接和拆分，所述底座B上方设置有四个用于固定的腰形孔，所述支撑部件包括支撑座一、支撑座二和支撑座三，均安装在所述底座A上。

所述电动机输出端与减速机传动连接，电动机底座与所述底座B通过所述腰形孔进行可调节连接，可根据实际情况调节电动机的位置，便于装拆，所述减速机下方与所述底座A之间设置有支撑座三；

连接法兰上设置有四个均匀布置的腰形孔，通过螺栓穿过所述腰形孔与发动机输出端法兰固定孔紧固连接，实现转轴二与发动机输出端同轴固定连接，将转轴二的动力传递给发动机输出端。

所述转轴一的一端通过联轴器与所述减速机输出端同轴固定连接。

所述转轴一与所述支撑座一和支撑座二顶部可转动地连接，支撑座一和支撑座二分别对称放置在两根可伸缩支撑杆的两侧，实现对所述皮带传动总成的支撑作用。

所述皮带传动总成还包括六个轴承，分别固定嵌套在支撑座一、支撑座二的顶部和两根可伸缩支撑杆的两端内，所述六个轴承分别与转轴一和转轴二可转动地连接。

所述皮带轮一的轴线与所述驱动机构的中心线重合，并与皮带轮二的轴线相互平行，两皮带轮轮槽的对称平面重合，避免出现偏心的情况。

所述两根可伸缩支撑杆可以上下完全分离，装拆方便，支撑杆表面标记有杆长的刻度，可依据刻度线调整可伸缩支撑杆的长度，保持和调节传动皮带的松紧度，保证动力的传动质量和精度。

所述测量装置可适用于多种型号发动机，通过调整螺栓在连接法兰腰形孔上的位置，实现与多种尺寸规格发动机输出端法兰的连接，在一定范围内提高测量装置的适应性。

所述测量装置结构上预留有传感器安装空间，可根据测量条件等实际情况选择适合的传感器安装在适合的位置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明的发动机转动惯量测量装置，将静止的待测发动机的输出端法兰与测量装置连接法兰固定连接，然后通过电动机、减速机和皮带传动总成对发动机施加一定的转矩，待测发动机跟随测量装置转动，此时，记录发动机输出轴转速和扭矩随时间的连续变化，即可计算出待测发动机转动惯量。从而有效避免了现有技术中存在的摩擦扭矩不易测量、转速不均匀、数据精度有限等技术难题，提高了发动机转动惯量的测量精度和稳定性。

2、本发明的发动机转动惯量测量装置，采用皮带传动总成来传递运动和动力，相对于其他传动方式，皮带传动具有较强的适应性，可以根据待测发动机的位置、高度和布局空间等因素选择合适的位置安放测量装置，且皮带具有良好的弹性，能有效缓和冲击和振动。

3、本发明的发动机转动惯量测量装置，通过调节两根可伸缩支撑杆的长度，能够保持和调节皮带的松紧度，保证传动质量和精度，并能根据实际情况调整传动中心距，满足不同条件下发动机转动惯量的测量，具有较大的灵活性。

4、本发明的发动机转动惯量测量装置，采用两根可伸缩支撑杆给皮带提供足够的张紧力的同时，也使整个测量装置受力均匀，对中性平行度良好，工作可靠性稳定性高。

5、本发明的发动机转动惯量测量装置，通过调整螺栓在连接法兰腰形孔上的位置，可与多种尺寸规格发动机输出端法兰相连接，实用性强，便于推广使用。

6、本发明的发动机转动惯量测量装置，可分块拆卸和组装，方便携带，且拆装过程简便快捷，便于发动机转动惯量的现场测量，为发动机性能的现场测评提供了技术手段。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的发动机转动惯量测量装置的立体结构示意图；

图2为本发明的发动机转动惯量测量装置的正视示意图；

图3为本发明的发动机转动惯量测量装置中的底座B的俯视图；

图4为本发明的发动机转动惯量测量装置中的可伸缩支撑杆的结构示意图；

图5为本发明的发动机转动惯量测量装置局部结构的剖视图；

图6为本发明的发动机转动惯量测量装置中的连接法兰的侧视图；

附图标记：

1、底座A，2、底座B，3、支撑座一，4、支撑座二，5、支撑座三，6、支撑部件，7、机体，8、电动机，9、减速机，10、驱动机构，11、转轴一，12、转轴二，13、可伸缩支撑杆，14、皮带轮一，15、皮带轮二，16、皮带传动总成，17、连接法兰，18、联轴器，19、传动皮带，20、上轴承座，21、空心管，22、锁紧螺母一，23、锁紧螺母二，24、螺纹丝杆，25、支承立柱，26、下轴承座，27、第一轴承，28、第二轴承，29、第一挡圈，30、第二挡圈，31、第三挡圈，32、第一固定键，33、第二固定键，34、沉头螺钉，35、法兰腰形孔，36、连接螺栓，37、底座腰形孔。

具体实施方式

实施例1

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“端”“正视”、“侧视”、“俯视”、“对称”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，不能理解为对本发明的限制。

作为本发明一较佳实施方式，其公开了一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：包括机体7、驱动机构10、皮带传动总成16和连接法兰17；所述机体7包括底座及安装于底座上端的支撑部件6；所述驱动机构10包括电动机8和减速机9，驱动机构10置于底座上；所述皮带传动总成16包括皮带传动机构、皮带张紧机构及两根平行布置的转轴，所述皮带传动机构包括皮带轮一14、皮带轮二15及传动皮带19，所述皮带轮一14固定设置在转轴一11上，所述皮带轮二15固定设置在转轴二12上，皮带轮一14通过传动皮带19与皮带轮二15连接，将转轴一11的动力传递到转轴二12上；所述皮带张紧机构为两根长度相等对称布置在皮带轮一14和皮带轮二15两侧的可伸缩支撑杆13，所述可伸缩支撑杆13两端分别与转轴一11、转轴二12可转动地连接，通过调节两根可伸缩支撑杆13的长度，能够保证传动皮带19所需的张紧力和足够的包角；所述连接法兰17固定设置在所述转轴二12的一端，连接法兰17用于将与转轴二12与发动机输出端同轴固定连接，将转轴二12的动力传递给发动机输出端。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式，如图1至图6所示，本发明的发动机转动惯量测量装置包括机体7、驱动机构10、皮带传动总成16和连接法兰17；

所述机体7包括底座A1、底座B2及支撑部件6，所述底座A1和所述底座B2相邻布置，可通过螺栓实现两个底座的连接和拆分，底座B2上端设置有四个用于固定的腰形孔37，所述支撑部件6包括支撑座一3、支撑座二4和支撑座三5，均安装在底座A1上；

所述驱动机构10包括电动机8和减速机9，所述电动机8输出端与所述减速机9传动连接，电动机8底座与底座B2通过所述腰形孔37进行可调节连接，可根据实际情况调节电动机8的位置，便于装拆，所述减速机9下方与底座A1之间设置有支撑座三5；

所述皮带传动总成16包括转轴一11、转轴二12、皮带轮一14、皮带轮二15、传动皮带19及两根可伸缩支撑杆13，所述皮带轮一14固定设置在转轴一11上，所述皮带轮二15固定设置在转轴二12上，皮带轮一14通过传动皮带19与皮带轮二15连接，将转轴一11的动力传递到转轴二12上；皮带轮一14和皮带轮二15两侧对称布置两根长度相等的可伸缩支撑杆13，可伸缩支撑杆13两端分别与转轴一11、转轴二12可转动地连接，通过调节两根可伸缩支撑杆13的长度，能够保证传动皮带19所需的张紧力和足够的包角；

所述连接法兰17固定设置在所述转轴二12的一端，连接法兰17上设置有四个均匀布置的腰形孔35，通过螺栓36穿过所述腰形孔35与发动机输出端法兰固定孔紧固连接，实现转轴二12与发动机输出端同轴固定连接，将转轴二12的动力传递给发动机输出端。

所述转轴一11的一端通过联轴器18与所述减速机9输出端同轴固定连接，转轴一11与所述支撑座一3和支撑座二4顶部可转动地连接，支撑座一3和支撑座二4分别对称放置在两根可伸缩支撑杆13的两侧，实现对所述皮带传动总成16的支撑作用。

所述皮带轮一14的轴线与所述驱动机构10的中心线重合，并与皮带轮二15的轴线相互平行，两皮带轮轮槽的对称平面重合，避免出现偏心的情况。

如图1和图4所示，本实施例中，可伸缩支撑杆13由上轴承座20、空心管21、锁紧螺母一22、锁紧螺母二23、螺纹丝杆24、支承立柱25和下轴承座26组成，所述上轴承座20和下轴承座26通过嵌套在内的轴承分别与转轴二12、转轴一11可转动地连接，所述支承立柱25的顶部和底部分别与螺纹丝杆24和下轴承座26固定连接，所述空心管21的顶部与上轴承座20固定连接。所述螺纹丝杆24的外表面加工有外螺纹，螺纹丝杆24的直径略小于空心管21的内径。使用时，通过旋转螺纹丝杠24上螺纹连接的锁紧螺母一22和锁紧螺母二23，调节螺纹丝杆24伸入到空心管21内的长度，从而调节整根支撑杆13的长度。螺纹丝杆24外表面标记有整根支撑杆13杆长的刻度，根据刻度线调整支撑杆13的长度可保证两根支撑杆长度相等受力均匀，可直观读取传动中心距，确保传动质量和精度。采用对顶螺母的锁紧方式，结构简单，操作方便，可靠性高；且整根支撑杆13的上下两部分可完全分开，装拆方便，便于携带。

如图1和图5所示，本实施例中，所述可伸缩支撑杆13的上轴承座20与第一轴承27外圈采用过盈配合联接，所述第一轴承27内圈与转轴二12也采用过盈配合联接，转轴二12通过第一轴承27和第二轴承28与两根支撑杆13实现了可转动连接。转轴二12通过第一固定键32和第二固定键33分别与皮带轮二15、连接法兰17进行周向固定连接。转轴二12轴向设置多个台肩，结合第一挡圈29、第二挡圈30和第三挡圈31，实现了两根内嵌轴承的支撑杆13和皮带轮二15在转轴二12轴向上的定位和固定，装配稳定，拆卸方便。转轴二12为空心轴，并在一端加工有内螺纹。通过沉头螺钉34穿过连接法兰17中央与转轴二12螺纹连接，实现了连接法兰17在转轴二12上的轴向定位和固定，进一步提高了连接法兰17与转轴12连接时的同轴度。

如图6所示，本实施例中，本测量装置可适用于多种型号发动机，通过调整螺栓36在连接法兰腰形孔35上的位置，实现与多种尺寸规格发动机输出端法兰的连接，在一定范围内提高了本测量装置的适应性。

本实施例中，本测量装置结构上预留有传感器安装空间，具体实施时，可根据测量条件等实际情况选择适合的传感器安装在适合的位置。

本发明的发动机转动惯量测量装置的工作原理为：

将静止的待测发动机的输出端法兰与本测量装置连接法兰17固定连接，调整好两根可伸缩支撑杆13的长度，张紧皮带19，通过电动机8、减速机9和皮带传动总成16对发动机施加一定的转矩，待测发动机则跟随测量装置从静止开始转动，记录发动机输出轴转速n_i和扭矩T_i随时间t的连续变化，即可计算出待测发动机转动惯量J。

测量时，发动机在测量装置的拖动下，从静止加速至某一动态平衡转速，截取动态平衡前的转速n_i和扭矩T_i的多组数据，即可计算出发动机在加速时间段t₀内的轴功率P_i：

通过积分运算，即可得到待测发动机运动总成得到的动能W：

根据能量守恒定律有：

其中：J—发动机转动惯量

ω—发动机加速终点角速度

n—发动机加速终点转速；

根据以上三个数学关系式，可知待测发动机转动惯量J为：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化和修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：包括机体（7）、驱动机构（10）、皮带传动总成（16）和连接法兰（17）；

所述机体（7）包括底座及安装于底座上端的支撑部件（6）；

所述驱动机构（10）包括电动机（8）和减速机（9），驱动机构（10）置于底座上；

所述皮带传动总成（16）包括皮带传动机构、皮带张紧机构及两根平行布置的转轴，所述皮带传动机构包括皮带轮一（14）、皮带轮二（15）及传动皮带（19），所述皮带轮一（14）固定设置在转轴一（11）上，所述皮带轮二（15）固定设置在转轴二（12）上，皮带轮一（14）通过传动皮带（19）与皮带轮二（15）连接，将转轴一（11）的动力传递到转轴二（12）上；所述皮带张紧机构为两根长度相等对称布置在皮带轮一（14）和皮带轮二（15）两侧的可伸缩支撑杆（13），所述可伸缩支撑杆（13）两端分别与转轴一（11）、转轴二（12）可转动地连接；

所述连接法兰（17）固定设置在所述转轴二（12）的一端，连接法兰（17）用于将与转轴二（12）与发动机输出端同轴固定连接，将转轴二（12）的动力传递给发动机输出端。

2.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述底座包括相邻布置的底座A（1）和底座B（2），通过螺栓实现两个底座的连接和拆分，所述底座B（2）上方设置有四个用于固定的腰形孔，所述支撑部件（6）包括支撑座一（3）、支撑座二（4）和支撑座三（5），均安装在所述底座A（1）上。

3.根据权利要求2所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述电动机（8）输出端与减速机（9）传动连接，电动机（8）底座与所述底座B（2）通过所述腰形孔进行可调节连接，所述减速机（9）下方与所述底座A（1）之间设置有支撑座三（5）。

4.根据权利要求3所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：连接法兰（17）上设置有四个均匀布置的腰形孔，通过螺栓穿过所述腰形孔与发动机输出端法兰固定孔紧固连接。

5.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述转轴一（11）的一端通过联轴器（18）与所述减速机（9）输出端同轴固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述转轴一（11）与所述支撑座一（3）和支撑座二（4）顶部可转动地连接，支撑座一（3）和支撑座二（4）分别对称放置在两根可伸缩支撑杆（13）的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述皮带传动总成（16）还包括六个轴承，分别固定嵌套在支撑座一（3）、支撑座二（4）的顶部和两根可伸缩支撑杆（13）的两端内，所述六个轴承分别与转轴一（11）和转轴二（12）可转动地连接。

8.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述皮带轮一（14）的轴线与所述驱动机构（10）的中心线重合，并与皮带轮二（15）的轴线相互平行，两皮带轮轮槽的对称平面重合。

9.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：所述可伸缩支撑杆（13）表面标记有杆长的刻度。

10.根据权利要求1所述的一种发动机转动惯量测量装置，其特征在于：测量装置结构上预留有传感器安装空间。