曲轴扭转疲劳试验装置

摘要

本发明涉及一种曲轴扭转疲劳试验装置，其包括基座、电磁激振器、龙门架、摆臂、连接套筒、配重块、加速度传感器、控制箱等，试验曲轴通过连接套筒与两边的摆臂相连，两个摆臂通过软弹簧绳与放置在龙门架上的吊板相连接，这样整个曲轴系统就被悬挂起来；在每个摆臂的两边都装有配重块，电磁激振器设置在左边摆臂的一个侧面的下端，加速度传感器固定在右边摆臂的另一个侧面的下端，电磁激振器和加速度传感器通过导线与控制箱（信号控制与处理系统）相连。本发明结构简单、操作方便，精确性高，误差小，适用于不同型号的曲轴扭转疲劳试验。

权利要求

1.一种曲轴扭转疲劳试验装置，其包括：基座、电磁激振器、龙门架、摆臂、连接套筒、配重块、加速度传感器、控制箱，其特征在于：试验曲轴通过连接套筒与两边的摆臂相连，两个摆臂通过软弹簧绳与放置在龙门架上的吊板相连接，这样整个曲轴系统就被悬挂起来；

在每个摆臂的两边都装有配重块，它和摆臂主体通过连接螺钉相连组成谐振摆臂，谐振摆臂和曲轴、连接套筒组成曲轴谐振系统，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，进而可以调节曲轴谐振系统的固有频率；

电磁激振器固定在基座上，并通过推杆将激振力作用在左边谐振摆臂的一个侧面的下端，加速度传感器固定在右边谐振摆臂的另一个侧面的下端，用于测量曲轴谐振系统的响应振动信号，激振器和加速度传感器通过导线与控制箱相连；

所述连接套筒的内径与曲轴的主轴颈直径一致，二者紧配合连接，连接套筒的外径与摆臂内的通孔均带有锥度；

所述连接套筒端面与摆臂内表面间还设有紧固螺钉；

工作过程：

首先确定曲轴谐振系统的谐振频率，电磁激振器以该频率和一定的幅度进行激振，通过推杆把激振力传递到左边的谐振摆臂上，谐振摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴上，右边的谐振摆臂随之发生振动，使整个曲轴谐振系统产生扭转振动，曲轴谐振系统、激振器、加速度传感器及控制箱组成闭环控制回路，当曲轴谐振系统的谐振频率因曲轴开裂原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与曲轴谐振系统当前的谐振频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的谐振频率下降到预定值，即与某一裂纹长度对应的值时，停止激励，得到该曲轴的寿命。

说明书

曲轴扭转疲劳试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种曲轴扭转疲劳试验装置，属于曲轴扭转疲劳试验领域。

背景技术

[0002] 随着发动机朝着高速、轻型、大功率方向发展，对它的零部件的强度要求越来越高。曲轴是发动机中受力最严重的零件之一，它承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的作用，因此在其内部产生很大的迅速变化的交变弯曲和扭转应力，且曲轴本身几何形状复杂，截面变化很大，应力集中现象严重，特别是在曲轴主、连杆轴颈的圆角过渡部分的应力集中现象尤为突出，发动机的失效，主要为疲劳断裂和轴颈磨损。对于三缸以下的发动机曲轴，其强度问题以弯曲疲劳为主，但随着缸数的增加，曲轴的扭振趋于严重，扭转疲劳上升为曲轴强度的主要问题。由于引起曲轴扭转振动的因素较多，虽然可以利用某些经验公式或有限元、光弹等方法进行估算，但要准确地作出评价，最可靠而实用的途径还是实物疲劳试验，曲轴扭转疲劳试验是对曲轴工作可靠性检测的重要手段。

[0003] 目前，在国内，绝大多数应用中的曲轴扭转疲劳试验机系统设备落后，存在的主要问题是：很多仍为单拐试验机，对于整个曲轴测试只能逐个拐依次进行试验，既浪费了时间，又使曲轴整体寿命计算失真；工作的谐振频率低，导致试验机效率低下；疲劳试验机长时间连续工作的稳定性差，针对不同型号的试验曲轴或部分因振型频率接近而无法进行试验的曲轴，设备的机械部件调节适应性差，可调节的谐振频率范围小。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种功耗小、连续工作的稳定性好，试验误差相对较小，可在相对较大范围内进行频率调节且能够对整个曲轴进行扭转疲劳试验的高频谐振的扭转疲劳试验机；且本发明结构合理，制造简单，易于装夹和拆卸，操作方便，工作效率高。

[0005] 本发明解决上述技术问题是通过以下方案实现的：

[0006] 本发明的一种曲轴扭转疲劳试验装置，其包括：基座、电磁激振器、龙门架、摆臂、连接套筒、配重块、加速度传感器、控制箱，其特征在于：试验曲轴通过连接套筒与两边的摆臂相连，两个摆臂通过软弹簧绳与放置在龙门架上的吊板相连接，这样整个曲轴系统就被悬挂起来；在每个摆臂的两边都装有配重块，它和摆臂主体通过连接螺钉相连组成谐振摆臂，谐振摆臂和曲轴、连接套筒组成曲轴谐振系统，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，进而可以调节曲轴谐振系统的固有频率。

[0007] 电磁激振器固定在基座上，并通过推杆将激振力作用在左边谐振摆臂的一个侧面的下端，加速度传感器固定在右边谐振摆臂的另一个侧面的下端，用于测量曲轴谐振系统的响应振动信号，激振器和加速度传感器通过导线与控制箱相连。

[0008] 本发明所述连接套筒的内径与曲轴的主轴颈直径一致，二者紧配合连接，连接套筒的外径与摆臂内的通孔均带有锥度。

[0009] 本发明所述连接套筒端面与摆臂内表面间还设有紧固螺钉。通过旋紧紧固螺钉固定好连接套筒，可将曲轴牢固地固定在摆臂上。

[0010] 本发明所述的曲轴扭转疲劳试验装置，工作过程：

[0011] 首先确定曲轴谐振系统的谐振频率，电磁激振器以该频率和一定的幅度进行激振，通过推杆把激振力传递到左边的谐振摆臂上，谐振摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴上，右边的谐振摆臂随之发生振动，使整个曲轴谐振系统产生扭转振动，曲轴谐振系统、激振器、加速度传感器及控制箱组成闭环控制回路，当曲轴谐振系统的谐振频率因曲轴开裂原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与曲轴谐振系统当前的谐振频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的谐振频率下降到预定值，即与某一裂纹长度对应的值时，停止激励，得到该曲轴的寿命。

[0012] 有益效果

[0013] 本发明采用了谐振摆臂与曲轴的主轴颈固定的夹紧方式，提高了整个谐振系统的扭转转动惯量，从而提高了曲轴扭转疲劳试验装置的谐振频率，缩短了试验时间，提高了试验机的工作效率；由于配重块质量可调，所以可在相对较大范围内进行频率调节，从而对部分因振型频率接近而无法进行试验的曲轴都可以进行扭转疲劳试验；曲轴两端采用连接套筒的方式固定，在更换不同型号的曲轴时，只需更换不同内径的套筒，其它装置不变，适用于不同型号的曲轴弯曲疲劳试验；且本发明结构合理，制造简单，易于装夹和拆卸，操作方便，工作效率高，连续工作的稳定性好，试验误差相对较小。

附图说明

[0014] 下面结合附图对本发明做进一步的描述

[0015] 图1是本发明曲轴扭转疲劳试验装置的主视结构示意图；

[0016] 图2是图1的A-A剖向的示意图；

[0017] 图3是图1的局部放大示意图；

[0018] 图4是本发明连接套筒的左视结构示意图；

[0019] 图中：1-基座 2-T型螺栓 3-电磁激振器 4-龙门架 5-摆臂 6-紧固螺钉 7-曲轴 8-连接套筒 9-螺栓 10-吊板 11-连接螺钉 12-加速度传感器 13-控制箱 14-配重块 15-推杆。

具体实施方式

[0020] 从图1、图2、图3、图4中可以看出，一种曲轴扭转疲劳试验装置，其包括：基座1、电磁激振器3、龙门架4、摆臂5、连接套筒8、配重块14、加速度传感器12、控制箱13，其特征在于：

[0021] 所述试验曲轴7通过连接套筒8与两边的摆臂5相连，两个摆臂5通过软弹簧绳与放置在龙门架4上的吊板10相连接，这样整个曲轴系统就被悬挂起来，安装时，先把曲轴两端的主轴颈与连接套筒8过盈配合连接组成一个整体，由于连接套筒8的外径与摆臂上的通孔均带有锥度，再把装有曲轴的连接套筒8的外径与摆臂上的锥形孔紧配合连接，然后用紧固螺钉6把连接套筒8和摆臂5牢固的连接在一起，这样，曲轴、连接套筒、摆臂就组成一个曲轴系统，最后用软弹簧绳把这个曲轴系统与吊板10相连，吊板10用螺栓9固定在龙门架4上端。在对不同型号的曲轴进行试验时，只需更换不同内径的连接套筒，其余的装置都不用改变。

[0022] 每个摆臂5的两边都装有配重块14，它和摆臂主体通过连接螺钉11相连组成谐振摆臂，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，进而可以调节曲轴谐振系统的固有频率。

[0023] 电磁激振器3固定在基座1上，并通过推杆15将激振力作用在左边谐振摆臂的一个侧面的下端，加速度传感器12固定在右边谐振摆臂的另一个侧面的下端，用于测量曲轴谐振系统的响应振动信号，激振器3和加速度传感器12通过导线与控制箱13相连。

[0024] 工作过程：

[0025] 首先确定曲轴谐振系统的谐振频率，电磁激振器3以该频率和一定的幅度进行激振，通过推杆15把激振力传递到左边的谐振摆臂上，谐振摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴7上，右边的谐振摆臂随之发生振动，使整个曲轴谐振系统产生扭转振动，曲轴谐振系统、激振器3、加速度传感器12及控制箱13组成闭环控制回路，当曲轴谐振系统的谐振频率因曲轴开裂原因而发生改变时，回路能自动修正指令信号的频率，使之与曲轴谐振系统当前的谐振频率相等，确保系统始终处于共振状态，当系统的谐振频率下降到预定值，即与某一裂纹长度对应的值时，停止激励，得到该曲轴的寿命。