一种测量发动机主轴承载荷传感器及测量方法技术

一种测量发动机主轴承载荷传感器及测量方法，具体涉及一种测量传感器及传感器测量方法，本发明专利技术的目的是为了填补发动机主轴承载荷测量技术领域的空白，每个应变片粘贴在一个平行面上，应变片的应变片导线由螺帽上的通孔引出，一种测量发动机主轴承载荷传感器的测量方法，基于惠斯通电桥原理实现主轴承载荷水平分量与竖直分量解耦并独立测量，步骤一：拆除待测主轴承的主轴承螺栓；步骤二：用安装有两个应变片的主轴承螺栓替代原有主轴承螺栓，并按照主轴承螺栓装配要求旋紧；步骤三：应变片导线由通孔引出并连接至应变采集仪，步骤四：启动发动机，步骤五：测量主轴承载荷水平分量，主轴承载荷竖直分量测量，本发明专利技术属于发动机性能检测技术领域。检测技术领域。检测技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种测量发动机主轴承载荷传感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及一种测量载荷传感器及传感器测量方法，属于发动机性能检测


技术介绍

[0002]内燃机作为当今用量最大、用途最广的热能动力设备，普遍应用于工业、农业、交通运输和国防建设，是汽车、船舶、工程机械和备用电站等装置的主要动力。内燃机的振动噪声得不到良好的控制会影响的内燃机工作效率，甚至会导致相关的动力设备无法正常工作。内燃机噪声源主要包括燃料的燃烧噪声、部件运动导致的机械噪声和进排气时的气动噪声。其中，燃烧噪声和机械噪声传播方式为由内燃机的机体向大气辐射，所以被称为结构辐射噪声。以往的研究发现，内燃机的噪声中有50％
‑
70％的部分是来自于机体及其附件，造成这些噪声的激励源包括主轴承载荷、配气机构载荷、活塞敲击载荷等。主轴承载荷作用在主轴承盖上，传递至机体，引起机体结构振动和辐射噪声，在结构辐射噪声中占据了较大的比重，并且其振动会传递到机脚，因此也是机脚振动的主要贡献者之一。为了降低内燃机的振动噪声，需要对主轴承载荷进行控制。而对主轴承载荷进行控制的前提条件是准确测量主轴承载荷。
[0003]由于发动机机体封闭且结构紧凑，采用光测法测量主轴承载荷受到限制；又受限于结构、外形以及配合等条件，难以安装已有的传感器进行电测，主轴承载荷测试问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了填补发动机主轴承载荷测量
的空白，而提供一种测量发动机主轴承载荷的传感器及测量方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种测量发动机主轴承载荷传感器，它包括主轴承螺栓和两个应变片，主轴承螺栓靠近螺帽部分切削加工两个平行面，螺帽上加工有两个通孔，每个应变片分别对应粘贴在一个平行面上，且每个应变片的应变片导线由螺帽上的通孔引出。
[0006]进一步地，所述主轴承螺栓两侧切削的两个平行面与螺帽上的两个通孔对应设置。
[0007]进一步地，应变片导线由螺帽上通孔引出并经发动机油底壳侧壁上的小孔与外部应变采集仪相连。
[0008]一种测量发动机主轴承载荷传感器的测量方法，主轴承螺栓两侧平行面上粘贴的应变片与两个固定电阻组成半桥电路，基于惠斯通电桥原理实现主轴承载荷水平分量及竖直分量的解耦，实现主轴承载荷竖直分量及水平分量单独测量，所述方法是按照以下步骤实现的：
[0009]步骤一：拆除待测主轴承的主轴承螺栓；
[0010]步骤二：用安装有两个应变片的主轴承螺栓替代原有主轴承螺栓，并按照主轴承螺栓装配要求旋紧；
[0011]步骤三：在油底壳侧壁上部钻孔，应变片导线由通孔引出并连接至应变采集仪，设置采集系统参数；
[0012]步骤四：启动发动机，调节发动机转速及负载工况，待发动机转速稳定后保存测量数据，再进行计算即可得到待测的主轴承载荷；
[0013]由此方法测得总的主轴承载荷水平分量F
u
为：
[0014][0015]式中：E为主轴承螺栓材料的弹性模量，单位是Pa；U
BD
为惠斯通电桥输出电压，单位是V；U
AC
为惠斯通电桥交流电源输入电压，单位是V；K为比例常数；L为应变片粘贴位置与主轴承载荷作用点的距离，单位是m；W
z
为主轴承螺栓粘贴应变片处抗弯截面模量，单位是m3，
[0016]由此方法测得总的主轴承载荷竖直分量F
v
为：
[0017][0018]式中：A为主轴承螺栓粘贴应变片处截面面积，单位是m2。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术在发动机工作过程中，主轴承载荷传递到主轴承螺栓1上，主轴承螺栓1产生应变，应变片3中的敏感栅随之发生变形使得电阻发生变化，应变采集仪内通过桥接电路将电阻变化转变为电压变化，并对输出电压进行放大即可得到原始测量数据，经过计算即可得到待测物理量。本专利技术根据应力应变理论，设计了基于应变效应的发动机主轴承载荷传感器，其可在发动机运行中实时准确测量主轴承载荷，传感器布置与发动机运动件不存在干涉。
[0021]本专利技术中主轴承螺栓材料去除率较低，原有材料即可满足强度要求；为了避免试验过程中因导线振动产生扰动，需用粘结剂将应变片导线粘贴在主轴承螺栓加工面上，并用粘结剂将导线在引出孔内固定。
[0022]本专利技术结构简单，使用方便，具有一定通用性，测量过程中最大程度上还原了发动机曲轴的真实工作情况，使得测量结果更加真实、更具说服力。
附图说明
[0023]图1为本专利技术传感器的组成示意图；
[0024]图2为本专利技术传感器的主视图；
[0025]图3为利用图1所示传感器测量主轴承载荷水平分量的电路图；
[0026]图4为利用图1所示传感器测量主轴承载荷竖直分量的电路图。
具体实施方式
[0027]结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量发动机主轴承载荷传感器，它包括主轴承螺栓1和两个应变片3，主轴承螺栓1靠近螺帽部分切削加工两个平行面2，螺帽上加工有两个通孔4，每个应变片3分别对应粘贴在一个平行面2上，且每个应变片3的
应变片导线5由螺帽上的通孔4引出。
[0028]应变片3贴于平行面2上，切削的平行面2满足应变片3粘贴即可，避免过量切削大幅降低螺栓强度。
[0029]加工平行面2是为了便于应变片3粘贴，同时避免工作过程中应变片3受螺栓及螺栓孔壁挤压损坏，应变片导线5由螺帽上的通孔4引出同样是为了避免导线在工作过程中损坏。
[0030]所述主轴承螺栓1两侧切削的两个平行面2与螺帽上的两个通孔4对应设置。
[0031]应变片导线5由螺帽上通孔4引出并经发动机油底壳侧壁上的小孔与外部应变采集仪相连。
[0032]本专利技术是基于应变效应的力传感器，下面结合附图给出本专利技术的实施方式：上述所述传感器测量发动机主轴承载荷的方法包括以下步骤：
[0033]步骤一：拆除待测主轴承的主轴承螺栓；
[0034]步骤二：用安装有两个应变片3的主轴承螺栓1替代原有主轴承螺栓，并按照主轴承螺栓1装配要求旋紧；
[0035]步骤三：在油底壳侧壁上部钻孔，应变片导线5由通孔4引出并连接至应变采集仪，设置采集系统参数；
[0036]步骤四：启动发动机，调节发动机转速及负载工况，待发动机转速稳定后保存测量数据，再进行计算即可得到待测的主轴承载荷；
[0037]测试原理：(一)测量主轴承载荷水平分量：
[0038]参照图3，粘贴于主轴承螺栓加工平面2两侧的两个应变片R1、R2与两个电阻R3、R4形成半桥电路。将两个应变片分别接入惠斯通电路的AB、BC桥臂，AD、CD两个桥臂分别接入120Ω的电阻R4和R3。假设主轴承螺栓由主轴承载荷竖直分量造成的两个加工平面2的拉伸应变均为ε
L
，由水平分量造成的AB桥臂所在的加工平面2的弯曲应变为ε
m
，由水平分量造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量发动机主轴承载荷传感器，其特征在于：它包括主轴承螺栓(1)和两个应变片(3)，主轴承螺栓(1)靠近螺帽部分切削加工两个平行面(2)，螺帽上加工有两个通孔(4)，每个应变片(3)分别对应粘贴在一个平行面(2)上，且每个应变片(3)的应变片导线(5)由螺帽上的通孔(4)引出。2.根据权利要求1所述的一种测量发动机主轴承载荷传感器，其特征在于：所述主轴承螺栓(1)两侧切削的两个平行面(2)与螺帽上的两个通孔(4)对应设置。3.根据权利要求1所述的一种测量发动机主轴承载荷传感器，其特征在于：应变片导线(5)由螺帽上通孔(4)引出并经发动机油底壳侧壁上的小孔与外部应变采集仪相连。4.利用权利要求1至3中所述任意一项一种测量发动机主轴承载荷传感器的测量方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：将主轴承螺栓(1)两侧平行面(2)上分别粘贴应变片(3)，并与两个固定电阻组成半桥电路，基于惠斯通电桥原理实现主轴承载荷水平分量及竖直分量的解耦，实现主轴承载荷竖直分量及水平分量单独测量。5.根据权利要求4所述一种测量发动机主轴承载荷传...

【专利技术属性】
技术研发人员：国杰，栗浩，刘晨，杨洁，赵晓臣，张新玉，曹贻鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：