連桿動態(tài)載荷測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連桿動態(tài)載荷測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]連桿是往復(fù)式活塞發(fā)動機的關(guān)鍵性部件之一，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)工作時，連桿除承受周期變化的缸內(nèi)氣體燃燒造成沖擊力外，還需承受較大的活塞往復(fù)和自身運動產(chǎn)生慣性力，其安全可靠性直接關(guān)系到發(fā)動機整機的壽命和可靠性，為此要求連桿必須具有足夠的強度、剛度、耐沖擊和一定的韌性，同時盡量的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。因此，連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計、測試試驗和制造是發(fā)動機開發(fā)中的重要工作。為了實現(xiàn)連桿高強度、輕量化的追求目標(biāo)，目前主要采用開發(fā)和采用新型材料、改進制造工藝、應(yīng)用先進設(shè)計仿真分析技術(shù)優(yōu)化連桿的結(jié)構(gòu)形狀等技術(shù)方案。
[0003]當(dāng)材料和工藝一定時，連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計、仿真分析和測試試驗是連桿開發(fā)工作的重要內(nèi)容，其中連桿載荷的計算和測試對連桿設(shè)計和仿真極其重要。連桿載荷準確度直接關(guān)系到連桿仿真的計算結(jié)果和設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。當(dāng)前對確定連桿載荷的方法主要靠經(jīng)驗公式計算法，即通過發(fā)動機氣缸氣體壓力、活塞和活塞銷及連桿的質(zhì)量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等間接算出對連桿的作用。
[0004]現(xiàn)有經(jīng)驗公式的連桿載荷估算法主要存在如下缺點:(I)不能了解實時載荷，不能為仿真計算和連桿疲勞壽命試驗提供準確的載荷；(2)精度低，誤差大；(3)只能估計靜態(tài)載荷。由于載荷計算和測試不準，造成連桿設(shè)計往往結(jié)構(gòu)尺寸粗大、笨重，進而導(dǎo)致發(fā)動機往復(fù)質(zhì)量大、摩擦損失大、發(fā)動機振動和噪聲大；并且材料質(zhì)量大，制造加工成本高。由于連桿載荷測試和計算不準確，會導(dǎo)致連桿尺寸過小，導(dǎo)致連桿由于強度、剛度不足，連桿軸承磨損、燒瓦、拉瓦，嚴重時連桿折斷，導(dǎo)致機毀人亡的重大事故。因此現(xiàn)有連桿載荷測試裝置和計算方法遠遠不能滿足發(fā)動機連桿的設(shè)計、可靠性和輕量化等的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有連桿載荷測試裝置無法實時測量載荷的問題。
[0006]為此目的，本發(fā)明提出了一種連桿動態(tài)載荷測試裝置，包括:應(yīng)變片，設(shè)置在待測連桿上；數(shù)據(jù)采集單元，設(shè)置在所述待測連桿上，用于采集所述應(yīng)變片發(fā)出的應(yīng)變信號。
[0007]優(yōu)選地，上述連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括:開設(shè)于所述待測連桿上的應(yīng)力槽，所述應(yīng)力槽位于所述應(yīng)變片附近。
[0008]優(yōu)選地，上述連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括:用于對所述數(shù)據(jù)采集單元供電的電源，所述電源和所述數(shù)據(jù)采集單元分別設(shè)置在所述待測連桿中部的兩側(cè)。
[0009]優(yōu)選地，所述應(yīng)變片設(shè)置在位于所述待測連桿中部的連桿特征點上。
[0010]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集單元包括:電橋電路，用于將所述應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；濾波電路，用于對所述電橋電路發(fā)出的電壓信號進行濾波；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將濾波后的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0011]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集單元還包括:溫度補償電路，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號進行溫度補償。
[0012]優(yōu)選地，所述電橋電路是直流單臂電橋結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，所述濾波電路是阻容濾波電路。
[0014]優(yōu)選地，上述連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括:存儲單元，用于存儲所述數(shù)據(jù)采集單元所采集的載荷數(shù)據(jù)。
[0015]通過采用本發(fā)明所公開的連桿動態(tài)載荷測試裝置，能夠?qū)崟r采集連桿在發(fā)動機運行時的工作動態(tài)載荷，從而可以為連桿設(shè)計、連桿仿真計算、疲勞可靠性試驗提供準確的載荷譜，并且結(jié)構(gòu)簡單、精度高且成本低。
【附圖說明】
[0016]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中:
[0017]圖1A和IB分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的連桿動態(tài)載荷測試裝置的正視圖和側(cè)視圖；
[0018]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)采集單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。
[0020]圖1A和IB分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的連桿動態(tài)載荷測試裝置的正視圖和側(cè)視圖，如圖1A和IB所示，該連桿動態(tài)載荷測試裝置包括應(yīng)變片12和數(shù)據(jù)采集單元13，其中應(yīng)變片12和數(shù)據(jù)采集單元13均設(shè)置在待測連桿11上，數(shù)據(jù)采集單元13用于采集并存儲應(yīng)變片12發(fā)出的應(yīng)變信號。
[0021]通過該連桿動態(tài)載荷測試裝置可以實時采集連桿在發(fā)動機運行時的工作動態(tài)載荷，從而可以為連桿設(shè)計、連桿仿真計算、疲勞可靠性試驗提供準確的載荷譜。
[0022]優(yōu)選地，上述連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括開設(shè)于待測連桿11上的應(yīng)力槽14，應(yīng)力槽14位于應(yīng)變片12附近，由此可以增加連桿測試的敏感性。
[0023]優(yōu)選地，上述連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括用于對數(shù)據(jù)采集單元13供電的電源15，電源15和數(shù)據(jù)采集單元13可以分別設(shè)置在待測連桿11中部的兩側(cè)，通?？梢圆捎铆h(huán)氧樹脂等粘貼在待測連桿11中部附近。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以采用封裝的方式將電源15和數(shù)據(jù)采集單元13固定在連桿11上。由于連桿需要承受缸內(nèi)氣體燃燒造成沖擊力和活塞往復(fù)和自身運動產(chǎn)生慣性力，因此電源15優(yōu)選地采用高溫抗震電池，數(shù)據(jù)采集單元13的供電電壓可以為2.5V，為了保留一定的余量，電路的輸出電壓可以為0.1V至2.4V，根據(jù)連桿上載荷和應(yīng)力應(yīng)變粗估值選定合適的增益電阻值。通常的測試過程，連桿動態(tài)載荷測試裝置工作時間在I小時以下，因此電池的體積一般在Icm3以下。
[0024]優(yōu)選地，在上述連桿動態(tài)載荷測試裝置中，應(yīng)變片12可以通過粘貼等方式設(shè)置在位于待測連桿11中部的連桿特征點上，從而可以更精確地采集連桿在發(fā)動機運行時的工作動態(tài)載荷。
[0025]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)采集單元的示意圖，如圖2所示，該數(shù)據(jù)采集單元包括:
[0026]電橋電路21，用于將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，由于數(shù)據(jù)采集單元所處的環(huán)境具有很大的加速度和振動，因此整個電橋電路不宜采用可變電阻，電橋電阻可由不同阻值的固定電阻通過串并聯(lián)組成，為了簡化電路結(jié)構(gòu)，可以采用直流單臂電橋結(jié)構(gòu)；
[0027]濾波電路22，用于對電橋電路21發(fā)出的電壓信號進行濾波，以提高數(shù)據(jù)采集單元的信噪比，為了減小電路體積，優(yōu)選采用簡單的阻容濾波電路；
[0028]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23，用于將濾波后的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0029]由于應(yīng)變片所處的環(huán)境溫度是在不斷變化的，為了得到準確的測量值，必須對應(yīng)變片進行溫度補償。但由于連桿動態(tài)載荷測試裝置中傳感器和電路板所處的位置空間小，為了盡可能減少傳感器的數(shù)量，無法采用常規(guī)的差動方法來進行溫度補償。因此，在本實施例中，該數(shù)據(jù)采集單元還可以包括溫度補償電路24，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路23輸出的數(shù)字信號進行溫度補償。在測試之前對連桿進行標(biāo)定，以得到同一點位置處的應(yīng)力-應(yīng)變和溫度-應(yīng)變的關(guān)系曲線，即可在計算時對溫度造成的測試誤差進行補償，從而得到準確的測量結(jié)果。
[0030]進一步地，根據(jù)本發(fā)明實施例的連桿動態(tài)載荷測試裝置還包括存儲單元，用于存儲所采集的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，存儲單元是可移動的。為了使存儲的數(shù)據(jù)更為準確可靠，存儲單元應(yīng)當(dāng)獨立于數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置，通過有線或無線連接將數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)傳輸至外部的存儲單元。
[0031]根據(jù)本發(fā)明實施例的連桿動態(tài)載荷測試裝置可以在實際發(fā)動機運轉(zhuǎn)中的實時測量連桿動態(tài)載荷?？梢詾檫B桿設(shè)計、連桿仿真計算、疲勞可靠性試驗提供準確的載荷譜，并且具有安裝調(diào)試方便、精度高、誤差小，測試設(shè)備制造簡單，成本低、運行可靠等的特點，填補了在實際發(fā)動機連桿動態(tài)載荷測試技術(shù)的空白，為進行連桿高強度、輕量化、低成本等設(shè)計提供了重要的測試技術(shù)手段。
[0032]雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，包括: 應(yīng)變片，設(shè)置在待測連桿上； 數(shù)據(jù)采集單元，設(shè)置在所述待測連桿上，用于采集所述應(yīng)變片發(fā)出的應(yīng)變信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，還包括:開設(shè)于所述待測連桿上的應(yīng)力槽，所述應(yīng)力槽位于所述應(yīng)變片附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，還包括:用于對所述數(shù)據(jù)采集單元供電的電源，所述電源和所述數(shù)據(jù)采集單元分別設(shè)置在所述待測連桿中部的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，所述應(yīng)變片設(shè)置在位于所述待測連桿中部的連桿特征點上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括: 電橋電路，用于將所述應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號； 濾波電路，用于對所述電橋電路發(fā)出的電壓信號進行濾波； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將濾波后的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元還包括: 溫度補償電路，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號進行溫度補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，所述電橋電路是直流單臂電橋結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，所述濾波電路是阻容濾波電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的連桿動態(tài)載荷測試裝置，其特征在于，還包括: 存儲單元，用于存儲所述數(shù)據(jù)采集單元所采集的載荷數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種連桿動態(tài)載荷測試裝置，包括：應(yīng)變片，設(shè)置在待測連桿上；數(shù)據(jù)采集單元，設(shè)置在所述待測連桿上，用于采集所述應(yīng)變片發(fā)出的應(yīng)變信號。由此，能夠?qū)崟r采集連桿在發(fā)動機運行時的工作動態(tài)載荷，從而可以為連桿設(shè)計、連桿仿真計算、疲勞可靠性試驗提供準確的載荷譜，并且結(jié)構(gòu)簡單、精度高且成本低。
【IPC分類】G01M13-00
【公開號】CN104849030
【申請?zhí)枴緾N201410799170
【發(fā)明人】魏丕勇, 秦向飛, 黃鈺
【申請人】北汽福田汽車股份有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年12月19日