功率、转速、扭矩、扭振

1、功率、扭矩、转速的测量功率、扭矩、转速的测量n，Me，Ne间的关系间的关系 Ne：有效功率（：有效功率（kw，输出的净功率）输出的净功率） Me 有效扭矩（有效扭矩（Nm） n 发动机转速（发动机转速（r/min）9550nMNee一、有效功率的测量：采用测功机一、有效功率的测量：采用测功机测功机的组成：测功机的组成： 制动器；制动器； 测力机构；测力机构； 测速装置。测速装置。测功机的分类：测功机的分类：水力测功机；水力测功机；电力测功机；电力测功机；磁粉测功机等。磁粉测功机等。力学原理1、水力测功机、水力测功机构造：构造：主体为制动器，由转子和定子组成，外主体为制动器，由转子和定子组成，外

2、壳由轴承支承，可摆动，并带动测力机构工壳由轴承支承，可摆动，并带动测力机构工作；转子与定子间的传力媒介为水。作；转子与定子间的传力媒介为水。工作原理：工作原理： 内燃机主轴内燃机主轴 转轴转轴1 转盘转盘2 水受离心力在水受离心力在制动器内腔形成旋转水环制动器内腔形成旋转水环 旋转水环摩擦外壳旋转水环摩擦外壳内壁，测力机构测出力，乘以力臂长度即可内壁，测力机构测出力，乘以力臂长度即可求出外壳所受力矩求出外壳所受力矩M壳壳，也是内燃机地输出力，也是内燃机地输出力矩矩Me ，再结合转速可算出内燃机有效功率。，再结合转速可算出内燃机有效功率。 Me = M水环内水环内 = M水环外水环外 = M壳壳

3、 2、（直流）电力测功机（直流）电力测功机构造：构造：与一般直流电机相似，不同之处有两点与一般直流电机相似，不同之处有两点（1）定子外壳由轴承支承，可绕轴线摆动；）定子外壳由轴承支承，可绕轴线摆动；（2）定子外壳固定一个力臂，并与测力机构连接。）定子外壳固定一个力臂，并与测力机构连接。工作原理：工作原理： 内燃机主轴内燃机主轴 转子转子1转动，转子带动电枢绕组转动，转子带动电枢绕组4转动，转动，切割定子绕组磁场的磁力线，产生感生电动势切割定子绕组磁场的磁力线，产生感生电动势 电电磁力产生制动力矩磁力产生制动力矩M制动制动= Me 定子外壳同样受到定子外壳同样受到大小与大小与Me相同的力矩，使定

4、子外壳摆动一个角度，测相同的力矩，使定子外壳摆动一个角度，测力机构可据此测出力矩转矩仪，已知力机构可据此测出力矩转矩仪，已知Me和和n，就可算，就可算出被测动力机械的输出功率。出被测动力机械的输出功率。二、扭矩的测量：采用转矩仪二、扭矩的测量：采用转矩仪基本原理：基本原理： 转矩仪安装在内燃机和制动器之间，当轴系转速稳转矩仪安装在内燃机和制动器之间，当轴系转速稳定时，转矩仪两端扭矩都为定时，转矩仪两端扭矩都为Me ，由材料力学知，圆，由材料力学知，圆轴在一对扭矩的轴在一对扭矩的Me作用下，产生的相对扭转角为作用下，产生的相对扭转角为 式中式中L为扭转轴长度；为扭转轴长度；Ip为扭转轴截面的极惯

5、性矩；为扭转轴截面的极惯性矩；G为轴材料的切变模量。为轴材料的切变模量。 同理，如能利用同理，如能利用转矩仪测出轴的相对扭转角，也可转矩仪测出轴的相对扭转角，也可求出内燃机输出的转矩求出内燃机输出的转矩peGILMLGIMpe相位差式（磁电）转矩仪工作原理：相位差式（磁电）转矩仪工作原理： 转矩仪扭转轴两端装有相同的测量齿盘与磁电传感转矩仪扭转轴两端装有相同的测量齿盘与磁电传感器，当轴转动，两个磁电传感器各产生一系列脉冲器，当轴转动，两个磁电传感器各产生一系列脉冲信号，用测量电路或其他方法计算扭转变形造成的信号，用测量电路或其他方法计算扭转变形造成的两列脉冲信号的时间差，再将时间差换算成相对扭

6、两列脉冲信号的时间差，再将时间差换算成相对扭转角，根据上述公式即可求出内燃机输出的转矩。转角，根据上述公式即可求出内燃机输出的转矩。转矩为转矩为0，时间差为，时间差为0的情况的情况转矩不为转矩不为0，时间差不为，时间差不为0的情况的情况三、转速的测量三、转速的测量 转速传感器分类：磁电式、光电式、转速传感器分类：磁电式、光电式、霍尔式等。霍尔式等。1、磁电式磁电式 组成：导磁材料制做的测量齿盘，组成：导磁材料制做的测量齿盘，永磁铁定子、线圈。永磁铁定子、线圈。 原理：齿盘转动一齿原理：齿盘转动一齿磁隙变磁隙变化一次化一次磁通变化一次磁通变化一次线圈线圈产生脉冲电压产生脉冲电压整形后，由矩整形后

7、，由矩形波频率形波频率f，即可得转速。，即可得转速。 n=60f/z （z为齿数）为齿数） 2、光电式、光电式 组成：发光管、光敏二极管、光组成：发光管、光敏二极管、光孔盘、控制电路。孔盘、控制电路。2、光电式、光电式 组成：发光管、光敏二极管、光孔盘、控组成：发光管、光敏二极管、光孔盘、控制电路。制电路。内燃机轴系的扭振测量 扭振基本概念：扭振基本概念： 振动分为直线振动和角振动；振动分为直线振动和角振动； 角振动分为滚振和扭振。角振动分为滚振和扭振。 滚振：各部件作为刚体一起作角振动。滚振：各部件作为刚体一起作角振动。 扭振：各部件角振动幅值和相位不同。扭振：各部件角振动幅值和相位不同。

8、扭振分为无阻尼自由、有阻尼自由、有阻扭振分为无阻尼自由、有阻尼自由、有阻尼强迫。尼强迫。 共振：作用在曲轴上的激振力频率共振：作用在曲轴上的激振力频率 =曲曲轴扭振的某一固有频率轴扭振的某一固有频率P。 扭振的研究方法：扭振计算，扭振测量。扭振的研究方法：扭振计算，扭振测量。扭振测量技术的发展与存在的问题扭振测量技术的发展与存在的问题传统仪器：传统仪器：惯性式扭振仪智能仪器：智能仪器：非接触式电子扭振仪 虚拟仪器：虚拟仪器：1. A/D高频计数法高频计数法PC仪仪2. 信号调理法信号调理法PC仪仪(a) 采样频率采样频率需达到数需达到数MHz；(b) 受受数据存储量数据存储量限制，采样时限制，

9、采样时间极短。间极短。(a) 无法与其他采样信号无法与其他采样信号同步测量同步测量，对比分析；，对比分析；(b) 信号调理卡会信号调理卡会额外占额外占用用计算机插槽；计算机插槽；(c) 采用采用专用的计算机插专用的计算机插卡卡，设计、制造、调试，设计、制造、调试成本高，使用维修不便。成本高，使用维修不便。(d)采样采样数据存储量数据存储量受限，受限，计数频率计数频率要求高。要求高。常用扭振测量虚拟仪器工作原理 目前最先进的扭转振动测量虚拟仪器由传感目前最先进的扭转振动测量虚拟仪器由传感器部分、信号调理（采集）卡和软件包器部分、信号调理（采集）卡和软件包3个基本部个基本部分组成。仪器的核心部分为

10、插入计算机中的专用信分组成。仪器的核心部分为插入计算机中的专用信号调理卡，其参数设计决定了扭转振动的测量精度号调理卡，其参数设计决定了扭转振动的测量精度。 目前扭转振动测量的传感器一般采用非接触式目前扭转振动测量的传感器一般采用非接触式传感器，最常用的是磁电式传感器。传感器交装在传感器，最常用的是磁电式传感器。传感器交装在轴系上测量齿盘旁，其作用是将轴系的转速变化转轴系上测量齿盘旁，其作用是将轴系的转速变化转变成电信号周期的变化，每转过一个齿，传感器输变成电信号周期的变化，每转过一个齿，传感器输出的电压信号就变化一次输出一个电压脉冲信号。出的电压信号就变化一次输出一个电压脉冲信号。 扭转振动可

11、以用角位移、角速扭转振动可以用角位移、角速度度(常称为瞬时转速常称为瞬时转速)和角加速和角加速度描述。求出度描述。求出ti后，可计算出后，可计算出瞬时转速。瞬时转速。 iit0信号调理法信号调理法ti的计算的计算mtiA/D高频计数法高频计数法ti的计算的计算ssifmtmt针对角振针对角振动信号测动信号测量的关键量的关键技术难点技术难点按照软件加通按照软件加通用硬件替代专用硬件替代专用仪器的虚拟用仪器的虚拟仪器设计思想仪器设计思想 以数值计以数值计算和误差算和误差分析理论分析理论为基础为基础A/D采样拟合法及其改进算法采样拟合法及其改进算法优点：优点： 延长采样时间减少硬件、降低成本提高通用

12、性实现与其他信号的同步测量mjjmmjmmjmjmjjjmjmjjjjmjmjjxtxBxBxBxBxtxBxBxBxBtxBxBxBB221101322102210mmxBxBxBBt2210A/D采样拟合法基本原理采样拟合法基本原理mjjmmjmmjmjmjjjmjmjjjjmjmjjxtxBxBxBxBxtxBxBxBxBtxBxBxBB221101322102210mmxBxBxBBt2210A/D采样拟合法基本原理采样拟合法基本原理A/D采样拟合采样拟合法实验研究法实验研究 精度分析：精度分析：采样频率与采样频率与角振动测量角振动测量精度的关系精度的关系实用性验证：实用性验证：1.曲轴角振动测量曲轴角振动测量2.停缸号诊断停缸号诊断为验证为验证A/D采样拟合法的测量准确采样拟合法的测量准确性和实用性，进行了大量实验研究性和实用性，进行了大量