发动机燃油喷射系统残压测量装置设计

1、哈尔滨理工大学学士学位论文发动机燃油喷射系统残压测量装置设计摘 要内燃机试验成为了内燃机生产和科学研究工作中很重要的一个环节。内燃机的应用范围、品种和数量在持续扩大，内燃机中各系统零件对其性能、使用寿命等指标得要求也越来越高，伴随着其工业生产以及科学技术的迅猛发展。所以，要对内燃机得工作程序进行研究；我们要节约燃料、增加燃料的种类、以及研究新型结构；我们还要对产品的设计和研制惊醒满足要求的进化分析，从而符合多种用途的要求，这就是成为了工程技术人员非常重要的任务。在其的自动控制系统中进行验证，我们要进行检测，把检测的数据放入到输入端的求和装置上，和我们之前假设的数值相比较，从而满足准确控制的目的

2、。测量得出的精度决定了自动控制系统的精度，所以，被控物理量的测量装置是内燃机台架试验自动控制系统的主要组成成分。这个课题也就成为了内燃机试验的一个非常重要的组成成分。我们主要对油管中的残留压力进行讨论研究，检测出的残留压力信号由我们设计的油管残留压力测量装置检测出，然后就对油管中残留压力进行定性、定量的分析。我们对此装置讨论研究可以让我们对内燃机燃油喷射系统有更多的了解。从而，其压力特性也有了相对全全面的认识以及对测量控制系统有更多的认识。关键词自动控制；内燃机；求和装置Design of engine fuel injection deviceAbstractThe internal com

3、bustion engine test becomes an important link in the engine production and scientific research. Internal combustion engine application range, species and quantity in the continued to expand, the internal combustion engine in various parts of the system to its performance, use life index requirements

4、 are increasingly high, along with the rapid development of the industrial production and science and technology. So, the study of internal combustion engine working procedures; we want to save fuel, increase fuel type, and the new structure. We also on product design and development woke up to meet

5、 the requirements of evolutionary analysis so as to meet the requirements for a variety of purposes, this is to be the task of the engineering and technical personnel is very important.In the automatic control system to verify, we have to testing, the testing data into to the input end of the summat

6、ion of the device, and before we assumed values compared to meet the purpose of accurate control. The accuracy of the measurement is determined by the accuracy of the automatic control system. Therefore, the controlled physical quantity is the main component of the engine bench test automatic contro

7、l system.This issue has become a very important component of the internal combustion engine testing. We mainly of tubing in the residual pressure to discuss and study, detection of residual pressure signal by our design of tubing residues detected by the pressure measuring device, and then the resid

8、ual pressure in pipe of qualitative and quantitative analysis. We discuss the research on the device, which can give us more knowledge about the fuel injection system of the internal combustion engine. Thus, the pressure characteristics of the system have a relatively comprehensive understanding and

9、 a greater understanding of the measurement and control system.Keywords Internal combustion engine; automatic control; summation device- III -目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 研究意义11.3 国内外研究现状分析21.4 论文研究的主要内容3第2章 压燃式发动机的燃油喷射装置概述52.1 燃油喷射系统概述52.2 压力波动的分析62.3 喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响72.4 喷油泵的速度

10、特性校正82.5 本章小结9第3章 测量控制系统概述103.1 测量精度113.2 残留压力测量装置133.2.1 残留压力测量装置的原理143.2.2 相位调整143.2.3 测量线路143.2.4 校验压电压力传感器163.2.5 相关油管嘴端压力与针阀压力室压力173.3 本章小结17第4章 机械传动选用及设计计算184.1 机械传动的选用184.2 主传动轴的设计计算194.2.1 主传动轴的最小直径：194.2.2 轴的结构设计204.2.3 轴的校核204.3 圆锥齿轮的设计计算224.3.1 圆锥齿轮的参数计算：224.3.2 圆锥齿轮的强度计算：244.4 花键联轴器的计算25

11、4.5 滚动轴承的选择与计算264.6 键的选择与校核274.7 本章小结28结论29致谢30参考文献31附录33- V -第1章 绪论1.1 课题背景为了研究讨论供油系统喷射特性，柴油机供油系统多参数的电测量成为重要手段之一。还有，我们认为多参数的电测量是各个国家新出现的研制的喷油泵以及喷油嘴性质时的重要考察的任务之一。也就是说，我们认为测量时重中之重。在我们刚开始研制压燃式内燃机的时候，我么需要使用高压空气来完成燃油喷射。博世集团是德国很著名的一家内燃机研制公司，在博世集团的1927年，他们开始针对性的研制以螺旋槽柱塞旋转的方法来检测供油量的机械式喷油喷油泵，现在很多压燃式内燃机的燃料共给

12、系统依旧沿用这种喷油泵的工作原理。现在我们都使用各个国家最高级的仪器，例如传感器、数据处理器以及信号转换器。随机误差非常小，准确度也很高。我们现在一般用压电式传感器来测量压力。由于压电传感器重量轻、高频特性优良、体积很小、机械强度高以及具有非常好的输入输出线性等好处然后就被大范围的使用。然而，被接受检测的压力变化幅度非常小，如果被接受测量的压力变化非常小时，压电晶体的电荷量是很困难的对于反映到检测的数据内，也就是我们所说的压电传感器的低频的特点不好。因此，有时候我们检测不出这样的压力非常有可能是因为没有检测出残留压力而发生的。这些都将在下面的论文中予以阐述。1.2 研究意义伴随着快速发展的工业

13、生产和科学技术，以及对内燃机系统零件的性能等指标的要求越来越高，内燃机试验成为了内燃机科学研究和生产中不可缺少的重要环节。所以，我们要对内燃机工作过程进行系统的讨论研究，以及增大燃料的种类和扩大新型结构的研究。我们还要对设计和研制的产品进行分析升级，从而达到多种用途的需要，这就成为了内燃动力工程技术人员非常重要的任务。在管路中，高压油管是由喷油泵以及喷油器组合而成的。然而，高压油管由于常常忍受着高压脉动负荷以及震动，所以高压油管的组合处时常的出现漏油以及油管疲劳震裂等等事故。我们按照燃油系统的性质以及功能来算出油管外径、内径以及长度，有助于维持优良的燃烧以及加大喷油嘴的寿命。因为在全部的燃油压

14、力系统中，高压油管也扮演着的重要的角色，所以，本论文所研究的是高压油管残留压力。1.3 国内外研究现状分析1908年中国自主研制出第一台内燃机，又经历了一个多世纪的发展，国内的内燃机发生了巨大的变化，逐渐形成建立了相对完整的内燃机工业体系，从而也改善了我国各经济部门发展和广大百姓的生活质量。尤其是我国改革开放之后，根据人民的生活质量以及国民经济发展的要求，我国对产品结构和企业结构进行不断的上下调整。我国经过自主研制以及借鉴国外的先进技术，研制出了丰富的新型产品；我们为了响应国家有关的排放法和环保节能的要求后，采取了一系列的措施来达到欧I、欧II、欧III的发动机的要求，从而生产了大批可供四轮汽

15、车、两轮摩托、工程机械、水上船舶以及农业机械等设备合适的发动机类型。我国生产的产品质量有了很大的提升。对于现在来说，我国产生了一大批市场占有率很大，比较有发展潜力的大头作用的巨型企业以及集团，许多产品的产量是由这些企业造成的。还有，我国为了使内燃机行业实现多元化的发展，我国还不断引进国外的先进设备以及技术。最近几年，我国的经济发展一直在上升，由于国家的宏观调控，导致了我国内燃机行业发展有了比较好的上升趋势。虽然世界经济危机已经好转了许多，我国内燃机出口数量也增加了许多，但是，国内的内燃机行业竞争很激烈。目前来说，我国与国外的发展最大的差距是高端技术上的，因此这也成为了我国内燃机发展道路上的一大

16、障碍。我国内燃机企业经过许多年来发展，不管是产品的数量还是产品的质量都有了巨大的改变，并且成功的进出了世界的市场最近几年，内燃机行业的发展很快，而且不管是内燃机的产品结构，还是新产品的大量出现，都有了很大的提高，也导致我国传统的内燃机行业产生了新的发展机遇。这个行业伴随着新开发的汽车以及最新技术的要求，满足体积小、轻量化、大比功率的发展趋势，提升了更换产品技术的速度。在我国的“十一五”战略上，我国提出了重点发展的产品是：开发以及研制和目前新型内燃机合适的达到我国节能和排放标准的柴油机。着力发展柴油机高压喷射技术是我们在技术发展中的重中之重，柴油机高压喷射技术中含有许多个种类，接下来我们举例子叙

17、说一下，其中有高压喷射技术、电控高压共轨技术以及我们还要介绍两种技术，一种是电控高压泵技术，还有另一种是电控单体泵技术等。然后我们来谈谈关于内燃机排气后处理技术，在目前我们已经有这样的很多技术，我们举几个例子来说，一种是四效催化器技术，另一种是汽油机稀燃催化转化剂，还有一种就是选择性催化还原系统技术等。1.4 论文研究的主要内容这个课题也就变成了内燃机测验的举足轻重不可缺少的一员。所以我们要进行讨论研究油管内的残留压力，检测出的残留压力信号由我们设计的油管残留压力测量装置检测出。对于柴油机来说，喷油器总成有着非常非常重要的作用。柴油发动机的经济性、使用性、动力性以及可靠性直接受喷油器总成在发动

18、机上的安装以及喷油器总成的喷射性能的影响。在新的产品的试验制作过程中，为了使柴油机满足设计标准，我们就要对喷油器做非常多的调试。还有就是在其使用的过程中，发动机的性能下降很多时候是因为喷油器发生故障，有时候还不能运转。喷油器总成的功能作用是：1. 为了促进燃油在发动机气缸内的着火燃烧，我们需要将特定数量的具备适合喷射压力的燃油雾化。2. 对于无涡流的开式燃烧室，喷油器总成的安装准确度是非常值得注意的事情，因此我们需要通过借助空气涡流将燃油喷注而且还要力求均匀分布到气缸的燃烧室。就平常讲喷油嘴偶件、喷油器体、调压装置、油管接头、紧帽等是喷油器总成的构成部件。喷油压力对燃油消耗率的影响：燃油消耗率

19、下降影响是由于喷油压力提高造成的。因此最近几年我们有升高喷油压力的向往，甚至可以说我们要用高压喷射。说一个我们大家都知道的事件，在较大的柴油机上，有的喷油压力甚至可以超过100MPA之后，特别是大型集团MAN，MAN集团的58/64系列柴油机，他的喷油压力的峰值可以超过1MPA。而且这个公司想把小型高速柴油机的喷油压力提高到140MPA。我们可以详细的来说说压力波的传播状况。我们把出油阀弄开时，离着喷油泵一端距离比较近的从而产生的压力波要向喷油器那边走动。通过L/a（L高压油管长度，a声速）然后就可以通往喷油器那边了。或者说如果头一个压力波的力量较弱时，针阀不能够被弄开，这样话就很容易导致压力

20、波往回弹射，向着喷油泵那边走动，被反射回来的压力波经过L/a又回到了喷油泵这边，在加上这边又刚刚出现的压力波，两者混合到一起，然后再一次重复上述的过程。如果说在压力传播的过程中，压力传播让针阀弄开的压力比喷油器那边的小时针阀弄开，喷油出现，这个时候传播到喷油器端的部分压力依旧反射回去。针阀关上之后，油管里的压力依旧会来回波动，假如这个波动较大会导致针阀再次打开，导致非正常喷油，引起燃烧恶化。由于存在上面说的压力波动的现象，会导致真实的喷油顺序不同于柱塞的供油顺序。这也就是我们为什么谈论油管内残留压力的重要因素。我们对此装置讨论研究可以让我们对内燃机燃油喷射系统有更多的了解。从而，其压力特性也有

21、了相对全全面的认识以及对测量控制系统有更多的认识。第2章 压燃式发动机的燃油喷射装置概述2.1 燃油喷射系统概述燃油喷射装置是柴油机的重要组成部分，我们需要对燃油喷射系统做大量丰富的测试，以便来获取更好的优良的指标。我们通过大量的实践以及试验来说明了我们对目前柴油机喷射装置的明确需要达到的条件是：我们要在规定的时间内喷入气缸，与此同时还要在规定的时间内精确的掌握每一个循环的喷射量，换句话说也就是需要具备有适当的喷油率。1. 我们要有能柴油机负荷以及转速变化的、准确度是±1A的喷油提前角，从而提高柴油机的性能、烟度、噪声以及排放。2. 另外只有有了非常大的喷射压力以及强空气涡流的直喷式

22、（非直喷式）柴油机，我们才能够让柴油与空气掺和在一起。图2-1燃油系统像上图3-1的全部燃油系统由低压油路（高压油管、输油泵、喷油器、油箱、喷油泵、燃料滤清器）以及调节系统组成。喷油系统是由高压油路组建的，这也就成为了全部燃料系统的主要部分，我们把这样的系统叫做泵-管-嘴系统。我们把上述的系统分为两种，一种叫做柱塞式喷油泵，另一种叫做分配式喷油泵。我们讨论柱塞式喷油泵，在其每个气缸里都有柱塞元件，另外气缸数的数量和多缸内燃机所用的柱塞数是一样的并且是一个整体，这就是合成式喷油泵：另外还有一种单体喷油泵，它是由单独的柱塞元件所建立的喷油泵。在内燃机上的喷油系统正是因为由于高压油管的分布相对灵活便

23、捷，也就是上述的泵-管-嘴燃料供给系统，另外我们已经有了很长时间的经验以及理论，导致这样的系统仍然在很多种的压燃式内燃机上大量的使用。但是，也有不好的方面。现在我们正在研制开发各种高压、电控的燃料喷射系统，以便来达到压燃式内燃机所需要的，有关其不停地更新换代以及越来越严厉的排放以及噪声的法律上的有关规定。2.2 压力波动的分析由于高速柴油机仅有15度35度的曲轴转角，所以燃油喷射的持续时间非常短暂。由于喷油泵里的柱塞不是按照一样的速度来提供油的，因此又在这样非常少的时间里，高压油管中的压力有了较高的上下起伏。就是因为这样的高压系统里燃油压力起伏很不平稳，还有就是起伏较快的明显特点，因此这里产生

24、了一下的三种状况：燃油的可压缩性:在压力上下起伏比较小时，此时也就是我们一般所说的液体是不可压缩的。然而，恰恰在燃油系统中的压力上上下下起伏很不平稳，因此我们一定要把燃油的可压缩性思考在内。柴油体积每减小1%压力变化大约是25MPA，本身数值不大。由于供油量在循环的时候自身非常小，然而高压管路里积攒的燃油比每一次循环的供油量多不少，因此把这部分燃油给压缩了。燃油的可压缩性可用压缩系数表示 （m2/N）或者可以写成 （m2/N）体积上下起伏很不平稳是由于压力起伏较大以及容积较大。当压力变化在（23）×107Pa时，=（45）×10-10m2/N压缩系数的倒数叫做燃油的弹性系数

25、EE=（22.5）×109 （N / m2）管路的容积变化:钢管本身具有弹性，这是因为高压油管一般被厚壁无缝钢管制造，所以钢管会在高压的环境下产生变大。当油管中压力变化为P时，管子内径改变量为：式中 r高压油管的内半径R高压油管的外半径u泊桑系数，钢u=0.3 E弹性模数，钢E=2.2×1011 N / m2从上面的式子可以知道，管子的内径、长度、容积会随着压力的变大而增大高压系统中的燃油传播致使出现了弹性振动，这是由于高压系统可以看作为弹性系统。之所以看做弹性系统是因为燃油具有的可压缩性和管路是比较富有弹性的。在我们提供由的过程时，出油阀在弄开之前，柱塞活动只是使泵油室里

26、的燃油压力提高；打开出油阀的一瞬间，自泵油室过来的燃油给予了高压油管靠近喷油泵一端的燃油压力冲击，其附近出现了一小部分的压力增大，出油阀弄开后柱塞活动把燃油往高压油管那边推1。2.3 喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响关于提高喷油压力的措施还是比较丰富的，举几个例子来说，提高柱塞直径，提高柱塞的供油快慢等等；这样可以减少高压系统的阻力，也就能够减少高压燃料的能量损失；假如说高压喷射带来燃烧的速度提高，那么也就会减少未燃烧的碳氢化合物HC的排放，而且也不会使燃油经济恶化。上面的问题会在下面的论文中给予解释。 所谓的动态测量，我们要用一套电器装备来查出喷油器针阀弄起的时间，燃烧性能直接受喷油提

27、前角的影响，这样的动态检测是很麻烦的，所以一般的柴油机的检测所说的测量供油量提前角。所谓的静态测量，使发动机处于静止的情况，然后从进油孔关闭的时候来确定测算。因此，真实状态的喷油提前角会跟我们通过静态检测测出的提前角的数据有比较明显的区别，喷油延迟角x即： =s+x式中：供油提前角s喷油提前角x喷油延迟角x受大量条件的影响。转速变大会使喷油延迟角也跟着增加，也就是说不同的转速和高压油管长度可以使喷射推迟角发生改变；如果我们增大油管的长度的话，那么也会加长两样事情，一个是压力传播的时间，另一个是喷油延迟角。供油提前角会导致柴油机的性能受到许多方面的影响，举几个较重要的例子来说，柴油机的经济性、压

28、力升高率p/还有就是最高燃烧压力。假如说供油提前角提高的有点过分，那么说导致的后果是增加燃烧量，而且在压缩的顺序中，燃油的燃烧效率会提高而且还会致使其马力的减少。在这个过程中还会出现另一种现象，当增加的时候会致使燃烧压力的峰值非常迅速的加大，工作时听到“嘎嘎”的震动声，速度不是很良好，很难开启发动；我们打个比方说，我们假设供油提前角非常的弱小，假设的后果是燃料它不能够在指点的附近快捷的燃烧，再往后增加燃料，再进一步说燃烧的速度会在喷油后提高，导致掺和在一起的油气有非常不好的均匀性4。假设我们要想让燃烧的速度提高，就在这个时候我们还要想想性能优化这方面，那么我们想让喷油持续角在高速柴油机全负荷的

29、状态的下低于25A，同时还要喷油持续角在中速柴油机的状态下不超过3040A，也就是说我们要让供油持续角限制在一定的范围内。还有两种情况需要我们考虑，一种是柱塞的直径增加会明显提高驱动力，还有一种是柱塞速度的增大不但会容易磨损柱塞而且还会提高传动机构的动力，因此我们慎重合理的决定柱塞的直径和速度，不但具备优良的性能，还要保证有充分的使用寿命5。2.4 喷油泵的速度特性校正我们了解一下喷油泵的速度特性，她是这么定义的，假设喷油泵油量控制机构维持静止时，转速的改变会致使供油量变化的特性。我们还要知道柴油机负荷的改变还可以通过供油量的变化来实现，也就是所谓的每一次循环供油量要随着平均有效压力的增加而增

30、加，换句话说就是两者成正比，所以我们可以知道喷油泵的速度特性会直接影响柴油机的速度特性。通过认真的解析喷油泵的速度，我们还可以认识到转速的增加会致使供油量的加大。从另一方面说假设关闭柱塞上端的进，回油孔时，这是从理论方面讨论的。我们从实际方面来谈谈，由于节流的作用，假设我们还未能够关闭柱塞上端油孔的情况下，这个时候出油阀会提前弄开，这是由于柱塞积攒的油量未能够按照预定的时间流出油孔的结果，从而致使油泵室内的压力加大。2.5 本章小结本章介绍了压燃式发动机的燃料喷射装置，很详细的介绍了发动机是如何喷油的以及燃油的可压缩性、喷油器的总成、压力波动的分析、喷油泵的参数选择及其对柴油机性能的影响等等。

31、第3章 测量控制系统概述首先我们解释一下信息，信息是通过信号来传递的，所谓的信号就是我们说的物理量。信号可以分为好几类，其中包括：光电信号、力信号、以及光信号等等，上述的这些类别也都属于具体物理量。电信号有着其它物理量不可比拟的优越性，其中表现在好几个方面，例如：变换、运用、处理以及传输等，所以信号也就是我们现在目前最普遍最方便应用的一种物理量。也导致了我们普遍的把其他非信号常常变为电信号。所以，测试系统概略图框能够用下图来表示出来：图3-1 测试系统的大致框图我们应该了解知道，在全部的测试系统中不都是具有上述图的全部环节，特别指出链接以及传输环节，他们俩个都是用的虚线。真实情况中，传输可以在

32、一个环节到另一个环节的过程存在。我们想要通过测试过程来得到信息，想要的信息有可能存在于我们不确定的可检测的信号里，另外还有一种则是与上一种正好相反的。关于第二个可能，我们希望能够通过合适的措施让被测对象出现其他的信号。我们根据上述图框可以了解到，所有的测量仪器的成分都是一样的，其中包括效用件、感受件以及中间件。然后我们可以概略的说明下上述三个元件。1. 感受件：感受件是通过与被测对象直面相关，然后使用某种手段测量后得到被测参数的浮动，也就在这时产生信号向周围扩散。2. 中间件：我们一说起中间件顾名思义就是起链接起传递的，中间件的具体的来说就是将收集来的信号完完整整的传给效用件，这种是最简单的中

33、间件。像这种最简单的中间件也有一定的局限性，它局限在传输较近的距离以及较强的灵敏度。3. 效用件：解释到这里我们对效用件也应该有了大概的认识，效用件从中间件接收信号，然后把收到来的信号送到检测者，从而检测者把被测数量显示出来。说到效用件我们不得不说说指示件，它是我们所说的效用件中最简单最经常使用的仪器。指示仪的原理是这样的，被测参数的瞬间数值是通过标尺以及指针的相对位置来反应的。3.1 测量精度在测量中我们最大的愿望就是获取真值，一般我们用A字母代表真值。我们来解释一下真值的定义，真值就是真实现实中客观存在的数值。然后我们来述说一下测量的定义，测量就是我们人类使用特定的仪器通过特定的理论方法测

34、出的物理数值。但是，我们往往由于各种因素会导致真值的误差，很难测出理论上的真值。我们可以用一个定义来定义这种现象，我们通常把这种现象叫做待测物理量的测量误差，我们可以做以下解释，我们测量后得到的数值一般都是近似值，一般用来代表。假设用X表示待测物理量的测得值，我们可以定义误差的数学表达式是：= X- A很容易看的出，由于X可能比A大或者比A小，一次可能是正值或者负值。上述中我们提到的近似值，这种情况是由于各种因素导致不可避免的误差存在，如果我们根据各种因素的影响来对误差进行分类的话，我们可以将误差分为以下几类。1. 系统误差：首先我们来解释一下什么是系统误差，系统误差就是我们在特定的环境和条件

35、下进行多次对被测对象的测量后得出的数值，然后数值一种情况是不变，另一种情况是遵循我们不知道的规律变化。说到这儿我们必须说说误差产生的原因，可以分为以下几类，包括仪器误差、安装误差、条件误差以及理论方法误差。从我们多年的实践经验可以得知，一个具体的误差我们并不能很精确的把它归到哪儿一类，因此可以说上面所说的分类不是十分精确。但是有一点我们是可以确定的，那就是系统误差往往是有规律产生的，而且我们通常能够预知以及掌控出现的原因。2.偶然误差：接下来我们解释一下偶然误差，我们还可以把偶然误差叫做随机误差。我们在环境以及条件不变的情况下经过多次对特定不变的被测对象进行测量得出的数值，然而得出的这些数值的

36、变化是没有规律的。3.粗大误差：最后我们来说一说粗大误差这个概念，粗大误差顾名思义就是获得的数值与真实值相差很大。我们可以列举几个事例说说，像是计算产生的误差、我们记录时记错产生的误差等等。对于粗大误差我们我们只能认真的去进行测量以尽可能的去避免粗大误差的产生，还有关于粗大误差我们不能够找出其规律。用压电式压力传感器测压的测量系统的物理量转换过程如下：图3-2测量系统的物理量转换过程其中：AVL8QP3000型压电传感器的仪器误差AVL3059电荷放大器的误差12位A/D转换板的转换精度该测量系统误差：即 用应变式压力传感器测压的测量系统的物理量转换过程如下：图3-3压力传感器测压的测量系统的

37、物理量转换过程其中：BPR-2/100型应变式压力传感器的仪器误差：e1S2%CDV-110A型应变仪的线性误差e2S=±0.1%12位A/D转换板的模数转换精度该测量系统也是串联式测量系统，因此其测量系统的测量精度泵端压力以及嘴端压力的波形是由压电式压力传感器测出来的，而且两者分别与用应变式压力传感器测压的残留压力波形迭加，得到的泵端压力，嘴端压力的测量精度：3.2 残留压力测量装置接下来我们介绍两种等流体参量的测量，一种是压力另一种是流量，这两种等流体参量的测量应用于大量的工程界，这对于我们学机械的来说也是必不可少的一部分。之后我们可以把上面两种做成测量仪器，我们来介绍一下测量仪

38、器的原理以及结构，他们两者会有较大的不同。他们的原理以及结构是这样的，他们需要使被测对象的压力以及流量变成我们可以感应的元素，这个元素我们把它叫做中间机械量，然后我们再将中间机械量变成电量以便用对应的传感器能够识别出。还有一点使我们应该指出说明的，我们测量压力以及流量的仪器的精确度与自身的相关，而且还和由传感器、连接管道等组成的流体系统的特性有关12。3.2.1 残留压力测量装置的原理接下来我们需要设计一个测量装置，我们要用这个测量装置来对残留压力进行测量。我们来谈谈设计的首要想法，首先我们要浏览丰富的相关书籍，然后再根据喷油泵来制定具体的测量装置。压力表以及传感器能够获得供油结束后高压油管中

39、的残留压力，这是由于柱塞上的环槽导致测量油路和高压油管一样。观察压力的方式有两种，一种是直接获取压力表的表盘上的值，另一种是我们通过看看压力的改变规律。由传感器采集、信号转换仪转换和数据处理仪记录下来的压力波形，可以得到在一定工况下，一段凸轮轴转角范围内压力波动的情况13。3.2.2 相位调整我们首先转一下油泵凸轮轴，然后再这个缸就可以回到开始供油的地方，从而我们才能测得与油泵相连接的高压油管的残留压力，接下来我们再转一下测量装置。剩下的就是需要用联轴节把油泵试验台动力输出端和油泵凸轮轴分别与残留压力测量装置传动轴的两端相连接。也就是说，我们就可以说我们对应了两者的相位，分别是油泵的相位与残留

40、压力测量装置的相位。3.2.3 测量线路接下来我们首先谈谈应变效应，说到应变效应我们必须先解释一下应变式传感器。应变式传感器是用来测量残留压力的，它是传感器的一种。然后我们就可以述说一下应变效应了，当其的电阻值产生改变的时候，这是由于使导体发生机械变形，我们就把这种现象叫做应变效应。在我们生活中我们常常用金属丝来作为应变片，其电阻丝电阻变化率在弹性范围内可用下式表示： 式中k为常数，其值约在.1.63.6之间； 为应变。此式表示金属电阻丝电阻变化率与应变成线性关系，而应变灵敏系数k即为此直线的斜率，这就是电阻应变片测量应变的理论基础。我们来述说一下应变片的问题，应变片是一种敏感元件，它在对构件

41、进行测量时会发生形状上的变化。在我们现实实践中温度的改变会对应变片会产生相当大的影响，因此我们在对应变式传感器的温度补偿这个情况非常的重视，也正因为温度的改变导致应变片的电阻与应变不能够出现我们所想要看到的单值函数的现象。截止到现在我们普遍使用的变压式压力传感器有一下几种形式，一种是管式，另一种是平膜式，然后还有一种是悬链膜片-应变筒式。以上这几种形式的传感器有一样的工作原理，首先应变片是贴在弹性敏感元件上，然后其应变片通过感受周围的压力变化来测量流体的压力。我们设计所使用的传感器形式是悬链膜片-应变筒式，传感器使用的型号是BPR-2/100型，我们之所以选择这种形式的传感器是有原因的，下面我

42、们述说下它的工作原理。由于流体压力作用于传感器的膜片导致圆筒片发生形变。我们接着来介绍一下圆筒片的结构，我们上述所说的应变片就把它顺着轴的方向放在了圆筒薄壁部分的外表面上，然后再与测量电路相连接，在上述两者中间还要有补偿片以及工作片搭在一起的半桥。就这样后我们就能获得输出的电压值。我们上述所说的膜片可以分具体分为两部分，一种是内部分，另一种是外部分。我们都知道膜片具有较弱的抗弯强度，而且它的径向具有悬链线形的剖面。因此我们可以得到应变筒的轴向压应变：式中:P被测压力（Pa）A应变筒的横截面积（m2）E应变筒材料的弹性模量（N/ m2）A1承压膜片的有效工作面积（m2）我们为了加强传感器的灵敏度

43、，我们需要提高有效工作面积，这就需要我们把加大应变筒的外径，然而这也导致了提高了与膜片的接触面积，这所有的情况都是在外壳内径不变时。由于上述的情况还需要我们值得注意的是温度的影响，因此我们应该使大圆面积的稍微比小圆面积大，这样一来也就使承压面积减少。我们总结一下以上所有的东西可以让我们知道把应变仪器接收到的微应变量变成电信号传递到数据处理器中，然后再进行一下数字量与模拟量的相互转化，这样我们就可以获得最后测得的压力值14。我们由上文阐述中可以获得两种组合方式，一种是并联组合，另外一种是串联组合。接下来我们分析一下两种组合的各个优缺点。首先串联组合中阻抗大且较小的时间常数、输出较大的电压、较小的

44、电容，因此串联组合非常适合测量电路输入阻抗非常大以及输出信号的情况。然后说一下并联组合，并联组合正好与串联相反，因此适合输出的场合。我们为了充分有效的把压电效应的好处淋漓尽致的用在传感器上，还要把电荷放大器配合压电传感器的使用，因此我们必须整一个放大器放在前面，这些都是为了减小电缆长度对传感器灵敏度的影响。我们可以把压电传感器看做成电源，这需要使用电荷放大器作为前提。电荷放大器具有高增益以及反馈电容Cf的运算放大器。假设省去电阻R，那么它的等效电路就跟下图所示的一样：图3-4等效电路图图3-2中A为运算放大器，其开环增益为A，Cf为反馈电容。通过上图我们可以知道这个放大器由负反馈电路并联一个电

45、压，假如我们在放大器输入端这个角度看来，那么它相当于输入端阻抗和Cf（1+A）的反馈输入阻抗并联。我们还可以看出为了提高输入回路的时间常数，我们只能通过压电传感器向外界发出电荷，然后就可以给全部的电容充电，因此这个时候的反馈电容Cf也就在输入端提高了（1+A）倍，此时放大器输入端的电压为为：e当A远大于1时 ： 放大器的输入电压eO为：式中的负号表示本极的输出与输入极性相反。从上面的公式我们还可以知道，放大器的输出不受电联分布Cc和放大系数他俩的之约，而是只受反馈电容量还有电荷量的影响，我们可以知道这个性质是电荷放大器的重要的有点。3.2.4 校验压电压力传感器我们首选需要做的是标定变压式压力

46、传感器，这个我们可以使用活塞式压力计来确定就可以了。接下来我们还需要标定压电式传感器，这个我们可以按照目前我们使用的雅典触感器的灵敏度值来确定。在接下来需要我们做的是我们首先把应变式传感器和压电式传感器进行串联，再次，我们把串联好的上述两者连接在高压油管的嘴端，然后按照附表中的那样整理好。我们测量得出的油泵转速为800RPM。压电式传感器测得的最高压力：PPMAX=26.159MPA应变式传感器测得的最高压力：PSMAX=25.250MPA两者的相对误差为：3.2.5 相关油管嘴端压力与针阀压力室压力接下来我们谈谈针阀压力室压力以及还有还要叙述一下与油管嘴端压力的关系。首先我们要阐述一下他们两

47、者的相位差是不同的，这是因为在高压油路中的传播的压力波造成的。但是上述中所说的他俩随着负荷以及转速的改变而在趋势上大概上一样15。3.3 本章小结本章主要介绍了测量系统的概述，从测量原理的介绍到测量装置的选用，而且我们还很详细的介绍残压测量装置的工作原理。第4章 机械传动选用及设计计算4.1 机械传动的选用我们现在来谈谈机械传动的选用，通过上一章对测量系统的概述以及我们对残压测量装置原理和结构的分析后可以基本上有了对机械传动该如何选择。经过重重的考虑我们最终选用圆锥直齿轮的一级传动，这是由于我们经过对油管残留压力实验装置的认真考虑得出的结果。然后接下来我们使测试油泵和联轴节、油泵试验台和花键联

48、轴器分别相连接。之所以这样布置是由于我们充分考虑到使用上的方便以及结构上的简单化等优点。我们知道在机械全部的传动机构中，齿轮机构是我们最普遍使用的一种，相对于其他机构，齿轮机构有着不可比拟的优点。我们可以举几个例子来说说，像是具有较高的传递效率、具有比较稳定的特点、使用的功率比较广泛以及具有较长的寿命，最优良的性能是可以在任意两轴间传动。但是齿轮机构也有不好的地方，像是它需要较高的成本，对于制造和安装都要求具有很好的精度。如下图所示：图4-1 圆锥齿轮的一级传动我们接下来谈谈锥齿轮传动机构，其可以看做是一对节圆锥做纯滚动，这种机构的传动广泛适合两相交轴间的传动。我们把锥齿轮可以分为三类，分别是

49、曲齿、直齿以及斜齿，我们选用的是直齿锥齿轮。由上文的介绍我们选的是一级传动因此选用的结构最简单的直齿圆锥齿轮传动。4.2 主传动轴的设计计算由我们设计的残压测量装置的受力分析可知，我们的轴是传动轴。根据主传动轴上的零件以及零件的固定可得轴上零件装配与轴的结构图传动轴上的零件图与轴结构图：图4-2主传动轴上零件图与轴的结构图4.2.1 主传动轴的最小直径：我们按照实际情况，选用45钢作为传动轴的材料，传递功率为5KW，轴的转速为1200RPM。传动轴只受转矩的作用，可直接按许用切应力设计其轴径。有材料力学可知，实心圆轴的扭转强度条件为：由此得到轴的基本直径式中, d轴的直径，mm； tT轴的扭剪

50、切应力，MPa； T轴传递的转矩，Nmm； P轴传动的功率，k W； n轴的转速，r/min； WT轴的抗扭剖面系数，mm3，其中WT=d3/160.2d3 许用扭剪应力，MPa; C计算常数，取决于轴的材料及受载情况。查表得45钢相应得C值应为118107综合已知条件代入上式得 最小轴径应为17.7419.56扭矩计算：N.mm 考虑到轴上将布置键槽所以需将轴径增大3%，然后将轴径圆整。4.2.2 轴的结构设计（1）各轴段直径的确定：滚动轴承处轴段，=100mm.滚动轴承选取30211，其尺寸为=100mm×180mm×37mm×34mm。：过渡轴段，=105m

51、m。：轴环，根据齿轮的轴向定位要求，=115mm。：低速机大齿轮处轴段，=110mm。：滚动轴承处轴段，=95mm。（2）各轴段长度的确定:由联轴器的毂孔宽和箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，=220mm。：由滚动轴承及装配关系等确定=64mm。：过渡轴段，=59mm。：轴环，=5mm。：低速极大齿轮处轴段，=95mm。：由滚动轴承及装配关系等确定，=64mm。4.2.3 轴的校核（1）计算齿轮受力，NN（2）作简图如下各支点位置由轴上相关尺寸确定。（3）计算轴的支反力、水平支反力： N （4-1） N （4-2）垂直面支反力： N （4-3） N （4-4）（4）轴的弯矩计算：截面处的水平

52、弯距： N·mm （4-5）截面处的垂直弯距： N·mm （4-6） 截面处的合成弯距： （4-7） = =184390.89 N·mm（5）作弯矩图（6）按弯扭组合强度条件校核轴的强度，取，则有 （4-8）MPa ，故强度足够。图4-1 轴的力学模型及弯矩、转矩图4.3 圆锥齿轮的设计计算4.3.1 圆锥齿轮的参数计算： 轴的交角: 根据实际工况及经验值定 分度圆锥角(节锥角) 模数(大端)m由经验确定m=1 分度圆直径d 齿顶高ha 查表得 齿根高hf 全齿高h 齿顶圆直径da 齿根圆直径df 锥距(节锥长)R 齿顶角a 正常收缩齿 齿根角 =0.0386 齿

53、顶锥角a 正常收缩齿° 齿根锥角f 齿宽b 根据实际工况取6 齿顶高投影n 齿宽的投影e 取4 从锥顶到大端外圆的距离A 根据结构要求取21 从支承端面到大端外圆的距离M 根据结构定为10 齿轮厚度H 周节p 4.3.2 圆锥齿轮的强度计算：齿轮的弯曲疲劳强度的验算公式： 齿轮弯曲疲劳强度的设计公式 齿面接触疲劳强度的验算公式齿面接触疲劳强度的设计公式4.4 花键联轴器的计算根据实际工况选定花键联轴器的齿数Z=86m=0.5 标准压力角为30°,选用30°的圆齿根1.分度圆直径 2.基圆直径: D查表得 cos30°3.齿距P 4.花键作用齿厚上偏差查GB/T3478.1表23、图3得 5.花键大径基本尺寸Dee 6.外花键大径上偏差查GB/T3478.1为-0.0437.外花键大径公差查GB/T3478.1表25为0.1 花键的下偏差为-0.1438.外花键渐开线起始圆直径最大值 综合以上结果代入上式得花键小径基本尺寸:10.30°圆齿根Die 11.外花键小径公差取 同大径:基本齿厚S 12.作用齿厚最大值13.实际齿厚最小值查GB/T3478.1 实际齿厚最大值Smax 查GB/T3478.1续表8 15.实际作用齿厚最小值 16.齿形裕度 17.齿根圆最小曲率半径 18.查GB