汽車實(shí)驗(yàn)學(xué) 轉(zhuǎn)矩與扭矩

第九章轉(zhuǎn)速和扭矩的測量

9.1轉(zhuǎn)速的測量轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)部件圓周運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度。一般動(dòng)力和機(jī)械試驗(yàn)時(shí)所測量的大多都是平均轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速是測功必不可少的數(shù)據(jù)，它表征了發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)數(shù)。離心式轉(zhuǎn)速儀磁性轉(zhuǎn)速儀電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速儀閑光式轉(zhuǎn)速儀

電子式轉(zhuǎn)速儀轉(zhuǎn)速儀種類轉(zhuǎn)速測量儀根據(jù)測量原理分為5類1.離心式轉(zhuǎn)速儀離心式轉(zhuǎn)速儀是最傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量工具工作原理：基于與回轉(zhuǎn)軸偏置的重錘在回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力與回轉(zhuǎn)軸的角速度的平方成正比，即：式中：m是重錘的質(zhì)量，r是重錘至被測軸的垂直距離。按結(jié)構(gòu)不同分：重塊式和圓環(huán)式。2.磁性轉(zhuǎn)速儀磁性轉(zhuǎn)速儀利用旋轉(zhuǎn)力與游絲力的平衡來指示轉(zhuǎn)速的。其結(jié)構(gòu)較簡單，目前較普遍用于摩托車和汽車以及其他機(jī)械設(shè)備中。3.電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速儀電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速儀一般由傳感器和指示器兩部分組成，其傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器輸出三相電動(dòng)勢，該三相電動(dòng)勢通過導(dǎo)線送到指示器，驅(qū)動(dòng)指示器內(nèi)的三相同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，同步電動(dòng)機(jī)的扭矩通過磁性離合器傳遞到指針部件，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，游絲產(chǎn)生一反向的平衡力距，控制指針的轉(zhuǎn)角，準(zhǔn)確指示被測轉(zhuǎn)速，指示器與發(fā)送器間用導(dǎo)線連接，故可用來遠(yuǎn)距離測量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.閑光式轉(zhuǎn)速儀閑光式轉(zhuǎn)速儀利用已知頻率的閑光去照射被測物體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)物體頻率與閑光的頻率同步時(shí)，則轉(zhuǎn)動(dòng)物體看起來好像不動(dòng)。即人的眼睛能在一段時(shí)間內(nèi)保持已經(jīng)從視野中消失物體的視覺能力。廣泛用于機(jī)電設(shè)備的測量，因?yàn)樗捎貌唤佑|的測量方法，所以不消耗被測物體的動(dòng)能。5.電子式轉(zhuǎn)速儀電子式轉(zhuǎn)速儀是以現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)制造的轉(zhuǎn)速儀測量工具。一般由傳感器和顯示器組成，有的還有信號輸出和控制，因?yàn)閭鞲衅骱惋@示器和測量方法的多樣性而難以分類。按安裝使用方式來分：就地安裝式、臺式、柜裝式、便攜式和手持式。9.1.2電子式轉(zhuǎn)速儀1.轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器屬于間接式測量裝置，其輸出信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比，或其信號峰值間隔與轉(zhuǎn)速成反比。按原理來分有：磁電感應(yīng)式、光電效應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式按間接測量轉(zhuǎn)速來分：加速度傳感器、位移傳感器等。1）光電轉(zhuǎn)速傳感器其功能：將被測轉(zhuǎn)速通過光電轉(zhuǎn)換的原理，轉(zhuǎn)換成為電脈沖信號，供數(shù)字式轉(zhuǎn)速表顯示。分：透光式和反射式。透光式光電轉(zhuǎn)速傳感器反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器：光源發(fā)出的光束經(jīng)半透膜后，被凸透鏡1聚焦在旋轉(zhuǎn)輪上。旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于黑白條紋對光的反射率不同，反射率變大時(shí)，反射光線經(jīng)過半透膜聚焦光敏元件上，光敏元件即發(fā)出一個(gè)脈沖信號；反射率變小時(shí)，光敏元件無信號，在一定時(shí)間內(nèi)對信號計(jì)算便可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速值。2）磁電式式轉(zhuǎn)速傳感感器其由永磁鐵、激激勵(lì)線圈和和轉(zhuǎn)子組成。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，由永磁磁鐵、空氣氣隙和轉(zhuǎn)子子組成磁路路的磁阻。。磁阻隨著著永磁鐵和和空氣隙大大小不斷變變化，使得得檢測線圈圈的磁通也也不斷變化化，從而產(chǎn)產(chǎn)生交變電電動(dòng)勢，形形成與軸的的轉(zhuǎn)速相應(yīng)應(yīng)的電信號號。，電信信號的頻率率f正比于于被測軸的的轉(zhuǎn)速n，，即式中z是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上齒輪輪的齒數(shù)；；n是被測測軸轉(zhuǎn)速。。2.轉(zhuǎn)速測測量方法1）測頻法法1）測頻法法1）測頻法法1）測頻法法1）測頻法法2）測周法法測周法是以以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘鐘脈沖填充充待測脈沖沖，計(jì)數(shù)器器累計(jì)一個(gè)個(gè)待測脈沖沖信號周期期T內(nèi)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈脈沖數(shù)N，，從而求得得待測轉(zhuǎn)速速n。3）等精度度法其是指在直直接測頻方方法的基礎(chǔ)礎(chǔ)上發(fā)展起起來的，它它的閘門時(shí)時(shí)間不是固固定的值，，而是被測測信號同步步，消除了了對被測信信號計(jì)數(shù)所所產(chǎn)生的+1和-1誤差，且且達(dá)到了在在整個(gè)測試試頻段的等等精度測量量，測頻原原理如圖。。3.轉(zhuǎn)速顯顯示器（1）指針針式1)動(dòng)圈圈式：線圈圈、游絲指指針聯(lián)于一一旋轉(zhuǎn)軸上上，給線圈圈輸入電流流，線圈感感應(yīng)出磁力力。2）動(dòng)磁式式：正交線線圈中電流流的變化導(dǎo)導(dǎo)致合成磁磁場方向的的變化，而而指針附著著在單對極極的永磁體體上，指針針反映電流流的變化。。3））電電動(dòng)動(dòng)式式：：雙雙向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)帶帶動(dòng)動(dòng)電電位位器器的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，電電位位器器的的取取樣樣值值與與輸輸入入信信號號電電壓壓比比較較，，決決定定雙雙向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、、反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)或或停停止止，，與與電電位位器器聯(lián)聯(lián)動(dòng)動(dòng)的的指指針針正正確確反反映映輸輸入入信信號號的的大大小小。。（2））數(shù)數(shù)字字式式、、圖圖形形機(jī)機(jī)器器混混合合式式（3））虛虛擬擬儀儀表表9.2扭扭矩矩的的測測量量扭矩矩是是旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力力機(jī)機(jī)械械的的重重要要參參數(shù)數(shù)，，扭矩矩測測量量分分：：傳遞遞型型、、平平衡衡力力法法和和能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換法法吸收收型型測測功功器器是根根據(jù)據(jù)平平衡衡力力法法，，借借助助水水、、磁磁電電等等介介質(zhì)質(zhì)吸吸收收動(dòng)動(dòng)力力機(jī)機(jī)械械輸輸出出軸軸的的能能量量并并指指示示扭扭矩矩。。（（水力力測測功功機(jī)機(jī)、、電電力力測測功功機(jī)機(jī)和和電電渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)）傳遞遞型型測測功功器器是根根據(jù)據(jù)彈彈性性元元件件在在傳傳遞遞扭扭矩矩時(shí)時(shí)，，其其物物理理參參數(shù)數(shù)發(fā)發(fā)生生變變化化，，從從而而測測量量扭扭矩矩的的，，它它不不能能吸吸收收被被測測機(jī)機(jī)械械輸輸出出的的能能量量。。（（主主要要有有相位位差差法法和和電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變法法））9.2.1傳傳遞遞型型測測功功器器工作作原原理理是當(dāng)當(dāng)一一段段彈彈性性軸軸在在扭扭矩矩M的的作作用用下下產(chǎn)產(chǎn)生生彈彈性性變變形形時(shí)時(shí)，，其其扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角與與扭扭矩矩M有有下下列列關(guān)關(guān)系系：：式中中，，G為為材材料料的的剪剪切切彈彈性性模模量量，，J為為軸軸截截面面的的軸軸極極慣慣矩矩，，L為為軸軸段段長長度度。。分類類：：光學(xué)學(xué)式式、、光光電電式式和和磁磁電電式式。其其中中磁磁電電式式是是最最常常用用的的方方法法.磁電電式式相相位位差差扭扭矩矩儀儀一一般般由由信信號號發(fā)發(fā)生生器器和和測測量量電電路路組組成成。。1.相相位位差差扭扭矩矩儀儀采取取初初始始相相位位差差的的原原因因是是：：存在在制制造造和和安安裝裝誤誤差差，，使使兩兩個(gè)個(gè)正正弦弦信信號號的的初初始始相相位位差差不不能能做做到到完完全全相相等等；；如果果A\B兩兩個(gè)個(gè)信信號號相相位位十十分分接接近近，，則則它它們們的的相相位位差差的的脈脈沖沖寬寬度度即即近近似似為為零零，，這這樣樣會(huì)會(huì)使使下下一一級級的的雙雙穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)觸觸發(fā)發(fā)電電路路不不能能穩(wěn)穩(wěn)定定的的工工作作；；為了了使使扭扭矩矩測測量量儀儀能能夠夠測測量量正正、、反反兩兩個(gè)個(gè)方方向向的的扭扭矩矩，，初初始始相相位位差差應(yīng)應(yīng)該該有有較較大大的的數(shù)數(shù)值值，，這這樣樣在在扭扭矩矩的的正正、、負(fù)負(fù)量量檢檢測測范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，才才不不會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)相相位位差差為為零零的的情情況況。。2.電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式扭扭矩矩儀儀根據(jù)據(jù)應(yīng)應(yīng)變變原原理理測測量量扭扭矩矩的的，，處處于于動(dòng)動(dòng)力力機(jī)機(jī)械械和和負(fù)負(fù)荷荷之之間間的的被被測測軸軸承承受受扭扭矩矩產(chǎn)產(chǎn)生生切切應(yīng)應(yīng)力力，，且且最最大大應(yīng)應(yīng)力力發(fā)發(fā)生生在在軸軸的的外外圓圓周周上上，，兩兩個(gè)個(gè)主主應(yīng)應(yīng)力力與與軸軸線線成成45和和135的的夾夾角角。。因因此此把把應(yīng)應(yīng)變變片片粘粘貼貼在在測測點(diǎn)點(diǎn)的的主主應(yīng)應(yīng)力力方方向向上上測測出出應(yīng)應(yīng)變變值值，，這這時(shí)時(shí)可可根根據(jù)據(jù)下下式式測測的的扭扭矩矩，，即即：：式中中：：E為為軸軸材材料料的的彈彈性性模模量量；；D為為軸軸的的直直徑徑；；為為軸軸材材料料的的泊泊松松比比；；為為測測的的應(yīng)應(yīng)變變值值。。為了了提提高高測測量量靈靈敏敏度度，，可可用用4個(gè)個(gè)應(yīng)應(yīng)變變片片按按承承受受的的拉拉、、壓壓應(yīng)應(yīng)力力平平均均分分配配，，具具體體位位置置及及測測量量電電路路見見圖圖電橋橋信信號號的的輸輸出出方方式式基基本本上上有有滑環(huán)環(huán)接接觸觸式式和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器無無接接觸觸感感應(yīng)應(yīng)式式兩種種。。2.電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式扭扭矩矩儀儀2.電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式扭扭矩矩儀儀9.2.2平平衡衡力力法法測測扭扭矩矩測功功機(jī)機(jī)是是根根據(jù)據(jù)平平衡衡力力法法來來測測量量扭扭矩矩的的，，測測功功機(jī)機(jī)有有機(jī)械械式式、、水水力力式式、、電電力力式式和和電電渦渦流流式式。9.2.2平平衡衡力力法法測測扭扭矩矩1.水水力力測測功功機(jī)機(jī)：：1.水水力力測測功功機(jī)機(jī)：：1.水水力力測測功功機(jī)機(jī)：：根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的不不同同，，水水力力測測功功機(jī)機(jī)分分為為：：圓盤盤式式、、柱柱銷銷式式、、葉葉輪輪式式和和渦渦流流式式。。水渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)主要要組組成成：：水水力力制制動(dòng)動(dòng)器器、、測測力力機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、進(jìn)進(jìn)排排水水部部件件、、校校正正部部件件、、電電動(dòng)動(dòng)排排水水閥閥、、自自動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)裝裝置置、、潤潤滑滑系系統(tǒng)統(tǒng)等等。。1.水水力力測測功功機(jī)機(jī)：：2.電電渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)2.電電渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)2.電電渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)2.電電渦渦流流測測功功機(jī)機(jī)3.電電力力測測功功機(jī)機(jī)：：3.電電力力測測功功機(jī)機(jī)：：3.電電力力測測功功機(jī)機(jī)：：3.電電力力測測功功機(jī)機(jī)：：1.））直直流流測測功功機(jī)機(jī)直流流測測功功機(jī)機(jī)的的控控制制方方式式（（通通常常根根據(jù)據(jù)其其作作為為發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)時(shí)時(shí)負(fù)負(fù)荷荷方方式式的的不不同同分分為為兩兩種種：：負(fù)負(fù)荷荷電電阻阻方方式式和和自自動(dòng)動(dòng)饋饋網(wǎng)網(wǎng)控控制制方方式式。。負(fù)荷荷電電阻阻控控制制方方式式：直直流流電電力力測測功功機(jī)機(jī)負(fù)負(fù)荷荷電電阻阻控控制制方方式式如如圖圖。。自動(dòng)動(dòng)饋饋網(wǎng)網(wǎng)控控制制方方式式：：主變變流流機(jī)機(jī)組組由由一一個(gè)個(gè)三三相相交交流流異異步步發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)和和直直流流發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組成成。。3.電力測功功機(jī)：2.）交流測測功機(jī)工作原理與直直流電力測功功機(jī)一樣，交交流電力測功功機(jī)吸收和發(fā)發(fā)出的都是交交流電?？芍敝苯佑赏怆娋W(wǎng)網(wǎng)供電，吸收收能量可在負(fù)負(fù)荷電阻上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為熱能，，可直接輸出出到供電電網(wǎng)網(wǎng)上加以利用用。交流電力力測功機(jī)采用用同步電機(jī)和和異步電機(jī)。。3.電力測功功機(jī)：