汽车发动机振动测试系统设计(附件)
发动机是汽车的动力源，发动机工作异常时其机体的振动量会发生较大的变化，通过测试发动机振动情况可以诊断发动机相关故障。本文分析了发动机振动的影响因素，选用了振动测试系统用传感器、信号调理器以及数据采集卡，应用LabVIEW编制了发动机振动测试程序,建立了一套发动机振动测试数据采集系统。实机测试结果表明，开发的发动机振动测试系统能实时测取发动机振动信号，进而为发动机故障诊断奠定了基础。关键词 发动机,振动测试,系统开发，LabVIEW，数据采集
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 发动机振动测试国内外研究现状 1
1.3 课题研究内容及意义 2
2 发动机振动影响因素分析 2
3 发动机振动测试系统开发 4
3.1 测试系统硬件选取 4
3.1.1 传感器选用 4
3.1.2 信号调理器选用 6
3.1.3 数据采集卡选用 6
3.2 测试系统程序编制 8
3.2.1 编程软件的选用 8
3.2.2 发动机振动信号采集系统程序编制 9
4 实机测试 15
4.1 发动机振动测点选取 15
4.2 发动机振动测试方案设计 15
4.3 发动机振动信号采集与分析 15
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着汽车工业的发展，发动机检测的作用也变得越来越重要。当然，诊断的基础是检测，检测的目的是诊断。我们对发动机的实际振动测试中发现，基本上可以找到大概70%的发动机问题。因此，发动机故障诊断效率的提高依赖于发动机振动测试系统的发展。
发动机测试技术的发展离不开信息技术的发展，尤其是以计算机为核心的仪器技术，很好的克服了以往测试系统中的难题，是计算机技术的运用帮助人们解决了分析与处理数据的问题。在如今的汽车发动机振动检测中发挥着巨大的作用。该系统的基础是虚拟仪器，也就是LabVIEW软件，再加上相应的硬件，就可以整合出一套完 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
整的测试系统[1]。
1.2 发动机振动测试国内外研究现状
1. 国外研究现状
国外最新的发动机振动测试系统的研究成果相对丰富，如美国VETRONIX公司的MTS5100型发动机振动测试系统，德国博世公司所开发的FSA750型发动机振动检测仪等，都具有各自的特点：首先它具有强大的作用，可以实现的功能也是十分的丰富，在许多领域都可以发挥作用，测试，故障诊断、信息共享、采集存储甚至教育等方面，另外还可以运用它实现振动系统的测试。另外，它所依靠的主要是工业机而不是PC机进行数据采集、计算和数据分析。第三，该系统还有记忆存储功能以及数字式示波器，极大的方便了检测[2]。
美国振动研究所成功研究出了测试仪VIB05，这款仪器可以现场测试。它可以测出振动速度、加速度以及位移量。当我们保持振动速度为恒定值时，该设备会自然而然的进行内置系统的比较，系统就会自动进入警戒状态。
2. 国内研究现状
伴随着国外汽车行业的发展，我国汽车工业的发展速度也是突飞猛进，汽车发动机振动测试的研究也越来越深入，一系列的研究成果逐渐应用到实践当中。
国内的测试系统研发工作起步相对较晚。由湖南大学李梅林、李毅强、谢惠民等教授对中型货车应用较广泛的6105Q型柴油发动机进行了许多测试工作，通过对整机的测试评估，得到了6105Q型柴油发动机工作时的振动状态，据此做出了一些调整：首先是提高制造精度和质量；缓解活塞受到的侧向压力；最后是重新设计机体构造，巧妙的改造加强筋使整台发动机的刚度提升一个档次[3]。
东南大学的张晨彬和薛澄岐两位专家对某型号发动机进行了非常多的关于局部和整体的振动试验，掌握了第一手资料，对于此型号发动机的振动有了深入的了解，可以说他们掌握的资料对于发动机的隔振研究有相当大的帮助，为发动机整体以及局部减振做了很大的贡献。
由王霆和程鹏教授所研发的振动测试系统，应用PC机对曲轴扭转振动进行数字化测量，增加了测量精度，此系统由角标器、自制计数板、PCL724数字输入以及输出卡和PC机等组成。它的基本原理是根据扭转角公式。
由周泓教授等人设计的柴油发动机振动检测系统，利用了VXI多功能插板式硬件平台，极大的改进了测试系统。虚拟仪器技术的运用，能同时对多台柴油机的振动信号进行测试与分析，提高了系统的实时性、可靠性与可扩充性。同时由于系统具有极好的共用性，使整个系统的性价比提高，特别适合具有多台发动机台架的工业场合。
1.3 课题研究内容及意义
本文是建立在虚拟仪器的基础上，首先是构思系统整体设计方案，然后是硬件选择，再从整体上设计系统的模块组成。在论文的主体部分，主要是以LabVIEW为核心的虚拟检测系统，对软件进行具体的设计，对设计过程中遇到的问题做深入的分析和处理。
首先在硬件的选择上，因为学校的硬件条件较好，因此，可以自由选择我要用到的硬件，包括传感器、数据采集卡、计算机等。找到必要的硬件之后就需要根据现有的硬件来设计软件了，利用学校电脑上安装的LabVIEW，再编写所需要的程序，待程序编写好后就需要在发动机台架上去测试了，如果测试中遇到问题还需要对程序进行改写，最终确保程序能够运行。
在实际测试时要确保接线准确，对数据的采集要合理，对与所获得的数据要做正确的分析处理，最后得出结论。
2 发动机振动影响因素分析
发动机利用活塞进行反复压缩和膨胀，靠间歇燃烧产生的爆发力进行工作。所以产生以燃烧周期为基础的很多谐波组成的复杂振动，频率范围从几Hz到几kHz。同时，还有由活塞曲柄机构产生的机械不平衡力和运动部分惯性力产生的，以发动机转速为基础的谐波组成的较低频率的振动。此外，较重要的还有象配气机构和喷射系统等以往复运动为基础的振动冲击问题，以及活塞与气缸套之间和轴承的间隙处的冲击产生的振动，这些都是发动机振动的主要原因。当发动机出现下列两类故障时，振动特征就发生变化：一类是机械式故障，例如由于磨损及腐蚀等作用使运动部件间隙增大，固定件装配配合状况发生变化，而使发动机的振动幅值和性质发生变化；另一类是燃烧系统的热力学故障如喷油时间或点火时间变化等造成振动响应的变化[4]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 发动机振动测试国内外研究现状 1
1.3 课题研究内容及意义 2
2 发动机振动影响因素分析 2
3 发动机振动测试系统开发 4
3.1 测试系统硬件选取 4
3.1.1 传感器选用 4
3.1.2 信号调理器选用 6
3.1.3 数据采集卡选用 6
3.2 测试系统程序编制 8
3.2.1 编程软件的选用 8
3.2.2 发动机振动信号采集系统程序编制 9
4 实机测试 15
4.1 发动机振动测点选取 15
4.2 发动机振动测试方案设计 15
4.3 发动机振动信号采集与分析 15
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着汽车工业的发展，发动机检测的作用也变得越来越重要。当然，诊断的基础是检测，检测的目的是诊断。我们对发动机的实际振动测试中发现，基本上可以找到大概70%的发动机问题。因此，发动机故障诊断效率的提高依赖于发动机振动测试系统的发展。
发动机测试技术的发展离不开信息技术的发展，尤其是以计算机为核心的仪器技术，很好的克服了以往测试系统中的难题，是计算机技术的运用帮助人们解决了分析与处理数据的问题。在如今的汽车发动机振动检测中发挥着巨大的作用。该系统的基础是虚拟仪器，也就是LabVIEW软件，再加上相应的硬件，就可以整合出一套完 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
整的测试系统[1]。
1.2 发动机振动测试国内外研究现状
1. 国外研究现状
国外最新的发动机振动测试系统的研究成果相对丰富，如美国VETRONIX公司的MTS5100型发动机振动测试系统，德国博世公司所开发的FSA750型发动机振动检测仪等，都具有各自的特点：首先它具有强大的作用，可以实现的功能也是十分的丰富，在许多领域都可以发挥作用，测试，故障诊断、信息共享、采集存储甚至教育等方面，另外还可以运用它实现振动系统的测试。另外，它所依靠的主要是工业机而不是PC机进行数据采集、计算和数据分析。第三，该系统还有记忆存储功能以及数字式示波器，极大的方便了检测[2]。
美国振动研究所成功研究出了测试仪VIB05，这款仪器可以现场测试。它可以测出振动速度、加速度以及位移量。当我们保持振动速度为恒定值时，该设备会自然而然的进行内置系统的比较，系统就会自动进入警戒状态。
2. 国内研究现状
伴随着国外汽车行业的发展，我国汽车工业的发展速度也是突飞猛进，汽车发动机振动测试的研究也越来越深入，一系列的研究成果逐渐应用到实践当中。
国内的测试系统研发工作起步相对较晚。由湖南大学李梅林、李毅强、谢惠民等教授对中型货车应用较广泛的6105Q型柴油发动机进行了许多测试工作，通过对整机的测试评估，得到了6105Q型柴油发动机工作时的振动状态，据此做出了一些调整：首先是提高制造精度和质量；缓解活塞受到的侧向压力；最后是重新设计机体构造，巧妙的改造加强筋使整台发动机的刚度提升一个档次[3]。
东南大学的张晨彬和薛澄岐两位专家对某型号发动机进行了非常多的关于局部和整体的振动试验，掌握了第一手资料，对于此型号发动机的振动有了深入的了解，可以说他们掌握的资料对于发动机的隔振研究有相当大的帮助，为发动机整体以及局部减振做了很大的贡献。
由王霆和程鹏教授所研发的振动测试系统，应用PC机对曲轴扭转振动进行数字化测量，增加了测量精度，此系统由角标器、自制计数板、PCL724数字输入以及输出卡和PC机等组成。它的基本原理是根据扭转角公式。
由周泓教授等人设计的柴油发动机振动检测系统，利用了VXI多功能插板式硬件平台，极大的改进了测试系统。虚拟仪器技术的运用，能同时对多台柴油机的振动信号进行测试与分析，提高了系统的实时性、可靠性与可扩充性。同时由于系统具有极好的共用性，使整个系统的性价比提高，特别适合具有多台发动机台架的工业场合。
1.3 课题研究内容及意义
本文是建立在虚拟仪器的基础上，首先是构思系统整体设计方案，然后是硬件选择，再从整体上设计系统的模块组成。在论文的主体部分，主要是以LabVIEW为核心的虚拟检测系统，对软件进行具体的设计，对设计过程中遇到的问题做深入的分析和处理。
首先在硬件的选择上，因为学校的硬件条件较好，因此，可以自由选择我要用到的硬件，包括传感器、数据采集卡、计算机等。找到必要的硬件之后就需要根据现有的硬件来设计软件了，利用学校电脑上安装的LabVIEW，再编写所需要的程序，待程序编写好后就需要在发动机台架上去测试了，如果测试中遇到问题还需要对程序进行改写，最终确保程序能够运行。
在实际测试时要确保接线准确，对数据的采集要合理，对与所获得的数据要做正确的分析处理，最后得出结论。
2 发动机振动影响因素分析
发动机利用活塞进行反复压缩和膨胀，靠间歇燃烧产生的爆发力进行工作。所以产生以燃烧周期为基础的很多谐波组成的复杂振动，频率范围从几Hz到几kHz。同时，还有由活塞曲柄机构产生的机械不平衡力和运动部分惯性力产生的，以发动机转速为基础的谐波组成的较低频率的振动。此外，较重要的还有象配气机构和喷射系统等以往复运动为基础的振动冲击问题，以及活塞与气缸套之间和轴承的间隙处的冲击产生的振动，这些都是发动机振动的主要原因。当发动机出现下列两类故障时，振动特征就发生变化：一类是机械式故障，例如由于磨损及腐蚀等作用使运动部件间隙增大，固定件装配配合状况发生变化，而使发动机的振动幅值和性质发生变化；另一类是燃烧系统的热力学故障如喷油时间或点火时间变化等造成振动响应的变化[4]。
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