发动机台架快速对中装置的设计

发动机台架快速对中装置的设计[20191208103024]
摘 要
车用发动机是汽车的重要组成部分,为汽车运行提供动力来源,直接影响到汽车的动力性、经济性、环保性。发动机研制过程当中,台架试验非常重要。发动机台架对中装置是进行发动机试验不可缺少的关键装置,目的是调整发动机的位置,使曲轴和测功机轴位于同一轴线,以此保证试验的正常进行。调整不当,极有可能导致发动机和测功机的损坏。以往,纯粹依靠人力使用铁锤、铜棒等重物敲击台架支撑的方式达到发动机台架对中的目的,过程繁琐,耗时费力,对中精度也不高,大大降低工作效率。本课题旨在设计一种发动机台架快速对中装置,该装置与台架底板装配,依靠每一组发动机支撑的调节装置不断调整发动机的位置,简化发动机台架对中过程,提高发动机台架对中效率,提高工作效率。

关键字:发动机试验台架对中装置工作效率
目 录
1.概论 1
1.1课题的背景和研究意义 1
1.2国内研究现状 2
1.2.1快速对中装置设计 2
1.2.2发动机性能试验 5
1.3本文主要内容 6
2.发动机台架快速对中装置结构 7
2.1结构总成 7
2.2发动机支撑结构 8
2.3平板车结构 10
2.4铸铁平板及工型钢结构 10
3.发动机台架对中装置操作方法 12
3.1发动机与台架的安装 12
3.2发动机的对中 12
4.结语 13
4.1全文总结 13
4.2工作总结 13
参考文献 14
致谢 15
1.概论
1.1课题的背景和研究意义
汽车发动机是汽车的重要组成部分,为汽车运行提供动力来源,并直接影响到汽车的动力性、经济性、环保性。随着时代的发展,车用发动机的技术正在不断创新和走向成熟,比如涡轮增压和机械增压技术、汽油机的可变配气相位技术、缸内直喷技术、柴油机的高压共轨技术、混合动力技术等。但同时,发动机依然要面对很多现实问题,包括较低的热效率;过度开采导致石油资源的紧缺;汽车尾气排放污染环境,并影响人们身体健康。因此,研制发动机的企业和技术人员,不能一味追求发动机技术上的进步,还要兼顾发展绿色能源和减少环境污染的任务。[1]
发动机研发过程中,需要对样机进行详细准确的台架试验,以此考核整机的性能和各零部件的可靠性,测算发动机运转产生的噪声和排气污染,从而对发动机进行改进。
发动机台架主要由试验台架、液压控制单元、进排气系统、发动机夹紧构件、试验平板车、水箱及冷却水循环装置、缓冲油箱及循环装置、测试仪器和数据采集设备。
发动机工作时振动很大,因此试验台架的基础设计、测功机与发动机的连接及安装都非常重要。具体地,台架基础应有足够的质量,减轻试验时发动机的振动强度。台架基础及其上的底板与支架应有足够的刚性以防在强烈的振动下产生挠性变形。发动机支撑或连接件与发动机之间应配合安装带减振功能的部件。测试发动机需要经常更换时,发动机最好安装在可在任意方向上随意调节的发动机支撑上,便于安装和对中。
发动机台架对中装置是进行发动机台架试验不可缺少的关键装置,作用是保证发动机曲轴飞轮端与测功机主轴的同轴度,来保证测试结果的可靠性和防止发动机和测功机损坏。以往,依靠人力使用铁锤、铜棒等重物敲击台架支撑的方式实现发动机台架对中,过程繁琐,耗时费力,对中精度也不高,大大降低工作效率。因此发动机台架快速对中装置的设计也成为现在迫切需要研究的课题。
本课题旨在设计一种发动机台架快速对中装置,该装置与台架基础装配,依靠上下、左右、前后调节机构不断调整发动机的位置,简化发动机台架对中过程,提高发动机台架对中效率,减轻人员的工作负担,提高工作效率。
1.2国内研究现状
1.2.1快速对中装置设计
长城汽车股份有限公司发明了“一种发动机台架试验快速对中装置”。它包括底座、支架、横梁和插头面板。支架共有四个支撑,它们都安装在底座上,在每一个支撑上设有高度调节机构,在前后两个支撑之间设置横梁,高度调节机构与横梁固定安装,横梁上设有前后调节机构,在前后调节机构上面有用于支撑发动机的橡胶座,在横梁的前后两端还设有左右调整部件。[2]
图1-1为该装置的结构示意图。
图 1-1 一种发动机台架试验快速对中装置
1-上下调节机构 2-左右精调节机构 3-前后调节机构 4-快速插头面板 5-底座
6-支撑架 7-横梁 8-发动机支撑橡胶座
实际操作时,先将发动机固定到发动机支撑橡胶座8上,然后沿着底座5上的导向槽平移支撑架6,使其上的发动机到达一个大致合适的位置,再使用上下调节机构1上的丝杆螺母调节机构调整横梁的上下位移,从而控制发动机的上下位置,同样利用前后调节机构3上的丝杆螺母机构调整发动机支撑橡胶座8的前后位置,控制发动机的前后位移,最后利用左右精调节机构2精细调整发动机的左右位置,完成对中后将三个调节机构以及支撑架用螺栓固定。这套装置利用丝杆螺母调节机构调整发动机的上下位置和前后位置,利用底座调节导向槽和左右精调节机构共同调整发动机的左右位置,有效提高了发动机对中的精度。使用发动机支撑橡胶座来减轻发动机试验时的振动,使用快速插头面板实现线路快速连接,便于测试设备的搭建,符合试验实际需要。
重庆康明斯发动机有限公司 设计了“一种发动机台架用对中装置”。它包括发动机前支架和发动机后支架。发动机后支架包括后支架底座、支架部件和定位支撑部件,支架部件具有支撑发动机飞轮的圆形支撑孔,支架部件竖直搭接于后支架底座上,并与搭接处设置有定位支撑部件。发动机前支架包括前支架底座和调整部件,两个调整部件以支撑孔的中心线为对称中线分置于前支架底座的两端,发动机的前端放置于前支架底座上,且位于两个调整部件之间。发动机前支架和发动机后支架设置于发动机台架的台架底座上。该装置通过将发动机固定于发动机后支架上,再通过发动机前支架对发动机进行微调实现发动机与测功机的快速对中。[3]
图1-2为发动机后支架结构示意图。
a) b)
图1-2 发动机后支架
a)主视图 b)横剖面图
21-支撑底板 22-支撑部件 22a-支撑孔 23-定位支撑部件 23-后支撑定位板
231a-定位销孔 232-后支架螺杆定位部 232a-第二螺杆 232b-第二定位块
发动机后支架包括后支架底座、支架部件和定位支撑部件,支架部件具有支撑发动机飞轮的圆形支撑孔,支架部件竖直搭接于后支架底座上,并于搭接处设置有定位支撑部件。后支架螺杆定位部232包括螺杆232a和定位块232b,两个定位块232b分设于支撑底板21的外侧边缘,并有与螺杆232a相配合的螺孔,两个螺杆232a的头部相对地插入定位快232b中。采用调整螺杆232a不仅能够简便地对定位支撑部件23连同发动机进行微调,还能施加较大的预紧力使得定位支撑部件23连同发动机固定于两个后支架螺杆定位部232之间。支架部件22与后支撑定位板231带动支架部件22,能够实现支架部件22对于发动机台架的调整。
图1-3为发动机前支架结构图。
a) b)
图1-3 发动机前支架
a)纵剖面图 b)俯视图
11-前支架底座 12-调整部件 12a-第一螺杆 12b-第一定位块
13-前支架滑块 14-加强筋
发动机前支架包括前支架底座和两个调整部件,两个调整部件以支撑孔的中心线为对称中线分置于前支架底座的两端,发动机的前端放置于前支架底座上,且位于两个调整部件之间。调整部件12 为螺杆调整部,螺杆调整部包括螺杆12a和定位块12b。定位块12b具有与螺杆12a相配合的螺孔,并与两块定位块12b对称设置于前支架底座11的两端,两个螺杆12a的头部相对分别插入到定位块12b中。采用螺杆式的调整部件12不仅能够简便地对发动机进行微调,还能施加较大的预紧力使得发动机固定于两个调整部件12之间。为了保证螺杆调整部与前支架底座11稳定连接,螺杆12a调整部与前支架底座11通过螺栓进行连接。螺栓连接不仅能够实现螺杆调整部与前支架底座11之间可拆卸,还能够有效解决发动机台架多次使用后因发动机工作过程中振动引起的连接松动。
该装置利用发动机曲轴与其飞轮具有较高同心度的原则进行设计,因此支架部件22具有用于支撑发动机飞轮的支撑孔22a,能够使得发动机放置于发动机台架上和支架部件22具有较高的同心性。当发动机的飞轮安装于支撑孔22a中时,支撑孔22a的中心线与发动机的曲轴轴线位于同一轴心线上,此时,仅需对发动机的前端通过调整部件12和其后端螺杆定位部232进行微调即可实现与测功机的对中。
中国第一汽车集团公司发明了“发动机台架对中调整装置”。它主要由台架底座、横梁及其调节块、发动机支撑及其调节块组成。横梁安装在台架底座上并可在台架底座上移动,从而调节发动机的左右位置。发动机支撑可在横梁上作横向移动并通过螺栓固定,发动机支撑螺杆部件可做轴向移动,从而调节发动机的前后位置和上下位置。[4]
图1-4为该装置的结构示意图。
图 1-4 发动机台架对中调整装置
1-台架底座 2-横梁 3-横梁调节块 4-发动机支撑调节块 5-发动机支撑
对中时,先将发动机的底部安装到发动机支撑5上,然后通过调整发动机支撑5的螺杆部件调节发动机的上下位置,在横梁2上移动发动机支撑调节块4调整发动机支撑5从而调节发动机的前后位置,利用横梁2及其调节块3调整发动机的左右位置,最后利用螺栓将发动机支撑5和发动机支撑调节快4及横梁2固定,将横梁2固定在台架底座1上,完成发动机与测功机的对中。
1.2.2发动机性能试验
汽车行驶过程中,有多种运动状态,比如起步、加速直行、遇到紧急情况减速、挂低挡爬坡、拐弯等。车上人员的数量和物品的重量,路面的粗糙程度,天气情况等因素,都会不同程度地影响汽车的运行情况。由于发动机给汽车的行驶提供动力,发动机的转速和负荷就随着外界环境不停地变化,研究这些因素就可以了解汽车的性能好坏,同时给发动机企业生产改进发动机提供理论参考。
进行发动机功率试验,目的是评价发动机在额定工况下的动力性、经济性和确定其它工况下的最大动力性能指标,还可以了解外特性段的有害排放情况。功率特性试验是汽车及发动机生产中以及产品检验、维修时最常用的试验方法。
进行发动机负荷特性试验,可以评定发动机在规定转速、不同负荷时的经济性和排放情况。它主要表明在同一转速下,各种不同负荷时的燃油消耗率随功率变化的关系。对于额定转速,可以通过负荷特性曲线找出发动机所能达到的额定功率和额定点的耗油率,判断功率标定的合理性;其它转速下,可以通过负荷特性曲线找到发动机个工况中的最低耗油率,这是评价不同发动机经济性能的一个重要指标。
发动机的机械损失功率指的是发动机运行中的机械摩擦功率、附件功率和泵气损失功率之和,它是发动机研究中的一个非常重要的领域。机械效率在大功率输出时可超过80%,中低负荷时较低,怠速时则为零。乘用车在混合工况下,发动机指示功率的三分之一到一半是消耗在发动机机械损失上的。因此提高机械效率是提高发动机性能指标不可忽视的因素,所以对于机械损失的精确测量具有非常重要的意义。
汽车在行驶过程中,需要经常用到发动机的怠速工况,例如汽车起步前及短时间内的停车等,都要求发动机处于怠速转速且转速平稳,并能非常圆滑地过渡到汽车的起步、行驶工况。因此该工况下的发动机性能、排放及整车的驾驶性就显得尤其重要。 [5]
1.3本文主要内容
本文将针对实验室某型号为DW160的电涡流测功机设计一套发动机台架快速对中装置。该装置主要由发动机支撑、升降机构、平板车、工型钢和铁底板组成。发动机支撑中的丝杆升降机构可通过旋转蜗杆轴伸实现丝杆的轴向移动。平板车可在两根工型钢光滑的上表面上做左右平移,平板车的上表面横向设有若干条等间距的T型槽,发动机支撑底座和平板车之间通过T型螺母和T型槽的配合进行连接。两根工型钢焊固在铁底板的横向两侧,铁底板通过一组地脚螺栓固定在混凝土地基上。
在实际操作时,可通过旋转发动机支撑升降机构的蜗杆轴伸调整发动机的上下位置,通过发动机支撑沿T型槽的移动调整发动机的前后位置,通过平板车在工型钢上的平移和发动机支撑底座上的左右精调节槽调整发动机的左右位置。对中完成后利用紧固螺栓固定发动机支撑和平板车以及平板车与工型钢,利用联轴器联接发动机的曲轴和测功机的主轴,搭接油路,水路等,设置其它测试仪器,完成发动机台架试验前的准备工作。
2.发动机台架快速对中装置结构
2.1结构总成
该结构设计内容如下:发动机支撑7,由发动机支撑橡胶座、发动机支撑升降机构,发动机支撑底座三个部件构成。发动机支撑橡胶座由上连接板、橡胶垫和下连接板构成,上下连接板各有四个Φ8的螺纹通孔,上下连接板之间粘固有一块圆柱型橡胶垫。位于发动机支撑7中部的升降机构设计为1型结构,丝杆作旋转运动和轴向运动,通过蜗轮蜗杆副实现丝杆的上下移动,该丝杆升降机构通过螺栓与发动机支撑底座固定连接。发动机支撑底座上表面的特定位置具有一盲孔,其深度与丝杆的极限位置匹配。发动机支撑底座的底部具有左右精调节槽并通过T型螺栓与平板车4上的T型槽实现两者的固定。
平板车4,该平板车上表面横向设有等间距的若干条T型槽,横向两侧末端各有一组螺纹通孔,平板车4底部两侧纵向分设有两条导向槽。两根工型钢5,其上部分别与平板车底部的两条导向槽配合,下部焊固在铁底板3的上表面,平板车4和工型钢5通过四个紧固螺栓连接固定。
铁底板3,通过地脚螺栓固定连接于混凝土地基1上,支撑整个发动机台架对中装置以及发动机。该套装置通过平板车在工型钢上的移动和四个发动机支撑的移动及上下调整来调节发动机的位置以及发动机和测功机的同轴度,从而完成发动机与测功机的对中。
图2-1为发动机台架快速对中装置使用效果图。

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好棒文