专利名称：测量机械增压器特性的实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车领域的实验台，更确切地说，本实用新型是一种测量发动机机械增压器特性的实验测试台。
背景技术：
发动机增压已经成为提高发动机升功率、实现发动机轻量化必备的技术措施。现有的发动机增压技术一般有机械增压和废气涡轮增压，本实用新型是一种专门为机械增压器设计的实验测试平台。机械增压的实质是容积式转子空气压缩机，和其它容积式压缩机一样，它也是通过改变气体的体积来实现压缩的一种流体机械。机械增压器的主要结构包括传动带轮、同步传动齿轮、壳体、主动及从动转子等。机械增压器具有结构简单、体积小、重量轻、振动小、成本低、运行可靠等优点，在中小排量的发动机增压上，有其它增压器无法替代的优势。机械增压器直接安装在发动机皮带轮端，通过曲轴直接驱动，可以将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进气量，从而提升发动机的升功率。但机械增压器与发动机的连接还存在一个匹配问题，即机械增压器工作在怎样的一个速度范围才能使效率最高，也就是说发动机在不同转速的情况下，机械增压器应分别对应怎样的转速才能使发动机和机械增压器的匹配达到最佳，并实现效率最高，所以获得机械增压器的特性曲线对机械增压器和发动机之间的匹配是很关键的。鉴于此，本实验平台的设计理念就是为准确测量机械增压器的特性曲线提供一种实验测试平台，为机械增压器匹配发动机提供一个可靠依据。机械增压器的特性曲线生产厂家一般很少提供，而且目前用于专门测量机械增压器的装置并不多。所以在不知道机械增压器特性曲线的情况下，机械增压器与发动机的匹配就变的困难。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种测量发动机机械增压器特性的实验台。为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的所述的测量机械增压器特性的实验台包括变频器、电动机、1号皮带轮、1号皮带、2号皮带轮、1号附加轴、扭矩转速传感器、3号皮带轮、2号皮带、2号附加轴、1号温度传感器、1号压力传感器、进气管、空气流量计、2号温度传感器、2号压力传感器、出气管、塑料球阀、扭矩测量仪和计算机。电动机、扭矩转速传感器与被测的机械增压器用螺栓安装在实验台架的工作面上，扭矩转速传感器位于电动机与被测的机械增压器的中间位置，电动机、扭矩转速传感器与被测的机械增压器的回转轴线相互平行。2号附加轴通过两个结构相同的2号轴承和轴承座安装在扭矩转速传感器左侧的实验台架上，2号附加轴的右端通过2号联轴器与扭矩转速传感器的左端连接，2号附加轴的左端固定安装有3号皮带轮。1号附加轴通过两个结构相同的1号轴承和轴承座安装在扭矩转速传感器右端的实验台架上，1号附加轴的左端通过1号联轴器与扭矩转速传感器的右端连接，1号附加轴的右端固定安装有2号皮带轮，2号附加轴、扭矩转速传感器与1号附加轴的回转轴线在同一条水平线上。1号皮带轮安装到电动机的输出轴上，1号皮带连接1号皮带轮与2号皮带轮，2号皮带连接3号皮带轮与被测的机械增压器输入轴上的机械增压器带轮。变频器与电动机电线连接，扭矩测量仪与扭矩转速传感器电线连接。1号温度传感器与1号压力传感器安装在被测的机械增压器的进气管上，空气流量计安装在进气管的入口，2号温度传感器与2号压力传感器安装在被测的机械增压器的出气管上，塑料球阀安装在出气管的末端。1号温度传感器、1号压力传感器、2号温度传感器、2号压力传感器与空气流量计和计算机电线连接。与现有技术相比本实用新型的有益效果是1.本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台可以测量机械增压器的特性曲线，为机械增压器匹配发动机提供可靠依据；2.本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台为获得机械增压器的特性曲线提供了一种简单实用的方法；3.本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台测量速度快、可靠度高、操作方便，并能提供测量多种机械增压器的特性曲线；4.本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台结构简单，易于搭建；5.本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的调节球阀开度可以模拟进气管压力不同的发动机，增强了本实用新型的应用性。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
图1是本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的结构组成的示意框图；图2是本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台中所采用的1号附加轴与2号附加轴的结构与安装的示意图；图中1.变频器，2.电动机，3.1号皮带轮，4.1号皮带，5. 2号皮带轮，6.1号附加轴，7. 1号轴承和轴承座，8. 1号联轴器，9.扭矩转速传感器，10. 2号联轴器，11. 2号轴承和轴承座，12. 3号皮带轮，13. 2号皮带，14. 2号附加轴，15.机械增压器，16. 1号温度传感器，17. 1号压力传感器，18.进气管，19.空气流量计，20. 2号温度传感器，21. 2号压力传感器，22.出气管，23.塑料球阀，24.扭矩测量仪，25.计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台包括变频器1、电动机2、1号皮带轮3、1号皮带4、2号皮带轮5、1号附加轴6、1号轴承和轴承座7、1号联轴器8、扭矩转速传感器9、2号联轴器10、2号轴承和轴承座11、3号皮带轮12、2号皮带13、2号附加轴14、1号温度传感器16、1号压力传感器17、进气管18、空气流量计19、2号温度传感器20、2号压力传感器21、出气管22、塑料球阀23、扭矩测量仪M和计算机25。1.所述的电动机2主要为整个测量机械增压器特性的实验台提供运转的动力，能满足机械增压器达到最高转速时所需的功率和扭矩即可，本实用新型实施例中采用额定功率为30KW与额定转速为2950r/min的三项异步电动机。[0020]2.所述的扭矩转速传感器9 一般采用小量程，被测的机械增压器运转扭矩并不大，所以为提高测量精度扭矩转速传感器9 一般采用小量程，本实用新型实施例中所采用的是NJlG型的扭矩转速传感器，额定转矩50N · m,许用转速0-20000r/min，只要量程满足被测的机械增压器15的测量范围即可，而且选用量程越小越精确。3.所述的扭矩测量仪M用于显示扭矩转速传感器9测量值以及扭矩转速传感器9的转速，本实用新型实施例中采用型号为NC-3的扭矩测量仪，型号为NC-3的扭矩测量仪M可以和各种量程的磁电式相位差型的扭矩转速传感器9配套使用。4.所述的变频器1在本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台中的作用是控制电动机2旋转，并调节电动机2的转速，本实用新型实施例中所采用的变频器1为三项变频器，即型号为VFD300F43A的变频器，使用电压为380V，适用功率30kW的电动机。5.所述的1号联轴器8用于连接1号附加轴6的左端和扭矩转速传感器9的右端，1号联轴器8的内孔直径与扭矩转速传感器9输入轴的直径相同，本实用新型实施例中采用铝合金梅花式联轴器，内孔沈讓，外径55mm，长度78mm，可以自己加工或定做，只要满足扭矩转速传感器轴和附加轴的直径尺寸即可。6.所述的2号联轴器10用于连接2号附加轴14的右端和扭矩转速传感器9的左端，2号联轴器10的内孔直径与扭矩转速传感器9输出轴的直径相同，2号联轴器10与1号联轴器8结构相同。7.所述的1号附加轴6安装在两个结构相同的1号轴承7上为转动连接，1号附加轴6的右端安装有2号皮带轮5为固定连接，1号附加轴6的左端与1号联轴器8的右端固定连接。8.所述的2号附加轴14安装在两个结构相同的2号轴承11上为转动连接，2号附加轴14的左端安装有3号皮带轮12为固定连接，2号附加轴14的右端与2号联轴器10的左端固定连接，2号附加轴14的结构与1号附加轴6的结构相同。9.所述的两个结构相同的1号轴承7用于支撑1号附加轴6，防止由于皮带的拉伸在扭矩转速传感器9上产生弯矩，影响扭矩转速传感器9的测量精度。10.所述的两个结构相同的2号轴承11用于支撑2号附加轴14，防止由于皮带的拉伸在扭矩转速传感器9上产生弯矩，影响扭矩转速传感器9的测量精度。两个结构相同的2号轴承11的结构与两个结构相同的1号轴承7的结构相同。安装1号附加轴6、2号附加轴14、两个结构相同的1号轴承7和两个结构相同的2号轴承11的目的是保证扭矩转速传感器9不承受弯矩，因为不采用双轴承支承结构，皮带的张紧力给扭矩转速传感器9的轴带来很大的附加弯矩，这样会影响测量精度。所以，扭矩转速传感器9的两端安装双轴承支承结构，用于抵消皮带张紧带来的弯矩，使扭矩转速传感器9只承受扭矩，保证测量精度。11.所述的1号皮带4用于连接1号皮带轮3与2号皮带轮5，将电动机2的动力传递给1号附加轴6，进而传递给扭矩转速传感器9。1号皮带4可以采用V型带，也可以采用多楔带，带的种类可根据电动机2输出轴上的1号皮带轮3和扭矩转速传感器9输入端上的2号皮带轮5的结构确定，长度由两者之间的距离决定，本实用新型实施例中所采用的是3根V型带。12.所述的2号皮带13用于连接3号皮带轮12与被测的机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮，将电动机2的动力传递给被测的机械增压器15。2号皮带13的长度由两者之间的距离决定，型号根据被测的机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮的类型确定。被测的机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮一般为多楔带轮，所以2号皮带13 一般选用多楔带，3号皮带轮12也做成多楔带轮。13.所述的1号皮带轮3安装在电动机2的输出轴上，1号皮带轮3中心孔的内径根据电动机2输出轴的直径确定，1号皮带轮3的直径能保证1号皮带轮3和2号皮带轮5的传动比为3 1即可，可做成200 300mm。14.所述的2号皮带轮5安装在1号附加轴6的右端，与1号皮带4配装，2号皮带轮5中心孔的内径和附1号附加轴6的右端的直径相等，1号皮带轮3和2号皮带轮5的直径能保证两者的传动比为3 1即可，2号皮带轮5可做成60-100mm。15.所述的3号皮带轮12安装在2号附加轴14的左端，通过2号皮带13将电动机2的动力传递到被测的机械增压器15的输入轴，3号皮带轮12的内径根据2号附加轴14左端的直径相等，3号皮带轮12的直径能保证3号皮带轮12和被测的机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮的传动比为2 1即可，3号皮带轮12的类型需要做成和机械增压器带轮的类型一样。16.所述的1号温度传感器16用于测量进气温度，安装在进气管18上，本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的实施例中采用热电偶式的型号为TK60的1号温度传感器16，量程0 350°。本实用新型中采用0 100°量程的温度传感器即可。17.所述的2号温度传感器20用于测量排气温度，安装在出气管22上，本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的实施例中采用热电偶式的型号为TK60的2号温度传感器20，量程为0 350°。2号温度传感器20与1号温度传感器16的型号相同。本实用新型中采用0 200°量程的温度传感器即可。18.所述的1号压力传感器17用于测量机械增压器15的进口气体压力，安装在进气管18上，1号压力传感器17的量程为0 200kPa，本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的实施例中采用型号为GX-T21X的扩散硅压力传感器，其量程为0 200kPa。19.所述的2号压力传感器21用于测量机械增压器15的出口气体压力，安装在出气管22上，2号压力传感器21的量程为0-250kPa，本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的实施例中采用型号为GX-T21X的扩散硅压力传感器，其量程为0 250kPa。20.所述的塑料球阀23安装在出气管22的末端，用于调节出气口压力。塑料球阀23的接口直径与出气管22的直径相同。21.所述的空气流量计19用于测量进气流量，安装在进气管18的入口，本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的实施例中采用型号为B0SCH(^80218132的空气流量计19，实际上空气流量计只要满足0 400kg/h的量程即可。22.所述的计算机25为普通计算机，计算机25通过数据采集卡和1号温度传感器16、2号温度传感器20、1号压力传感器17、2号压力传感器21与空气流量计19电线连接，计算机25接受1号温度传感器16、2号温度传感器20、1号压力传感器17、2号压力传感器21与空气流量计19采集的电压信号，计算机25通过LabView软件将采集的电压信号输出为数据信号(显示测量值)。23.所述的进气管18安装在被测的机械增压器15的进口，进气管18的直径与机械增压器15进口的直径相同，进气管18上面安装有测量进气压力的1号压力传感器17、测量进气温度的1号温度传感器16与测量进气流量的空气流量计19。24.所述的出气管22安装在被测的机械增压器15的出口，出气管22的直径与机械增压器15出口的直径相同，出气管22上面安装有测量出口压力的2号压力传感器21、测量出口温度的2号温度传感器20与塑料球阀23。参阅图1与图2，图1表示了本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台结构组成及零部件安装位置关系。其中电动机2、扭矩转速传感器9、被测的机械增压器15用螺栓固定安装在同一平面上，即固定安装在实验台架的工作面上，扭矩转速传感器9安装在电动机2和被测的机械增压器15的中间位置，并且保证电动机2、扭矩转速传感器9与被测的机械增压器15的回转轴线相互平行。2号附加轴14通过两个结构相同的2号轴承和轴承座11安装在扭矩转速传感器9左侧的实验台架的工作面上，2号附加轴14的右端通过2 号联轴器10与扭矩转速传感器9的左端连接，2号附加轴14的左端固定安装有3号皮带轮 12。1号附加轴6通过两个结构相同的1号轴承和轴承座7安装在扭矩转速传感器9右端的实验台架的工作面上，1号附加轴6的左端通过1号联轴器8与扭矩转速传感器9的右端连接，1号附加轴6的右端固定安装有2号皮带轮5。2号附加轴14、扭矩转速传感器9与 1号附加轴6的回转轴线在同一条水平线上。1号皮带轮3安装到电动机2的输出轴上，1 号皮带轮3的右端面与2号皮带轮5的右端面处于同一垂直平面内，1号皮带4用于连接1 号皮带轮3与2号皮带轮5。机械增压器15输入轴上安装有机械增压器皮带轮，机械增压器皮带轮的左端面与固定安装2号附加轴14左端的3号皮带轮12的左端面处于同一垂直平面内，2号皮带13用于连接3号皮带轮12与被测的机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮。变频器1与电源电线连接，变频器1与电动机2电线连接。扭矩测量仪M与扭矩转速传感器9电线连接，扭矩测量仪M用于显示扭矩转速传感器9的数值。进气管18和出气管22分别安装在被测的机械增压器15的进气口和出气口上，并密封固定。进气管18 上设置两个通孔，即1号温度传感器通孔与1号压力传感器通孔，这两个通孔靠近机械增压器15的进口，为方面安装传感器可以适当错开一定角度，分别安装1号温度传感器16和1 号压力传感器17，1号温度传感器通孔与1号压力传感器通孔的顺序没有要求。空气流量计19安装到进气管18的入口。在靠近机械增压器15出口的出气管22上同样设置两个通孔，即2号温度传感器通孔与2号压力传感器通孔，安装2号温度传感器20和2号压力传感器21，2号温度传感器通孔与2号压力传感器通孔的顺序同样没有要求。塑料球阀23安装到出气管22的末端。1号温度传感器16、1号压力传感器17、2号温度传感器20、2号压力传感器21和空气流量计19通过信号线与计算机25连接，在计算机25的显示屏上显示测量结果。测量机械增压器特性的实验台的工作原理本实用新型所述的测量机械增压器特性的实验台的目的是测量机械增压器15的特性曲线，表征机械增压器15特性曲线的主要是三条曲线机械增压器流量随机械增压器转速的变化曲线、机械增压器的耗功随机械增压器转速的变化曲线、机械增压器本身的等熵效率随转速的变化关系曲线。所以为测量机械增压器的特性曲线，所用的电动机2为整个实验测试平台提供动力，带动机械增压器15和扭矩转速传感器9旋转。所用到的变频器1用于控制电动机2的旋转速度，本实验平台所用变频器1通过设定，可将电动机2转速每隔60r/min从60r/min 调节到3000r/min(也可以设定为其它的转速增量)。所用到的1号皮带轮3、2号皮带轮 5与3号皮带轮12用于提升机械增压器15的端转速，根据电动机2的最高转速和所要测量的机械增压器15的最高转速确定传动比，本实验平台要测量的机械增压器15最高转速为15000r/min，电动机2最高转速为300r/min，所以设定的带轮总传动比为6 1，其中电动机2输出端的1号皮带轮3和扭矩转速传感器9右端的2号皮带轮5的传动比设定为 3 1，扭矩转速传感器9左端的3号皮带轮12和机械增压器15输入轴上的机械增压器带轮的传动比设定为2 1。扭矩转速传感器9和扭矩测量仪M用于测量机械增压器15旋转所消耗的功，其中扭矩转速传感器9为测量部件，扭矩测量仪M为显示部件。扭矩转速传感器9两端采用双轴承支承结构，作用是防止扭矩转速传感器产生弯矩，影响测量精度。 所用的空气流量计19用于测量进入机械增压器15的空气量。出气口末端所用到的塑料球阀23用于模拟背压，因为机械增压器15安装到发动机上，出气口会由于进气门不断的开启和关闭以及进气的阻力而产生背压，所以为更接近于实际，加上一个球阀，可以模拟不同背压下的机械增压器15工作情况，从而使机械增压器特性曲线的测量更加精确。计算机25 安装有数据处理转换软件LabView，可以将进出口温度传感器和压力传感器以及空气流量测量的电压信号，转化为数据输出。1.机械增压器流量随机械增压器转速的变化关系曲线测量通过电动机的转速， 根据传动比计算得到机械增压器的转速；通过空气流量计在电脑上的显示值，获得机械增压器当前转速的进气流量；记录每一个机械增压器转速下对应的机械增压器的流量，以机械增压器转速为X轴，以机械增压器的空气流量值为Y轴，即可获得机械增压器流量随转速的变化关系曲线。2.机械增压器的耗功随机械增压器转速的变化关系曲线测量通过电动机2的转速，根据传动比计算得到机械增压器15的转速；通过扭矩测量仪M显示的数值，获得当前机械增压器转速下对应的功率消耗值；记录每一个机械增压器转速下对应的功耗，以机械增压器转速为X轴，以机械增压器的功率消耗为Y轴，即可获得机械增压器耗功随转速的变化关系曲线。3.机械增压器本身等熵效率随转速的变化关系曲线测量等熵效率表征的是机械增压器本身的工作效率。此处的机械增压器等熵效率是根据热力学第二定律计算机械增压器的等熵效率，对应的计算公式如下
权利要求1. 一种测量机械增压器特性的实验台，其特征在于，所述的测量机械增压器特性的实验台包括变频器(1)、电动机O)、1号皮带轮(3)、1号皮带(4)、2号皮带轮(5)、1号附加轴(6)、扭矩转速传感器(9)、3号皮带轮(12)、2号皮带(13)、2号附加轴(14)、1号温度传感器(16)、1号压力传感器(17)、进气管(18)、空气流量计(19)、2号温度传感器Q0)、2号压力传感器(21)、出气管(22)、塑料球阀(23)、扭矩测量仪04)和计算机05)；电动机0)、扭矩转速传感器(9)与被测的机械增压器(1 用螺栓安装在实验台架的工作面上，扭矩转速传感器(9)位于电动机与被测的机械增压器(1 的中间位置，电动机0)、扭矩转速传感器(9)与被测的机械增压器(1 的回转轴线相互平行，2号附加轴(14)通过两个结构相同的2号轴承和轴承座(11)安装在扭矩转速传感器(9)左侧的实验台架上，2号附加轴(14)的右端通过2号联轴器与扭矩转速传感器(9)的左端连接，2号附加轴(14)的左端固定安装有3号皮带轮(12)，1号附加轴(6)通过两个结构相同的1号轴承和轴承座(7)安装在扭矩转速传感器(9)右端的实验台架上，1号附加轴(6)的左端通过1号联轴器与扭矩转速传感器(9)的右端连接，1号附加轴(6)的右端固定安装有2号皮带轮(5)，2号附加轴(14)、扭矩转速传感器(9)与1号附加轴(6)的回转轴线在同一条水平线上，1号皮带轮⑶安装到电动机⑵的输出轴上，1号皮带⑷连接1号皮带轮⑶与2号皮带轮(5)，2号皮带(1 连接3号皮带轮(1 与被测的机械增压器(1 输入轴上的机械增压器带轮，变频器(1)与电动机电线连接，扭矩测量仪04)与扭矩转速传感器(9)电线连接，1号温度传感器(16)与1号压力传感器(17)安装在被测的机械增压器(15)的进气管(18)上，空气流量计(19)安装在进气管(18)的入口，2号温度传感器00)与2号压力传感器安装在被测的机械增压器(1 的出气管0 上，塑料球阀安装在出气管(22)的末端，1号温度传感器(16)、1号压力传感器(17)、2号温度传感器QO)、2号压力传感器与空气流量计(19)和计算机05)电线连接。
专利摘要本实用新型公开了测量机械增压器特性的实验台。其包括电动机、1号附加轴、扭矩转速传感器、2号附加轴、塑料球阀、扭矩测量仪和计算机。安装1号皮带轮的电动机、线连接扭矩测量仪的扭矩转速传感器和安装出气管与进气管的机械增压器回转轴线相互平行的依次安装在实验台架上。安装2号皮带轮的1号附加轴与安装3号皮带轮的2号附加轴安装在扭矩转速传感器两侧并通过联轴器连接。1号皮带连接1号皮带轮与2号皮带轮，2号皮带连接3号皮带轮与机械增压器带轮。1号温度传感器与1号压力传感器安装在入口安装空气流量计的进气管上，2号温度传感器与2号压力传感器安装在末端安装塑料球阀的出气管上。温度、压力传感器与空气流量计和计算机连接。
文档编号G01M15/00GK202329995SQ20112044359
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者卢超, 李小平, 段伟, 洪伟, 王新超, 王涤非, 解方喜, 许允, 韩林沛 申请人:吉林大学