一种浮动式高精度转角测试机构及发动机的制作方法

1.本发明涉及角度检测结构技术领域，具体而言，涉及一种浮动式高精度转角测试机构及发动机。


背景技术：

2.随着柴油机在智能化、故障诊断方面的发展，柴油机对传感器采集信号的及时性、准确性和传感器的可靠性等方面的要求越来越高，如故障诊断系统通过采集柴油机曲轴转角信号以分析每缸燃烧过程时，就对使用的高精度曲轴转角传感器要求极高，如曲轴旋转1圈，故障诊断系统需经过传感器采集3600个信号。
3.高精度曲轴转角传感器是一种将曲轴转角换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，将其装配在发动机自由端的曲轴，其可将曲轴的转角信号反馈给故障诊断系统的控制器，控制器依据反馈的转角信号分析各缸燃烧状况，但故障诊断系统对采集信号的精确度、及时性和传感器的可靠性要求极高。现阶段，为保证采集的曲轴转角信号的精确度，必须采用高精度曲轴转角传感器，而高精度曲轴转角传感器对安装环境比较苛刻，一般为了保证信号采集的精确性和及时性，必须将高精度曲轴转角传感器与柴油机曲轴刚性连接，但由于柴油机曲轴会有轴向窜动和径向抖动，刚性连接势必会导致高精度曲轴转角传感器转子与传感器本体产生较大的相对位移，从而损坏传感器，可靠性无法保证；为保证传感器的可靠性和寿命，若采取一般常规的柔性联轴节，以降低振动，会则导致信号反馈不及时且误差较大，精度方面无法满足要求。
4.因此，如何改善高精度转角传感器在采集信号时精度差、不够及时和传感器可靠性低等问题，以便高精度转角传感器可应用于环境比较苛刻的柴油机、电机等其他设备上是当前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
6.本发明的目的包括，提供了一种浮动式高精度转角测试机构，其能够改善高精度转角传感器在采集信号时精度差、不够及时和传感器可靠性低等技术问题。
7.本发明的目的还包括，提供了一种发动机，其能够曲轴转角检测精度差、不够及时和传感器可靠性低等技术问题。
8.本发明的实施例可以通过以下方式实现：
9.一种浮动式高精度转角测试机构，其包括检测本体，所述检测本体包括壳体和转子，所述转子转动安装于所述壳体，且所述检测本体用于通过所述转子相对所述壳体的转动检测转角；所述浮动式高精度转角测试机构还包括：
10.安装支架；
11.多个气动阻尼器，所述多个气动阻尼器绕所述壳体分布，且所述气动阻尼器靠近所述壳体的一端与所述壳体活动连接，所述气动阻尼器远离所述壳体的一端连接于所述安装支架，以将所述壳体浮动安装于所述安装支架；以及
12.刚性联轴节，所述刚性联轴节与所述转子刚性连接，且所述刚性联轴节用于与待检测件刚性连接，以在所述待检测件转动的情况下，通过所述刚性联轴节带动所述转子相对所述壳体转动。
13.可选地，所述安装支架上设置有气压腔；所述气动阻尼器包括活塞杆、活塞以及密封导向块；所述活塞与所述气压腔密封滑动配合，所述活塞杆的一端与所述活塞固定连接，所述活塞杆的另一端穿过所述密封导向块并与所述壳体活动连接，所述密封导向块用于密封所述活塞杆与所述安装支架之间的间隙，并为所述活塞杆的直线运动导向。
14.可选地，所述气动阻尼器还包括阀门，所述阀门安装在所述气压腔内，且位于所述活塞背离所述密封导向块的一侧；所述阀门与所述活塞之间形成气室，所述阀门用于向所述气室充放气。
15.可选地，所述安装支架具有底部、环形部以及安装部，所述底部设置有供所述检测本体穿设的通孔；所述环形部围绕底部的外周设置，且所述环形部与所述底部限定容纳所述刚性联轴节的安装腔；所述安装部连接于所述环形部远离所述底部的一端，且所述安装部沿所述环形部的径向向外延伸；
16.所述安装部沿所述环形部的轴向靠近所述底部的一侧设置有多个凸起部，所述多个凸起部分别设置有所述气压腔。
17.可选地，所述安装部沿所述环形部的轴向远离所述底部的一侧设置有多个凹陷结构，所述多个凹陷结构与所述多个凸起部一一对应设置在所述安装部的同一周向位置。
18.可选地，所述安装部上开设有沿所述安装部的周向分布的多个腰形孔，所述腰形孔沿所述安装部的周向延伸。
19.可选地，所述浮动式高精度转角测试机构还包括连接销钉，所述气动阻尼器的一端设置有安装孔，所述连接销钉穿设所述安装孔，并与所述壳体螺纹连接；所述安装孔的径向尺寸大于所述连接销钉的杆径，以使所述壳体可相对所述气动阻尼器活动。
20.可选地，所述连接销钉的销钉杆具有沿轴向相互连接的顶段和尾段，所述顶段的径向尺寸小于所述尾段的径向尺寸，所述连接销钉的杆径为所述尾段的直径；所述顶段设置有用于与壳体连接的螺纹；所述尾段为光滑圆柱段，且所述尾段用于与所述安装孔配合。
21.可选地，所述刚性联轴节上设置有半圆形连接孔；所述转子位于所述壳体外的一端的横截面呈半圆形，并插设于所述半圆形连接孔内。
22.一种发动机，所述发动机包括曲轴和机体，其特征在于，所述发动机还包括上述的浮动式高精度转角测试机构；所述浮动式高精度转角测试机构的刚性联轴节固定连接于所述曲轴，所述浮动式高精度转角测试机构的安装支架固定连接于所述机体。
23.本发明的实施例提供的浮动式高精度转角测试机构及发动机的有益效果包括：
24.本发明的实施例提供了一种浮动式高精度转角测试机构，其包括检测本体、安装支架、刚性联轴节以及多个气动阻尼器。检测本体包括壳体以及转动安装于壳体的转子，通过转子相对本体的转动检测转角。多个气动阻尼器绕壳体的分布，且通过多个气动阻尼器
将壳体浮动安装于安装支架，以使壳体能够相对安装支架在多个方向上活动。刚性联轴节与转子刚性连接，且用于与待检测件刚性连接，由于壳体浮动安装于安装支架，因此在待检测件出现轴向窜动和径向抖动等现象时，检测本体能够很好地随之进行活动，从而保证在待检测件转动的情况下，转子能够同步、精准地随待检测件转动，保证转角检测的精度高、及时性好且稳定性高。
25.本发明的实施例还提供了一种发动机，其包括上述的浮动式高精度转角测试机构，因此也具有在进行转角检测时检测精度高、及时性好且稳定性高的有益效果。
附图说明
26.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
27.图1示出了根据本发明的一方面提供的浮动式高精度转角测试机构的结构示意图；
28.图2示出了图1中去除刚性联轴节后的结构示意图；
29.图3示出了根据本发明的一方面提供的浮动式高精度转角测试机构的剖面结构的示意图；
30.图4示出了根据本发明的一方面提供的刚性联轴节的结构示意图；
31.图5示出了根据本发明的一方面提供的连接销钉的结构示意图；
32.图6示出了根据本发明的一方面提供的气动阻尼器与连接销钉配合处的截面示意图。
33.附图标记：
34.100-浮动式高精度转角测试机构；110-检测本体；111-壳体；112-转子；120-安装支架；121-底部；122-环形部；123-安装部；124-凸起部；125-凹陷结构；126-气压腔；127-腰形孔；130-气动阻尼器；131-活塞；132-活塞杆；133-密封导向件；134-阀门；135-安装孔；140-连接销钉；141-销钉头；142-顶段；143-尾段；150-刚性联轴节；151-半圆形连接孔；152-圆形连接孔。
具体实施方式
35.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.同时，需要说明的是，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于进行区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，可以是一体地连接，或可拆卸地连接；
可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，或两个元件内部的连通等。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.图1为本实施例提供的浮动式高精度转角测试机构100的结构示意图，图2为图1中去除刚性联轴节150后的结构示意图，图3为本实施例提供的浮动式高精度转角测试机构100的剖面结构的示意图。请结合参照图1-图3，本实施例提供了一种浮动式高精度转角测试机构100，相应地，还提供了一种发动机(图未示出)。
40.发动机包括曲轴和机体，同时还包括浮动式高精度转角测试机构100。浮动式高精度转角测试机构100的刚性联轴节150与曲轴刚性连接，从而带动转子112随曲轴同步转动，实现对曲轴转角的检测，即在本实施例中，待检测件为曲轴。浮动式高精度转角测试机构100的安装支架120安装在机体上，从而实现浮动式高精度转角测试机构100的安装，安装支架120的具体安装结构在后文进行详细说明。可以理解的，在其他实施例中，浮动式高精度转角测试机构100也可以应用于其他需检测转角的旋转轴上，例如电机。
41.浮动式高精度转角测试机构100包括检测本体110，检测本体110包括壳体111和转子112，转子112的一端位于壳体111内，另一端伸出壳体111，并与刚性联轴节150刚性连接，从而在刚性联轴节150的带动下相对壳体111转动，进而实现转角的检测，具体地，转子112与定子之间实现转角检测的方式包括但不限于电磁式。在本实施例中，转子112与壳体111转动配合，且壳体111随转子112同步进行轴向或径向的活动，换言之，本实施例中，壳体111与转子112之间仅具有绕转子112的轴线转动的自由度。
42.图4示出了刚性联轴节150的结构示意图。请结合参照图1-图4，在本实施例中，刚性联轴节150为一体式刚性结构，其上具有半圆形连接孔151。相应地，转子112位于壳体111外的一端的横截面呈半圆形，该半圆形的转子轴段插设于刚性联轴节150的半圆形连接孔151内，从而限制转子112与刚性联轴节150的相对转动，在刚性联轴节150转动的情况下，及时有效地带动转子112同步转动。进一步地，转子112与刚性联轴节150的连接处还设置有定位销，相应地，转子112和刚性联轴节150上均设置有销孔，定位销同时与转子112的销孔以及刚性联轴节150的销孔配合，从而将转子112固定连接在刚性联轴节150上。
43.需要说明的是，在本实施例中，“半圆形”指相对整圆而言的形状，其可以看作是一条平行或重合于直径的直线将整圆切掉一部分之后的形状。
44.刚性联轴节150的外周还设置有多个圆形安装孔135，刚性联轴节150包括但不限于采用通过螺栓穿过圆形安装孔135与曲轴连接的方式刚性固定在曲轴上。
45.浮动式高精度转角测试机构100还包括安装支架120以及多个气动阻尼器130，安装支架120用于固定连接在安装待检测件的部件上，例如当浮动式高精度转角测试机构100用于检测曲轴转角时，安装支架120可以固定安装在机体上，或者当浮动式高精度转角测试机构100用于检测电机轴转角时，安装支架120可以固定连接在电机壳上。
46.多个气动阻尼器130绕壳体111分布，且气动阻尼器130靠近壳体111的一端与壳体111活动连接，气动阻尼器130远离壳体111的一端连接于安装支架120，从而将壳体111浮动安装于安装支架120，使得检测本体110整体能够相对安装支架120浮动，使检测本体110具有周向以及径向的活动空间，为检测本体110随曲轴产生轴向窜动或径向抖动提供活动自由度。
47.在本实施例中，壳体111为圆筒状壳体类结构，其内具有圆柱形空腔，且该空腔一端封闭，另一端具有供转子112插入的孔。气动阻尼器130的数量为三个，三个气动阻尼器130绕壳体111的周向均匀分布，即相邻两个气动阻尼器130之间的夹角为120
°
。需要说明的是，在本实施例的描述中，“多个”至两个及以上的数量，因此在其他实施例中，也可以将气动阻尼器130的数量设置为两个、四个等。
48.图5示出了本实施例提供的连接销钉140的结构示意图，图6示出了气动阻尼器130与连接销钉140配合处的截面示意图。请结合参照图1-图5，在本实施例中，浮动式高精度转角测试机构100还包括连接销钉140。气动阻尼器130的一端设置有安装孔135，销钉穿设安装孔135，并与壳体111螺纹连接。安装孔135的径向尺寸大于连接销钉140的杆径，安装孔135与连接销钉140之间的孔隙为壳体111相对气动阻尼器130的活动提供了空间。具体地，连接销钉140包括销钉头141以及销钉杆，连接销钉140的杆径指销钉杆的径向尺寸。
49.可选地，连接销钉140的销钉杆具有沿轴向相互连接的顶段142和尾段143，尾段143远离顶段142的一端与销钉头141连接，具体地，顶段142、尾段143以及销钉头141为依次连接的一体结构。顶段142设置有螺纹，即顶段142为螺纹杆段，通过顶管与壳体111的螺纹连接，将连接销钉140固定连接在壳体111上。顶段142的径向尺寸小于尾段143的径向尺寸，上述提及的“连接销钉140的杆径”指尾段143的直径，尾段143为光滑圆柱段，其用于与安装孔135配合，即图6示出的截面图中，位于安装孔135内的连接销钉140部分即为尾段143。需要说明的是，在本实施例的描述中，“光滑”为相对螺纹而言，尾段143上未加工螺纹或花纹等，因此认为尾段143光滑。
50.安装支架120上设置有气压腔126，气动阻尼器130包括活塞杆132、活塞131以及密封导向块133、活塞131与气压腔126密封滑动配合，从而将气压腔126内空间分割为两部分。密封导向块133安装在气压腔126内，且位于活塞131靠近壳体111的一侧，活塞杆132的一端与活塞131固定连接，从而随活塞131同步沿气压腔126的轴向a进行滑动，活塞杆132的另一端穿过密封导向块133，并与壳体111活动连接。密封导向块133用于密封活塞杆132与安装支架120之间的间隙(即活塞杆132与气压腔126的壁面之间的间隙)同时为活塞杆132沿气压腔126的轴向a的直线运动进行导向，避免活塞杆132偏移。通过活塞杆132沿气压腔126的轴向a相对安装支架120的直线运动，为壳体111沿自身径向的活动提供活动自由度。活塞杆132的轴线沿壳体111的径向延伸，因此图3中的a方向也可以看作是壳体111的径向。
51.具体地，活塞杆132远离活塞131一端的端部设置有与连接销钉140配合的安装孔135。活塞131的外周设置有密封圈，且活塞131与形成气压腔126的壁面间设置有润滑油或润滑脂，以保证良好的密封效果以及润滑效果。同时通过密封导向块133的密封，保证润滑脂或润滑油不泄露。
52.需要说明的是，在本实施例中，安装支架120上直接开设有安装活塞131的气压腔126，可以理解的，在其他实施例中，也可以额外设置安装活塞131的气缸体，将气缸体固定连接在安装支架120上。
53.在本实施例中，气动阻尼器130还包括阀门134，阀门134安装在气压腔126内，且位于活塞131背离密封导向块133的一侧。阀门134与活塞131之间形成有气室，阀门134用于向该气室充放气，从而根据不同的机型或者振动强度，调节气室内的气压力，以实现不同的减振效果。充入气室内的气体包括但不限于氮气或其他惰性气体。阀门134可以采用单向阀。
密封导向块133与活塞131之间的腔室中也可以充入氮气或其他惰性气体。
54.请再次结合参照图1-图3，在本实施例中，安装支架120具有底部121、环形部122以及安装部123。底部121设置有供检测本体110穿设的通孔，环形部122围绕底部121的外周设置，且环形部122与底部121限定容纳刚性联轴节150的安装腔。安装部123连接于环形部122远离底部121的一端，且安装部123沿环形部122的径向向外延伸。同时安装部123沿环形部122的轴向b靠近底部121的一端设置有多个凸起部124，多个凸起部124内分别设置有气压腔126。
55.具体地，底部121为圆盘形板状结构，其中部开设有通孔，以供检测本体110穿设，在如图3所示的结构中，底部121与壳体111、转子112同轴设置。环形部122为围绕底部121的外周设置的圆管状结构，因此环形部122的轴向b，即可看作本实施例中底部121、壳体111以及转子112的轴向，同时，图3中的方向a也可以看作是环形部122的径向。环形部122与底部121共同限定的容纳腔呈圆柱状。
56.安装部123大致呈环形结构，其内端固定连接在环形部122轴向上远离底部121的一端，外端沿环形部122的径向(即方向a)向外延伸。具体地，安装部123的内端指沿安装部123的径向靠近安装部123的圆心的一端，相应地，安装部123的外端指沿安装部123的径向远离安装部123的圆心的一端，安装部123的径向与环形部122的径向重合。
57.安装部123沿环形部122的轴向b靠近底部121的一端设置有多个凸起部124，多个凸起部124的径向内端连接于环形部122的外周面，且开设于凸起部124的气压腔126贯穿环形部122以与安装腔连通，活塞杆132设置安装孔135(见图5)的一端位于安装腔内。在本实施例中，气动阻尼器130的数量为三个，相应地，气压腔126的数量为三个，安装部123上设置的凸起部124的数量为三个，三个凸起部124中的每一个均开设有一个气压腔126。
58.在本实施例中，底部121、安装部123、环形部122以及凸起部124为一体形成的结构。
59.进一步地，安装部123沿环形部122的轴向远离底壁的一侧设置有多个凹陷结构125，多个凹陷结构125与多个凸起部124一一对应设置在安装部123的同一周向位置，从而减小凸起部124处的部件厚度，降低安装支架120重量。在本实施例中，安装部123上的凹陷结构125的数量根据凸起部124相应地设置为三个。
60.进一步地，安装部123上还开设有沿安装部123的周向分布的多个腰形孔127，且腰形孔127沿安装部123的周向延伸，安装时，紧固件(例如螺钉等，图未示出)穿过腰形孔127与安装待检测件的部件(例如发动机的机体)紧固连接，从而将安装支架120固定。具体地，腰形孔127位于相邻凹陷结构125之间的壁面上，在本实施例中，腰形孔127的数量为三个。
61.本发明的实施例提供的浮动高精度转角测试机构及发动机，使用时，将刚性联轴节150与曲轴刚性固定连接，在曲轴工作过程中，刚性联轴节150带动检测本体110的转子112随曲轴及时、同步地运动，保证了转角检测的精度和及时性。同时由于检测本体110的壳体111通过多个气动阻尼器130浮动安装，因此在曲轴出现轴向窜动以及径向跳动等情况时，检测本体110整体能够随之进行轴向和径向的活动，避免检测本体110中壳体111与转子112产生较大的相对位移、造成检测本体110损伤的问题，有助于提升检测可靠性。
62.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都
应涵盖在本发明的保护范围之内。