Измерение крутящего момента на полуоси автомобиля

      АГЕНСТВО  по ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “ Автомобиле- и тракторостроение “ 
 
 
 
 
 
 
 

Измерение крутящего момента на полуоси автомобиля 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                           Выполнил: студент Гузенко А.Е.

Гр. Т-502Т

        Проверил: профессор Победин А.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Волгоград 2006

Содержание

      Введение…………………………………………………………….4

      1.Испытуемый  объект………………………………………………6

      2.Методика  испытаний……………………………………………..8

      3.Измерение крутящего момента………………………………….9

      4.Порядок  проведения испытаний…………………………………11

      5.Обработка  результатов испытания………………………………12

      6.Оценка  точности результатов…………………………………….13

      Выводы………………………………………………………………14

      Список  используемой литературы…………………………………15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Аннотация 

      Испытания автомобилей и тракторов занимает одно из ведущих мест в системе  их создания и доводки. В данной работе рассмотрено экспериментальное  определение отдельных параметров при  испытаниях автомобиля УАЗ «Патриот».

      Испытания проводятся в полевых условиях, что требует установки усиливающей и регистрирующей аппаратуры непосредственно на автомобиле, так как применение радиометрической связи может вызвать недопустимые погрешности.

      В процессе испытаний непосредственно  измеряется величина крутящего момента, при регистрации числа оборотов полуоси.    

       Введение

      Испытания машин и механизмов - это проверка их функциональных свойств и конструктивных параметров с целью установления соответствия техническим требованиям[1.9].

      Испытания дают возможность объективно оценивать функциональные качества, надёжность систем и сборочных единиц ещё на стадии поисковых работ и принимать решения о целесообразности их использовании на автомобиле или тракторе, а также делать правильный выбор компоновочной схемы и основных параметров. Наряду с этим испытания автомобилей и их узлов позволяют дать ответ не только на вопросы качества конструкторских разработок и надёжности, но и оценить технико – экономические показатели, тягово – сцепные качества, соответствие требованиям стандартов и техническим условиям, раскрыть природу некоторых явлений и дефектов, встречающихся в автомобилях, оценить технический уровень производства.

      Все испытания  автомобилей и их узлов делятся по назначению, по методам проведения и по организация.

      По  назначению испытания подразделяются:

      1. Контрольные (периодические). Предназначены  для качества изготовления, ремонта  и технического состояния.

      2. Типовые (приёмочные). Служат для  выявления эксплуатационных качеств  новых и модернизированных автомобилей .

      3. Специальные. Носят научно –  исследовательский характер. Предназначены  для решения научных, и технических  задач.

      Помимо  этого испытания по назначению делятся  на две большие группы:

      1. Функциональные, в которых определяется, как автомобиль в целом или отдельные его узлы выполняют возложенные на них функции.

      2. Ресурсные, позволяющие выявить  долговечность (ресурс) работы, как узлов, так и автомобиля в целом.

       По методам проведения испытания  бывают:

      1. Стендовые (лабораторные).

      2. Полигонные.

      3. Полевые (с применением специальной  аппаратуры и приборов).

      4. Эксплуатационные (проводятся на  различных видах хозяйственных  работ в обычных условиях).

      По  организации испытания могут  быть: 1) заводские и ведомственные; 2) междуведомственные; 3) государственные.

      При проведении испытаний приходится решать возникающие проблемы, такие как: а) ускорение испытаний; б) повышение  надёжности и точности испытаний; в) ускорение обработки результатов  испытаний.

1.Испытуемый объект

      Объектом  испытания является мост автомобиля УАЗ «Патриот» (рис.1), а в частности  его полуось рис.2. Полуось  передаёт крутящий момент от дифференциала на колёсный редуктор. Крутящий момент М_к является очень важной характеристикой, так как напряжения при изгибе в зубьях шестерен пропорциональны крутящему моменту, а контактные напряжения – корню квадратному из крутящего момента. Кроме того определение крутящего момента на валах трансмиссий, полуосях ведущих колёс, вала отбора мощности необходимо при определении баланса мощности автомобиля, его тягового КПД, КПД трансмиссий и других механизмов, а также при измерении нагрузок на механизмы автомобиля.[3. 51]

      Полуось трактора работает в сложных условиях, кроме крутящего момента подводимого  от дифференциала, на неё действует изгибающий момент М_и и осевое усилие, передающиеся от колеса автомобиля при его движении. В свою очередь осевое усилие раскладывается на две составляющие: горизонтальную Р_г  и вертикальную Р_в . Полуось при этом деформируется как за счёт касательных напряжений, так и от нормальных напряжений  от изгибов и сжатия (растяжения). От значения этих величин будет зависеть ресурс ведущего моста и самого автомобиля. Следует учитывать то, что  эти величины носят переменный характер и изменяются в процессе движения автомобиля.

      Основным  способом получения значения исследуемых  величин является измерение.

      Измерением  называют сравнение опытной величины с эталонной мерой в виде линейной, угловой или объёмной меры, шкалы  прибора и т. п. Измерение может  быть прямым или косвенным, непосредсвенным или дистанционным.

        Измерение данных величин, особенно  крутящих моментов, обычно производят  с помощью тензорезисторов, которые  наклеивают на вал и включают  в измерительный мост.

Рис.2. Силовые факторы действующие на полуось.

      2.Методика испытаний

      Результат измерения является основным видом информации при оценке качества объекта испытаний. Сам результат измерения любой величины должен сопровождаться критерием точности. Точность измерения определяется метрологическими и динамическими характеристиками измерительной аппаратуры.

      Метрологическими  характеристиками называют гостируемые  числовые показатели точности прибора, которые должны учитываться при  его выборе и при составлении  измерительных схем. К основным метрологическим характеристикам измерительного устройства относят класс точности, вариации показаний, чувствительность, пределы измерений и собственное потребление энергии. Класс точности прибора показывает допустимую статистическую погрешность прибора данного класса при нормальных условиях [ температуре 20±5°С, атмосферном давлении 1010±26 гПа (760±20 мм рт. ст.), нормальных напряжении и частоте и др.], выраженную через приведённую погрешность.

      Общетехнические приборы всех видов делят на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1,5; 2,5. Электроизмерительные приборы делят на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Измерительно – информационные и телеизмерительные системы делят на семь классов точности.

      Измерение при испытаниях производят с помощью датчиков.

      Датчик (измерительный преобразователь) –  средсво измерений, предназначенное  для выработки сигнала измерительной  информации в форме, удобной для  передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения. Датчик, как прибор, может включать в себя первичный чувствительный элемент.

      Как было сказано ранее, при измерении  крутящего момента удобно пользоваться датчиками, которые называются тензодаичиками.

      Тензорезистором или непосредственно тензометрическим датчиком сопротивления называют активное сопротивление, которое, будучи наклеенным на упругий чувствительный элемент, преобразует его измерительную деформацию в электрический сигнал. Принцип действия тензодатчиков основан на изменении сопротивления металлического проводника при его деформации (растяжении или сжатии).

      Для возможности измерения механических величин с помощью тензодатчиков  с наибольшей точностью обычно собирают мостовую схему измерения.

      3.Измерение крутящего момента

      При измерении крутящего момента необходимо исключить влияние на измерение изгибающего момента и осевых сил. Исходя из того что при кручении максимальные напряжения возникают под углом 45° к оси вала, то по линии действия этих напряжений и наклеиваются датчики, а что бы избежать влияния неизмеряемых сил и добиться максимальной чувствительности моста, все четыре плеча делают рабочими. Датчики наклеивают через 90° по углу поворота вала (рис.3). Схема всей установки и соединения датчиков приведена на рис.4.

      В этом случае крутящий момент М_к вызовет растяжение датчиков R₁ и R₃ и сжатие датчиков R₂ и R₄, тогда уравнение баланса моста будет выглядеть следующем образом[4.55]:

      (R₁+ΔR)(R₃+ ΔR)>(R₂-  ΔR)(R₄- ΔR),

      Где ΔR-величина изменение (растяжение или сжатие) параметра.

      Осевая  сила Р_г вызовет сжатие всех датчиков и не нарушит баланс моста:

       (R₁+ΔR)(R₃+ ΔR)=(R₂-  ΔR)(R₄- ΔR). 

      Рис.3. Схема наклейки тензодатчиков для измерения крутящего момента.

      В связи с тем, что мощности, развиваемой  тензодатчиками, обычно недостаточно для работы магнитоэлектрических осциллографов, то необходимо применить усилитель, который одновременно будет являться блоком питания.

      При испытаниях используем усилитель на несущей частоте, получившем широкое  распространение благодаря высокому коэффициенту усиления и стабильности работы. Питание моста в этом случае осуществляется током высокой частоты (3-35 кГц), которая называется несущей, напряжение- 5-7 В.

      В качестве регистрирующей аппаратуры применяем  магнито-электрический осциллограф, позволяющий регистрировать сразу  несколько параметров.

      Для фиксации числа оборотов полуоси  трактора будем применять индукционный отметчик (рис.4). Работает такой отметчик следующим образом: металлические язычки 8, вращаясь с валом 2, изменяют магнитный поток от постоянного магнита 9. При этом в катушке 10 возникают импульсы тока, которые подаются на регистрирующий прибор. За один оборот вала число импульсов тока будет равно числу металлических язычков установленных на валу.

      Измерения крутящего момента производится на вращающейся детали, поэтому для  связи с усиливающей и регистрирующей аппаратурой необходимо токосъёмное  устройство, или токосъёмник.

      Бесконтактный индуктивный токосъёмник (рис.4), применяемый при испытаниях имеет следующую принципиальную схему. Измерительный мост 1 расположен на вращающимся валу 2, вместе с которым вращаются катушки 3 и 5 с ферритовыми кольцами 4.  Напряжение питания высокой частоты подводится к неподвижной катушке 6. При этом в катушке 5 наводится электрический ток, который подаётся на питающую диагональ измерительного моста. Напряжение измерительной диагонали моста подводится к подвижной катушке 3 и, следовательно, наводится в неподвижной катушке 7, с которой оно подаются к усилителю.    

Рис.4. Схема  для измерения крутящего момента.

1-измерительный  мост; 2-полуось; 3,5-подвижные катушки; 6,7-неподвижные катушки; 8-металлический  язычок; 9-постоянный магнит; 10- катушка счётчика оборотов; 11- счётчик оборотов; 12-токосъёмное устройство. 

      4.Порядок проведения испытаний

      Всё оборудование для испытания крепится на машине и питается через усилитель от батареи. Испытания проводятся на первой передачи при поддержании постоянных оборотов (80 об/мин), на участке длинной 100м. Измерения проводим на правом  задних колёсах. 

      В начале включаем схему, нагружаем полуось  моментом 1000 Н/м для введения коэффициента масштабирования, и проводим тарировку. Аналогично, вращая колесо с заданными оборотами, определяем коэффициент масштабирования для счётчика оборотов полуоси.

      Далее  производим заезд и регистрацию  измеряемых величин, при этом регистрируем время проведения и продолжительность  эксперимента.

      После окончания испытания полученные данные заносим в протокол испытаний. 

      5.Обработка результатов испытания

      Обработка опытных данных является заключительным этапом испытаний.

      По  результатам испытаний получили осциллограмму рис.5.

      Рис.5. Образец осциллограммы измерения  крутящего момента на правом колесе.

      1- масштабный коэффициент μ_к; 2-крутящий момент на правом колесе; 3-частота вращения правого колеса; 4- нулевая линия.

      Зная  масштабный коэффициент производим расшифровку осциллограммы, т.е. определяем максимальный крутящий момент, минимальный и его среднее значение. 

Среднее значение определяется по средней ординате М_{к ср}:

F- площадь участка осциллограммы;

L- длина участка осциллограммы.

μ_к- переводной масштабный коэффициент. 
 
 
 

6.Оценка точности результатов

      В современных измерительно-информационных системах можно насчитать от 20 до 50 погрешностей, подлежащих учёту пи подготовке эксперимента и обработке его результатов.

      Погрешность – это разность между истиной величиной и измеренной.

-истинное значение измеряемой  величины;

- измеренное значение;

- абсолютная погрешность.

- относительная погрешность.

       Абсолютная  погрешность в свою очередь складывается из систематических и случайных  погрешностей.  

- систематическая погрешность;  - случайная погрешность.

      Важное  значение имеет случайная среднеквадратичная погрешность  .

- i-ое единичное измерение; - среднеарифметическое значение: - число измерений. 
 
 
 
 
 

Выводы

      Анализ  и оценка результатов  испытания  крутящего момента на полуоси  автомобиля показали в каких нагруженных  состояниях работают детали ведущего моста. Результаты измерений позволяют  оценить как изменяется крутящий момент при движении, следовательно рассчитать и оценить возникающие при этом напряжения. Эти данные позволяют определить ресурс, долговечность и надёжность деталей и механизмов ведущего моста.

      При подготовки и проведении испытаний  приходится учитывать влияние многих факторов, которые могут привести к искажению измеряемой величины и возникновению недопустимых  погрешностей.

      Испытания в полевых условиях требуют тщательного  подбора аппаратуры, как измерительной  так и регистрирующей.   
 
 
 

Список используемой литературы

      1.Белов С.М. Тракторы : Ч. 4. Испытания: учеб. пособие/ С.М. Белов,      А.С. Солонский; ред. В.В. Гуськова.- Минск. : Выш. шк, 1986.- 182с. 

       2.ГОСТ 7057-87 СТ СЭВ 4767-84. Тракторы  сельскохозяйственные. Методы испытаний.

      3.Коробейников А.Т. Испытания сельскохозяйственных тракторов.учебник/А.Т. коробейников, В.С. Лихачёв, В.Ф. Шолохов.- М.: Машиностроение, 1985.-240сю

      4.Победин  А.В. Испытания тракторов: учебное  пособие/ А.В. Победин.-Волгоград.: ВолгПИ, 1984.-96с.