Измерение крутящего момента на полуоси автомобиля

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный технический университет»

(ВолгГТУ)

Кафедра “ Автомобиле- и тракторостроение “

 

 

 

 

 

 

Семестровая работа

 

"Измерение крутящего момента на полуоси автомобиля"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           Выполнил: студент Бунин В.Д.

                                                                                             Гр. НТС-202

  Проверил: профессор Победин А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Волгоград 2014

Содержание

Введение…………………………………………………………….3

1.Методика  измерений……………………………………………..5

2.Измерение крутящего момента………………………………….6

3. .Обработка результатов измерения …………......……………...9

Вывод………………………………………………………………..13

Список использованной литературы……………………………..14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Историческое развитие технологии измерения крутящего момента начинается в 1678 году. В этом году английский учёный Роберт Гук описал пропорциональную зависимость между деформацией материала и напряжением материала в известном законе Гука. 
     

Дальнейшим витком развития послужил 1833 год. Тогда английский учёный Хантер Кристи описал мостовую схему, при помощи которой можно измерять малейшие изменения напряжения. Не смотря на то, что схема в последующем получила название в честь второго изобретателя, Чарльза Витстоуна, настоящая слава принадлежит все же Хантеру Кристи.

           

Мостовая схема Wheatstone

Уильям Томсон, который позже стал лордом Кельвином (его именем названа температурная шкала), открыл в 1856 году зависимость между растяжением проводника и его электрическим сопротивлением.

После этого не раз проводились эксперименты с проводниками. Например, в 1937 году с ними экспериментировал Нернст, чтобы измерить давление в двигателе внутреннего сгорания. Однако, первой модели свободно наклеиваемого тензорезистора пришлось ждать до 1938 года. Тогда профессором Руге был разработан первый тензорезистор. Уже три года позже появились первые индустриально изготовленные проволочные тензорезисторы, которые очень быстро нашли практическое применение. Настоящим прорывом для промышленно производимых тензодатчиков стали появившиеся в 1952 году на рынке плёночные тензорезисторы. Они вытравливались на покрытой проводящим материалом плёнке. Таким способом тензорезисторы изготавливаются и сегодня. Ещё в том же году, плёночные тензорезисторы были предложены для измерений крутящего момента. Таким образом были изготовлены первые невращающиеся тензодатчики крутящего момента. Эти датчики помогли решить многие задачи в разработках и испытаниях посредством измерения крутящего момента реакции. Но более важным и частым применением датчиков крутящего момента являются измерения на вращающемся валу. Здесь разработки длились ещё несколько лет, чтобы предложить на рынке готовые к применению тензометрические датчики крутящего момента.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Методика измерений

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 тензодатчиками.

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.

2.Измерение крутящего момента

 

Рис.1. Силовые факторы действующие на полуось.

 

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.2). Схема всей установки и соединения датчиков приведена на рис.4.

В этом случае крутящий момент Мк вызовет растяжение датчиков R1 и  R3 и сжатие датчиков R2 и  R4, тогда уравнение баланса моста будет выглядеть следующем образом[2]:

(R1+ΔR)(R3+ ΔR)>(R2-  ΔR)(R4- ΔR),

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

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

 

 

(R1+ΔR)(R3+ ΔR)=(R2-  ΔR)(R4- ΔR).

 

Рис.2. Схема наклейки тензодатчиков для измерения крутящего момента.

В связи с тем, что мощности, развиваемой тензодатчиками, обычно недостаточно для работы реистрирующей аппаратуры, то необходимо применить усилитель.

В качестве регистрирующей аппаратуры применяем компьютер с подключенным к нему аналоговоцифровым преобразователем(АЦП), позволяющий регистрировать сразу несколько параметров.

Для фиксации числа оборотов полуоси трактора будем применять индукционный отметчик (рис.3). 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.3), применяемый при измерениях 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 подается к усилителю.    

 

Рис.3. 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;

 

3.Обработка результатов измерения

Обработка опытных данных является заключительным этапом испытаний.

По результатам испытаний получили осциллограмму рис.4.

Рис.4. Образец осциллограммы

1- масштабный  коэффициент μк; 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 Мк ср:

 μк;

F- площадь участка осциллограммы;

L- длина участка осциллограммы.

μк- переводной масштабный коэффициент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Этал. калиб	Показания
	1 опыт		2 опыт		3 опыт		Si		Si
	нагр	разгр	нагр	разгр	нагр	разгр
0	0.05	0.08	0.04	0.05	0.04	0.03	0.048	0.017	0
Rm	0.25	0.34	0.32	0.44	0.44	0.31	0.35	0.154	0.302
0	0.02	0.04	0.08	0.04	0.05	0.03	0.043	0.02	0.005
1	0.86	0.86	0.81	0.75	0.84	0.79	0.813	0.098	0.765
2	1.66	1.68	1.61	1.61	1.65	1.61	1.636	0.031	1.588
3	2.47	2.47	2.44	2.44	2.39	2.39	2.433	0.036	2.385
1)Рассчитываем среднеарифмитические  значения показаний регистрирующего  прибора Si для каждого измерения:   2)Рассчитываем среднеквадратичную погрешность измерений

3) Рассчитываем приведенные значения  показаний регистрирующего прибора  Si для каждого измерения:

 

Si=Si-So   ,  Si=0,813-0,048=0,765

 

4)На основании результатов таблицы 1 строим тарировочный график

 

Рис. 5  Тарировочный график

5)Расчет изгибающего момента

М1=0,14*9,8=1.372 Н*м

М2=0,14*19,6=2,74 Н*м

М3=0,14*29,4=4,11 Н*м

6) Определяем по тарировочному графику величину момента соответствующего разбалансу моста при включении масштабного сопротивления:

 

М=0,14*4,79=0,67 Н*м

7)Определяем среднеарифмитическую  ошибку:

,              ,    

Относитильная ошибка при включении масштабного сопротивления:

 

 

 

 

Вывод:

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 использованной литературы

1. http://www.industrialauto.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=677  Вильфрид Криммель. Перевод: АЛЬФА-СЕНСОР © 2010.

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