專利名稱：旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋葉式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試領(lǐng)域，特別涉及一種旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)：
旋葉式小型壓縮機(jī)通常應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)，該類壓縮機(jī)因其體積小、重量輕，一般外形尺寸為20cm×13cm×13cm左右，總重量一般在10kg以內(nèi)。由于旋葉式壓縮機(jī)安裝在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)給旋葉式壓縮機(jī)造成惡劣的工作環(huán)境，因此對(duì)旋葉式壓縮機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)車故障診斷上的要求越來越高，而壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的測量是作為壓縮機(jī)評(píng)價(jià)中必須重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)之一，但是針對(duì)旋葉式小型壓縮機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的測量一直存在困難。
目前，涉及壓縮機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測量有兩種測量方式，一種如公開號(hào)為CN1696630A的測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法及其裝置所公開的技術(shù)，是將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸延長，延長軸上連接一個(gè)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測量裝置，通過將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試的慣性環(huán)外接于被測轉(zhuǎn)子，把轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)傳遞到慣性環(huán)上進(jìn)行間接測試。采用這種測量裝置，因測量裝置的結(jié)構(gòu)過大，安裝空間大，測試安裝極不方便，只適合測試大型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，不能用于小型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試，尤其是應(yīng)用到現(xiàn)場實(shí)車測試，就更無法安裝到車上進(jìn)行實(shí)車測試；而且由于這種測試裝置需外接延長的軸，加長了轉(zhuǎn)軸，改變了轉(zhuǎn)軸的原有質(zhì)量，使轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性也發(fā)生了變化，誤差較大，無法檢測到精確數(shù)據(jù)，會(huì)影響測試效果。另一種是將壓縮機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)通過磁場耦合來傳遞能源及信號(hào)，此種測量方式的缺點(diǎn)就是扭振信號(hào)的感受微弱，信噪比低，加上橫向振動(dòng)的干擾，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)的提取和分析都很困難，測試的準(zhǔn)確性受到嚴(yán)重影響，誤差較大，測試效果欠佳。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，它采用在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上貼裝電阻式應(yīng)變片，并將電刷式導(dǎo)電環(huán)通過安裝盤連接在壓縮機(jī)銜鐵上，既能夠直接測量旋葉式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，避免間接測量帶來的誤差，同時(shí)又減小了測試裝置的體積和質(zhì)量，安裝簡單方便，可安裝在車上實(shí)現(xiàn)實(shí)車測試。
本發(fā)明的該目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將一電刷式導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)部通過螺釘連接在一安裝盤上，安裝盤的軸向設(shè)有中心過孔，中心過孔徑向設(shè)置通孔貫穿安裝盤，安裝盤偏心位置通過多個(gè)螺釘與壓縮機(jī)銜鐵連接，所述壓縮機(jī)銜鐵的圓心孔與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸花鍵配合，一帶軸向通孔的壓裝螺栓與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸心孔螺紋配合，將壓縮機(jī)銜鐵軸向定位在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上徑向設(shè)置引線孔連通軸心孔，所述電刷式導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)部通過導(dǎo)線分別連接兩組電阻式應(yīng)變片，每組電阻式應(yīng)變片具有兩個(gè)呈90°交叉的電阻式應(yīng)變片，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，連接電阻式應(yīng)變片的導(dǎo)線從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的引線孔、軸心孔、壓裝螺栓的軸向通孔、安裝盤的中心過孔及徑向通孔穿過與電刷式導(dǎo)電環(huán)旋轉(zhuǎn)部的接線腳分別連接，電刷式導(dǎo)電環(huán)靜止部的接線腳通過導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器，動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器連接計(jì)算機(jī)。
所述每個(gè)電阻式應(yīng)變片的阻值為120歐姆。
所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸圓周設(shè)置環(huán)形槽，環(huán)形槽通過引線孔連通軸心孔，電阻式應(yīng)變片粘貼在環(huán)形槽中。
所述每組的兩個(gè)電阻式應(yīng)變片中均有一個(gè)為受拉應(yīng)變片，另一個(gè)為受壓應(yīng)變片，兩組的受拉應(yīng)變片的電源端并聯(lián)于負(fù)電源，兩組的受壓應(yīng)變片的電源端并聯(lián)于正電源，兩組電阻式應(yīng)變片中，一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于正電壓，另一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于負(fù)電壓，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋。
所述數(shù)據(jù)采集處理器通過導(dǎo)線連接一數(shù)字轉(zhuǎn)速表，數(shù)字轉(zhuǎn)速表與安裝盤或壓縮機(jī)銜鐵接觸。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 將電刷式導(dǎo)電環(huán)通過一安裝盤與壓縮機(jī)銜鐵連接，壓縮機(jī)銜鐵與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸花鍵配合，且用一帶軸向通孔的壓裝螺栓軸向定位壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，這種利用壓縮機(jī)銜鐵連接安裝盤及電刷式導(dǎo)電環(huán)的方式，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方便，可安裝在體積較小的旋葉式小型壓縮機(jī)上進(jìn)行檢測。
所述電刷式導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)部通過導(dǎo)線分別連接兩組電阻式應(yīng)變片，每組電阻式應(yīng)變片具有兩個(gè)呈90°交叉的電阻式應(yīng)變片，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋，作為直接從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸感應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳感器。在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸上力的傳遞是通過與軸線呈45°夾角的剪切力來實(shí)現(xiàn)的，即軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的變化就是軸的剪切力的變化。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每組電阻式應(yīng)變片中的一個(gè)電阻式應(yīng)變片受拉，另一個(gè)電阻式應(yīng)變片受壓，兩組電阻式應(yīng)變片貼在轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)直接感應(yīng)到的應(yīng)變變化量信息，即可計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特性，由此能夠提供準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特性數(shù)據(jù)。
連接電阻式應(yīng)變片的導(dǎo)線從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的引線孔、軸心孔、壓裝螺栓的軸向通孔、安裝盤的中心過孔及徑向通孔穿過與電刷式導(dǎo)電環(huán)旋轉(zhuǎn)部的接線腳分別連接，解決了直接將應(yīng)變片粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上應(yīng)變片的信號(hào)導(dǎo)線布置的難題，使轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)這些信號(hào)導(dǎo)線不會(huì)發(fā)生纏繞。
電刷式導(dǎo)電環(huán)靜止部的接線腳通過導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器，動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器連接計(jì)算機(jī)；同時(shí)所述數(shù)據(jù)采集處理器通過導(dǎo)線連接一數(shù)字轉(zhuǎn)速表，數(shù)字轉(zhuǎn)速表與安裝盤或壓縮機(jī)銜鐵接觸。這樣可以將四臂差動(dòng)電橋輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)一并被采集到數(shù)據(jù)采集處理器，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)分析出最大扭矩值下的共振轉(zhuǎn)速，和轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率特性。
本發(fā)明的又一目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用上述測試裝置測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法，它采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片分成兩組對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成四臂差動(dòng)電橋檢測壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特性，并利用每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系，通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系，能夠直接準(zhǔn)確的檢測到旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)變化量。
本發(fā)明的這一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片平均分成兩組對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱，并使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，形成四臂差動(dòng)電橋作為感應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳感器，通過測得電阻式應(yīng)變片在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變變化量，計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特征，從轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系得到轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量，利用每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系，通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系，輸出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器采集監(jiān)控分析電壓信號(hào)變化數(shù)據(jù)，即可通過計(jì)算機(jī)得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)數(shù)據(jù)。
所述轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系為τ＝Mk/Wp 其中 τ為剪切力； Mk是作用于軸上的扭矩； Wp是軸截面的抗扭模數(shù)。
所述每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系為 ΔR/R＝K0ε 其中 ΔR為受到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)形變后應(yīng)變片的電阻變化阻值； R為應(yīng)變片原始電阻； K0為應(yīng)變片靈敏度； ε為轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量。
所述通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系為

式1 式中 R2-r2和R3-r3為受壓應(yīng)變片電阻值； R1-r1和R4-r4為受拉應(yīng)變片電阻值； R1，R2，R3，R4為應(yīng)變片原始阻值； r1，r2，r3，r4為應(yīng)變片隨轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的電阻變化量。
由于采用了上述方案，采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片平均分成兩組對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱，并使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋，可以測得與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線方向呈45°夾角的電阻式應(yīng)變片在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變變化量，由于與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線方向呈45°夾角的方向是轉(zhuǎn)軸的剪切力方向，這樣就可以從轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系τ＝Mk/Wp，計(jì)算得到轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量；并利用每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系ΔR/R＝K0ε，通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系
輸出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器采集監(jiān)控分析電壓信號(hào)變化數(shù)據(jù)，即可通過計(jì)算機(jī)得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)數(shù)據(jù)。并且數(shù)據(jù)采集處理器還能將測得的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，測出在最大扭矩值下的共振轉(zhuǎn)速，分析得到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率特性。
本方法采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片，平均分為兩組對(duì)稱貼裝在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋直接從轉(zhuǎn)軸上測量扭矩振動(dòng)，通過采集監(jiān)控分析差動(dòng)電橋輸出電壓的電壓變化情況即可得出轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)情況，既消除了非線性誤差，而且電壓靈敏度比單片應(yīng)變片提高4倍，測量的準(zhǔn)確性得到極大的提高，同時(shí)還起到溫度補(bǔ)償作用。采用這種方法，可以直接從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)測量信號(hào)，解決了以前借助它物間接測試導(dǎo)致的信號(hào)采集誤差較大，無法檢測到精確數(shù)據(jù)，測試效果欠佳的問題；尤其是解決了旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試的難題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。



圖1為本發(fā)明測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為轉(zhuǎn)軸的局部放大圖； 圖3為壓縮機(jī)銜鐵的示意圖； 圖4為安裝盤的示意圖； 圖5為兩組電阻式應(yīng)變片的連接電路圖； 圖6為差動(dòng)電橋的原理圖； 圖7為本發(fā)明的電路框圖。
附圖中，1為轉(zhuǎn)子，2為轉(zhuǎn)軸，2a為軸心孔，2b為環(huán)形槽，3為電阻式應(yīng)變片，4為圓心孔，5為銜鐵，6為壓裝螺栓，6a為軸向通孔，7為中心過孔，8為安裝盤，9為通孔，10為電刷式導(dǎo)電環(huán)，10a為旋轉(zhuǎn)部，10b為靜止部，11為接線腳，12為引線孔，13為安裝螺紋孔，14為螺紋孔，15為過孔，16為導(dǎo)線，17為安裝孔，20為壓縮機(jī)，21為動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器，22為數(shù)據(jù)采集處理器，23為計(jì)算機(jī)，24為數(shù)字轉(zhuǎn)速表。

具體實(shí)施例方式 參見圖1至圖4和圖7，一種旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，一電刷式導(dǎo)電環(huán)10的旋轉(zhuǎn)部10a通過螺釘連接在一安裝盤8上，兩個(gè)螺釘分別從電刷式導(dǎo)電環(huán)10的旋轉(zhuǎn)部10a上設(shè)置的兩個(gè)安裝孔17穿過與安裝盤8上的兩個(gè)螺紋孔14緊固連接，將電刷式導(dǎo)電環(huán)10固定在安裝盤8上。安裝盤8的軸向設(shè)有中心過孔7，中心過孔7徑向設(shè)置通孔9貫穿安裝盤8，安裝盤8偏心位置設(shè)有三個(gè)過孔15，三個(gè)螺釘分別穿過安裝盤8上的三個(gè)過孔15與壓縮機(jī)銜鐵5上設(shè)置的三個(gè)安裝螺紋孔13緊固連接。所述壓縮機(jī)銜鐵5的圓心孔4通過內(nèi)花鍵與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2花鍵配合，使壓縮機(jī)銜鐵5周向固定在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2上，一帶軸向通孔的壓裝螺栓6與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2的軸心孔2a螺紋配合，將壓縮機(jī)銜鐵5軸向定位在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2上，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2上徑向設(shè)置引線孔12連通軸心孔2a。所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2圓周設(shè)置環(huán)形槽2b，環(huán)形槽2b通過引線孔12連通軸心孔，電阻式應(yīng)變片3粘貼在環(huán)形槽2b中。所述電刷式導(dǎo)電環(huán)10的旋轉(zhuǎn)部10a通過導(dǎo)線16分別連接兩組電阻式應(yīng)變片3，每組電阻式應(yīng)變片3具有兩個(gè)呈90°交叉的電阻式應(yīng)變片，兩組電阻式應(yīng)變片3沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2上，使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2的軸線呈45°夾角。見圖5、圖6，所述每組的兩個(gè)電阻式應(yīng)變片中均有一個(gè)為受拉應(yīng)變片R1、R4，另一個(gè)為受壓應(yīng)變片R2、R3，兩組的受拉應(yīng)變片R1、R4的電源端并聯(lián)于負(fù)電源，兩組的受壓應(yīng)變片R2、R3的電源端并聯(lián)于正電源，兩組電阻式應(yīng)變片中，一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于正電壓，另一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于負(fù)電壓，由此構(gòu)成一四臂差動(dòng)電橋。連接電阻式應(yīng)變片3的導(dǎo)線16從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸2的引線孔12、軸心孔2a、壓裝螺栓6的軸向通孔6a、安裝盤8的中心過孔7及徑向通孔9穿過與電刷式導(dǎo)電環(huán)10旋轉(zhuǎn)部10a的接線腳11分別連接，電刷式導(dǎo)電環(huán)10靜止部10b的接線腳11通過導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器21，動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器21經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器22連接計(jì)算機(jī)23。所述數(shù)據(jù)采集處理器22通過導(dǎo)線連接一數(shù)字轉(zhuǎn)速表24，數(shù)字轉(zhuǎn)速表24與安裝盤或壓縮機(jī)銜鐵接觸，用于測量壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
采用上述測試裝置測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法是 采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片平均分成兩組對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱，并使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋，通過測得與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線方向呈45°夾角的電阻式應(yīng)變片在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變變化量，計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特征，從轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系得到轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量。
所述轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系為τ＝Mk/Wp 其中 τ為剪切力； Mk是作用于軸上的扭矩； Wp是軸截面的抗扭模數(shù)。
由此，根據(jù)虎克定律 ε＝σ1/E-σ3μ/E 得到轉(zhuǎn)軸主應(yīng)力應(yīng)變量與扭矩對(duì)應(yīng)關(guān)系 ε＝(1+μ)Mk/E Wp 其中 Mk是作用于軸上的扭矩； Wp是軸截面的抗扭模數(shù)； E軸材料的彈性模量； ε轉(zhuǎn)軸與軸線方向成45°的主應(yīng)力應(yīng)變量； σ為轉(zhuǎn)軸主應(yīng)力； μ泊松比。
由于采用電阻式應(yīng)變片作為感應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)傳感器，從測到應(yīng)變片的應(yīng)變變化量即可計(jì)算分析得到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特性，對(duì)于轉(zhuǎn)軸而言，剪切力方向是與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸軸線方向成45°夾角方向，通過兩組應(yīng)變片組成的測扭四臂差動(dòng)電橋，如附圖5所示，在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，各組電阻式應(yīng)變片內(nèi)有一個(gè)應(yīng)變片受拉，另一個(gè)應(yīng)變片受壓。將每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸上的應(yīng)變變化量形成的線性關(guān)系 ΔR/R＝K0ε 其中 ΔR為受到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)形變后應(yīng)變片的電阻變化阻值； R為應(yīng)變片原始電阻； K0為應(yīng)變片靈敏度； ε為轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量。
通過加載激勵(lì)電壓U激勵(lì)，形成轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量ε以電壓信號(hào)輸出U輸出的線性關(guān)系，如圖6所示

式1 式中 R2-r2和R3-r3為受壓應(yīng)變片電阻值； R1-r1和R4-r4為受拉應(yīng)變片電阻值； R1，R2，R3，R4為應(yīng)變片原始阻值； r1，r2，r3，r4為應(yīng)變片隨轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的電阻變化量。
輸出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器采集監(jiān)控分析電壓信號(hào)變化數(shù)據(jù)，即可通過計(jì)算機(jī)得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)數(shù)據(jù)。由于作為感應(yīng)器的四臂差動(dòng)電橋的四個(gè)電阻式應(yīng)變片的阻值相同，電阻值設(shè)定為R，因此四個(gè)電阻式應(yīng)變片R1，R2，R3，R4的電阻變化量也相等，故四個(gè)應(yīng)變片的電阻變化量r1，r2，r3，r4設(shè)定為ΔR，由此將公式ΔR/R＝K0ε代入式1并簡化為 U輸出＝U激勵(lì)Kε 這樣使分析計(jì)算也極其簡單，從采集監(jiān)控分析U輸出的電壓變化情況即可得出轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)情況。
本發(fā)明裝置及方法可直接測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，避免了間接測量帶來的誤差；同時(shí)減小外部連接裝置的體積和質(zhì)量，具有操作性強(qiáng)，易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，其特征在于一電刷式導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)部通過螺釘連接在一安裝盤上，安裝盤的軸向設(shè)有中心過孔，中心過孔徑向設(shè)置通孔貫穿安裝盤，安裝盤偏心位置通過多個(gè)螺釘與壓縮機(jī)銜鐵連接，所述壓縮機(jī)銜鐵的圓心孔與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸花鍵配合，一帶軸向通孔的壓裝螺栓與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸心孔螺紋配合，將壓縮機(jī)銜鐵軸向定位在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上徑向設(shè)置引線孔連通軸心孔，所述電刷式導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)部通過導(dǎo)線分別連接兩組電阻式應(yīng)變片，每組電阻式應(yīng)變片具有兩個(gè)呈90°交叉的電阻式應(yīng)變片，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，連接電阻式應(yīng)變片的導(dǎo)線從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的引線孔、軸心孔、壓裝螺栓的軸向通孔、安裝盤的中心過孔及徑向通孔穿過與電刷式導(dǎo)電環(huán)旋轉(zhuǎn)部的接線腳分別連接，電刷式導(dǎo)電環(huán)靜止部的接線腳通過導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器，動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器連接計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，其特征在于所述每個(gè)電阻式應(yīng)變片的阻值為120歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，其特征在于所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸圓周設(shè)置環(huán)形槽，環(huán)形槽通過引線孔連通軸心孔，電阻式應(yīng)變片粘貼在環(huán)形槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，其特征在于所述每組的兩個(gè)電阻式應(yīng)變片中均有一個(gè)為受拉應(yīng)變片，另一個(gè)為受壓應(yīng)變片，所述兩組的受拉應(yīng)變片的電源端并聯(lián)于負(fù)電源，兩組的受壓應(yīng)變片的電源端并聯(lián)于正電源，兩組電阻式應(yīng)變片中，一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于正電壓，另一組的兩個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)端并聯(lián)于負(fù)電壓，構(gòu)成四臂差動(dòng)電橋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集處理器通過導(dǎo)線連接一數(shù)字轉(zhuǎn)速表，數(shù)字轉(zhuǎn)速表與安裝盤或壓縮機(jī)銜鐵接觸。
6.一種用權(quán)利要求1所述的測試裝置測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法，其特征在于采用四個(gè)阻值相同的電阻式應(yīng)變片平均分成兩組對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱，并使每個(gè)電阻式應(yīng)變片縱向與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸線呈45°夾角，形成四臂差動(dòng)電橋作為感應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳感器，通過測得電阻式應(yīng)變片在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變變化量，計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特征，從轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系得到轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量，利用每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系，通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系，輸出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器采集監(jiān)控分析電壓信號(hào)變化數(shù)據(jù)，即可通過計(jì)算機(jī)得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸扭矩與剪切力的關(guān)系為τ＝Mk/Wp
其中
τ為剪切力；
Mk是作用于軸上的扭矩；
Wp是軸截面的抗扭模數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法，其特征在于所述每個(gè)電阻式應(yīng)變片的電阻變化量與轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變變化量的線性關(guān)系為
ΔR/R＝K0ε
其中
ΔR為受到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)形變后應(yīng)變片的電阻變化阻值；
R為應(yīng)變片原始電阻；
K0為應(yīng)變片靈敏度；
ε為轉(zhuǎn)軸應(yīng)變量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法，其特征在于所述通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系為
式1
式中
R2-r2和R3-r3為受壓應(yīng)變片電阻值；
R1-r1和R4-r4為受拉應(yīng)變片電阻值；
R1，R2，R3，R4為應(yīng)變片原始阻值；
r1，r2，r3，r4為應(yīng)變片隨轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的電阻變化量。
全文摘要
旋葉式小型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測試裝置及測試方法，將電刷式導(dǎo)電環(huán)通過安裝盤連接在壓縮機(jī)銜鐵上，壓縮機(jī)銜鐵花鍵配合在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，用一帶軸向通孔的壓裝螺栓軸向定位，電刷式導(dǎo)電環(huán)通過導(dǎo)線分別連接兩組電阻式應(yīng)變片，兩組電阻式應(yīng)變片沿轉(zhuǎn)軸圓周間隔180°對(duì)稱粘貼在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上，形成四臂差動(dòng)電橋作為感應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳感器，通過測得電阻式應(yīng)變片在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變變化量，計(jì)算分析得到轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)剪切力的變化特征，通過加載激勵(lì)電壓，形成應(yīng)變量以電壓信號(hào)輸出的線性關(guān)系，輸出的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)電壓信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大器調(diào)理放大后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理器采集監(jiān)控分析電壓信號(hào)變化數(shù)據(jù)，即可通過計(jì)算機(jī)得出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸扭矩振動(dòng)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01M7/02GK101762371SQ20101010283
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者胡立志, 李德江, 劉宜瓊, 李茂龍 申請(qǐng)人:重慶建設(shè)摩托車股份有限公司