汽車發(fā)動機油路測量設(shè)備的機構(gòu)設(shè)計-【汽車專業(yè)畢業(yè)論文】【答辯通過】

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1、編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：汽車發(fā)動機油路測量 設(shè)備的機構(gòu)設(shè)計 信機系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號：0923154 學生姓名： 孫墅陽 指導(dǎo)教師：范圣耀（職稱：副教授） （職稱： ） 2013年5月25日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）汽車發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備的機構(gòu)設(shè)計是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。

2、 班 級： 機械93 學 號： 0923154 作者姓名： 2013年 5 月25日 無錫太湖學院 信 機系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 汽車發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備的機構(gòu)設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 結(jié)合自己實習經(jīng)驗觀察，國內(nèi)油路壓力測量設(shè)備尚未普及，生產(chǎn)效率的提升空間很大。前景一片廣闊 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 1、了解

3、發(fā)動機及其壓力設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 2、了解內(nèi)燃機異常噴射現(xiàn)象 3、充分理解機械傳動的計算并完成相關(guān)圖紙，折合A0圖紙不少于3張 4、完成機械類相關(guān)文獻翻譯8000字符左右 四、接受任務(wù)學生： 機械93班 　　姓名 孫墅陽 五、開始及完成日期： 自2012年11月7日 至2013年5月25日 六、設(shè)計（論文）指

4、導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教研室主任 〔學科組組長研究所所長〕簽名 系主任 簽名 2012年11月12日 摘 要 柴油機供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目前在評估新品開發(fā)設(shè)計的噴油泵和噴油嘴的性能時，在產(chǎn)品改進和新品試制過程中，為了獲得良好的性能指標，往往需要對燃油噴射系統(tǒng)進行大量的調(diào)試工作，也常以多參數(shù)的電測量作為考核項目之一。柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油機性能的影響，以及柴油內(nèi)燃機異常噴射現(xiàn)象和柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力。

5、 關(guān)鍵詞：壓力噴油泵的參數(shù)選擇；內(nèi)燃機異常噴射現(xiàn)象；相關(guān)油管嘴端壓力 Abstract Diesel engine fuel supply systemelectricalmulti-parametermeasurement,provides the meansto studytheinjection characteristicsofthefuel supply system. Moreover,intheassessmentoftheperformanceofnewproductdevelopment and designof thefuel injection pumpandinj

6、ector, intheprocessofproduct improvement andnew trial, inordertoobtain good performanceindicators, often requirethe fuelinjection systemdebuggingwork, often thepowerofmulti-parametermeasurements asoneoftheassessment project. Diesel engineline pressuremeasurement equipmenttherelatedtubingpressureofth

7、emouth end of theneedle valve bodypressure chamberpressurefuel pumpparametersselection and itsimpacton diesel engine performance, as well as theabnormaljetphenomenonofthediesel engineand dieselengineline pressuremeasurement equipmenttubingmouth endpressure andneedle valve bodypressure chamberpressur

8、e. Keywords:pressurefuel pumpparameter selection; theabnormalinternal combustion enginejetphenomenon; tubingmouth endpressure 目 錄 摘要III ABSTRACTIV 目錄V 1 緒論1 1.1 設(shè)計目的1 1.2 柴油發(fā)動機的燃料噴射裝置概述1 1.3 噴油過程2 1.4 幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義3 1.5 噴油器總成3 2 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備的設(shè)計5 2.1 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備控制系統(tǒng)概述5 2.2 柴油發(fā)動機油

9、路壓力測量設(shè)備的原理7 2.3 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相位調(diào)整7 2.4 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備測量線路7 2.5 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備試驗結(jié)果分析10 2.6 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備校驗壓電壓力傳感器11 2.7 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力11 3 機械傳動選用及設(shè)計計算12 3.1 圓錐齒輪的計算12 3.2 主傳動軸的相關(guān)概算13 3. 3 花鍵聯(lián)軸器的計算14 3.4 壓力波動的分析15 3.5 燃油的可壓縮性15 3.6 管路的容積變化16 3.7 管路中的壓力波動16 3.8 噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油

10、機性能的影響17 3.9 噴油泵的速度特性校正19 3.10 可變減壓容積19 3.11 可變的減壓作用19 3.12 高壓油管20 3.13 柴油內(nèi)燃機異常噴射現(xiàn)象20 3.14 二次噴射21 3.15 穩(wěn)定噴射22 4 測試精度23 總結(jié)26 致謝28 參考文獻29 1 緒論 1.1 設(shè)計目的 柴油機供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目前在評估新品開發(fā)設(shè)計的噴油泵和噴油嘴的性能時，也常以多參數(shù)的電測量作為考核項目之一。因此，測量的精確性就顯得越發(fā)重要了。 在以往的電測試驗中，出現(xiàn)過油嘴已噴油的工況下，測出的油管壓力低于油嘴開啟

11、壓力的情況。例如在二零零二年八月高速一號泵的電測試驗中，油嘴開啟壓力為12。5MPA，當油泵轉(zhuǎn)速為250RPM時，測出的嘴端最高壓力只有11。69MPA。還有，日本VE泵在二零零二年九月的試驗中，油嘴開啟壓力為18。13MPA（185kgf/cm2），在油泵轉(zhuǎn)速為390RPM時，測出的嘴端最高壓力只有17。013MPA（173。6 kgf/cm2）。在上述兩例試驗中，油嘴針閥均已開啟噴油。 現(xiàn)有使用的傳感器、信號轉(zhuǎn)換儀、數(shù)據(jù)處理儀、都是具有世界先進水平的儀器。精度很高，隨機誤差很小。這就要考慮是否存在較大的系統(tǒng)誤差，即要從測試方法的角度去考慮了。目前一般采用壓電式傳感器測量壓力。壓電傳感器因

12、其機械強度高，體積小，重量輕、高頻特性良好，輸出線性好等優(yōu)點，而被廣泛采用。但當被測壓力變化頻率低，變化幅度小時，壓電晶體的電荷量變化難于反映到測量結(jié)果中，即壓電傳感器的低頻特性差。而我們測量的油路中存在這種變化頻率低、幅度小的壓力——高壓油管中的殘留壓力。因此，壓電傳感器是測不出這種壓力的。上面提到的現(xiàn)象極可能是因為測不出殘留壓力而產(chǎn)生的。 在課題立項時，還曾考慮過壓電傳感器靈敏度變化問題，還有高壓油管嘴端壓力與針閥體內(nèi)壓力室的壓力差異問題，是否會對壓力測量精度產(chǎn)生一定的影響。這些都將在下面的論文中予以闡述。 1.2 柴油發(fā)動機的燃料噴射裝置概述 燃油噴射裝置是柴油機的一個重要組成部分

13、，在產(chǎn)品改進和新品試制過程中，為了獲得良好的性能指標，往往需要對燃油噴射系統(tǒng)進行大量的調(diào)試工作，根據(jù)大量實踐表明，對現(xiàn)代柴油機噴射裝置的要求是: (1) 能精確的控制每循環(huán)的噴射量(并要求每缸等量)，并在規(guī)定的時間內(nèi)(噴射持續(xù)角)噴入汽缸，換言之，即要求具有合適的噴油率。 (2) 為了優(yōu)化柴油機的性能、煙度、噪聲和排放，需要具備能隨柴油機負荷和轉(zhuǎn)速變的、精度為±1℃A的噴油提前角。 (3) 為了將柴油和空氣混合，需要高的噴射壓力，對具有強空氣渦流的直噴式或非直噴式柴油機，最大噴射壓力為30～40MPA，對低渦流直噴式，最大噴射壓力約為45～48MPA，對無渦流直噴式，最大噴射壓力在100

14、MPA以上。 近年來，得到蓬勃發(fā)展的電控噴射系統(tǒng)，在實現(xiàn)要求（2）方面已比常規(guī)的機械液力式噴射裝置顯示出更大的優(yōu)越性，并開辟了將噴油系統(tǒng)控制和運輸車輛控制結(jié)合起來的可能性。 在柴油內(nèi)燃機出現(xiàn)早期，燃油噴射是通過高壓空氣實現(xiàn)的。一九二七年，德國博世（BOSH）公司開始專業(yè)生產(chǎn)以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量的機械式噴油泵，這種噴油泵的工作原理至今仍用于多數(shù)柴油內(nèi)燃機的燃料供給系統(tǒng)中。 圖1.1 燃油系統(tǒng)圖 如圖1.1整個燃油系統(tǒng)由低壓油路（油箱、輸油泵、燃料濾請器、）（噴油泵、高壓油管、噴油器）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。其核心部分是高壓油路所組成的噴油系統(tǒng)，人們也把這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)稱之為泵

15、-管-嘴系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，噴油泵有柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵兩種。對柱塞式噴油泵，每個柱塞元件對應(yīng)于一個氣缸，多缸內(nèi)燃機所用的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等且和為一體，構(gòu)成合成式噴油泵；對小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機，常采用每個柱塞元件獨立組成一個噴油泵，稱之為單體噴油泵。轉(zhuǎn)子分配式噴油泵是用一個或一對柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機的氣缸內(nèi)噴油，這種主要用于小缸徑高速柴油內(nèi)燃機上，其制造成本較低。 在上述泵-管-嘴燃料供給系統(tǒng)中，由于有高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機上的布置比較方便靈活，加上已積累了長期制造與匹配的理論與經(jīng)驗，因此，目前這種系統(tǒng)仍在各種柴油內(nèi)燃機上得到廣泛應(yīng)用。但是，也正由于高壓油管的

16、存在，降低了整個燃油供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛性，難于實現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，也使這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定的限制。為了滿足柴油內(nèi)燃機不斷強化及日益嚴格的排放與噪聲法規(guī)的要求，目前正在大力發(fā)展各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)，如采用短油管的單體泵系統(tǒng)、泵噴嘴與PT系統(tǒng)、蓄壓式或共軌系統(tǒng)等等。 在目前對于上述各種噴射裝置的研制中，對噴射裝置系統(tǒng)壓力性能有著很高的要求，而油管的殘留壓力，在整個壓力系統(tǒng)中占有十分重要的地位，因此對殘留壓力裝置的研究對整個燃油噴射裝置性能的提高有著十分重要的作用。 1.3 噴油過程 柴油內(nèi)燃機工作時，曲軸通過定時齒輪驅(qū)動噴油泵旋轉(zhuǎn)，燃油從油箱經(jīng)濾清、

17、輸油泵加壓（約0。1～0。15MPA）到噴油泵的低壓油腔。當挺柱體總成的滾輪在凸輪基圓時，柱塞腔與低壓油腔通過進、回油孔聯(lián)通，向柱塞腔供油，噴油泵凸輪軸運轉(zhuǎn)，凸輪推動挺柱體總成克服柱塞彈簧力向上運動。當柱塞頂面上升到與進、回油孔上邊緣平齊，進、回油孔關(guān)閉，柱塞腔與低壓油腔隔離。當柱塞再向上運動時，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮，壓力升高。當壓力上升到大于出油閥開啟壓力與高壓油管內(nèi)殘壓之和時，出油閥開啟，燃油流入出油閥緊帽進到高壓油管、噴油器體內(nèi)油路及針閥體盛油槽內(nèi)。柱塞繼續(xù)上升，油壓升高，當噴油器針閥體盛油槽內(nèi)的油壓達到并超過針閥開啟壓力時，針閥打開，向氣缸內(nèi)噴油。由于柱塞頂面積大，噴油器的噴孔面積小，

18、故噴射過程中壓力繼續(xù)升高。當柱塞上升到其斜槽上邊緣與回油孔的下邊緣相聯(lián)通時，柱塞再上升，柱塞腔與低壓油腔相通，燃油流經(jīng)回油孔開啟截面進入低壓油腔，柱塞腔壓力下降。隨后出油閥在彈簧力和兩端油壓的綜合作用下開始下行，當減壓凸緣進入出油閥座孔后，出油閥緊帽腔與柱塞腔隔離，使緊帽腔到噴油器所組成的高壓油路內(nèi)保持一定量燃油，出油閥仍繼續(xù)下行到落座。出油閥在落座過程中，由于減壓容積的作用，使高壓油路（出油閥緊帽腔、高壓油管、噴油器體內(nèi)油道、盛油槽容積的總和）中燃油壓力迅速下降。當盛油槽內(nèi)的燃油壓力小于針閥關(guān)閉壓力時，針閥落座，噴油停止。 由于燃油的可壓縮性與慣性，壓力的傳播與反射，高壓油管內(nèi)的燃油將產(chǎn)生

19、一定的壓力波，壓力波在出油閥緊帽腔到針閥體的盛油槽內(nèi)不斷衰減，趨于一定壓力定值即殘留壓力。上述噴油過程是可用壓力傳感器及位移傳感器和相應(yīng)儀器測出，考慮到測量的方便性和可行性，通常噴油過程試驗僅測出泵端壓力、嘴端壓力、針閥升程和噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角變化關(guān)系。隨后，出油閥落座時，柱塞在凸輪驅(qū)動下繼續(xù)上行到最大行程后，在柱塞彈簧力作用下，沿凸輪下降段下行，在下行過程中，噴油泵不產(chǎn)生泵油作用，至此，完成了一個泵油循環(huán)。在柱塞上升過程中，柱塞從下止點上升到進、回油孔關(guān)閉時所經(jīng)過的距離，稱之為噴油泵柱塞的預(yù)行程，它的大小決定了柱塞在壓油過程中初速度的大小，將影響噴油速率；柱塞封閉進、回油孔開始壓油到柱塞斜

20、槽上邊緣與回油孔相通開始回油所經(jīng)歷的升程，稱之為噴油泵柱塞的有效行程，它的大小與循環(huán)供油量有關(guān)，決定了噴油器循環(huán)噴油量的大小。 從上述噴油過程的概述可知，噴油試驗過程涉及了泵端壓力嘴端壓力。而為了真實獲得這兩個壓力必須與油管的殘留壓力結(jié)合起來。因此油管的殘留壓力是整個噴油過程的一個組成部分，對整個噴射過程有著十分重要的作用。 1.4 幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義 幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系上求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每妙）噴油泵供入高壓系統(tǒng)的燃油量（mm3/（°）泵軸或mm3/s）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角ψ（或時間t）的變化關(guān)系。由于它純粹是幾何關(guān)系決定的，因此只要知道柱塞的運動特性即可。 噴油規(guī)

21、律是指在噴油過程中，每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量隨時間或泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。 1.5 噴油器總成 噴油器總成對于柴油機來說，有著非常重要的作用。噴油器總成在發(fā)動機上的安裝及噴油器總成的噴射性能直接影響柴油發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、使用性能及可靠性。噴油器不僅決定著噴霧質(zhì)量、油束與燃燒室的配合，而且影響噴油特性（噴油時刻、噴油延續(xù)時間、噴油規(guī)律），這些都直接影響發(fā)動機的性能指標。如果噴油不良，油束和燃燒室配合不好，則混合氣形成惡化，燃燒變壞，性能下降。在新產(chǎn)品的試制過程中，往往需要對噴油器作大量的調(diào)試，才能使柴油機達到設(shè)計指標；在使用過程中，常由于噴油器的故障使發(fā)動機性能下降，甚至不

22、能運轉(zhuǎn)。所以噴油器是影響柴油機設(shè)計指標和使用性能的關(guān)鍵部件之一。 噴油器總成通過法蘭、壓板和螺套緊固在發(fā)動機的氣缸頭上，它的噴油嘴端深入到發(fā)動機氣缸的燃燒室內(nèi)。噴油器的高壓油道通過高壓油管與噴油泵總成的出油閥接頭相連接，回油油路相互連接直接回到油箱。 噴油器總成的功用是： (1) 將一定數(shù)量的具有合適噴射壓力的燃油霧化，以促進燃油在發(fā)動機氣缸內(nèi)的著火燃燒。 (2) 借助于（或者不借助于）空氣渦流將燃油噴注并力求均勻分布到氣缸的燃燒室內(nèi)，特別對于無渦流的開式燃燒室，噴油器總成的安裝精度是一個很值得重視的問題。一般噴油器總成由噴油嘴偶件、噴油器體、調(diào)壓裝置、油管接頭、緊帽等、部件組成。

23、當高壓燃油經(jīng)高壓油道進入噴油嘴偶件盛油槽部位而壓力積蓄到能克服調(diào)壓彈簧對針閥的壓緊力時，針閥被升起，高壓油進入嘴端的高壓腔經(jīng)噴孔霧化而噴射到氣缸的燃燒室內(nèi)。當噴油泵終止泵油，油道內(nèi)壓力降低，針閥受彈簧的壓力而降致針閥座面以關(guān)閉高壓腔，這時燃油不能經(jīng)過噴油孔而進入發(fā)動機氣缸的燃燒室，而燃燒室的燃點也不能進入噴油器體內(nèi)。由于噴油器總成的主要組成是噴油嘴偶件，而噴油嘴偶件又有不同的結(jié)構(gòu)形式，所以噴油器總成也有不同的結(jié)構(gòu)形式。 小發(fā)動機的油嘴開啟壓力較低，而大發(fā)動機的油嘴開啟壓力和關(guān)閉壓力應(yīng)足夠高，以保證噴射終止后針閥能克服燃燒室高壓而落座，否則燃燒室氣體將進入油嘴，使噴孔和針閥積碳而進一步影響燃油

24、的噴射和燃燒。 噴油器中噴油壓力的影響： 在燃油噴射過程中，燃油壓力是變化的。一般講，小型高速柴油機的噴油嘴針閥開啟壓力為12～20MPA，最高燃油壓力是40～60MPA，而大型柴油機噴油嘴針閥開啟壓力為21～30MPA，最高噴油壓力約為80～100MPA以上。噴油壓力直接影響噴油持續(xù)時間和燃油霧化質(zhì)量。如果噴油壓力過低，則燃油霧化不好，而且容易引起燃氣回竄將噴油嘴燒壞。隨著噴油壓力提高，可以使油束出口速度增加，降低油滴的平均直徑，使油滴蒸發(fā)加快，加速油束在空氣中的擴散，使空氣卷入的相對速度增加，同時噴射持續(xù)期縮短，這樣就大大提高了混合氣形成速率，從而改善燃燒性能。 噴油壓力對然油消耗率

25、的影響： 隨著噴油壓力提高，燃油消耗率下降。所以近年來在柴油機上有提高噴油壓力的趨勢，甚至采用高壓噴射。例如在大型柴油機上噴油壓力已提高到100MPA以上，MAN公司的58/64系列柴油機的最高噴油壓力已達130MPA，并打算提高到140MPA，在小型高速柴油機上，由于受到噴油泵強度的限制，最高噴油壓力通常在70MPA以下。應(yīng)該指出，由于最高噴油壓力的出現(xiàn)是瞬時的，因此應(yīng)用平均有效壓力（即在噴油持續(xù)期內(nèi)通過噴孔的平均壓降）來判斷噴油過程的好壞更為合理。隨著平均有效壓力的提高，燃油消耗率和煙度都相應(yīng)下降。 2 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備的設(shè)計 2.1 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備控制系統(tǒng)概述

26、 信息總是蘊涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸?shù)摹＿@些物理量就是信號。就具體物理性質(zhì)而言，信號有光電信號、光信號、力信號，等等。其中，電信號在變換、處理、傳輸和運用等方面，都有明顯的優(yōu)點，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號。各種非電信號也往往被轉(zhuǎn)換成電信號，而后傳輸、處理和運用。 在測試工作的許多場合中，并不考慮信號的具體性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時間函數(shù)或空間函數(shù)，從數(shù)學上加以分析研究，從中得出一些具有普遍意義的理論。這些理論極大地發(fā)展了測試技術(shù)，并成為測試技術(shù)的重要組成部分。這些理論就是信號的分析和處理技術(shù)如圖1.2 圖1.2 信號的分析和處理技術(shù)圖 一般說來

27、，測試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)：以適當?shù)姆绞郊畋粶y對象、信號的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時以電量形式輸出測量結(jié)果。因此，測試系統(tǒng)的大致框圖可以用圖2.1來表示： 圖2.1測試系統(tǒng)流程框圖 應(yīng)當指出，并非所有的測試系統(tǒng)都具備圖2.1中所有環(huán)節(jié)，尤其是虛線連接的環(huán)節(jié)和傳輸環(huán)節(jié)。實際上，對環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間都存在著傳輸。圖2.1中的傳輸環(huán)節(jié)是指較遠距離的通訊傳輸?？陀^事物是多樣的。測試工作所希望獲取的信息，有可能已載于某種可檢測的信號中，也有可能尚未載于檢測的信號中。對于后者，測試工作就包含著選用合適的方式激勵被測對象，使其產(chǎn)生既能充分表征其有關(guān)信息便于檢測的信號。事實上，許多系統(tǒng)的

28、特征參量在系統(tǒng)的某些狀態(tài)下，可能充分地顯示出來；而在另外一些狀態(tài)下確可能沒有顯示出來，或者顯示得很不明顯，以至于難于檢測出來。因此，在后一種情況下，要測量這些特征參量時，就需要激勵該系統(tǒng)，使其處于能夠充分顯示這些參量特性的狀態(tài)中，以便有效地檢測載有這些信號的信號。傳感器直接作用于被測量。并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量輸出。信號調(diào)理環(huán)節(jié)。把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成更適合于進一步傳輸和處理的形式。這時信號轉(zhuǎn)換，在多數(shù)情況下是電信號之間的轉(zhuǎn)換。 例如將幅值放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變化等等。信號處理環(huán)節(jié)接受來自調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，并進行各種計算、濾波分析將

29、結(jié)果輸至顯示記錄或控制系統(tǒng)。信號顯示、記錄環(huán)節(jié)，以檢測者易于認識的形式來顯示測量的結(jié)果，或?qū)y量結(jié)果存貯，供必要時使用。在所有這些環(huán)節(jié)中，必須遵循的基本原則是各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間保持一一對應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，并必須盡可能的減小或消除各種干擾。 從以上的各測量環(huán)節(jié)的相互關(guān)系中我們可以知道，任何測量儀器都是由感受件、中間件、效用件組成的。下面我們再對這三個元件作一下簡單的描述。 1.信號接收部件 它直接與被測對象發(fā)生聯(lián)系(但不一定直接接觸)，感知被測參數(shù)的變化，同時對外界發(fā)出相應(yīng)的信號。 作為儀器的感受件必須滿足下述三個條件: (1) 它必須隨被測參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的內(nèi)部變化(

30、這個內(nèi)部變化就是傳感器的輸出信號)。如熱電偶的一端受熱后，因金屬的熱電效應(yīng)而產(chǎn)生熱電勢。 (2) 它只能隨被測參數(shù)的變化而發(fā)出信號（即不受其它任何參數(shù)的影響）。如熱電偶產(chǎn)生電勢的大小只隨溫度而變化，其它如壓力等參數(shù)的變化不引起電勢的改變。 (3) 感受件發(fā)出的信號與被測參數(shù)之間必須是單值的函數(shù)關(guān)系（即一個確定的信號只能與參數(shù)的一個值相對應(yīng)）。例如，不能用水的密度變化來測量+4℃左右的溫度，因為在這種情況下水的同一個密度大小可以代表兩個不同的溫度。 實際上，這三個條件是難以完全得到滿足的，特別是其中第（2）項條件。因此，任何傳感器都不可能是十全十美的，它都受一定使用條件的限制。如在使用上不

31、加以注意，就會得出錯誤的測量結(jié)果。 2. 中間件 最簡單的中間件是“單純”起傳遞作用的元件，它將傳感器的輸出原封不動地傳遞給效用件。這種單純的傳遞件一般只有當傳感器輸出的信號較強，感受件與效用件之間的距離不大或效用件的靈敏度很高（或消耗的能量很?。r才有可能采用。 在近代的內(nèi)燃機測試工作中，都要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中觀測、遙測和自動記錄。所以大多數(shù)測量儀器的中間件還必須完成“放大”、“變換”和“運算”任務(wù)。 儀器的放大件有兩類：一類是感受件發(fā)出的信號較強，放大時不需外加能量，它只利用杠桿、齒輪等機械構(gòu)件擴大指針和標尺之間的相對位移，使之易于觀測，如機械式示功器中的杠桿、彈簧管壓力計中的杠桿和扇

32、形齒輪傳動機構(gòu)。 另一類放大是需要外加能量的，這在電測儀器中用得很多，例如用電子電位計測量熱電勢時，就要將電勢放大十萬倍才能足以驅(qū)動伺服電機帶動指針作出指示。這類放大在電測儀器中利用電子器件來完成。 有時，為了放大信號的需要，或改變傳感器輸出信號性質(zhì)的需要，在電測儀器的測量電路中設(shè)有信號“變換器”和“運算器”。 3. 效用件 它直接與觀測者發(fā)生聯(lián)系，其作用是根據(jù)傳感器輸出信號的大小向檢測者顯示被測參數(shù)在數(shù)量上的大小。最簡單而常見的儀器效用件是指示件，它通過標尺和指針（或液面、光線等）的相對位置來反映被測參數(shù)的瞬時值，有這種效用件的儀器也就被稱作指示儀器。效用件能將被測參數(shù)變化歷程記錄下

33、來的儀器稱為記錄式儀器。在記錄式儀器中，除了以記錄筆的運動來反映被測參數(shù)的變化外，還需要另一個作相應(yīng)運動的部件，這樣才能作出函數(shù)的圖形。在現(xiàn)有的條件下此類部件已被打印機等顯示輸出設(shè)備所代替。 記錄式儀器所能反映的是被測參數(shù)在各個瞬時的變化情況，但有時需要知道被測參數(shù)對時間的積分。例如，在測定流量時，不僅要知道流量的瞬時值，而且還要知道在某個時間間隔內(nèi)流過的總流量，如以Q表示瞬時流量（m2/s），則就是從時間t1到t2間隔內(nèi)流過的總流量，但這畢竟比較麻煩，為此可以使儀器的效用件自己進行積分，這樣的測量儀器稱積分式累計儀器，如流量計、電度表等。 此外，按照效用件的功能來分類的還有：數(shù)字式儀器、

34、信號式儀器、電接觸式儀器、調(diào)節(jié)式儀器，等等。 2.2 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備的原理 為了精確地測定高壓油管中的殘留壓力，我們在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，并參照噴油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了一種專門用于測量殘留壓力的測量裝置。柱塞二開有二百四十度的環(huán)槽，并通過一隊圓錐直齒輪與油泵凸輪軸同步轉(zhuǎn)動，柱塞套上裝有壓力表和應(yīng)變式傳感器。當油泵與殘留壓力測量裝置連接的那一缸即將進入供油狀態(tài)時，柱塞的密封面將測量油路與油泵高壓油路切斷。供油結(jié)束后，柱塞上的環(huán)槽使得測量油路與高壓油管相同。這樣，壓力表和傳感器就采集到了供油結(jié)束時期高壓油管中的殘留壓力?？梢詮膲毫Ρ淼谋肀P上直接讀取壓力數(shù)值，也可以以此觀察壓力的

35、變化趨勢。由傳感器采集、信號轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理儀記錄下來的壓力波形，可以得到在一定工況下，一段凸輪軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)壓力波動的情況?？梢娺@兩種記錄方式各有所長。 2.3 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相位調(diào)整 要測量與油泵某一缸連接的高壓油管的殘留壓力；需先轉(zhuǎn)動油泵凸輪軸，將該缸轉(zhuǎn)到供油始點位置；再將殘留壓力測量裝置轉(zhuǎn)到附圖1（b）所示的位置。然后，將油泵試驗臺動力輸出端與殘留壓力測量裝置傳動軸的一端、殘留壓力測量裝置傳動軸的另一端與油泵凸輪軸，用聯(lián)軸節(jié)連接起來。這樣，就把殘留壓力測量裝置的相位與油泵的相位對應(yīng)起來了。 2.4 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備測量線路 測量殘留壓力所作用的傳感器是應(yīng)

36、變式傳感器。導(dǎo)體受機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。應(yīng)變式傳感器就是用以上原理工作的。 對于大多數(shù)作為應(yīng)變片金屬絲的材料來說，其電阻絲電阻變化率 在彈性范圍內(nèi)可用下式表示： 式中k為常數(shù)，其值約在。1.6～3.6之間；為應(yīng)變。 此式表示金屬電阻絲電阻變化率 與應(yīng)變ε成線性關(guān)系，而應(yīng)變靈敏系數(shù)k即為此直線的斜率，這就是電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。 半導(dǎo)體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點是靈敏系數(shù)高，根據(jù)不同的半導(dǎo)體材料，ks=30～175，它比常用的金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏數(shù)系（一般k=2）大幾十倍，于是在應(yīng)變片的應(yīng)用上提供了很大方便。此外，如機械滯后小，橫向效應(yīng)小以及它本身的體積

37、小等優(yōu)點，擴大了它的使用范圍。 但半導(dǎo)體應(yīng)變片目前還存在如下缺點： （1）溫度穩(wěn)定性差。不僅因為半導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)大，而且它的靈敏系數(shù)隨溫度的變化而有相當大的變化。 （2）在大應(yīng)變作用下，靈敏系數(shù)的非線性較大，同時，由于半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)為130的半導(dǎo)體應(yīng)變片，在承受1000με的作用時，其電阻變化率△R/R可達13%，在這種情況下，不僅應(yīng)變片靈敏系數(shù)本身失去線性，而且應(yīng)變儀常用的等臂惠斯頓電橋也將達到6%的非線性誤差，所以使用半導(dǎo)體應(yīng)變片測量較大的應(yīng)變時，對測量儀器本身亦應(yīng)采取

38、措施，以配合半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)用，如用高阻抗恒流電源作電橋供電和采用具有高橋臂比的恒壓電橋等。 由于半導(dǎo)體應(yīng)變片的溫度穩(wěn)定性差，使用時必須采取溫度補償措施，以消除由溫度引起的零漂或虛假信號。 應(yīng)變式傳感器的溫度補償是一個不可忽視的問題，因為應(yīng)變片作為敏感元件測量構(gòu)件的變形時，總是希望應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變之間有單值函數(shù)關(guān)系，但實際上電阻的變化受溫度變化的影響很大。 在實際工作中，為了減小甚至消除這種溫度變化的影響，常采用橋路補償和應(yīng)變片自補償?shù)姆椒▉磉M行溫度補償。 目前常用的應(yīng)變式壓力傳感器有懸鏈膜片-應(yīng)變筒式、平膜片式和管式等。它們的共同特點是利用粘貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片，感測其受

39、壓后的局部應(yīng)變，從而測得流體的壓力。 油管殘留壓力測量裝置采用 的BPR-2/100型傳感器，就是懸鏈膜片-應(yīng)變筒式應(yīng)變式壓力傳感器。當傳感器的膜片受到流體壓力作用時，圓筒受到壓縮，產(chǎn)生應(yīng)變。在圓筒薄壁部分的外表面上，沿軸向粘貼工作應(yīng)變片，沿橫向粘貼溫度補償片，工作片和補償片接成半橋，通過相應(yīng)的測量電路，即可得到與被測壓力成正比的電壓（或電流）輸出。 這種傳感器的承壓膜片以應(yīng)變筒直徑分為內(nèi)、外兩部分，其徑向剖面呈懸鏈線形，膜片的抗彎剛度很小。這樣，應(yīng)變筒的軸向壓應(yīng)變可由下式估算： 式中 P—被測壓力（Pa） A—應(yīng)變筒的橫截面積（m2） E—應(yīng)變筒材料的彈性模量（N/ m2） A

40、1—承壓膜片的有效工作面積（m2） 在外殼內(nèi)徑確定的情況下，應(yīng)變筒外徑越大則承壓膜片的有效工作面積也越大，這對提高傳感器的靈敏度有利。但應(yīng)變筒外徑增大，應(yīng)變筒與膜片的接觸面積就要增加，從而使溫度影響增大。一般設(shè)計成小圓面積略小于大圓面積的三分之一，在這種情況下，承壓膜片的有效面積略小于總面積的三分之二。 懸鏈膜片壓力傳感器的線性誤差較大。包括非線性、回程誤差和蠕變再內(nèi)的總線性誤差一般為1%，較好的情況下可達0。5%左右。除了它有一般應(yīng)變式傳感器中產(chǎn)生線性誤差的因素之外，這種傳感器承壓膜片的有效工作面積隨壓力的增大而減小，以及在壓力作用下膜片邊緣部位出現(xiàn)相當大的局部彎曲應(yīng)力，都是產(chǎn)生非線性的

41、重要原因。當應(yīng)力超過材料屈服限時，就會出現(xiàn)回程誤差、蠕變等問題。上述所有因素引起的線性誤差，都是隨著膜片直徑的增大而減小。 這種壓力傳感器的靈敏度和固有頻率都要比相同直徑的平膜片式傳感器高的多，它的固有頻率一般在30～50kHz的范圍內(nèi)。 綜合上述內(nèi)容，可以得出這樣一個結(jié)論，就是傳感器受壓力作用，產(chǎn)生微應(yīng)變。由應(yīng)變儀將微應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。將電壓信號送入數(shù)據(jù)處理儀。由模擬量/數(shù)字量（A / D）轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換，就得到了壓力的數(shù)字量。 測量高壓油管泵端、嘴端壓力的傳感器是壓電式傳感器。 壓電傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。 有些結(jié)晶物質(zhì)沿它的某個結(jié)晶軸受到力的作用

42、時，其內(nèi)部有極化現(xiàn)象出現(xiàn)，在它的表面上有電荷集結(jié)，其大小和作用力的大小成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之，如果在晶體的某些表面之間加上電場，在晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。作為壓電傳感器材料的壓電晶體有：石英晶體、酒石酸鉀鈉、鈦酸鉛等鉛系多晶體燒結(jié)而成的陶瓷等。 在晶體切片的電軸方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶r都會在垂直于該軸面上集結(jié)電荷，電荷可從緊貼于兩晶體面上的金屬極板用引線傳出，作為壓電傳感器的輸出。 為了提高輸出，在壓電傳感器中，一般很少將壓電晶體單片使用，而往往采用兩片以上組合在一起組成一個傳感器。由于壓電晶片是有極性

43、的，所以有兩種組合方式，一種是將晶片同極性的晶面緊貼在一起作一個輸出端，兩邊的電極用導(dǎo)線連接后作為輸出的另一端，形成“并聯(lián)組合”。另一種組合是將正負電荷集中在上下極板，而中間晶面上的電荷則互相抵消，形成“串聯(lián)組合”。 從上述兩種組合方式中可以看出：并聯(lián)組合中輸出的電荷大，輸出電容大，輸出阻抗低，時間常數(shù)大，故適于電荷作為輸出的場合。而在串聯(lián)組合中輸出電壓大，輸出電容小，阻抗高以及時間常數(shù)小，故適于以電壓作為輸出信號和測量電路輸入阻抗很高的場合。 從壓電效應(yīng)來說，壓電傳感器產(chǎn)生的電荷量Q屬于靜電性質(zhì)的現(xiàn)象。此電荷量Q的大小是無法用一般儀表測得的，這是因為一般儀表的輸入阻抗 有限，壓電晶片上

44、產(chǎn)生的電荷將通過測量電路的輸入電阻泄漏掉。測量電路的輸入阻抗愈高，被測參數(shù)的變化愈快（即頻率愈高），則所測的結(jié)果就愈接近電荷的實際變化。由此可見，為了減小測量誤差，要求壓電傳感器測量電路必須是高輸入阻抗的放大器，通常是在放大器與變換器之間加入高阻抗的前置放大器。 為了克服由于電纜長度影響傳感器的靈敏度，發(fā)揮利用壓電效應(yīng)作為傳感器的優(yōu)點，壓電傳感器應(yīng)與電荷放大器匹配。它是一種以輸出電壓與輸入電荷成正比的前置放大器。 在采用電荷放大器的情況下，壓電傳感器視為一個電源。電荷放大器是一個高增益的、具有反饋電容Cf的運算放大器。 開環(huán)增益為A，Cf為反饋電容。此放大器是一個電壓并聯(lián)負反饋電路，從放

45、大器輸入端看，相當于Cf（1+A）的反饋輸入阻抗和輸入端阻抗并聯(lián)。反饋電容Cf在輸入端的作用增加了（1+A）倍，這就增大了輸入回路的時間常數(shù)，當壓電傳感器受外力作用產(chǎn)生電荷Q時，將向所有電容充電，此時放大器輸入端的電壓為為： 當A遠大于1時 放大器的輸入電壓eO為 式中的負號表示本極的輸出與輸入極性相反。此式還說明電荷放大器的輸出電壓僅和電荷量及反饋電容量有關(guān)，對于放大系數(shù)A及電纜分布Cc的變化不再影響放大器的輸出，這是電荷放大器的顯著特點。一般對于長電纜時取A Cf大于100C0即可使電纜分布電容對測量的靈敏度無明顯影響。但是Cf值選得過大也會影響靈敏度下降。此外，當電荷放大

46、器與壓電傳感器連接使用時，其下限頻率（時間常數(shù)）只由電荷放大器決定，目前國內(nèi)生產(chǎn)的電荷放大器的下限頻率已達1.6×10-6Hz，這對實際測量和準靜態(tài)標定是很重要的。 通過以上的分析，可以知道，本測量裝置所用的信號轉(zhuǎn)換儀是電荷放大器。電荷放大器將傳感器傳輸來的電荷量信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送入數(shù)據(jù)處理儀。 凸輪軸轉(zhuǎn)角信號是由霍爾元件始點信號傳感器產(chǎn)生的。 2.5 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備試驗結(jié)果分析 利用高壓油管殘留壓力測量裝置和其它電測儀器，我們對日本DDK公司的A型泵進行了電測試驗。試驗項目有高壓油管泵端壓力，嘴端壓力和殘留壓力。通過試驗得到這樣的結(jié)論：我們一般將泵端、嘴端壓力波形中的最

47、低點（一般是供油前一段壓力），當作壓力零點。事實上這一段壓力并不為零，而恰恰是殘留壓力的數(shù)值。供油開始前，殘留壓力傳感器與嘴端壓力傳感器的采樣相同，兩個壓力相等，以這點為基準，泵端壓力波形與殘留壓力波形迭加，嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加，才是泵端壓力、嘴端壓力的實際波形。當油泵轉(zhuǎn)速為300RPM，油嘴開啟壓力為17.5MPA，而最高嘴端壓力只有15.6MPA，低于油嘴開啟壓力。但把嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加之后，最高嘴端壓力可接進21MPA，就大大高于油嘴開啟壓力了。這樣就可以解釋在油嘴已噴油的工況下，測出的油管嘴端壓力低于油嘴開啟壓力的現(xiàn)象了。 我們曾嘗試用所里現(xiàn)有的儀器來測殘留壓力

48、。采用應(yīng)變式傳感器與壓電式傳感器串接在油管嘴端。從測量壓力的曲線來看，應(yīng)變式傳感器以其所測壓力波形的最低點作為其記錄零線。如果認為此點為實際零線，那么噴油前一段穩(wěn)定的壓力就應(yīng)該為殘留壓力了。從曲線上看這段壓力為2.64MPA。但用殘留壓力測量裝置測同工況下的殘留壓力，測得結(jié)果殘留壓力均在7MPA左右。因此用應(yīng)變式傳感器裝在高壓油管端部，并不能測得殘留壓力。 接殘壓裝置與不接殘壓裝置測得的同一轉(zhuǎn)速下的泵端、嘴端壓力波形，盡管兩次測得的對應(yīng)最大值不同，但嘴端與泵端的壓力差值基本相同，可見裝上殘壓裝置后并不影響高壓油管的壓力。 目前，許多研究報告表明，高壓油管殘留壓力的研究對柴油機供油系統(tǒng)噴射過

49、程的研究有著重要的意義。如空泡和噴射過程的穩(wěn)定性等問題的研究中，只要殘留壓力不低于燃油中輕餾份的飽和蒸汽壓力，就不會出現(xiàn)蒸汽空泡；而高壓油管中殘留壓力的穩(wěn)定性就決定了噴射過程的穩(wěn)定。因此，殘留壓力的研究，不僅在科研機構(gòu)中得到重視，而且越來越多的生產(chǎn)部門作為開發(fā)新品時參數(shù)選擇的依據(jù)。因此，我們開發(fā)的這個殘留壓力測量裝置，不僅對提高油泵多參數(shù)測試精度有重要意義，也為噴油系統(tǒng)的研究和設(shè)計，提供了新的測試手段。 2.6 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備校驗壓電壓力傳感器 我們采用本所現(xiàn)有的儀器，比較了壓電式壓力傳感器與應(yīng)變式壓力傳感器的壓力測量值。目的是觀察壓電式壓力傳感器經(jīng)過這么多年的使用靈敏度是否有

50、變化。 首先，用活塞式壓力計標定應(yīng)變式壓力傳感器。再用電荷標定器（AVL3054-A01 CHARGE CALIBRATOR），根據(jù)所用的壓電傳感器的靈敏度數(shù)值，標定壓電式傳感器。然后，將經(jīng)過標定的壓電式傳感器與應(yīng)變式傳感器串接在高壓油管的嘴端，如附圖十七，接線、安裝，進行試驗。附圖十八為測出的在油泵轉(zhuǎn)速為800RPM，全油門工況下的嘴端壓力曲線。壓電式傳感器測得的最高壓力；PPMAX=26.159MPA，應(yīng)變式傳感器測得的最高壓力PSMAX=25。250MPA。 兩者的相對誤差為： 偏差并不大。再比較兩者波形，壓電式壓力傳感器的動態(tài)響應(yīng)快，因此尖波較多，但兩者的波形變化趨勢是相同的。

51、 根據(jù)試驗結(jié)果，可以說，壓電式壓力傳感器的靈敏度變化不大。 2.7 柴油發(fā)動機油路壓力測量設(shè)備相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力 高壓油管嘴端壓力不同于針閥體壓力室的壓力（以下稱嘴腔壓力）。由于壓力波在高壓油路的傳播，嘴端壓力與嘴腔壓力存在相位差，兩者隨轉(zhuǎn)速，負荷變化的趨勢基本一致，嘴腔壓力要高于嘴端壓力。 我們一般說的油嘴開啟壓力，是在油嘴試驗臺上手動加壓測出的。從其測量儀表與油路的聯(lián)接方式來看，這個壓力是油管嘴端壓力，不是嘴腔壓力。因此，嘴端壓力與油嘴開啟壓力是可以直接比較的。 3 機械傳動選用及設(shè)計計算 考慮到油管殘留壓力試驗裝置的特殊性，采用了圓錐直齒輪一級傳動，并用花鍵聯(lián)軸

52、器與油泵試驗臺相連，專用聯(lián)軸節(jié)與測試油泵相連的方式進行布置。它有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的特點。 齒輪機構(gòu)是機械中應(yīng)用最廣的傳動機構(gòu)之一。與其他傳動機構(gòu)相比，其主要特點是：傳動比穩(wěn)定，壽命較長，效率較高，適用的周速和功率范圍廣，并可實現(xiàn)任意兩軸間的傳動；但要求較高的制造和安裝精度，成本較高，且高速運轉(zhuǎn)時噪聲較大。 錐齒輪用于兩相交軸間的傳動。一對錐齒輪的傳動相當于一對節(jié)圓錐作純滾動。錐齒輪有分度圓錐，齒頂圓錐，齒根圓錐和基圓錐。按照分度圓錐上齒的方向，錐齒輪可分為直齒、斜齒和曲齒三種。直齒錐齒輪的設(shè)計、制造和安裝都較簡單，應(yīng)用較廣。曲齒錐齒輪傳動平穩(wěn)，承載能力高，常用于高速重載傳動，但設(shè)計、制造

53、比較復(fù)雜。由于本裝置是一級傳動，結(jié)構(gòu)相對較簡單所以采用直齒圓錐齒輪傳動。 3.1 圓錐齒輪的計算 圖3-1 圓錐齒輪 1.軸的交角:Σ=δ1+δ2=90° 根據(jù)實際工況及經(jīng)驗值定Z1=Z2=44 m=1 2.分度圓錐角(節(jié)錐角) δ1 3.模數(shù)(大端)m由經(jīng)驗確定m=1 4.分度圓直徑d： 5.齒頂高ha： 查表得： ∴ 6．齒根高hf ： ∴ 7．全齒高h： 所以： 8．齒頂圓直徑da： 所以： 9．齒根圓直徑df： ∴ 10．錐距(節(jié)錐長) 11．齒頂角θa 正常收縮齒 12．齒根角 ∴ 1

54、3．齒頂錐角δa 正常收縮齒 14．齒根錐角δf 15．齒寬b 根據(jù)實際工況取6 16．齒頂高投影n 17．齒寬的投影e 18．從錐頂?shù)酱蠖送鈭A的距離A 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取21 19．從支承端面到大端外圓的距離M 根據(jù)結(jié)構(gòu)定為10 20．齒輪厚度H： 21．周節(jié)p： 3.2 主傳動軸的相關(guān)概算 根據(jù)實際工作條件：確定傳動軸的材料為之45鋼，傳遞功率為5KW，軸的轉(zhuǎn)速為1200RPM。 由于該傳動軸主要受的是扭矩，所以扭轉(zhuǎn)強度條件初步估算軸徑： 最小軸徑計算公式d： 查表得45鋼相應(yīng)得C值應(yīng)為118～107綜合已知條件代入上式

55、得 ∴ 考慮到軸上將布置鍵槽所以需將軸徑增大3% ∴最小軸徑應(yīng)為17。74～19。56 扭矩計算： 若將扭矩按脈動性質(zhì)考慮，取脈動系數(shù)α=0。6則 3. 3 花鍵聯(lián)軸器的計算 圖3-2 花健聯(lián)軸器 根據(jù)實際工況選定花鍵聯(lián)軸器的齒數(shù)Z=86 m=0。5 標準壓力角為30°，選用30°的圓齒根 1．分度圓直徑： 2．基圓直徑： αD查表得αD=30° ∴ 3．齒距P： ∴ 4．花鍵作用齒厚上偏差查GB/T3478。1表23、圖3得 5．花鍵大徑基本尺寸Dee：

56、 ∴ 6．外花鍵大徑上偏差查GB/T3478。1為-0.043 7．外花鍵大徑公差查GB/T3478。1表25為0.1 ∵ ∴ ∴ 花鍵的下偏差為-0。143 8．外花鍵漸開線起始圓直徑最大值 9．綜合以上結(jié)果代入上式得 花鍵小徑基本尺寸: 10．30°圓齒根Die： 11．外花鍵小徑公差取Tx=0.01 同大徑:EI=-0.143 基本齒厚S： 12．作用齒厚最大值： 13．實際齒厚最小值：Smin= Svmax-(T+λ) T+λ查GB/T3478。1 T+λ=82 ∴Smin= Svmax-(T+λ)=0。76-0。0

57、82=0。678 14．實際齒厚最大值Smax Smax= Svmax-λ λ查GB/T3478。1續(xù)表8 λ=0.037 ∴Smax= Svmax－λ=0.76－0.037=0.723 15．實際作用齒厚最小值Svmin Svmin=Smin+λ ∴Svmin=Smin+λ=0.678+0.037=0。715 16．齒形裕度 CF=0.1×m=0.1×0。5=0.05 17．齒根圓最小曲率半徑Remin Remin=0.4×m=0.2 18．查GB/T3478.1得齒距累積公差FP=0.054 齒形公差ff=0.029 齒向公差Fβ=0.017 3.4 壓

58、力波動的分析 在高速柴油機中，燃油噴射的持續(xù)時間很短，只有15度～35度曲軸轉(zhuǎn)角。在這樣短的時間內(nèi)，噴油泵柱塞變速供油，高壓管路中燃油壓力變化卻很大，在噴油時的最高壓力可以高達30～100MPA，而不噴射時（即在相鄰兩次噴油過程之間），高壓管路中的殘留壓力又很低。 根據(jù)分析故可選用設(shè)計圖紙中出油接頭規(guī)格尺寸 3.5 燃油的可壓縮性 當壓力變化不大時，可以認為液體是不可壓縮的，但在柴油機的燃油系統(tǒng)中，由于壓力變化幅度大，燃油的可壓縮性就必須加以考慮。當壓力變化25MPA時，柴油體積約縮小1%，體積變化的數(shù)值不大，但由于每循環(huán)的供油量本身就很小（如6135G柴油機全負荷時為0。13ml/循

59、環(huán)），而高壓管路中積聚的燃油比每循環(huán)供油量要多得多，這部分燃油被壓縮，噴油器中的壓力升高就要延遲，就會對噴油過程產(chǎn)生較大的影響。燃油的可壓縮性 壓力變化愈大或容積愈大，則體積變化也愈大。當壓力變化在（2～3）×107Pa時，β=（4～5）×10-10m2/N 壓縮系數(shù)β的倒數(shù)稱為燃油的彈性系數(shù)E，其表達式為： （N / m2） 3.6 管路的容積變化 高壓油管一般是用厚壁無縫鋼管制成，鋼管是有彈性的，在高壓作用下管子會脹大。當油管中壓力變化為△P時，管子內(nèi)徑改變量為： 式中 r—高壓油管的內(nèi)半徑 R—高壓油管的外半徑 u—泊桑系數(shù)，鋼u=0.3

60、 E—彈性模數(shù)，鋼E=2.2×1011 N / m2 由上式可知，壓力變化愈大，管子內(nèi)徑愈大，管子愈長，則容積變化也愈大。根據(jù)上式理論數(shù)據(jù)，殼體尺寸設(shè)計便知。 3.7 管路中的壓力波動 燃油的可壓縮性和管路的彈性，使高壓系統(tǒng)形成一個彈性系統(tǒng)，燃油在高壓系統(tǒng)中的流動也就產(chǎn)生彈性振動。在供油過程中，出油閥開啟之前，柱塞運動僅使泵油室中燃油壓力升高；出油閥開啟的瞬間，在高壓油管靠近噴油泵一端的燃油受到自泵油室來的燃油壓力沖擊，其附近區(qū)域產(chǎn)生局部的壓力升高，出油閥開啟后，柱塞運動將燃油擠向高壓油管。但由于燃油的慣性和可壓縮性，柱塞所排擠的燃油量與高壓油管中流動的燃油量之間不平衡，造成燃

61、油瞬時堆積，使壓力繼續(xù)升高。這種局部壓力的瞬時提高，都以壓力波的形式沿高壓油管向噴油器一端傳播。 傳播的速度就是聲速在這種介質(zhì)中的傳播速度，其值約為1400～1600m/s。這種傳播速度應(yīng)該在純油狀態(tài)下；但在實際情況下其值應(yīng)為700～1200m/s，聲速在傳播中是變化的。、 壓力波的傳播情況可作以下說明。當出油閥開啟時，高壓油管中靠近噴油泵一端的燃油產(chǎn)生的壓力波向噴油器一端傳播。經(jīng)過L/a（L—高壓油管長度，a—聲速）到達噴油器端。如果第一個壓力波不足以升起針閥，則壓力波全部被反射，向噴油泵端傳播，反射波經(jīng)過L/a到達噴油泵端與該處新產(chǎn)生的壓力波疊加起來，又被反射向噴油器一端傳播。當壓力傳播

62、使噴油器端的燃油壓力升高到大于針閥開啟壓力時，針閥即打開，噴油開始，此時，傳至噴油器端的壓力波仍要部分地反射回去。所以，在整個供油過程期間，壓力波往復(fù)傳播多次反射，高壓油管中的壓力也就隨時間和地點而變。在針閥關(guān)閉后，油管中的壓力仍會往返波動，如果這個波動大，有可能使針閥再度開啟，造成不正常噴油，引起燃燒惡化，如果波動不大，由于管壁摩擦阻力和燃料粘性阻尼（內(nèi)摩擦）的作用，壓力波較快衰減，以至在下次供油之前，油管中的壓力可以達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時殘留壓力為pr。 由于上述的壓力波動現(xiàn)象存在，使實際噴油過程與柱塞的供油過程很不一致。這也是對油管的殘留壓力進行研究的重要原因之一。 3.8 噴油泵的參數(shù)

63、選擇及其對柴油機性能的影響 提高噴油壓力的措施很多，如增大柱塞直徑；采用較陡的油泵凸輪廓線，提高柱塞供油速度；減少高壓系統(tǒng)的阻力，以減少高壓燃料的能量損失；減小噴孔直徑等。采用高壓噴射后，由于燃燒過程加快，使未燃的碳氫化合物HC的排放明顯減少。燃燒過程加快，就可能采取推遲噴油的措施來降低有害排放物，而又不使燃油經(jīng)濟惡化。但高壓噴射也帶來其它問題，如二次噴射、穴蝕，油泵凸輪疲勞剝落等，需要采取相應(yīng)措施加以解決。以上問題將在下面予以說明。 噴油泵柱塞和噴油泵凸輪，共同決定著每循環(huán)供油量及幾何供油規(guī)律，它們對柴油機性能的影響主要反映在供油時刻和供油持續(xù)時間（即供油速度）對性能的影響上。供油時刻可

64、由供油提前角予以調(diào)整，而供油持續(xù)時間則和柱塞直徑、凸輪外形等因素有關(guān)。由于本課題主要是對油管的殘留壓力進行研究，所以僅對上述幾個和油管的殘留壓力有關(guān)的特性參數(shù)作簡要描述。 直接影響燃燒性能的是噴油提前角，因為測量噴油提前角必須有一套電氣設(shè)備來測量噴油器針閥開啟時刻，這是動態(tài)測量，比較麻煩，所以平時柴油機測試，就是測量供油提前角，產(chǎn)品說明書上給用戶的提前角的數(shù)據(jù)都是指供油提前角。供油提前角就是噴油泵開始壓油到上止點為止的曲軸轉(zhuǎn)角，是用靜態(tài)法測量，也就是使發(fā)動機處于停車狀態(tài)，憑目力觀察出油管是否冒出燃油來確定供油始點（溢油法），或者從計算進油孔關(guān)閉的時刻來確定。因此，用靜態(tài)法測出的供油提前角與實

65、際噴油提前角之間可能有較大的差別，其差別取決于噴油延遲角θx即 θ=θs+θx θ-供油提前角 θs-噴油提前角 θx-噴油延遲角 θx 與許多因素有關(guān)。不同轉(zhuǎn)速和高壓油管長度對噴射延遲都有影響，噴油延遲角隨轉(zhuǎn)速升高而增大；當油管增長時，由于壓力波傳播的時間增加，使噴油延遲角也隨之加大。 供油提前角對柴油機性能影響很大，主要是影響經(jīng)濟性、壓力升高率Δp/Δψ和最高燃燒壓力。供油提前角過大，則燃料在壓縮過程中燃燒的數(shù)量就多，不僅增加壓縮負功使燃油消耗率增高、馬力下降，而且θ大時由于著火延遲較長，壓力升高率和最高燃燒壓力迅速升高，工作粗暴（可以聽到有清脆的“嘎嘎”震聲），怠速不良，難于

66、起動；如果供油提前角過小，則燃料不能在上止點附近迅速燃燒，后燃料增加，而且噴油后很快燃燒，油氣混合均勻性差。雖然最高燃燒壓力較低，但雖然燃油消耗率和排氣溫度增高，發(fā)動機過熱。所以對每一工況，有一最有利的供油提前角，此時燃油消耗率最低。 最佳供油提前角都是調(diào)試過程中由試驗最后選定。應(yīng)該指出，有些發(fā)動機，特別是增壓發(fā)動機，在最佳供油提前角時最高燃燒壓力較大，為了降低機械負荷，實際選用的供油提前角比最佳值略小一些。 當柴油機轉(zhuǎn)速增加時，一方面噴油延遲角加大，另一方面混合氣形成和燃燒的時間（以秒計）縮短，為了保證在上止點附近燃燒，就需要供油相應(yīng)提前一些，因此，最佳供油提前角是隨柴油機轉(zhuǎn)速升高而增大的。 噴油泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是柱塞直徑、柱塞的有效行程、全行程和油泵凸輪廓線等。初步選擇噴油泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)是柴油機的每循環(huán)供油量。考慮到發(fā)動機可能超載運行，以及柱塞偶件長期使用后因磨損使漏油增加等因素，實際每循環(huán)供油量計算時應(yīng)大25～35%。由于每循環(huán)供油量與柱塞的直徑有關(guān)，所以在確定了每循環(huán)供油量后就可通過相應(yīng)的公式計算出柱塞的直徑。同樣柱塞的有效行程、全行程和油泵凸輪廓線都可通過相應(yīng)的