发动机机试验台架的设计
发动机台架试验
昆明理工大学交通工程学院学生实验报告实验课程名称：发动机试验技术目录一、试验目的二、试验内容1.试验依据2.试验条件3.试验仪器设备4.试验样机5.试验内容与方案（1）交变负荷试验（2）混合负荷试验（3）全速负荷试验（4）冷热冲击试验（5）活塞机械疲劳试验（6）活塞热疲劳试验三、试验进度安排四、试验结果的提供摘要国外在可靠性试验方面己做了许多有益的研究工作，但到目前为止尚未形成统一的试验方法，而且考虑到该试验的非普遍性及技术保密性，将来也不可能形成统一的试验规范。
相对于热疲劳研究状况来讲，国内对机械疲劳的研究还比较少。
为适应发动机比功率和排放法规日益提高的苛刻要求，发动机面临着更高机械负荷和热负荷的严峻考验。
国内高强化发动机最大爆发压力已超过22 Mpa。
活塞的机械疲劳损伤主要体现在销孔、环岸等部位。
活塞环岸、销座及燃烧室等部位由于在较高的工作温度下承受着高频冲击作用的爆发压力，润滑状况较差，摩擦磨损，其他破坏可靠性的腐蚀磨损(缸套一环换向区、排气门/排气门座锥面等)、疲劳磨损(挺杆、轴瓦、齿轮表面等)、微动磨蚀(轴瓦钢背、飞轮压紧处、飞轮壳压紧处、湿缸套止口处等)、电蚀(火花塞电极等)和穴蚀(水泵叶轮等)这些都是可靠性试验的主要目标，也是实施可靠性设计、试验研究的重点部位。
众所周知，在内燃机整机上进行零部件可靠性试验成本昂贵。
本文将参照原有的可靠性试验方法，通过看一些关于可靠性的零部件加速寿命实验技术制定一种评价内燃机可靠性的考核规范，包括活塞机械疲劳试验和活塞热疲劳试验，可迅速做出其可靠性恰当的评价，可以降低研发成本、缩短研发时间。
一、试验目的1通过理解内燃机可靠性评估，评定发动机的可靠性。
1.1了解评估的多种理论方法，如数学模型法、上下限法、相似设备法、蒙特卡洛法、故障分析( 包括故障模式影响分析和故障树分析) 等。
并掌握故障分析法。
1.2学会可靠性试验评估，为进行可靠性设计奠定基础理论，为发动机及相关零部件提供测试、验证以及改进的技术支持。
发动机台架试验
2、实验(shíyàn)原理
柴油机负荷特性的实验原理是，保持 柴油机转速不变，通过改变测功器负荷和 调节供油拉杆(lāgān)（或调节调速手柄位 置），测取各种工况下，油耗率、功率、 排气温度及其它参数之间的关系。
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第十四页，共40页。
３、实验(shíyàn)设备、仪表
6135Ｑ柴油机一台； Y300水力测功器一台； SYZZ转速──油耗自动(zìdòng)测量仪一
性能。
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2、实验(shíyàn)原理
柴油机速度特性是当喷油泵齿条（或拉杆） 位置一定时，柴油机性能参数随转速改变而变化 的关系。当齿条（或拉杆）位置限制在标定功率 位置时称为(chēnɡ wéi)全负荷速度特性也称外特 性，齿条（或拉杆）位置限制在部分位置时称为 (chēnɡ wéi)部分荷速度特性；一般情况下多做外 特性。
调节水力测功器手轮，使发动机转速缓慢地下降到某 一定值（90％ｎH ），在新的转速和扭矩下达到新平 衡后，测取各主要性能参数并记录下来。
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第二十七页，共40页。
用此方法逐步测取80％ｎH，70％ｎH，60％ｎH， 50％ｎH，40％ｎH 下的各主要性能参数，直到最低 稳定转速。
用减少负荷的方法，使柴油机转速按上述转速点上 升，并分别测取和主要参数，记录下来。实验完毕 松油门固定(gùdìng)专用夹具。上述方法测取的是全 负荷速度特性。
然后稳定运行五分钟左右。 调整完毕即可开始标定转速(zhuàn sù)下的负荷特性实验。工况
（负荷）由小到大（或由大到小）。为了确保实验的可靠性， 先由小到大，再由大到小作一个来回。 测定每一工况下各参数时，必须使柴油机在此工况下稳定运行， 以防测录数据不稳定。测油耗时间必须测录两次以上，并取平 均值。
发动机台架试验工作原理讲解
３、耗油率的测量
1）容积法
充油
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测量
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测量消耗容积v的燃油所用时间t
8
燃油消耗量按下式计算
小时耗油量 耗油率
B be 1000 Pe
B 3.6
v f t
式中 V—球泡容积（mL） Pe —发动机有效功率（kW）
ρ f —燃油密度（g/mL）
t—消耗容积V的燃油所用时间（s）
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2）质量法
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实验注意事项
实验时，负荷调整要平稳，避免负荷大起 大落。 实验时要注意安全。
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六、汽油机负荷特性实验数据及数据处理表格
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三、汽油机速度特性实验
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1、实验目的
熟悉测定汽油机速度特性的仪器设 备及实验方法。 根据测得的汽油机部分负荷速度特 性，分析汽油机的性能。
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2、实验原理
油 箱 供 油
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充油
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测量
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燃油消耗量按下式计算
m B 3 .6 t
B be 1000 Pe
式中 t——消耗m（g）燃油所需时间（s）
Pe——消耗m（g）燃油时测量的有效功率（kW）
B——小时耗油量（kg/h）
be——有效燃油消耗率[g/（kW· h ）]
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二、汽油机负荷特性实验
﹡ ﹡﹡
绘制特性曲线
以转速为横坐标，以Ttq、be、Pe等为纵坐标，绘制特性曲线。
分析计算
标定功率、最大扭矩、最大扭矩转速、扭矩储备系数、最低油耗等参
数。
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五、实验注意事项
Hale Waihona Puke 注意安全，尤其注意尽量避开联轴节位 置。 测定每一工况时必须稳定运转2—3分钟， 以保证测量精度。 整个测量过程中保证节气门开度不变。
典型汽车发动机试验室设计内容
典型发动机试验室的设计内容发动机测试台架系统，涵盖了测功，排放，标定，燃烧分析几大功能，几乎可以完成发动机及动力系统所有的测试试验。
通过建设发动机试验室，可以进一步提高发动机的研制开发能力，设计制造能力、检测能力。
可以深入研究汽车动力系统的功率、振动噪声的匹配控制技术研究、汽车动力系统的电子控制技术、研究开发汽车燃油经济性控制及试验研究、汽车尾气排放控制技术研究等。
为企业的技术需求提供强有力的支撑。
典型的AVL测功设备主要由以下几个部分组成：a)动态交流电力测功机系统；b)发动机排放分析系统；c)发动机标定工具；d)发动机燃烧分析系统；随着国际间能源和环境压力俱增，当代汽车技术的发展将围绕着节能、环保及安全三大核心主题不断取得突破，在具备舒适性、操控性、多功能、个性化等方面性能的同时，进一步降低成本，增强竞争力。
本着与时俱进和持久发展的理念，紧跟国际汽车主流技术发展的脚步，通过掌握发动机节能、环保、以及电子信息技术等关键技术，以期形成较强的研究能力。
为建设高水平的发动机试验室提出了很高的要求。
在工厂发动机生产装配完成后，全部需要进行磨合试验，然后通常再按照1%的比例进行性能试验。
典型试验室一般按照如下要求进行设计。
1.设计内容和范围发动机试验室建设内容序号 建设内容 数量 参考面积m2备 注1 发动机试验间 1间 35-40 框架抗爆墙和顶面结构顶面泄爆孔或侧面泄爆试验间四面墙和顶面安装吸音材料层及孔板2 控制间 1间 20-25 吊顶高3.6米3 准备间 1间 60-80 可以不吊顶4 CO2气瓶间 1间 10-12 可以不吊顶5 隔离变压器间 1间 15-25 可以不吊顶6 水泵房+冷却塔 1间 20-25 可以不吊顶7 油料间 1间 15-18 可以不吊顶8 空压机室 1间 10-20 可以不吊顶9 标气间 2间 12-15 可以不吊顶10 暖通设备间 1间 150 可以不吊顶2. 设计要求工艺专业要按照发动机试验室建设的特点，主要负责提出围绕试验室功能的各个房间之间的关系和位置。
发动机机试验台架的设计
发动机机试验台架的设计发动机机试验台架的设计是指为了对发动机进行实际验证和性能测试而搭建的一种设备。
该设备主要用于对发动机的性能、可靠性、稳定性等进行测试和评估，以提供数据支持和技术参考，同时也可用于研发新型发动机和优化发动机设计。
发动机机试验台架设计的关键要素包括设备结构、测试参数、数据采集和分析等。
首先需要确定台架的结构和支撑系统，以保证其能够承受发动机的重量和运行过程中产生的振动和冲击力。
同时，还需要考虑到发动机的安装方式，以便使其能够与台架连接并进行动力传递。
在测试参数的选择上，需要根据实际需求和测试目的进行合理的制定。
这包括了发动机的转速范围、负载要求、温度控制、油液循环等参数。
同时，还需要考虑到测试过程中可能出现的特殊情况，如故障模拟、极限工况等。
数据采集和分析是发动机机试验台架设计中非常重要的一环。
通过安装传感器和数据采集系统，可以实时监测和记录发动机运行过程中的各项参数，如转速、温度、压力、流量等。
这些数据对于判断发动机性能是否满足要求、以及进行故障检测和分析非常关键。
因此，在台架设计中，需要注意数据采集系统的准确性和可靠性，并建立相应的数据分析和处理方法。
此外，发动机机试验台架设计还需要考虑到安全和环保要求。
对于大功率发动机，其运行过程中会产生一定的噪音和振动，因此需要进行适当的声音和振动控制措施，以保证台架运行的舒适性和安全性。
同时，还需要选择合适的排气和排放处理系统，以保护环境和人身安全。
最后，发动机机试验台架设计需要参考相关行业和国家的标准和规范，以保证其设计和制造工艺的合规性和可靠性。
同时，还需要进行充分的测试和验证，以确保台架设计的稳定性和可靠性。
总结起来，发动机机试验台架设计是一个复杂而综合的工程，需要综合考虑结构、参数、数据采集和处理、安全环保等多个方面的因素。
只有在设计过程中充分考虑这些因素，并进行合理的分析和优化，才能保证台架的可靠性和实用性。
汽车发动机测试技术 台架
测试技术的发展
测试技术的发展
• 趋向于采用计算机控制和数据处理 的智能化测试。 • 试验台架的自动化和网络化。 • 从稳态测试向动态测试发展。
dR s= = kt dx
基础知识
电阻应变式传感器 当金属电阻丝受拉或受压时，电阻丝的长度和横 截面积将发生变化，且电阻丝的电阻率也发生变化 （这一现象称为压阻效应），因此导线的电阻值发生 变化。 A( ρdl + ldρ ) − ρldA dR = A2
基础知识
电阻应变式传感器 粘贴式金属丝应变片可用于应力分析，也可用作 为传感器。由于可测的电阻值变化要求导线长度很 长，因而要将导线按一定的形状（通常为栅状）曲折 地贴在由浸渍过绝缘材料的纸衬或合成树脂组成的载 体上。图中给出这种应变片的一种典型结构型式。
主要内容
概述
发动机测试的特点 测试技术的发展
测量参数及测试设备
动力性 经济性 排放
数据采集及虚拟仪器技术 测试系统
发动机台架测试系统 排放法规及排放测试系统
基础知识
被测量获取的基本概念
观察者 被测量 传感器 测量电路 显示记录 装置
基础知识
• 各部分功能 (1) 传感器：把非电物理量按一定的物理规律转换 成电量的装置。它包括敏感元件、传感元件及 转换元件。 敏感元件：感受被测物理量的变化； 传感元件：传递被测物理量的变化； 转换元件：把被测物理量转换成电量。
–制动器调节发动机的负载，把吸收功率转换为热能 或电能 –测力机构和测速装置测量发动机输出扭矩及输出轴 转速 –测功器带有自动调节和控制系统，实现转速和扭矩 的闭环控制
发动机台架试验论文
本科学生毕业论文引言1 引言内燃机实验是内燃机生产和科学研究工作中不可缺少的一个部分，随着工业生产和科学技术的发展，内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量也在不断增长，对内燃机中各个系统零件的性能，使用寿命等技术指标的要求也越来越高。
因此对内燃机工作过程的研究；节约燃料，扩大燃料的品种，新型结构的研究；以及设计和研制合乎要求的产品和对原有产品的分析改进，以满足个用途的需要，自然就成为内燃机动力工程技术人员的重要任务。
在上述的这些任务中，试验工作居于极其重要的地位，这不仅是因为所耗的财力，物力，人力和时间方面占有很大的比例，更主要的是任务完成质量和是否达到预期的目标，必须得以实验得出的最终结果来评价和确认。
内燃机台架实验方法中规定的大部分实验项目，其参数的测量都在稳定运转的工况下进行。
在稳定工况下进行各种参数的测量。
因测量目的的不同而分为性质截然不同的两类；平均值测量和瞬时值测量。
对于平均值测量，如曲轴转速。
输出扭矩，进气压力，排气温度等的测量，由于被测量中包含有不同程度的脉动分量，采用惯性小的测量系统和仪表。
此次毕业设计主要针对内燃机台架实验中的尾气测试，进排气压力测试和内燃机的特性参数测试入手。
着重介绍针对此次实验的实验设备的选取和实验方案的设计，并测取相关的实验数据和和对结果做简单的分析。
在此次毕业设计由于要安装大量的检测仪器，即要涉及到很多仪器配件及实验台架的设计，所以Auto CAD讲在此次毕业设计大量使用。
同时此次毕业设计所做的实验需要自行选择合适的实验仪器，所以在论文里面会大量介绍实验相关仪器的选购，及其使用方法，实用范围的段落，这些介绍可作为设计同种实验台架或者类似项目的参考。
2 摩托车发动机的工作原理2.1 发动机的分类摩托车的动力源是发动机。
发动机乃是将来某一种形式的能量转变为机械能的装置。
发动机大体是可分为内燃机和外燃机。
内燃机和外燃机相比，具有热效率高、体积小、重量轻，便于移动，启动性能好等优点，因而发广泛应用于各种车辆上。
发动机台架试验方案编制
XX燃料的XXX发动机台架试验试验大纲一、试验目的为验证燃用XX燃料的XXX发动机的技术性能和运行适应性，拟对发动机按照国家相关标准和技术规范进行台架试验，对发动机的动力性、经济性、尾气排放性和可靠性进行评价。
二、试验内容试验分为XXX燃料稳定性试验和发动机台架试验。
1.M15甲醇汽油燃料稳定性试验装备条件及内容试验设备为QTH-2P-B可程式恒温衡湿箱、具塞式量筒、量筒、精密密度计、移液管等。
以云南省的环境条件为基础，对M15甲醇汽油燃料进行温度在-20℃~30℃范围的高、低温和储存时间的相分离考核。
考核以每5℃为一组，即-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃等11组燃料稳定性（相分离）考核，温度从-20℃—0℃范围的储存考核时间在20天以内；温度从+5℃—+30℃范围的储存考核时间在30天以内；对每组甲醇汽油燃料试管分别进行密封和微量透气方式进行考核。
2. 发动机台架试验装备条件及内容试验依据：●中华人民共和国国家标准GB/T6072.1《内燃机台架性能试验方法》●GB/T 18285 《点燃式发动机汽车污染物排放限值及测量方法》●GB/T 14951 《汽车节油技术评定方法》进行。
1)主要测试仪器设备2)试验样机试验用发动机为奇瑞公司生产的SQR481F电喷发动机。
3)试验内容与方案对发动机和整车的动力性、经济性和尾气排放性能进行对比分析，试验项目为燃用90#汽油(以下简称原机)与M15甲醇汽油燃料的外特性、各种转速的负荷特性、尾气排放特性的性能对比试验，试验方案如下：（1）发动机台架试验考核燃用90#汽油与M15甲醇汽油燃料的动力性、经济性和尾气排放性，每组试验不少于6个工况测量点。
分别测量功率、转矩、有效燃油消耗率、小时耗油量、排气温度、气体排放物等。
由于甲醇的热值低，为考核实际运行的经济成本，对燃用M15甲醇汽油燃料进行替代比计算，即燃用M15甲醇汽油燃料后，多少甲醇能替代1kg的93#汽油。
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振幅的计算方法查阅相关的资料：
《内燃机》2004年第五期，“弹簧隔振发动 机试验台架的隔振计算”
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4 基础结构形式
基础：高质量混凝土（425号或525号），
底座开有T型槽的铸铁平台， T型槽间隔与测功 机的安装相符，水平度满足有求。
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根据用途来设计,可以是
比较简单的系统,也可以
是比较复杂的系统。ppt课件
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第一节 内燃机试验台架的布局
试验台架 控制室
横向布置：
获得最宽广的视野，有 利于观察台架及内燃 机的运行状态, 但人员 安全性受到影响。
纵向布置： 安全性提高，但不
利于观察
斜向布置： 具有两种方
式的优点
可以根据需要一个试验台架上装两台发动机。
日本要求隔振效率为94.7%。
现在使用的隔振措施：地面垫沙、橡胶垫、空气弹 簧、螺旋弹簧
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2 空气弹簧设计
橡胶空气弹簧工作时，
内腔充入压 缩空气，形成
一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加， 弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度 增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时 弹簧的承载能力增加。
放大系数=振幅B/静力 偏移B0
λ<1时，不能隔振；λ=1产生共振，当λ〉2 时，可以隔振，隔振效率取决于频率比λ。频率比 越高，隔振效果越好，同时也与阻尼系数有关，阻 尼系数增大，降低了隔振效果
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振动-4
隔振效率
1
1
1 2
对台架的振幅和隔振效率有一定的要求
美国规定振幅为：0.003～0.01mm
根据总质量和激励力的变化频率选定空气弹簧的工作气压。 改变空气弹簧的刚度，达到隔振与减振的效果。空气弹簧 的横向刚度由其结构设计保证。
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特点：弹簧高度可调，刚度可变，自振动 频率低，承载能力大，有良好的减震、缓 冲和高频隔振作用，侧向柔软性能优良
参考资料 《上海理工大学学报》2006年第2期 “空气
隙, ≥0.1d
节距：
b≤3,b＞ 3应装导杆或套筒 自由高度：
G d4F n
8P D 2 n1 n 2 t d F δ
n H 0 nt 2d
稳定性验算：
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b H0 D
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弹簧的失稳
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３）振幅计算简介
基础数据
a）动力系统质量及质心位置
b）动力设备转速及所产生的干扰力（往复惯性力、 颠覆力矩、离心力等）
弹簧隔振器的动力特性研究” 应杏娟
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3 螺旋弹簧设计
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１）计算步骤
确定质心位置→计算每根弹簧受力→进行 优化计算 →内燃机转速及所产生的干扰力 → 计算振幅
要点：基础质心、弹簧数、弹簧的水平刚 度和垂直刚度
弹簧数量一般在台架两侧各有４～８组， 每组可以２～３根。
可以利用配重调整质心位置
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第三节 内燃机活动支架
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第四节 测功器
1 测功器的基本工作原理 测功器的类型： 水力测功器 电涡流测功器 直流测功器 交流异步测功器 静液压单元测功器
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1）水力测功器
(1)基本工作原理
组成：由转子和定子(外壳)两部 分组成。
工作原理：是利用转子在充满水
的定子中旋转所产生的摩擦阻
力来吸收发动机功率，同时通
过与可摆动的外壳相连的测力
机构测出转矩。
制动力矩：MK=Ttq =F*R
分类：柱销式、盘式和涡流室式 Pe=Ttq*n/9550
Pe= F*R*n/9550=k*F*n
这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的 高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递 增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动 载荷的高效控制。。
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空气弹簧之间互相联通,从而保 持基础的平衡。
刚度与材料、形状、气压等有关。
其刚度随充气压力呈非线性变化， 囊内的工作气压在0.1～0.5MPa 时, 刚度为1000～9000N/cm。
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•分类（根据任务和设备的要求）
测试台架(开发试验台架)
耐久性测试台架 检查与验收台架
用途最广，实现内燃机运行工 况的灵活调节。测量：流量、 压力、温度、力、位移、速度、
废气
测功机可以采用较简单的形式。测量 值可以局限于测试的主要特征数据， 如转速、扭矩和用于调节和监控的量， 如温度和压力等。
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弹簧
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２）弹簧的计算
初选旋绕比：
C D2 d
Ｃ＝４～１４推荐５～８ 弹簧直径：
d 1.6
K—曲度系数，
P—最大载荷
中径： K4C10.615 4C4 C
D2 Cd
PK C
[τ]—许用扭应力
工作圈数：
G—弹簧材料的切变模量
F—变形量
总圈数：
δ—压缩后相邻弹簧圈间的间
c）被隔振设备的振幅允许值
假设
a）基础支承结构的刚度为无限大
b）减震器只考虑刚度和阻尼，刚度为常量，不考虑 质量
c）台座和设备只计质量，不计弹性
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如果螺旋弹簧的刚度小,固有频率远离激振
频率,可以避免台架基础的共振，但这会引起 台架振幅的增大；而刚度大,又容易引起共振。
在基础的设计过程中还应考虑水平方向的 移动,可以采用橡胶挡块。
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第二节 内燃机台架基础和底座
1 台架振动
设计的重点是减振和隔振的设计。
(1)受迫振动(由于内燃机各缸周期性的惯性 力和力矩引起);
(2)由于脉冲和地基引起的冲击;
(3)从固体表面扩散出去的固体声的作用,因 而产生振动和噪声。
因此,台架应采取隔振措施,即将台架基础与 地基基础隔开。隔振避免共振
台架试验室规划
试验室的布置（平面、立体） 供电 冷却水（测功器、发动机的冷却等） 通风 内燃机的进排气 消声与隔振 燃油供给 考虑以上设备的布置形式、连接方式
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第三章 内燃机试验台架的设计
重点： 台架的隔振 测功器的种类与选用 联轴器选用与设计
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•要求： 具备通用性、先进性、快速装拆和 组合
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振动-2
激振频率:激振体(内燃机、测功机）来计算
台架的固有频率：
fn
n 2
1
2
k m
ωn--固有圆频率 Σk--中间体刚度
Σm--台架基础上设备质量和基础质量总和
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振动-3
共振和隔振特性
设系统激振频率feer， 固有频率fe
频率比：λ=feer/fe 阻尼比D