小型发动机耐久试验台架开发-开题报告

一、选题目的与意义
目的：本设计题目旨在使内燃机专业学生结合内燃机设计、内燃机构造等方面的知识，针对小型发动机耐久性试验台架进行设计计算，训练学生机械设计、结构强度分析及机械制图等方面的综合能力，为今后的工作奠定基础。

意义：
发动机作为动力装置，不论在汽车上还是工程机械上都起着关键作用。

随着技术的不断进步，发动机在各方面都有着显著的发展。

发动机的运转越来越精确的同时，其部件也越加复杂。

而在投入到市场前，发动机的各系统，零部件都需要进行严格的验证，保证发动机能够在合格的时间内提供合格的动力，即保证发动机的耐久性。

耐久性定义为产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量，即产品在维修保障的情况下，产品的寿命。

耐久性是发动机一个重要的性能，它关系到发动机使用寿命和汽车行驶里程。

耐久性虽然并不能直接体现发动机的各个指标，但如果耐久性有优势，当然会降低发动机的使用成本，也容易获得市场的认同。

耐久性同可靠性也有相关，虽没有直接相关性，但耐久性好的发动机通常也具有良好的可靠性。

市场上经常会对“皮实耐用”的发动机颇加赞赏。

发动机耐久性试验有以下3个主要目的：
(1)发现发动机在设计、材料及加工工艺中存在的各种缺陷，为设计提供整改意见；
(2)提高发动机的可靠性，初步确定发动机使用寿命；
(3)确认发动机是否符合耐久定量要求。

由于发动机耐久性的重要性，各个研究生产单位对发动机耐久性的试验一直重视，同试验密不可分的耐久性试验台架也是研究发动机耐久性的重要工具。

因此，开发发动机耐久性试验台架是对发动机性能全面测量必不可少的一个步骤。

同时，开发出一款能够同发动机试验要求相符合的台架对发动机开发的帮助也是巨大的。

二、国内外研究现状
发动机试验台架的发展同发动机的发展相适应，同时也受限于当时世界整体科技水平。

台架的发展同装配技术和测量技术是分不开的。

国外的发动机试验台架发展较早，先进的测量技术和控制技术都能尽早的应用在台架上。

从七十年代末期就开始进行自动化的试验台架的研究，许多发动机生产厂家及研究单位相继开发了一系列的发动机耐久性试验台。

同时先进的控制技术，测量技术以及数据的输出技术都在不断进
步。

80年代末，国内才开始出现引进的少量发动机自动化试验台架。

在目前来看，发动机台架开发所需要的试验规范的程序控制、试验数据的自动测试技术以及自动输送技术在我国已经成熟，生产厂能够设计制造并应用于生产中。

同时，与进口台架相比，使用同样功能设备的成本格仅为十分之一。

由此看来，发动机台架的国产化是需要努力也是前景光明的一个发展方向。

三、主要研究内容
1.发动机测量技术
发动机试验时有很多非电物理量，这些参数是通过各种类型的传感器实时测量的，并且有些数据需要根据测量到的参数和公式进行换算得出。

除此之外，非电量测试系统还包括完成数据采集所需要的计算机硬件软件。

为保证采集系统的精确性，系统中应该有定度和校准等系统附加设备。

测试前要对传感器及测试系统确定其输入与输出物理量转换关系和定度曲线，并利用一种较高精度的参考仪器进行校准，以确定整个测试系统的精度。

同时，由于发动机测试系统中传感器和测试设备较多，输出接口形式多种多样，加之现场发动机以及各种大功率电子设备干扰较强，为保证数据的可靠性和准确性，主控系统比具有良好的抗干扰能力和扩展能力。

并且要保证计算机系统主机有较好的稳定性。

2.测功机选用
测功机选用的要求：
（1）测功机特性与发动机特性要良好配合
（2）测功机应能快捷方便调整参数
（3）被测发动机工况应在测功机工作范围内
水力测功机结构简单，体积小，制造成本和使用成本都较低，但是其低速低扭矩工况下表现不佳，动态响应慢，无法结合高自动化控制的缺点使得这种测功机渐渐被淘汰。

但发动机在做出场额定功率标定时仍有优势。

电力测功机有一大优势就是它可以将发动机的机械能转化为电能反馈到电网去，这样不仅可以节约能源，而且还会减少测功机冷却系统的复杂性。

同时，电力测功机还能倒拖发动机，可以做到其他测功机不能做到的测试方案。

直流电力测功机负荷和转速调节范围广、工作稳定，测量控制精度高，但是维护费用高，占据面积达，单机表现受到限制。

交流电力测功机结构简单，动态响应好，高效节能，重要的是可靠性高，适用范围广。

因此在设计耐久性试验台的方案中可以考虑。

电涡流测功机同水力测功机一样，需要冷却系统将热量带走，并且不能倒拖发动
机，这就增加了对试验室的要求。

电涡流测功机有其运转平稳转动惯量小，吸收功率大的优点，并且成本低于直流电力测功机，工艺成熟。

另外，对于耐久性试验的特殊要求，一般测功机不能承受长时间的工作，同时耐久性试验也不要求数据十分精确。

因此，通常耐久性试验台架并不应用测功机，而是通过一个交流电机来消耗发动机功率，这一点同电力测功机相似，不过比较简单，在开发耐久性台架时，需要考虑这一点。

但如果仅使用交流电机的话，就需要对电机进行能量转换效率的标定，否则通过电信号测量出来的发动机数据是不准确的。

3.台架控制技术
台架控制系统需要完成
（1）对发动机油门和测功机负载调节装置实施控制
（2）对发动机冷却系统和机油温度实施恒温控制
（3）对发动机实时监控和报警保护
控制系统的核心是独立工作的计算机系统，它应具有根据试验类型确定控制方式（如对耐久性试验的循环工况），然后计算出负荷工况的油门位置，测功机负载等，并且还要能够在试验过程中通过反馈装置不断调整误差。

最后将采集的数据进行显示，并能输出。

4.台架工况范围
被试发动机的最高功率、最大扭矩以及最高转速都要小于测功机上限值，最高功率通常为测功机最大功率的70%~80%。

5.夹具设计
台架的开发需要针对发动机的型号进行具体的设计，因此，台架的夹具必须要满足发动机的要求。

本题要求对小型发动机进行开发，则夹具应针对小型发动机进行特别开发。

夹具的设计在保证发动机的固定的同时，要避免发动机按要求进行耐久性试验时同台架产生共振，并要有一定的减震效果。

6.连接的设计
发动机同测功机的连接件一般采用万向联轴器或弹性联轴器，若发动机功率较小可以用绳连接。

发动机同测功机连接后，首先应进行同轴度的找正工作，要求同轴度在Φ0.05mm以内。

原则是不论何种连接方法，要减小发动机对测功机的附加力矩和轴向力，避免过多的能量损耗、设备故障和人身事故，导致试验无法正常进行。

必要时应在发动机同测功机连接处加装安全罩，防止伤人事故发生。

四、研究方法与实施方案
1.分析耐久性试验台的工作原理及确定适用型号以及主要部件。

2.根据对耐久性试验台提出的要求对其进行设计。

（1）夹具设计
（2）电机型号选择
（3）连接方法确定
（4）电机工况标定
（5）电机输出控制
（6）数据输出
对确定了结构的试验台进行验证验证。

（1）强度校核
（2）工况范围校核
（3）改进性能对比验证。

五、主要参考文献
[1] 郝佳胜.发动机耐久性试验的研究与分析[J].内燃机与动力装置, 2012(131):49-51.
[2] 王建昕,帅石金.汽车发动机原理[M].第一版.北京:清华大学出版社, 2011.
[3] Koszalka,Suchecki.Durability Prediction of a Diesel Engine Piston-Rings-Cylinder Assembly on the Basis of Test Bench Results[J].SAE Technical Paper, 2011(09).
[4] Eduardo,Tomanik.Friction and wear bench tests of different engine liner surface finishes[J].Tribology International , 2008(41).
[5] 李鸽鹏.电喷发动机试验台架的研发[D].华中科技大学, 2006.
[6] 黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].1.北京:清华大学出版社, 2009.
[7] 廖明明,林伟键.发动机台架试验浅析[J].装备制造技术, 2010(4):167-169.
[8] 林钰凯.汽车发动机台架试验室的工艺设计[D].福建工程学院, 2001.
[9] 汤仲平,孙丁伟,文斌,刘维民,张少明.美国柴油机油发动机台架的现状及发展[J].汽车工艺与材料, 2006(2).
[10] 刘庆,侯献君,李菁元.欧5/6轻型车耐久性试验研究[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版）, 2012(6).
[11] 陈伯维.浅谈产品耐久性试验和可靠性试验的区别[J].机械工业标准化, 1996(09).
六、指导教师意见
指导教师：
时间：七、学院毕业设计（论文）指导小组意见
负责人：。