摩托车曲柄连杆机构动平衡测试与校正的新方法

矢端 轨迹 图 ， 它是一个封 闭的“ ８ ” 形 力 图 。 由这 个 封 闭力 图计算 出曲轴组 件 的“ 主轴倾 角 ” 和 “ 平衡
（ １ ） 测 试 系统 机 械 结构 。 系统 机械 结 构 由伺 服 电机 、 弹性 联轴 器 、 轴 承支 座 、 曲柄 连杆 机构 、 模拟 气 缸、 平衡底 板 、 二 向测 力仪 弹性体 组成 。 图 １为 曲轴 组 件动平 衡测 测 系统 结构 实物 照片 。
活塞及活塞销等组成 ， 发动机工作时， 旋转不平衡质 量会 产生 不平 衡 离 心力 ， 同 时活 塞 的往 复运 动 和 连
杆 的往复 摆动也 会 引起不 平衡 惯性 力 。传 统 测量 方
测试任务 ， 使摩托车曲轴组件的测量效率 比传统 曲 轴 总成动平 衡 机提高 ５ ０倍 以上 ， 同时可 对 曲轴 总成
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ １ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ｌ １ ２—０ ４
摩 托 车 曲轴 总成 由曲柄轴 、 轴承 、 曲柄 销 、 连杆 、
用重 复进行 分 度操 作 ， 一 次 装 夹就 能 快 速完 成 全 部
集、 数据 分 析 以及 结 果 输 出显 示 三 大 组 成 部 分 Ｊ 。
测试 系 统结构 如 图 ２所示 。 计 算机通 过数 据 采 集 卡 的脉 冲发 生器 功 能 ， 产 生 给定 频率 的驱动 脉 冲 、 驱动伺 服 电机 、 驱 动 曲轴组
件 运动 。 曲轴 组 件 运 动 时 产 生 的 不 平 衡 惯 性 力 经
第１ ５ 卷 第 ６期
重庆科技学院学报 （ 自 然科学版）
２ ０ １ ３ 年１ ２ 月
摩 托 车 曲柄 连杆 机 构 动 平衡 测 试 与校 正 的新 方 法
唐 一科 ＇ 阴红 艳 陈 国聪 徐 正 昭
（ １ ．重庆 大学机械 工程 学院 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ０； ２ ．重庆 科技 学 院机 械 与动 力工程 学院 ，重庆 ４ ０ １ ３ ３ １ ）
Ｂ Ａ Ｓ Ｉ Ｃ ６ ． ０ 实现。 ｆ 一 连 杆 长度 ， 指 连杆 大 、 小 头 孔 中 心 的 距离 ；
伺服 电机
模拟气缸
ｍ 一 旋 转质 量 （ ｍ 为 曲柄 轴 折算 到 半 径 为 ， 上 的不 平衡 质量 、 曲柄 销质 量 以及 连 杆大 头端 折算 到 曲柄 销处 的质 量三 部
的产 品质 量进 行有效 控制 。
法效 率较 低 ， 且 不具 备 不 平 衡 校 正 的功 能 。本 文 通
过对 曲轴 组件 进 行 运 动学 和 动 力 学 分析 ， 利 用 正 交
由传 感器 拾取 到的振 动信号 经过信 号调 理 电路
变换 ， 最 终被送 至计算 机 中 ， 由测 试软件 对其 进一 步
作者简 介 ： 唐一科 （ １ ９ ４ ９一 ） ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 研究方向为微 型传感器 、 机械测试 、 振动 。 通信 作者 ： 阴红艳（ １ ９ ８ ６一） ， 女， 重庆大学在读硕士研 究生 ， 研究方 向为摩托车 曲轴组件动平衡 。
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１ １ ２・
唐一 科 ， 等： 摩 托 车 曲柄 连 杆机 构动 平衡 测试 与校 正 的新 方法
处理 。
的二 向测 力仪 来 拾 取不 平 衡 惯 性 力 的动 态 数 据 ， 将 它们 投影 到 曲柄 轴 旋转 的不 同角 度上 ， 得 到 不 同角 度上 的不 平衡 惯 性 合力 的动 态 数 据 ， 进 而得 到每 个 角度 上合 力 的力幅 。 由计 算机 绘制 出不平 衡 惯性 力
、
１ 曲轴组件动平衡测试 系统
摩托 车 曲轴 组 件 动 平 衡 测 试 系 统 是 由 驱 动 系
ｌ ， 二 向测 力 仪 测 量 得 到 、 ｙ两 个 方 向 的不 平 衡
分力 的模 拟信 号 ， 经 信号 调理 电路 的滤 波放 大 ， 送 到 数 据采集 卡做 Ａ／ Ｄ转换 ， 得 到 、 】 ， 两个 方 向 的不平 衡惯 性 力 的数 字量 ， 送给计 算机 ， 由测 量软件 求 得最 终 的动 平衡 测量 结 果 。其 中数据 采 集 、 数 据处 理 以 及 伺服 控制 等都是 在 ＷＩ Ｎ Ｄ Ｏ ＷＳ环境 下 ， 用Ｖ Ｉ Ｓ Ｕ Ａ Ｌ
摘 要： 针对传统测量方法效率低及不合格产品不能校正的问题 ， 介绍一种 摩托车 曲轴 总成动平衡测试与 校正的新
方法 。系统中使用 一个 正交 二向测力 仪来 拾取振动信号 ， 经过调理电路送入数据采集卡 中进行 Ａ ／ Ｄ转换 ， 通过测试 软件 对转 换后的数字信号进行处理 ， 由计算机绘制 出封闭 的不平衡惯性力矢 端轨迹 图。在此基 础上 ， 测试 系统进一 步 自动识别 曲轴总成 的两个设计参数 ， 进而计算不平衡校正的去重质量 和相 位 ， 为判别产 品是否合格 以及 使不合格 产 品变为合格 产品提供 数据 。 关键 词 ： 曲轴组件 动平衡 测试系统 平衡校正
（ ２ ） 测试 系统 电控 结构 。电控 系统 包 括 数据 采
率 ” 。用这两个参数来表征摩托车曲轴组件动力 学 特性 ¨ Ｊ 。在 力 图 中 ， 通 过 测 试 软 件 的识 别 ， 计 算
出所 测 曲轴 组 件 的旋 转质 量 ｍ 和偏 置 角 ｜ ８ 。再 结 合 曲轴 总成 产 品工 艺 的要 求 ， 计 算 不 平 衡 校 正 的去 重质 量 ｍ 和去重 相位 Ｏ ／ 。
统、 支撑 系统 以及 测量 系统组 成 ， 如 图 １所示 。在测 量 系统 的机构 中 ， 采用一 个 正交 的二 向测力 仪 ， 同 时 拾 取不平 衡 惯性力 在 、 ｌ ， 两 个 方 向 的振 动信 号 ， 不
来自百度文库收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ５— ０ ３
基 金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金 （ １ １ ０ ７ ６ ０ ３ ０ ） 。