论文：基于BBM测试系统的H发动机的扭振测量.doc

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摘要

本文以东风商用车EQ4H发动机曲轴的扭振信号为基础,测试扭转振动情况并进行数据分析。重点研究了以下几个方面：（1）扭振测量技术的发展；（2)扭振的原理及实验原理;（3）扭振BBM信号的数据记录;（4）对发动机台架数据进行数据处理与分析。首先介绍了汽车发动机曲轴扭振信号处理技术在国内外的研究状况,特别是曲轴扭振原理及分析，并提出了本课题的研究意义，内容和方法等。

关键词：BBM，发动机，扭振，测量

Abstract

This dissertation based on the engine rank shaft's torsional vibration signal of a type of Dong Feng EQ4H.Testing and data analysis of the torsional vibration.Focus on the following aspects:(1） the extraction of torsional vibration signal； （2) the torsional vibration signal demodulation;（3) of torsional vibration signal of BBM data record；（4) inlet on the data analysis.First this paper reviewed the automobile engine crankshaft vibration signal processing technology in domestic and foreign research status.Especially the crankshaft vibration principle and analysis, and put forward this topic research meaning, content and method.个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途
Key words：BBM, engine， torsional vibration, measurement

目录
摘要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 课题来源 1
1.2 课题背景 1
1.3 扭振信号处理技术的研究现状 2
1.4 课题的研究意义和内容 2
1。4。1 本文的研究意义 2
1。4.2 本文的主要研究内容 3
2 曲轴扭振测试技术的发展 4
2.1 机械式测量 4
2.2 模拟式测量 4
2。2.1 接触式电子扭振仪测量原理 4
2。2.2 非接触式智能扭振仪测量原理 5
2.3 数字式测量 6
2.4 软件式测量 6
2。5 基于LabVIEW的扭振测量 7
2。6 多普勒效应的扭振测量 7
2.7本章小结 8
3 BBM PAK声学振动测试分析软件 9
3。1 BBM Pak介绍 9
3。2 公司简介 9
3.3 PAK Mobile MKII 数据采集前端 10
3.3.1 多种输入输出信号调理方式 11
3。3。2 灵巧便携，性能优异 11
3.4 PAK 振动噪声测试分析系统 12
3.4。1 高效而迅捷 12
3。4。2 数据的灵活和通用性 12
3.5 PAK特殊功能 13
3.6 本章小结 14
4 轴系扭振实验 15
4.1 引言 15
4。1 试验仪器 16
4。1。4 角标仪(曲轴转角信号发生器) 22
4。2 试验原理 24
5 扭振信号的提取 26
5.1 扭转振动的基本理论 27
5。2 扭转振动的描述 28
5。3 扭振实验介绍 29
5。4 本章小结 29
6 扭振信号的解调处理 30
6。1 扭振信号解调的总体方案确定 30
6.2 MATLAB的瞬时转速计算 30
6。3 扭振数据分析处理 32
6。4 直接解调法 34
6.5 本章小结 38
7 总结与展望 39
7.1 总结 39
7。2 展望 39
参考文献 41
致谢 43

42

1 引言

1.1 课题来源

课题《基于BBM测试系统的4H发动机扭振测量》来源于东风商用车公司发动机厂生产的一类轴系扭转振动情况所产生的问题,EQ4H发动机是东风汽车有限公司开发的新一代发动机产品,该发动机采用目前国际最新的电控高压共轨燃油喷射系统、每缸四气门布置、增压空对空中冷等技术排放达欧Ⅲ并具备达欧Ⅳ潜力.应实际生产目的要求，以湖北汽车工业学院学生实践的锻炼为目的，通过以老师为主，学生为辅的方式，利用学校的相关硬件及软件设施，运用BBM振动测试系统检测发动机的瞬时转速，了解瞬时转速的测量方法及数据处理方法，包括BBM自带的处理系统及用MATLAB处理采集数据.光电编码器为1024线。通过对4H发动机的瞬时转速的测量，来分析发动机的扭振情况。

1.2 课题背景

众所周知，在动力装置飞速发展的现今时代,发动机己成为人类生活中不可缺少的一部分，随着人们生活水平的提高,人们对轿车的舒适性要求也越来越高，而发动机曲轴的扭振则是影响轿车乘坐舒适性的一个重要方面，振动一般都会通过发动机轴系传来。所以研究发动机的扭振对于提高人们的交通及生活质量具有深刻的意义。而且也由于曲轴的扭振所带来的某一些较大的生产、生活事故，其产生的危害不容忽视,所以人们更是在不断研究和探讨中。国外从十九世纪末开始,就不断出现各种断轴事故的有关文章和分析报告，人们对轴系扭转振动的研究也逐渐深入。发动机是一种应用非常广泛的热能动力机械，在很多领域都是作为主要的动力源。随着技术的发展，对发动机的性能要求、使用寿命和安全性要求也越来越高。其中曲轴是发动机最主要的运动部件之一，近年来人们对发动机可靠性及动力性的要求不断提高，曲轴的工作条件也越来越苛刻，曲轴的强度、扭振等问题也愈加变得重要，特别是其扭振问题,它极大地影响着发动机的工作可靠性和使用寿命，是发动机性能测试和研究的重难点。
轴系的扭转振动不仅与轴系本身的惯性和弹性特征有关,还与作用在轴系上的激振力矩息息相关。外界激振力矩包括燃气爆发力、质量块惯性力引起的力矩，以及接收功率部件所吸收的变值扭矩。这种弹性变形的绝对值在一般情况下是不大的,但是当外界激振力矩的频率与刚性轴的共振频率相同时,刚性轴的扭转变形幅度将远远超过正常值，即产生刚性轴共振，此时将严重影响机械设备的使用寿命和安全性，如果继续在这一情况下工作，则可能发生断轴、主轴瓦损坏等一系列恶性事故，造成人员伤亡和巨大经济损失.许多研究都表明扭转振动是船舶、汽车和机车发动机系统轴系损坏的主要原因，因此检测、分析发动机轴系的扭振显得尤为重要。

1。3 扭振信号处理技术的研究现状

对于曲轴扭振信号的分析处理，首先最重要的一点就是要将扭振信号提取出来。人们已研究出很多种扭振信号的测量方法，扭振测量是曲轴扭振研究的一项重要内容。随着传感器技术、电子技术的发展，扭振测量技术已从机械式测量、模拟式测量发展到数字化测量，测量的精度也不断提高。目前扭振的测量采用得比较广泛的是测齿法。从信号的角度分析，可将曲轴扭振看成是扭振信号对均匀脉冲载波产生调制的现象。因采用的传感器不同，测得的脉冲序列相位和幅值都可能携带扭振信息，将此相位调制或者幅值调制信号解调即可获得扭振信号。

1.4 课题的研究意义和内容

1。4。1 本文的研究意义
目前，对于扭振的研究，人们已研制出很多类型的仪器，如发动机曲轴的扭振测试仪、监测仪、信号分析装置、故障诊断装置等各种扭振仪表。而为了研究这些仪表、装置是否满足其使用要求,往往需要进行大量的实验,以获得发动机在各种工况下发生扭振的数据信号，以检定这些装置的稳定性和准确性。特别是对于一些理论研究而言，为了找出扭振发生的规律，增加实验的准确性。通过现场实验来采集数据,处理得到的扭振信号，实时测量轴系扭振情况可以连续不断地为测试或诊断分析系统提供信号，针对扭振分析、故障诊断等装置所需的信号源进行研究。本课题即是基于BBM测试系统对东风EQ4H发动机进行检测分析。
1。4。2 本文的主要研究内容
根据本文对发动机曲轴扭转振动的测量,扭振信号获得的过程.
（1）研究目标
针对东风EQ4H曲轴传动系统,进行轴系扭振原理的分析研究，通过扭振测试得出信号数据，并对其进行数字化处理,从中解调出扭振信号，然后通过实验实际测量出值与振幅之间的关系。通过计算分析扭振的最佳振动区域。
(2)研究内容
扭振测试及信号的提取，分析汽车发动机的扭振现象，研究曲轴的扭转振动理论,搭建试验台及测试系统，利BBM PAK软件分析

2 曲轴扭振测试技术的发展

扭振的测量大致可以分为两类:扭应力的测量和扭角的测量。轴系扭角的测量则是人们常说的扭振测量.扭应力的测点一般选在轴上的节点处,扭角的测点则在轴系的自由端.对于内燃机的扭振研究和测试早在19世纪就己开始，直至现今，随着技术的发展进步，扭振的测试则逐步简单智能化。从最初的盖格尔机械式测量开始，扭振的测试经历了模拟式阶段、数字式阶段，以及之后采用的激光多普勒测量,测试精度在不断提高，方法也越来越先进。在其分类上,依传感器的类型可分为光电式、磁电式、霍尔式、电涡流式等;按信号拾取装置与轴系是否接触可分为接触式和非接触式。以下就从信号提取方式上讨论扭振测试技术的发展过程。

2.1 机械式测量

扭振测量最早使用的仪器是1916年德国人发明的机械式盖格尔扭振仪，这种仪器结构简单,从信号获取到波形记录均由机械装置实现，可直接安装在曲轴的自由端或者中间轴位置，用麻布带传动，使用方便.但轴的扭振是通过皮带传递到测量头架的,皮带的弹性振动会引起信号的失真。机械式扭振仪测量范围、精度有限，主要适用于中、低速柴油机的扭振测试，记录的结果最后还需要人工进行分析，故该种扭振测量方法现在已基本上没有使用。

2.2 模拟式测量

模拟电路式的扭振测量可分为接触式测量和非接触式测量，测量仪器都属于电子式的扭振仪。由于是模拟电路式，抗干扰能力差,对于低频、低扭角的扭振信号测试困难，误差较大。
2。2.1 接触式电子扭振仪测量原理
接触式的电子扭振仪,测量原理是在轴上贴应变片或者压电加速度计等敏感元件，利用这些感器直接感知轴的扭振，并将信号经过集流环或遥测方式输出到仪器，再经仪器分析和处理获得被测轴系的扭振特性，属于该类型测量方法的扭振仪有应变片式扭振仪、压电式扭振仪及电感式扭振仪.这类扭振仪可远距离操作,便于分析记录。但该方法对元件的安装要求很高，信号传输困难，且因必须在轴上安装传感器，所以很多情况不得不破坏轴的结构，局限性大。
2.2.2 非接触式智能扭振仪测量原理
非接触式扭振仪是现今轴系扭振监测方面的一大发展趋势,这也是目前应用最广泛的扭振测量仪器。与以往的扭振仪相比，非接触式扭振仪有诸多进步的地方，扭振测试更简单，且精度也提高了很多,但测试过程一般要受软硬件条件的局限，分析功能有限，且价格昂贵.类仪器一般都配备磁电式（或光电式、电涡流式）传感器和测量齿盘，传感器都基于“测齿"的原理，利用轴上的齿轮、码盘或其它等分结构，通过测量齿间角速度的不均匀性来感知轴系的扭振（如图2.1所示）。具体方法一般是将扭振信息通过传感器的输出脉冲反应出来，即将等分机构装在轴上的测点处，使传感器与齿部对齐并保持适当间隙，利用传感器感应出轴发生扭振时与扭振角速度变化相对应的脉冲,从而获得扭振信号。这种方法对轴系上齿轮机构的等分精度要求很高,这也是测量信号误差的来源之一。根据使用的传感器的类型，扭振信息存在于脉冲的相位或幅值中,并采用相应的解调电路将信号解调出来，如典型的锁相环解调电路、调频解调电路等。由于扭振幅度相对于齿间距很小且扭振引起的轴的角速度波动也很小，因此扭振信号的相位调制度和幅值调制度都很小,采用电路解调时电路的精度则成为关键的部分,该方法解调误差较大。如图2。1文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络

图2。1 非接触法“测齿”原理图
此外，一般大多数扭振仪都是将传感器得到的信号进行放大、隔离、整形、单稳后得到定幅定宽的脉冲位置调制信号（即M)，利用低通滤波器和积分器来解调即M信号，从而获得原始的扭振角位移信号。例如，基于磁电式脉冲原理的扭振仪，测量时当轴发生扭振，则产生重复频率发生改变的脉冲信号，经低通滤波后转化成相应的电压变化波形，再通过电容隔去直流成分，积分后就可获得相应于扭振角位移的变化波形.国内外不少仪器采用的是这一原理,如国内东南大学ANzT型扭振仪的模拟部分、上海内燃机研究所的FN一1扭振仪们等；国外有美国的Atlanta2524、2538、2521型扭振仪、英国的AETV一4型扭振仪日本的小野PD一860扭振仪等,此类仪器的测量原理如下图1一2所示.其测量工作过程由磁电式传感器、前置放大、单稳电路、低通滤波、隔直电容及积分放大等电路组成。

2。3 数字式测量

20世纪90年代的数字式扭振测量仪,如比利时LMS公司的QTV扭振测量模块，充分利用计算机的软硬件资源，测量分析工作可由计算机自动完成，代替了人工操作，更方便简单。但此类仪器采用的硬件较多，对采集卡的要求较高,价格昂贵。数字式扭振测量方法主要有:A/D高频计数法、信号调理法和A/D采样拟合法。
1.A/D高频计数法，采用高频A/D采集卡采样，计算转过每齿的时间,从而得到扭振信号。该方法硬件通用性还可以，但仍然受硬件设备的限制，实际应用较少。
2。信号调理法,是将信号调理模块或仪器卡插在PC机系统总线插槽上，或安装在计算机外部专用扩展箱内,通过专用软件实现扭振的自动化测量.基于信号调理法的扭振虚拟仪器已有一定的应用,如西南交通大学热能与动力工程系开发的TVM系统就是目前有代表性的振动测量分析虚拟仪器。此方法测量精度高,但因需专用计算机插卡，成本高，维修也不方便。
3.A/D采样拟合法,建立在A/D采样技术和最小二乘拟合法的基础上，可准确求出轴系转过两相邻齿的时间间隔△t，，基于该方法开发的扭振测量虚拟仪器,可实现高精度测量，成本较低，通用性强。
2。4 软件式测量

如扭转振动数字信号分析系统TVDSPS，就是一个纯软件的扭振测量系统，采用微机和A/D板构成的主从并行系统控制，数据处理快速、灵活、精度高。文献介绍了一种利用希尔伯特变换而得到扭振信号的方法，认为扭转振动武汉理工大学硕士学位论文现象可看成轴匀速回转运动的相位调制，将传感器检测出的信号进行相位解调即可得到扭振信号，文献通过傅里叶变换和希尔伯特变换实现了解调,得到了扭振角位移一时间规律.TVDSPS亦是基于这一思路，利用希尔伯特变换,在数学与信号处理的领域中,一个实值函数的希尔伯特变换(Hilbert transform）—-在此标示为H——是将信号s(t)与1/(πt）做卷积，以得到s'（t）。因此，希尔伯特变换结果s'(t)可以被解读为输入是s(t）的线性非时变系统(linear time invariant system）的输出，而此系统的脉冲响应为1/(πt）。这是一项有用的数学,用在描述一个以实数值载波做调制的信号之复数包络（complex envelope),出现在通讯理论将解调工作通过编制软件程序来完成，节省了硬件成本,处理效率高、灵活性好.个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途

2。5 基于LabVIEW的扭振测量

文献介绍了利用LabVIEW平台开发的扭振测试系统，该扭振仪由数据采集硬件和LabVIEW编程测试软件组成，能够实现数据采集，信号分析和波形显示,数据的保存回放等功能。而利用LabVIEW平台开发的扭振测量虚拟仪器，主要包含信号采集模块和数据后处理模块,与以往仪器相比,减少了测试工作所需要的硬件设备，使测量成本降低，且数据传输简单、调试方便。全数字的软件控制系统及基于LabVIEW的测量系统，由于可极大节省硬件投资和调试，这类基于虚拟仪器的测量思路将是未来扭振测试分析技术的一大发展趋势.

2。6 多普勒效应的扭振测量

随着扭振研究的深入，激光技术在扭振测量中也得到了一定的应用，这方面国外己研制出相关仪器，如丹麦B＆K公司推出的2523型激光扭振仪。激光多普勒效应是指，当激光照射到运动物体表面时,光线被物体散射（或反射），光的频率发生改变的现象,散射（或反射）光的频率与光源原频率的差值即为多普勒频移。基于多普勒效应的扭振测量法，即采用光的“频移"效应，当激光束照射到旋转轴的表面,轴表面上的线速度使散射光产生多普勒平移,频移量的瞬间值代表轴的瞬态角速度，除去直流分量,即可得到轴的扭振信息。激光扭振仪一般由激光器、带光电信号倍增器的传感器探头和跟踪处理仪组成。其特点是用光电探测器和激光反射镜代替传感器和测量齿盘，如图所示该方法安装方便，能实现绝对测量，但装置昂贵且对环境要求苛刻，调试困难不便商业化,目前应用较少。

2.7本章小结

本章节简单扼要的介绍了现在世界上的一些关于扭振的测量方法。通过大量国内外文献的阅读，进一步了解扭振测试技术的发展现状和新技术在扭振测试中的使用情况。是自己在扭振测量试验中更能明确实验的优点。明确实验的方法,

3 BBM PAK声学振动测试分析软件

3。1 BBM Pak介绍

图3.1 BBM PAK介绍
备注：PAK 数据采样基本驱动模块及数据分析功能模块,包括： -原始信号分析（Throughput Analysis） —信号基本特征分析（Signature Analysis） —数字阶次跟踪分析（Digital Order Track Analysis） —数字1/n 倍频程分析（Digital n’th Octave Analysis） -振动分析（Vibration Analysis) —曲轴转角跟踪分析(Crank Angle Analysis） 专业分析模块： —结构分析功能Structural Analysis —实时工作模态分析功能Operation Deflection Shape —声强测量分析功能Sound Intensity Measurement —函数发生器功能Function Generator 数据库： -PAK-ASAM ODS 标准数据库 操作系统平台： -Microsoft Windows® XP-Professional

3。2 公司简介

德国Müller BBM（集团）公司成立于1962年，是国际知名的振动声学咨询与测量仪器研究及制造公司。现有员工600多人，其中博士45人.下属四个子公司：Müller BBM振动与声学系统有限公司，Müller BBM咨询有限公司,Müller BBM技术有限公司,以及M+P咨询有限公司.
Müller BBM振动与声学系统有限公司基于用户角度开发的BBM PAK多通道振动噪声测量与分析系统广泛应用于全球的航空航天、机械制造、汽车工业、船舶工业、家电企业、建筑声学、环境声学、主动降噪、心理声学、声品质等各个领域同时也成为众多振动与声学咨询公司密不可分的合作伙伴。
随着BBM PAK振动噪声测量与分析系统的市场应用,得到了各个行业的振动噪声工程师的广泛赞誉与认可，其先进的测量手段和独到的振动噪声数据分析技术极大程度上推进了振动噪声研究领域的发展。许多突破性的振动噪声测量技术实现了划时代的革新.例如：旋转机械的转角跟踪分析功能、传递路径分析/合成功能、声阵列的噪声源识别技术、声音主观评价系统的建立等等。
许多客户在使用PAK系统后，体会到了这套产品的优越性能，从而进行了整个噪声振动系统的彻底更新，以德国BMW(宝马）公司为例，目前已经采购200多套PAK系统。
Müller BBM振动与声学系统有限公司自从推出PAK多通道测试系统以来，在短短的几年时间,BBM PAK测量系统在全球已销售2000多套，并且在世界上十多个国家成立了分支机构，在全球形成了广泛而完善的销售和技术服务网络，Müller BBM振动与声学系统有限公司通过ISO 9001：2000质量体系认证
目前，企业的客户对产品声学与振动性能的要求越来越高，作为产品的开发者要不断地追求产品声学振动方面的优异品质。利用Müller BBM公司开发的高性能测试分析系统，进行声学振动信号的测量、分析以及评价,将帮助您实现您的目标。

3。3 PAK Mobile MKII 数据采集前端

图3.2数据采集前端
33.1 多种输入输出信号调理方式
包括:ICP®/模拟电压输入、Tacho转速脉冲输入、模拟电压信号输入模块、热电偶温度信号输入、惠斯通桥式应变输入、Charge电荷输入、200V极化电压麦克风输入、GPS全球定位系统输入、数字音频输入、CANbus总线输入等。
3.3。2 灵巧便携，性能优异
单机箱可选择2-128通道,多数采同步可扩展至1968通道。同时支持4—16台主机在半径1-2公里范围内实时同步数据采集。
在同行业中体积最小、重量最轻，结构坚固、设计紧凑，单通道16/24位精度204.8KHz的采样率以及50M时钟频率和1000K脉冲采样率更是在同行业内遥遥领先。方便用于实验室和现场测量。抗振性能满足MIL-STD—810.数据采集前端荣获2006年IF产品设计大奖。

3.4 PAK 振动噪声测试分析系统

图3。3 PAK振动噪声测试分析系统
3。4.1 高效而迅捷
PAK系统提供了振动噪声以及相关信号的测试、分析、评价等全方位的解决方案，由于设计完全贴合实际的工程应用，决定了她高度的灵活性和实用性。
超强的自动测量和分析处理功能,即使对于缺乏实际工程经验的人来说，也可以进行绝大部分测量标准所规定的测量和分析工作。
PAK系统已经在全球的汽车工业、航空航天、船舶工业、科研院所及其他行业得到广泛的应用.之所以得到客户的充分认可，在于其能够适合任何工作场合,并具有丰富的扩展功能，从而满足客户全方位的需要.
3.4。2 数据的灵活和通用性
早在1998年，Müller BBM成为噪声振动行业中第一家加入ASAM ODS标准的企业，积极地参与了其中NVH方面的标准制定。(ASAM—ODS为国际通用的开放式数据标准，这个标准已经在汽车行业得到广泛的使用。）这将确保证您工作在一个长久稳定的数据系统平台上，并使您的测试数据与其他的试验数据兼容共享。

3。5 PAK特殊功能

PAK是强大的分析和测量功能软件。包括了声学与振动测量的各个方面。除了常规的测量和信号分析功能外，PAK的特殊功能包括:
（1）扭振测量 Torsional Vibration
（2）曲轴角跟踪分析 Crank Angle Analysis
（3）发动机燃烧分析 Combustion Analysis
（4）阶次跟踪 Order Tracking
（5）声功率测量 Sound Power
（6)声强测量 Acoustic Intensity
(7）材料吸声测量 Impedance Tube
（8）振动模态测试 Impact/MIMO Modal Testing
（9）十字声阵列噪声源识别 Sound Location
（10）声质量 Sound Quality
(11）加速通过噪声测量 Pass—By (simulation and real）
(12)噪声传递路径分析 Transmission Path Analysis
（13)实时工况振形 Operational Deflection Shape (ODS)
PAK 软件的功能采用模块化设计,用户根据需求选择功能模块。系统的功能扩展通过软件的升级实现。
PAK作为实时的测量系统，在采集各通道时域信号的同时能够实时分析并显示测量结果。PAK系统在测量结果显示和报告生成方面灵活多样，可以根据客户的需求自行设计。在测量报告中，可以将测量实物和测量结果合为一体，各种测量量和图表溶为一体。图中各图表显示的结果是相互关联的，在任一个图中移动光标的位置,均可看到图中不同变量下的结果，其他BBM PAK 软件基本功能：
（a）Signature（信号基本分析)：
信号幅值对时间、转速、转角、阶次等参数的响应
信号对时间、转速、转角、阶次等参数的多至65536点的FFT分析
信号基于FFT的1/n倍频程分析
信号自/互功率谱分析
（b）Detector（声级计功能）
每一输入通道可作为一个独立的声级计使用，并且可以设置测量三种不同的参数
数据种类:有效值（RMS)，峰值（PEAK），平均值（AVERAGE）和Leq
时间计权：10秒，1秒和0。125秒
频率计权：A，B，C和线性
（c）Sound Power(声功率测量
ISO3745标准消声室的声功率测量
ISO3741/3742标准混响室的声功率测量
􀂄自动进行背景噪声和环境变量修正
（d）Reverberation Time（混响时间测量）
􀂄建筑声学ISO3382标准混响时间的测试，并能测试早期衰减,双耳效应等特有小空间超短混响时间测量,可测量到50ms
（e)Impedance（声阻抗测量）
ISO10534标准材料吸声系数和声阻抗测量
􀂄支持单传声器法和双传声器法
(f）Sound Intensity（声强测量）
。ISO9614标准声强测量用于静止稳态噪声源识别

3.6 本章小结

本章简单的介绍了BBM PAK软件的一些基本功能，简单的对其中的一些重要公用做了一些翻译。

4 轴系扭振实验

4.1 引言

轴系扭振研究从最初的针对船舶发动机轴系，现在已经发展到其它发动机轴系，范围从大型汽轮发电机轴系到几乎所有的内燃机轴系。早期，在中、低速柴油机装置上使用接触式的扭振测量仪（如盖格尔扭振仪），但是它们已完全不能满足现在高转速、高频率扭振信号测试的要求,目前最常用的扭振测量仪器是电子扭振仪,近几年又出现了激光扭振仪。电子式扭振仪是一种非接触式的扭振测量仪器。传感器部分为一个电子传感器和一个安装在轴系上的齿盘,一般都是安装在曲轴自由端其他任意一种对间隙深度敏感的传感器，比如涡流传感器都可以使用，也可以不用齿盘，而在轴上粘贴精密等分的反光带，并使用光电传感器，或者在轴上粘贴几个小磁钢,并使用霍尔传感器。由于电子传感器价格便宜、稳定性好、安装使用方便，对测试环境要求低，又能适合于高速、频率成分复杂的扭振轴系的测量，是目前工程实际中应用最为广泛的扭振测量仪器。
近年来发展起来的激光扭振测试技术，用光学探头（利用光学多普勒频移与轴系转动角速度之间的一一对应关系，由光学多普勒频移值来反映轴系的转动角速度）代替了电子传感器及安装在轴系上的齿盘，具有不需要安装任何附加装置就可以进行扭振测量的优点。但是该测量设备价格昂贵，对环境要求非常苛刻.而机械设备，特别是内燃机的使用环境一般都较为恶劣，环境的振动对测试精度的影响较大,被测轴系的光学散射特性对光学探头输出信号的质量影响很大,进而对整个仪器的测试精度影响很大。
由于实际的发动机轴系是一个复杂的弹性系统，而且种类繁多。当它们在周期性力矩的作用下产生扭转振动时，企图应用解析法如实来描述，过去是办不到的.今天在计算机时代复杂的描绘和分析虽然可以详尽的多，但要完全如实的描述实际扭转振动的运动情况也是相当困难的.所以在处理发动机轴系扭转振动问题时，要求与原发动机曲轴轴系动力学等效即固有振动过程中两系统的位能和动能对应相等，以保证两者自振频率和振型保持一致,然后通过对扭转振动实际测量，来把握实际系统的扭转振动特性。

4。1 试验仪器

本次试验要用到的实验仪器为：东风商用车EQ4H发动机；BBM PAK测试系统;光电编码器；发动机试验台架。
4.1。1 东风商用车EQ4H发动机

图4.1东风商用车EQ4H发动机
(1) EQ4H发动机简介
EQ4H发动机是由东风商用车发动机厂。生产的EQH145—30、EQH160—30、EQH180-30、EQH200—30发动机的总称。这4款发动机,均为四冲程、水冷、直列四缸、增压中冷、电控共轨柴油发动机，额定功率分别为107/2400、118/2400、132/2400、147/2400kW/r/min，排放达国3,适用于7-14吨卡车,6—8米豪华客车和8-12米普通客车。在环保越来越受到人们重视的今天，发动机如何满足人们的需求？ EQ4H发动机凭借其先进的技术，完全满足客户和社会对发动机环保的需要。在排放上，EQ4H发动机主要采用了机内燃烧控制技术，无需后处理；采用BOSCH高压共轨系统；采用废气放气阀增压器；可选进气预热等技术，从而使其稳定地达到国3排放标准。在噪声控制上，采用了电控预喷射、齿轮室后置、主要零部件模态分析优化设计、扭振减振器、可选缸体加强板等技术，使其噪声控制良好，优于同类产品。个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
(2) 专家点评
据EQ4H发动机技术负责人介绍，该机具有7大竞争优势：1、 140—200马力功率覆盖范围，满足中吨位商用车的主流动力需求；2、良好的燃油经济性；3、高可靠性、耐久性，B10寿命50万公里；4、灵活多变的控制功能为整车提供多项选择；5、低噪声，使整车更容易满足法规要求;6、国3排放,基础机与国4同一平台，极大减少排放升级的设计变。
(3) 节油技术
针对用户特别关心的节油问题，记者作了专门打探，该厂技术负责人称：该款发动机采用的ECU电脑控制燃油喷射技术，实行的是发动机“自动”控制喷油量，采用3组优化数据标定喷油，而国内同类产品大多只是1个优化数据.此种技术的好处是喷油量很精准，做到喷油最小化。如此，不仅保证了行车安全,而且使得车辆燃油经济性最优.但是，国3机与以往的国2机有本质上的不同，如果用户使用不当，将难于发挥国3机的优势。为此,他们采用了两种手段:一是增加服务站网络，培训国3机相关维修知识。二是对消费者实施售时培训，传授相关操控知识，保证用户正确使用。
(4) 行家口碑
其一、国际著名的发动机咨询公司AVL对EQ4H发动机进行了全面的设计评审。对4H发动机给予了高度评价，认为其技术指标先进，总体设计完全符合未来的设计潮流，代表了当前同类发动机的先进水平，并且具有达到国4排放的潜力.其二、试验表明，EQ4H发动机开发达到预期目标，其经济性、可靠性处于国际同类产品先进水平。 产品背景:EQ4H发动机是东风商用车技术中心开发的、拥有完全自主知识产权的一款排放达到国3标准的新型发动机,且具有升级到国4的潜力。该机在东风商用车发动机厂生产。 东风商用车发动机厂已有近四十年历史,积近280万台发动机制造经验，是东风汽车公司的核心动力生产厂，国内唯一一家汽油、柴油、天然气并举,2—11升全系列车用发动机制造商。产品功率涵盖90—420马力 ，工厂先后通过ISO9000、TS16949质量体系认证和ISO14000环境体系认证。

4.1.2 BBM PAK测试系统
(详细信息见的三章）
4。1.3 光电编码器
260型编码器—— 增量式、通孔、超薄、整流信号可选如图4。2

图4.2 260型光电编码器
（1） 设计特点
— 外形小巧，厚度仅1。19英寸
— 可提供4极、 6极、 8极、12极整流信号
— 空心轴孔径选择：5 mm 到0。625 英寸（15.88 mm）
— 高达120ºC操作温度（有其他温度需求，请与厂家联系）
— 简便新型的簧片式安装
— 300KHz频率响应
— 密封等级可达IP64
— 夹紧式通孔安装
— 输出形式：集电极开路输出、推拉输出和差动线驱动输出
（2） 应用
— 马达反馈安装
— 数字绘图仪
— 无刷伺服电机整流
— 高功率马达
— 装配机器
— 机器人技术
260型Accu-Coder牌增量式编码器，大孔径（可达0。625英寸）及超薄型外观设计，厚度仅1.19英寸，广泛应用于各种自动化设备和马达控制系统.它有两种独特的安装设计：半通孔和全通孔.这两种设计都采用了EPC公司独创的缓冲式柔性簧片安装技术。以确保编码器工作的简便可靠及精密。它特有的整体轴承设计确保了操作的稳定性和持久性,避免了可能出现的轴向和径向的轻微摆动.这两种设计都采用了紧压片代替螺丝，将编码器稳固到转轴上.安装非常方便！
对无刷伺服马达的应用，260型以三个120º 相位提供4极、6极、8 极、12极的整流测试反馈。耐高温度100ºC（可升高至120ºC）使伺服电机能在更高功率输出及反复使用中能正常工作，防止相关热反馈设备的损坏。其坚固的结构和IP64密封等级，将使260型能完全满足绝大多数工业环境下的性能要求
（3）260型电参数：
输入电压
0º-70ºC 温度时，4。75-28.0 VDC
0º—100ºC 温度时,4。75-16。0 VDC
0º-120ºC 温度和有整流信号时，4。75—5.0 VDC
输入电流
最大无负载电流为100 mA
输出电流
集电极开路输出漏电流50 mA
输出波形
增量式，正交输出，当转轴顺时针旋转时，A通道的方波领先B通道
输出电路
NPN 集电极开路，推拉输出,差动线驱动输出5-28 VDC (在供电电压为5 VDC时，符合RS422标准）。
基准脉冲
每转一周输出一个脉冲且其中心与A通道中心对齐：集电极开路和推拉输出可选与A、B信号进行门逻辑操作，信号宽度为90º。
差动线驱动可选与A信号进行门逻辑,信号宽度为180º.
（请与厂家联系）
频率响应
标准200 KHz,另有300KHz 可选。
对称性
180º + 18º
正交相位
90º + 22。5º
最小沿间距
67。5º
每转脉冲数
1*-189＊,200，250,254,256,300，360，400，500,512,600,0720，800，840，1000，1024,1200,1220，1250,1270，1500，1800，2000，2048，2500，2540，3000，3600*，4096，5000，6000，8192，7200＊，10000(有100ºC需要，请与厂家联系）
精 度
两相邻周期间相差在0。01 º（0。6 弧度分)之内（机械角度)
整流信号
4、6、8极（仅用于5 VDC输入，请与厂家联系）
整流精度
1º（机械角度）
260型环境参数
操作温度
低温选择:在5-28 VDC时，—40º 到 70ºC
标准选择:在5-28 VDC时,0º 到 70ºC
高温选择：在5—16 VDC时，0º 到 100ºC
超高温选择：在5 VDC时，0º 到120º
(选择高温，请与厂家联系,以获得详细信息）
储藏温度
-25ºC 到 +120 ºC
湿 度
相对湿度98％
振 动
10g @ 58 — 500 Hz；
抗 震
50g ＠ 11ms
260型机械参数
最高转速
7500 转/分 （选更高转速，请与厂家联系）
孔 径
0。250’'–0.625’’ ，5 mm–15 mm
孔公差
–0。0000'’ / + 0.0006''
用户轴径向跳动
最大0.007''
用户轴端面跳动
最大 ±0.030'’
起动扭矩
IP50 全通孔:0。50 盎司英寸IP64 全通孔：2.5 盎司英寸
IP50 半通孔：0.30 盎司英寸
IP6