汽车传动轴动平衡测试系统的研制

路边

汽车传动轴动平衡测试系统的研制
摘要： 本文讨论了汽车传动轴动平衡测试及实现技术，测试系统为8031单片机应用系统，包括硬件及软件两个部分。采用PMI公司的OP07放大电路对信号进行放大及ADC0809八位A/D转换器进行信号转换，软件系统采用模块化设计。该测试系统可实现对各种汽车传动轴的动平衡校验，转子不平衡误差小，能满足实际要求，是检测汽车传动轴动平衡的一种有效手段。该系统也适于其它旋转机械 零件的动平衡检测。
关键词： 汽车传动轴；动平衡；测试；单片机系统
一、前言
汽车传动轴是用来连接驱动桥与变速器的，其转速可达数千转（有的可高达6000多转）。其不平衡量所产生的附加动压力会引起传动轴及其相关构件产生振动和噪声。如果振动的振幅接近共振时的振幅，则会造成传动轴及其相关零件的破坏，或造成传动轴及有关连接构件的强度、效率与寿命的下降。在其它的旋转机械中，如化工中所使用的高速离心机、离心泵、旋转式压缩机等都存在着此类问题。因此，寻求解决此类问题的方法是很必要的。
二、动平衡原理
旋转机械特别是高速旋转机械转子的不平衡是由转子质量分布不均造成的，由此而导致几何回转轴线与中心惯性主轴的不重合，使离心惯性力系不平衡。根据力学原理知道，任何分布在不同回转平面内的质量的不平衡，均可认为是在两个任意回转平面内的不平衡，且与回转半径r1、r2有关。要消除不平衡量，须使离心惯性力F和离心惯性力矩M之矢量和均为零。

三、测试系统
测试系统为一MCS-51系列的8031单片机应用系统,其程序存储器为2764，地址位2000H～3FFFH，有8K字节的存储空间。数据存储器为内部的128字节和8155的256字节。8155为显示器接口，经过译码器和驱动器同时进行左、右两侧角度和不平衡度质量的动态显示。两个数码管直接显示不平衡量所在位置的角度。另外用一个2位的数码管直接显示不平衡质量的大小。
传感器检测出的信号一般是比较微弱的，不能直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。因此，在进行非电量向电量转换之后，需要将信号进行放大处理, 本系统采用PMI公司的OP07集成运算放大器对信号进行放大，OP07的主要参数如下：

OP07构成的放大电路如图2所示。该电路在几十毫伏的输入信号时不必进行失调调节。为抑制偏流而产生的输出失调，在电路中需接入R3=R1//R2的电阻。R1取值在10K 以下，如R1取值过大会影响IOS ，R2取在1M 以下。

A/D转换器采用ADC0809八位逐次逼近型转换器， ADC0809采用中断方式与8031连接，连接原理如图3所示。A/D转换结束后EOC为高电平，通过非门与8031的 连接，向CPU申请中断，在中断服务程序中读取转换结果。

由于测量现场中电磁干扰及传感器与放大电路本身的影响，对测试系统需有相应的抗干扰措施,可加一滤波器对噪声信号进行滤波,也可以使用硬件与软件相结合的方法实现数字滤波。
4  系统软件
软件系统采用模块化设计，以便于进行修改和调整，其核心部分为主测试程序。测试参数设置可采用加密措施以避免非法修改，并保证数据的可靠性。系统软件由以下几个功能模块组成：初始化模块、自检程序（传感器及零点校验子程序）、测速子程序、力采样子程序、主测试程序、计算子程序、不平衡角度及不平衡量显示子程序。
软件采用汇编语言编制，单片机的实时部分采用多任务模式进行设计，并考虑了容错与抗干扰等问题。为消除传感器和放大器零点漂移，减少测量误差，放置旋转零件前应采集传感器的输出信号，并在计算程序中将零点值予以清除。放置旋转零件后应压紧传动装置，通过传感器采集驱动系统中传动带压紧力的信号。程序中考虑消除计算转子不平衡时传动带压紧力对测量结果的影响。
测试系统软件的主程序流程如图4所示，数据采集的部分子程序如下：
MOV R0，#0B0H  ；取数据暂存区首地址
MOV R2，#02H  ；置2路计数初值
SETB IT1    ；设边沿触发方式
SETB EA    ；开中断
SETB EX1
MOV DPTR，#0FEF8H；指向0809首地址
READ1：MOVX  @DPTR，A  ；启动A/D转换
    MOV A，R2
HERE： AJMP HERE   ；两路未完等中断
  …………
中断服务程序：
MOVX A, @DPTR  ；读取A/D转换结果
MOVX @R0, A   ；将A/D转换结果存入外RAM单元
INC DPTR   ；更新通道
INC R0       ；更新暂存单元
MOVX @DPTR, A  ；启动下一通道
DEC R2       ；通道数减1
MOV A, R2
RETI              ；返回
4  结束语
研制的汽车传动轴动平衡测试系统可以实现对各种汽车传动轴的动平衡检测。检测效率较高、运行稳定，其组成设备适合批量生产。检测传动轴的不平衡误差小。实验证明，具有较好的检测效果，能满足实际要求，是检测汽车传动轴动平衡的一种有效手段，也适于其它旋转机械转子的动平衡检测。

zhaogang9815

动平衡对传动轴真的是十分关键