扭矩测量示意图

扭矩测量

   发动机的有效功率Ne是评定一台发动机优劣的主要参数之一。所以正确的测定发动机的有效功率是发动机试验中最首要最基本的测量。发动机的有效功率Ne可由下式决定：

式中  Mk——发动机输出轴的扭矩(公斤·米)，

     M ——发动机输出轴的转速(转／A)。

    由上式可知，只要分别测定发动机输出轴的扭矩Mk及转速n就可以计算出发动机的有效功率。在比较现代化的试验台上，人们把测得的Mk及n值送到一个计算器中，可以直接得出Ne的数值。发动机输出轴功率的测量是一种间接测量，它的精确度取决于对输出轴扭矩Mk及转速n的测量精度。

1．水力测功器

基本工作原理：水力测功器的基本工作原理是利用在水中运动的物体与水之间的摩擦阻力来吸收发动机的功率。右图是一个水力测功器的原理图。在轴l上固定安装的圆盘2旋转于外壳5中，水由管3经调节阀门4流 向中心圆盘2，在圆盘离心力的作用下，水抛向外壳周围并绕它分散开，形成一水环。工作完了的水沿管6流入下水道。为了调节外壳5中的水层厚度借于调节测功器吸收功率的大小，用蜗杆齿轮7将分管8绕管6的轴线旋转，使水经由管8进入管6。当旋转(摆动)分管8时，即改变了外壳5中的水层厚度。

    在测功器工作时因为水与圆盘之间有摩檫力，因此水在测功器中发生旋转运动。靠近圆盘2的水层由于离心力的作用是加速的，靠近外壳5的水层由于外壳阻力的作用降低了速度，付出了动能，最后使水的温度升高。旋转圆盘2经常地处于圆环形的水层中，部分地浸湿了它的表面。水层厚度愈大圆盘在水中浸湿愈多，和水摩擦的面积也愈大，则可能吸收的功率也就愈大。由于外壳5是用滚珠轴承支承于测功器的支架上；圆盘2的旋转运动通过水层传到外壳5上，外壳5也会跟随旋转；在此情况下，水对外壳的摩擦力矩等于测功器圆盘2在轴1上的扭矩。如果在外壳的制动臂R处挂上一重量P，使外壳处于平衡状态此时制动扭矩将为：

制动功率：

    对于某一具体的水力测功器而言，重锤平衡机构的尺寸是确定的，所以制动功率为：

式中  K——测功器常数。

    为了计算方便，K是往往采用1／1000。在发动机试验中．只要读出各工况的测功器重锤平衡机构刻度盘上的读数P值，及该工况下的转速n即能得到制动功率Ne。

 

2．电涡流测功器

电涡流测功器的基本工作原理是利用涡电流产生的制动力矩而起制动作用。它具有精度高、振动小、结构简单、体积小、耗电少等特点，并具有十分宽广的转速范围和功率范围，转速可自1000—25000r／min甚至更高，功率可以达5000kW，但此种测功器只能将发动机的功率转换成热量消耗掉而不能发出电力，也不能作为电动机倒拖发动机。

 (1)，电涡流则功器的结构及工作原理

    右图为电涡流测功器的结构简图，它主要由定子和转子两部分组成。定子1上装有励磁线圈5、定子铁芯4、和涡流环3，转子由高导磁性材料制成齿轮状凹凸形的感应子2和转轴组成。感应子的齿顶与涡流环之间只有很小的空气隙。转子用轴承6支承于定子中。而定子外壳用摆动轴承7支承在支承架上可自由摆动，并在外壳上伸出一力臂用来测量转矩。

    当励磁线圈中通以直流电时，其周围形成磁场，磁力线主要通过感应子的齿顶进入转子而形成闭合磁路，见下图

此间隙的磁通分布在转子齿顶处的磁通密度很大，而通过齿槽处的磁通密度很小。当转子以转速n旋转时(转向如图示)

 

则在A处的磁通就减少。由电磁感应定律可知此时将产生感应电势，力图阻止磁通的减少，于是就在涡流环上形成强烈的涡电流，涡电流与磁场的相互作用就形成了制动力矩，其大小可由励磁电流进行调节。涡电流的方向用右手定则判定。同理在B处产生的涡电流如工作原理图所示。

    由工作原理图可见在齿顶处的电涡流方向为⊙，因此用左手定则判定，此时定子受力，其方向如工作原理图所示。而在齿槽处，由于磁通很小，所以受力也很小，因此总的受力P之方向如工作原理图所示。此力使定子转动，再通过与定子相连的力臂传到测力机构，便可进行力矩测定。

    电涡流测功器所吸收的功率完全转换为热量，因此需在测功器中采用冷却、散热措施将热量带走。通常采用水冷或风冷方式。