CN102288502A - 变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

一种变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，主要由主轴电机、导轨、滑台、左右立柱、工作台、杠杆、加载杆、限摆器、变载器、内凹弧面下夹具、外凸弧面上夹具构成。通过变载器产生交变力，经杠杆放大后作用于试件上，实现活塞环对缸套的径向加载；通过变载器与杠杆间的压力传感器实时测量变载力；通过加载杆上的应变片测量摩擦力；利用限摆器减小杠杆摆幅；加载杆通过球副与外凸弧面上夹具接触，保证加载方向竖直向下；利用程序控制电机转速，可以进行不同速度下的摩擦磨损试验。其结构简单、试验功能多样、精度高。

Description

变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及一种变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验装置，尤其适用于发动机在不同工况条件下的缸套－活塞环摩擦磨损性能参数的测试。

背景技术

缸套-活塞环是发动机最重要的摩擦副之一，其摩擦磨损性能的好坏直接影响到发动机的使用性能。缸套-活塞环之间的径向压力直接影响到其摩擦磨损性能。对于发动机缸套-活塞环摩擦副，其径向压力在活塞环往复行程中是周期性连续变化的。压力曲线在吸气、排气冲程中呈水平线状，在压缩和做功冲程中呈抛物线状，先上升后下降。所以，发动机缸套-活塞环摩擦磨损试验机研制的难点之一在于如何模拟出活塞环在往复行程中连续变化的径向载荷，又能测出该载荷的大小。专利申请号为89221934.3公开的一种模拟活塞环的径向加载装置，采用由连接杆、压紧块、心轴、加载螺母和弹簧片组成的恒质量弹性加载系统，通过调节加载螺母对弹簧片轴向力的大小，达到调节活塞环所受径向力的大小；专利申请号为200720105146公开的一种模拟活塞环的径向加载装置，是利用加载螺栓和内外涨套实现整环径向加载；专利申请号为200820237523公开的一种模拟活塞环的径向加载装置，采用加载螺母、螺杆、内锥套和外锥套构成的活塞环径向加载装置对活塞环进行径向加载并通过应变片测量螺杆的应变实时监测所加载荷的大小；还有通过杠杆对缸套-活塞环试件加载，悬挂砝码调节载荷等。这些加载装置各有其优缺点，前三种使用整环实验，安装简单，但是调节载荷较为复杂且对载荷测量难度较大；后一种载荷大小可以通过砝码质量直接读出，但是杠杆的横向摆动影响测量结果的准确度。现有的缸套-活塞环摩擦磨损试验机均可对缸套-活塞环之间的摩擦力进行实时的测量，能实现在一定范围内的径向加载，但是对于单次试验不能实现载荷连续变化，只能在调定的载荷下进行试验，对交变载荷的发生和测量不能实现。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单紧凑、测量准确、能够模拟工况径向交变载荷的变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机。

技术方案：本发明的变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，包括工作台、设在工作台上的导轨、滑台、左立柱、右立柱，左右立柱上设有杠杆，杠杆上设有砝码挂钩和设在砝码挂钩上的砝码，滑台的一侧设有连杆，连杆的外端连接有曲轴盘，曲轴盘经轴与设在工作台内的主轴电机相连，通过连杆推动滑台在导轨上做往复运动，所述的滑台上设有随滑台往复运动的内凹弧面下夹具，杠杆上设有与内凹弧面下夹具相配合静止不动的外凸弧面上夹具，外凸弧面上夹具上铰接有固定于杠杆上的加载杆，加载杆上设有测试摩擦力的应变片；所述的右立柱内设有位于杠杆端部上方的变载器，并设有位于杠杆端部两侧的限摆器，变载器的动力轴上连接有固定在右立柱外侧的变载器电机。

所述的内凹弧面下夹具包括下夹具体、经锁紧螺栓固定在下夹具体上的缸套试件，缸套试件的底部设有加热管和与加热管交叉列的多个热电偶；所述的外凸弧面上夹具包括其上开有球形凹槽的上夹具体，上夹具体的底部间隔设有左中右三个弧形活塞环试件，设置在中部的弧形活塞环试件一侧对称设有活塞环紧定螺钉，设置在左右两侧的弧形活塞环试件分别设有经活塞环锁紧螺栓固定的活塞环锁紧块；所述的变载器包括变载器箱体、设在变载器箱体内的变载器轴、固定在变载器轴上的凸轮和设在凸轮下的T形凸轮从动导杆,T形凸轮从动导杆的下端连接有套装在弹簧导柱上的弹簧导套和设在弹簧导套上的弹簧。所述的限摆器由限摆器座、固定在限摆器座上的限摆器轴、设在限摆器轴上限制杠杆横向摆动的限摆器轴承构成。

有益效果：由于采用了上述技术方案，具有如下优点：

1.采用的凸轮式变载器能够产生交变载荷，结合砝码定量加载和杠杆放大作用，增大了变载荷的范围，能更准确地模拟出缸套-活塞环实际工况下的径向载荷；

2．利用加载杆通过球副与外凸弧面上夹具接触，保证了加载方向竖直向下，使其不受装配误差及加载杆变形的影响； 

3．利用深沟球轴承制成的限摆器减小了杠杆摆幅，同时不影响加载力的大小，使机器运行平稳，测量参数更加准确；

4．通过贴在加载杆上的应变片来测量由摩擦力产生的微小弯曲变形量测得摩擦力的大小，测量结果更加准确；

5．通过卸载螺栓抬起杠杆，使安装或取出试件、操作更加方便；

6．利用程序可准确控制步进电机转速，以改变摩擦副的相对运动速度；能进行加速、减速、恒速等速度曲线下的摩擦磨损试验，变载周期可通过变载器电机的转速来调节；

7．设备结构简单、试验功能多样、精度高、便于操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的变载器局部放大主视结构图。

图3是本发明的变载器局部放大侧视结构图。

图4是本发明的内凹弧面下夹具结构图。

图5是本发明的外凸弧面外凸弧面上夹具主视结构图。

图6是本发明的外凸弧面外凸弧面上夹具侧视结构图。

图中：1－主轴电机；2－导轨；3－滑台；4－左立柱；5－工作台；6－销轴；7－杠杆；8－应变片；9－加载杆；10-限摆器；10-1-限摆器座；10-2-限摆器轴承；10-3-摆器轴；11－变载器；11-1-弹簧导柱；11-2-弹簧；11-3-T形凸轮从动导杆；11-4-凸轮；11-5-键；11-6-深沟球轴承；11-7-变载器左端盖；11-8-凸轮紧定螺钉；11-9-变载器上盖；11-10-变载器轴；11-11-唇形密封圈；11-12-变载器右端盖；11-13-O形圈；11-14-弹簧导套；11-15压力传感器；11-16－变载器箱体；12－变载器电机；13－右立柱；14－砝码挂钩；15－砝码；16－连杆；17－曲轴盘；18－内凹弧面下夹具；18-1-下夹具体；18-2-缸套试件；18-3-锁紧螺栓；18-4-加热管；18-5-热电偶；19－外凸弧面上夹具；19-1上夹具体；19-2-活塞环锁紧螺栓；19-3-活塞环试件；19-4-活塞环紧定螺钉；19-5活塞环锁紧块；19-6活塞环锁紧螺母； 20－卸载螺栓；21－卸载螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述： 

如图1所示，变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机主要由主轴电机1、导轨2、滑台3、左立柱4、工作台5、杠杆7、加载杆9、限摆器10、变载器11、变载器电机12、右立柱13、内凹弧面下夹具18、外凸弧面上夹具19构成。导轨2、滑台3、左立柱4、右立柱13设在工作台5上，主轴电机1设在工作台5内；杠杆7设在左右立柱上，杠杆7上设有砝码挂钩14和设在砝码挂钩上的砝码15，滑台3的一侧设有连杆16，连杆16的外端连接有曲轴盘17，曲轴盘17经轴与设在工作台5内的主轴电机1相连，通过连杆16推动滑台3在导轨2上做往复运动，销轴6为杠杆7的支点，加载杆9固定于距销轴160mm处，砝码挂钩14挂于距销轴320mm处，变载器10固定在距销轴480mm处，通过杠杆7放大加载力。交变载荷和定载荷通过加载杆9末端球头作用于外凸弧面上夹具19球窝，最终传递到缸套活塞环摩擦副。主轴电机1驱动曲轴盘17转动，并通过连杆16与滑台3相连，滑台在导轨2上往复运动，内凹弧面下夹具18固定在滑台上，随滑台往复运动，外凸弧面上夹具19静止，使缸套与活塞环相互摩擦。滑台3上设有随滑台往复运动的内凹弧面下夹具18，内凹弧面下夹具18包括下夹具体18-1、经锁紧螺栓18-3固定在下夹具体18-1上的缸套试件18-2，缸套试件18-2的底部设有加热管18-4和与加热管18-4交叉排列的多个热电偶18-5，如图4所示，将缸套试件18-2放入内凹弧面下夹具18的定位槽中并使用三个M3的内六角螺栓18-3锁紧。加热管18-4安装于缸套试件下方，三个热电偶18-5分别安装于上止点、中点、下止点处实时测量加热温度，将测得信号反馈至温控仪对加热温度进行精确调节。杠杆7上设有与内凹弧面下夹具18相配合静止不动的外凸弧面上夹具19，外凸弧面上夹具19包括其上开有球形凹槽的上夹具体19-1，上夹具体19-1的底部间隔设有左中右三个弧形活塞环试件19-3，设置在中部的弧形活塞环试件一侧对称设有活塞环紧定螺钉19-4，设置在左右两侧的弧形活塞环试件分别设有经活塞环锁紧螺栓19-2固定的活塞环锁紧块19-5，如图5图6所示，将活塞环试件放入外凸弧面上夹具19的卡槽中，先放入中间环，使用活塞环紧定螺钉19-4固定，再放入第一道和第三道活塞环并使用活塞环锁紧螺栓19-2、活塞环锁紧螺母19-6和活塞环锁紧块19-5锁紧。若进行两环摩擦磨损实验则将其放入左右两侧槽中并锁紧。外凸弧面上夹具19上部球窝与加载杆9球头相配合，保证加载方向竖直向下。外凸弧面上夹具19上铰接有固定于杠杆7上的加载杆9，加载杆9上设有测量摩擦力的应变片8；所述的右立柱13内设有位于杠杆7端部上方的变载器11，并设有位于杠杆7端部两侧的限摆器10，变载器11的动力轴上连接有固定在右立柱13外侧的变载器电机12。变载器11主要由凸轮传动机构和与其相连的压力传感器构成，如图2图3所示，凸轮传动机构主要由变载器箱体11-16、设在变载器箱体11-16内的变载器轴11-10、固定在变载器轴11-10上的凸轮11-4和设在凸轮11-4下的T形凸轮从动导杆11-3构成；凸轮11-4通过凸轮紧定螺钉11-8和轴肩固定在凸轮轴11-10上。变载器电机12经凸轮轴11-10、键11-5带动凸轮11-4转动。变载器左端盖11-7和变载器右端盖11-12用以固定变载器轴承11-6，变载器轴11-10由变载器轴承11-6支撑。固定在变载器箱体上变载器箱体11-16固定，T形凸轮从动导杆11-3经导向套11-14周期性压缩弹簧11-2，弹簧弹力经弹簧导柱11-1、压力传感器11-15作用于杠杆7上，压力传感器可实时测量变载力。变载器箱体11-16中填充固体润滑油脂并安装有唇形密封圈11-11和O形密封圈11-13。限摆器轴承11-10安装在杠杆7左右两侧，与之相接触，用以减小杠杆横向振动，提高测量精度。卸载螺母21焊接在右立柱13上，试验前使用扳手将卸载螺栓20上旋，顶起杠杆，使加载杆9的球头脱离外凸弧面上夹具19的球窝，取下外凸弧面上夹具对试件装卡；试验时将螺栓下旋使之不与杠杆7接触；试验后按照上述方法取下外凸弧面上夹具19及试件，将卸载螺栓旋起至设定高度支撑杠杆，避免加载杆9与内凹弧面下夹具18接触。限摆器10由限摆器座10-1、固定在限摆器座10-1上的限摆器轴10-3、设在限摆器轴10-3上限制杠杆7横向摆动的限摆器轴承10-2构成，如图3所示。

Claims (5)

1.一种变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，包括工作台（5）、设在工作台（5）上的导轨（2）、滑台（3）、左立柱（4）、右立柱（13），左右立柱上设有杠杆（7），杠杆（7）上设有砝码挂钩（14）和设在砝码挂钩上的砝码（15），滑台（3）的一侧设有连杆（16），连杆（16）的外端连接有曲轴盘（17），曲轴盘（17）经轴与设在工作台（5）内的主轴电机（1）相连，通过连杆（16）推动滑台（3）在导轨（2）上做往复运动，其特征在于：所述的滑台（3）上设有随滑台往复运动的内凹弧面下夹具（18），杠杆（7）上设有与内凹弧面下夹具（18）相配合静止不动的外凸弧面上夹具（19），外凸弧面上夹具（19）上铰接有固定于杠杆（7）上的加载杆（9），加载杆（9）上设有测试摩擦力的应变片（8）；所述的右立柱（13）内设有位于杠杆（7）端部上方的变载器（11），并设有位于杠杆（7）端部两侧的限摆器（10），变载器（11）的动力轴上连接有固定在右立柱（13）外侧的变载器电机（12）。

2.根据权利要求1所述的变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的内凹弧面下夹具（18）包括下夹具体（18-1）、经锁紧螺栓（18-3）固定在下夹具体（18-1）上的缸套试件（18-2），缸套试件（18-2）的底部设有加热管（18-4）和与加热管（18-4）交叉列的多个热电偶（18-5）。

3.根据权利要求1所述的变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的外凸弧面上夹具（19）包括其上开有球形凹槽的上夹具体（19-1），上夹具体（19-1）的底部间隔设有左中右三个弧形活塞环试件（19-3），设置在中部的弧形活塞环试件一侧对称设有活塞环紧定螺钉（19-4），设置在左右两侧的弧形活塞环试件分别设有经活塞环锁紧螺栓（19-2）固定的活塞环锁紧块（19-5）。

4.根据权利要求1所述的变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的变载器（11）包括变载器箱体（11-16）、设在变载器箱体（11-16）内的变载器轴（11-10）、固定在变载器轴（11-10）上的凸轮（11-4）和设在凸轮（11-4）下的T形凸轮从动导杆（11-3）,T形凸轮从动导杆（11-3）的下端连接有套装在弹簧导柱（11-1）上的弹簧导套（11-14）和设在弹簧导套（11-14）上的弹簧（11-2）。

5. 根据权利要求1所述的变载荷缸套-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的限摆器（10）由限摆器座（10-1）、固定在限摆器座（10-1）上的限摆器轴（10-3）、设在限摆器轴（10-3）上限制杠杆（7）横向摆动的限摆器轴承（10-2）构成。

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