CN106053276A - 一种气门与气门座圈微动磨损试验装置与方法 - Google Patents

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和锐亮
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Abstract

本发明公开了一种气门与气门座圈微动磨损试验装置与方法；包括底板和顶板、气门、燃烧室、气门座圈、驱动气门旋转的传动机构、用于给气门提供顶升力的压力供给机构；燃烧室通过燃烧室支架固定在底板上，座圈夹具置于燃烧室的底部，气门座圈置于燃烧室内置于座圈夹具上并被座圈夹具夹持；气门的头部伸入燃烧室内，并与气门座圈相接触。本发明结构简单、精巧，既可以分析气门‑座圈摩擦副的转动微动磨损性能，也可以分析气门‑座圈摩擦副的微动疲劳性能，能够很好地模拟气门、气门座圈的实际工况，准确评估气门、气门座圈微动磨损特性，为提高材料的抗微动磨损性能提供可靠试验数据。

Description

一种气门与气门座圈微动磨损试验装置与方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件磨损试验工程，尤其涉及一种气门与气门座圈微动磨损试验装置与方法。
背景技术
在发动机工作过程中，气门与气门座圈所处工况十分恶劣，承受着高频率的高温燃气和复位弹簧的冲击力，腐蚀气氛更是加速了气门-座圈摩擦副的磨损。而当气门落座以后，气门有可能在外力的作用的产生往复旋转运动，气门在落座后的转动幅度是微小的，但是这种转动产生的磨损破坏不容忽视，气门-座圈摩擦副的这种磨损方式为转动微动磨损。另外，在气门落座后，会受到高压燃气的冲击而使得气门锥面与座圈锥面被压紧，在压紧过程中，气门的移动幅度也是微小的，并且受到的冲击力大小会不断变化，因而在交变载荷作用下气门与座圈会产生微动疲劳。目前，多数试验是采用传统磨损试验机，只对气门和座圈的材料本身磨损特性进行研究，而没有很好地结合气门和座圈的实际磨损形式和工作条件，且专门针对气门-座圈摩擦副微动磨损性能的试验研究较少。为了更好的掌握气门和气门座圈的微动磨损和微动疲劳特性，提高气门、座圈材料的抗微动磨损性能，必须采用更符合气门-座圈摩擦副实际工况的设备进行研究。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种气门与气门座圈微动磨损试验装置与方法。能够很好地模拟气门、气门座圈的实际工况，准确评估气门、气门座圈微动磨损特性，为提高材料的抗微动磨损性能提供可靠试验数据。
本发明通过下述技术方案实现：
一种气门与气门座圈微动磨损试验装置，包括底板1和顶板5、气门12、燃烧室13、气门座圈20、驱动气门12旋转的传动机构、用于给气门12提供顶升力的压力供给机构；
所述燃烧室13通过燃烧室支架14固定在底板1上，所述座圈夹具19置于燃烧室13的底部，气门座圈20置于燃烧室13内置于座圈夹具19上并被座圈夹具19夹持；所述气门12的头部伸入燃烧室13内，并与气门座圈20相接触，气门12的杆体顶部通过平面轴承7与顶板5转动连接。
所述气门12的头部与气门座圈20的接触面为30°～45°锥角配合，即气门12的头部外缘为倒锥面，气门座圈20为内锥面。
所述气门12的杆体的中段设有三个推力轴承9，即第一推力轴承9-1、第二推力轴承9-2、第三推力轴承9-3；在第一推力轴承9-1与平面轴承7之间设置第一轴套8；在第二推力轴承9-2与第三推力轴承9-3之间设置第二轴套6；在第一推力轴承9-1与第二推力轴承9-2之间设置齿轮10，齿轮10由传动机构驱动其转动，从而带动气门12跟随其同步转动。
传动机构包括推杆电机3，在推杆电机3的轴18上安装齿条11，齿条11与齿轮10相互啮合，当推杆电机3往复直线运动时，由齿条11带动齿轮10转动，从而带动气门12跟随其同步转动。
所述平面轴承7包括松环7-1和紧环7-2，所松环7-1安装在顶板5上，紧环7-2安装在气门12杆体的顶端。
所述底板1上还设有一气门保持架17，用于防止气门12在径向上偏摆，进而提高气门12与气门座圈20同轴度。
所述压力供给机构设置在燃烧室支架14下方，压力供给机构包括液压缸16及其液压缸活塞杆15，所述液压缸活塞杆15的顶端与座圈夹具19相抵。
座圈夹具19与液压缸活塞杆15之间设置有压力传感器，所述燃烧室13内设置有温度传感器。
所述推杆电机3安装在电机支架2上，电机支架2安装在底板1上；所述底板1和顶板5之间通过支柱4固定。所述气门座圈20的下部安装有一个用于收集磨屑的收集装置。
一种气门与气门座圈微动磨损试验方法，包括模拟气门落座之后的转动微动磨损试验步骤、模拟气门落座过程中的微动疲劳试验步骤、模拟气门与座圈摩擦副复合磨损试验步骤；
(一)模拟气门落座之后的转动微动磨损试验步骤如下：
液压缸活塞杆15带动装有气门座圈20的座圈夹具19向上运动，使气门座圈20与气门12的头部接触，并按预设压力的大小施加顶升压力；燃烧室13的温度升至预设温度，推杆电机3驱动齿条11往复直线运动，使气门12跟随齿轮10往复旋转运动，气门12的头部与气门座圈20在设定的接触压力下进行相应的往复旋转运动，完成气门12与气门座圈20微动磨损试验；
(二)模拟气门落座过程中的微动疲劳试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆15的顶升行程，以及气门12与气门座圈20之间冲击压力的大小；推杆电机3不工作，气门12不转动；燃烧室13温度升至设定温度，气门座圈20在液压缸活塞杆15的驱动下，以预先设定的冲击力和行程对气门12的头部反复冲击，即可完成气门12与气门座圈20的微动疲劳试验。
(三)模拟气门-座圈摩擦副复合磨损试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆15的行程，以及气门12与气门座圈20之间冲击载荷的大小，推杆电机3驱动齿条11做往复直线运动，齿轮10带动气门12跟随其往复旋转运动，气门12以设定的旋转角度往复旋转，气门座圈20在液压缸活塞杆15的驱动下，以设定的冲击力和行程对气门12的头部反复冲击冲击，即可完成气门12与气门座圈20的复合试验。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明包括驱动气门旋转的传动机构、用于给气门提供顶升力的压力供给机构；燃烧室通过燃烧室支架固定在底板上，所述座圈夹具置于燃烧室的底部，气门座圈置于燃烧室内置于座圈夹具上并被座圈夹具夹持；所述气门的头部伸入燃烧室内，并与气门座圈锥角配合。并在座圈夹具与液压缸活塞杆之间设置有压力传感器，燃烧室内设置有温度传感器。本发明结构简单、精巧，既可以分析气门-座圈摩擦副的转动微动磨损性能，也可以分析气门-座圈摩擦副的微动疲劳性能，能够很好地模拟气门、气门座圈的实际工况，准确评估气门、气门座圈微动磨损特性，为提高材料的抗微动磨损性能提供可靠试验数据。
采用液压加载，压力调节方便、响应速度快、活塞杆行程可灵活调节。采用推杆电机以及齿轮齿条机构驱动气门转动，结构紧凑、传递动力大、精度高、易于灵活控制。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图
图2为本发明内部结构剖视示意图
图3为本发明局部结构放大示意图
图4为本发明的气门结构示意图
图5为本发明气门与气门座圈在燃烧室内的结构放大示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至5所示。本发明公开了一种气门与气门座圈微动磨损试验装置，包括底板1和顶板5、气门12、燃烧室13、气门座圈20、驱动气门12旋转的传动机构、用于给气门12提供顶升力的压力供给机构；
所述燃烧室13通过燃烧室支架14固定在底板1上，所述座圈夹具19置于燃烧室13的底部，气门座圈20置于燃烧室13内置于座圈夹具19上并被座圈夹具19夹持；所述气门12的头部伸入燃烧室13内，并与气门座圈20相接触，气门12的杆体顶部通过平面轴承7与顶板5转动连接。
所述气门12的头部与气门座圈20的接触面为30°～45°锥角配合，即气门12的头部外缘为倒锥面，气门座圈20为内锥面。
所述气门12的杆体的中段设有三个推力轴承9，即第一推力轴承9-1、第二推力轴承9-2、第三推力轴承9-3；在第一推力轴承9-1与平面轴承7之间设置第一轴套8；在第二推力轴承9-2与第三推力轴承9-3之间设置第二轴套6；在第一推力轴承9-1与第二推力轴承9-2之间设置齿轮10，齿轮10由传动机构驱动其转动，从而带动气门12跟随其同步转动。
传动机构包括推杆电机3，在推杆电机3的轴18上安装齿条11，齿条11与齿轮10相互啮合，当推杆电机3往复直线运动时，由齿条11带动齿轮10转动，从而带动气门12跟随其同步转动。
所述平面轴承7包括松环7-1和紧环7-2，所松环7-1安装在顶板5上，紧环7-2安装在气门12杆体的顶端。
所述底板1上还设有一气门保持架17，用于防止气门12在径向上偏摆，进而提高气门12与气门座圈20同轴度。
所述压力供给机构设置在燃烧室支架14下方，压力供给机构包括液压缸16及其液压缸活塞杆15，所述液压缸活塞杆15的顶端与座圈夹具19相抵。
座圈夹具19与液压缸活塞杆15之间设置有压力传感器，所述燃烧室13内设置有温度传感器。
所述推杆电机3安装在电机支架2上，电机支架2安装在底板1上；所述底板1和顶板5之间通过支柱4固定。所述气门座圈20的下部安装有一个用于收集磨屑的收集装置。
本发明气门与气门座圈微动磨损试验方法可通过如下几个步骤实现：
(一)模拟气门落座之后的转动微动磨损试验步骤如下：
液压缸活塞杆15带动装有气门座圈20的座圈夹具19向上运动，使气门座圈20与气门12的头部接触，并按预设压力的大小施加顶升压力；燃烧室13的温度升至预设温度，推杆电机3驱动齿条11往复直线运动，使气门12跟随齿轮10往复旋转运动，气门12的头部与气门座圈20在设定的接触压力下进行相应的(微小旋转角度)往复旋转运动，完成气门12与气门座圈20微动磨损试验；
(二)模拟气门落座过程中的微动疲劳试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆15的顶升行程，以及气门12与气门座圈20之间冲击压力的大小；推杆电机3不工作，气门12不转动；燃烧室13温度升至设定温度，气门座圈20在液压缸活塞杆15的驱动下，以预先设定的冲击力和行程对气门12的头部反复冲击，即可完成气门12与气门座圈20(摩擦副)的微动疲劳试验。本步骤实验过程中，气门12与气门座圈20之间的冲击载荷为交变载荷，且冲击行程很小。
(三)模拟气门-座圈摩擦副复合磨损试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆15的行程，以及气门12与气门座圈20之间冲击载荷的大小，推杆电机3驱动齿条11做往复直线运动，齿轮10带动气门12跟随其往复旋转运动，气门12以设定的(微小)旋转角度往复旋转，气门座圈20在液压缸活塞杆15的驱动下，以设定的冲击力和行程对气门12的头部反复冲击冲击，即可完成气门12与气门座圈20(摩擦副)的复合试验。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：包括底板(1)和顶板(5)、气门(12)、燃烧室(13)、气门座圈(20)、驱动气门(12)旋转的传动机构、用于给气门(12)提供顶升力的压力供给机构；
所述燃烧室(13)通过燃烧室支架(14)固定在底板(1)上，所述座圈夹具(19)置于燃烧室(13)的底部，气门座圈(20)置于燃烧室(13)内置于座圈夹具(19)上并被座圈夹具(19)夹持；所述气门(12)的头部伸入燃烧室(13)内，并与气门座圈(20)相接触，气门(12)的杆体顶部通过平面轴承(7)与顶板(5)转动连接。
2.根据权利要求1所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述气门(12)的头部与气门座圈(20)的接触面为30°～45°锥角配合，即气门(12)的头部外缘为倒锥面，气门座圈(20)为内锥面。
3.根据权利要求1所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述气门(12)的杆体的中段设有三个推力轴承(9)，即第一推力轴承(9-1)、第二推力轴承(9-2)、第三推力轴承(9-3)；在第一推力轴承(9-1)与平面轴承(7)之间设置第一轴套(8)；在第二推力轴承(9-2)与第三推力轴承(9-3)之间设置第二轴套(6)；在第一推力轴承(9-1)与第二推力轴承(9-2)之间设置齿轮(10)，齿轮(10)由传动机构驱动其转动，从而带动气门(12)跟随其同步转动。
4.根据权利要求3所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：传动机构包括推杆电机(3)，在推杆电机(3)的轴(18)上安装齿条(11)，齿条(11)与齿轮(10)相互啮合，当推杆电机(3)往复直线运动时，由齿条(11)带动齿轮(10)转动，从而带动气门(12)跟随其同步转动。
5.根据权利要求3所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述平面轴承(7)包括松环(7-1)和紧环(7-2)，所松环(7-1)安装在顶板(5)上，紧环(7-2)安装在气门(12)杆体的顶端。
6.根据权利要求3所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述底板(1)上还设有一气门保持架(17)，用于防止气门(12)在径向上偏摆，进而提高气门(12)与气门座圈(20)同轴度。
7.根据权利要求3所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述压力供给机构设置在燃烧室支架(14)下方，压力供给机构包括液压缸(16)及其液压缸活塞杆(15)，所述液压缸活塞杆(15)的顶端与座圈夹具(19)相抵。
8.根据权利要求7所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：座圈夹具(19)与液压缸活塞杆(15)之间设置有压力传感器，所述燃烧室(13)内设置有温度传感器。
9.根据权利要求4所述气门与气门座圈微动磨损试验装置，其特征在于：所述推杆电机(3)安装在电机支架(2)上，电机支架(2)安装在底板(1)上；所述底板(1)和顶板(5)之间通过支柱(4)固定；所述气门座圈(20)的下部安装有一个用于收集磨屑的收集装置。
10.一种气门与气门座圈微动磨损试验方法，其特征在于采用权利要求1至9中任一项所述气门与气门座圈微动磨损试验装置实现，包括模拟气门落座之后的转动微动磨损试验步骤、模拟气门落座过程中的微动疲劳试验步骤、模拟气门与座圈摩擦副复合磨损试验步骤；
(一)所述模拟气门落座之后的转动微动磨损试验步骤如下：
液压缸活塞杆(15)带动装有气门座圈(20)的座圈夹具(19)向上运动，使气门座圈(20)与气门(12)的头部接触，并按预设压力的大小施加顶升压力；燃烧室(13)的温度升至预设温度，推杆电机(3)驱动齿条(11)往复直线运动，使气门(12)跟随齿轮(10)往复旋转运动，气门(12)的头部与气门座圈(20)在设定的接触压力下进行相应的旋转角度往复旋转运动，完成气门(12)与气门座圈(20)微动磨损试验；
(二)所述模拟气门落座过程中的微动疲劳试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆(15)的顶升行程，以及气门(12)与气门座圈(20)之间冲击压力的大小；推杆电机(3)不工作，气门(12)不转动；燃烧室(13)温度升至设定温度，气门座圈(20)在液压缸活塞杆(15)的驱动下，以预先设定的冲击力和行程对气门(12)的头部反复冲击，即可完成气门(12)与气门座圈(20)的微动疲劳试验；
(三)所述模拟气门-座圈摩擦副复合磨损试验步骤如下：
设定液压缸活塞杆(15)的行程，以及气门(12)与气门座圈(20)之间冲击载荷的大小，推杆电机(3)驱动齿条(11)做往复直线运动，齿轮(10)带动气门(12)跟随其往复旋转运动，气门(12)以设定的旋转角度往复旋转，气门座圈(20)在液压缸活塞杆(15)的驱动下，以设定的冲击力和行程对气门(12)的头部反复冲击冲击，即可完成气门(12)与气门座圈(20)的复合试验。
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