CN1789963A - 一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验方法和设备 - Google Patents

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一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验方法和设备属于摩擦磨损测试技术领域。是一种应用机械式径向载荷施加方法和设备进行缸套和活塞环零部件摩擦磨损试验的设备，通过对缸体加热腔内通入液体，既能加热，又能保温、恒温。摩擦力传感器直接固定在试验机的支架上，消除了运动部件的惯性力对摩擦力测量结果造成的影响，使测量得到的摩擦力更加精确；在摩擦力传感器与缸体之间用隔热材料隔开、并且安装了冷却器，避免支架部份的温度升高和摩擦力传感器的温度超过其最高工作温度；发明中所设计出来的各个零件、设备结构简单、便于操作、造价低、易于扩广。能够装备于实验室作为缸套活塞环开发过程中的快速评价手段。

Description

一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验方法和设备
技术领域
本发明属于摩擦磨损测试技术领域。是一种应用机械式径向载荷施加方法和设备进行缸套和活塞环零部件摩擦磨损试验的方法和设备。
背景技术
目前，缸套活塞环摩擦磨损评价的主要方法有试样试验法、台架试验法和行车试验法等三种。其中试样试验法就是把缸套和活塞环切割成标准试验机所要求的试样形状和尺寸进行试验的方法，其优点是快速、试验参数较容易控制、重复性和稳定性相对较好。缺点是与实际使用条件相差太大，模拟性差。台架试验就是把缸套和活塞环装配到机器中，采用模拟负载，进行点火试验。其优点是模拟性与实际相同，条件可控性好，但是试验周期长、成本高。行车试验就是把缸套活塞环装机进行实际工作条件下的试验，优点是得到完全相同的工况条件，缺点是试验周期和试验成本大大增加。
缸套活塞环零部件模拟磨损试验是介于试样试验和台架试验之间的一种试验方法，与实际工况有很好的模拟性，有可以缩短试验周期、减少试验成本、提高试验参数的可控性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种利用径向弹性膨胀加载方法模拟缸套活塞环之间的载荷进行模拟试验的缸套活塞环零部件摩擦磨损试验方法和设备。
本发明的构思是提供一种适用缸套、活塞环零部件试摩擦磨损试验的试验机，为缸套活塞环摩擦磨损评价提供一种新的、快速、更准确评价方法和设备。
本发明的解决方案是：一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备，由弹性螺杆1、旋转螺母2、碟形弹簧3、定位套4、应变片5、碟形杠杆6、定位键7、摩擦力传感器10、活塞连杆11、连轴器12、电机13、支架14、飞轮15、轴承座16、滚动轴承17、偏心轴18、连杆19、十字头导向机构20、冷却器22、隔热材料23、钢板24、带有加热腔26的缸体25、活塞环装夹装置28，30构成；螺母2、碟形弹簧3、定位套4、碟形杠杆6依次套在弹性螺杆1上，定位键7将弹性螺杆1固定，螺母2、碟形弹簧3、定位套4、碟形杠杆6、弹性螺杆1它们组成弹性径向加载装置；设备从下往上依次为：电机13与轴承座16安装在支架14上，偏心轴18上装着滚动轴承17和飞轮15，电机13与偏心轴18通过联轴器12连接，偏心轴18的偏心端连接连杆19，连接连杆19往上连着十字头导向机构20、活塞连杆11靠十字头导向机构20的一端拧在十字头导向机构20的螺孔上、活塞连杆装夹装置28口朝上套在活塞连杆19上、活塞环29的刻有ring字的面朝上紧贴着活塞连杆装夹装置29、活塞环29的刻有ring字的面紧贴着活塞连杆装夹装置30，弹性径向加载装置的碟形杠杆6紧压在活塞环29内表面；摩擦力传感器10用螺栓竖直安装在支架14上，在摩擦力传感器10组成的平面上水平紧贴着冷却器22；钢板24通过螺栓与冷却器22连接，当中夹着隔热材料23；缸体25紧贴着钢板24，用螺栓穿过钢板24、隔热材料23、冷却器22固定在摩擦力传感器上10；缸套27安装在缸体25上。
摩擦力传感器10是3-10个。
由电机13驱动下十字头导向机构20、活塞环29、活塞环装夹装置28，30沿着轴向做往复运动。
弹性径向加载装置的碟形杠杆作用在活塞环的内表面，沿径向向外；
弹性径向加载装置对活塞环施加径向力；
缸套安装在缸体上；
缸体加热腔26充入液体；
充入缸体加热腔的液体对缸套进行加热，也可以进行冷却；
冷却器隔开了缸体与摩擦力传感器；
活塞环安装在活塞环装夹装置上；
活塞环装夹装置固定在十字头导向机构上；
十字头导向机构保证活塞环的线性运动；
十字头导向机构通过连杆与偏心轴相连；
使用一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备进行摩擦磨损试验的方法，缸套安装在27、活塞环安装在29；通过弹性径向加载装置对活塞环29施加载荷为内燃机爆发压力的0.1～10倍；通过孔31往加热腔26内通入液体，从孔8流出，缸套工作温度20～300℃；通过孔9往冷却器22通入冷却液体，从孔21流出；接通电机电源，设备运转，转速5～1500rp/min。
本发明的主要优点是：
(1)缸套的加热是通过对缸体加热腔内充入液体而获得的，当缸套的温度低于充入液体的温度时，加热腔内的液体对缸套进行加热；而当缸套的温度高于充入液体的温度时，加热腔内的液体对缸套进行冷却；所以用液体对缸套进行加热，既能加热，又能保温、恒温。
(2)摩擦力传感器直接固定在试验机的支架上，消除了运动部件的惯性力对摩擦力测量结果造成的影响，使测量得到的摩擦力更加精确；
(3)在摩擦力传感器与缸体之间用隔热材料隔开、并且安装了冷却器，避免支架部份的温度升高和摩擦力传感器的温度超过其最高工作温度；
(4)本发明中所设计出来的各个零件、设备结构简单、便于操作、造价低、易于扩广。可装备于实验室作为缸套活塞环开发过程中的快速评价手段。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
螺母2外径为40mm、内孔为M16mm螺纹，螺母1螺纹与弹性螺杆1杆顶部螺纹配合；
螺母2下部与外径为56mm、内径为28.5mm、壁厚度为3mm、高度为4.3mm、最大位移为1.3mm、最大承载为11400N的碟形弹簧3连接处的外径为28.5mm，连接处凸台的高度为5mm；
定位套4的中间法兰外径为35mm、厚度为5mm，中孔直径为16mm，上、下端连接部外径分别为28.5mm和24mm，上下端连接部凸台高度均为5mm。
一对等同碟形杠杆6的外径为97mm、内径为24mm、厚度t＝3mm、底角θ＝30°；从外圆开始沿着径向把碟形杠杆6切缝并沿圆周36等分，切缝的长度均为25mm；
弹性螺杆1的长度为80mm，中孔直径为16mm，端部法兰直径为30mm，厚度为8mm；
传感器5采用应变片；
螺母2、碟形弹簧3、定位套4、碟形杠杆6依次套在弹性螺杆1上。定位键7将弹性螺杆1固定。
按正螺旋方向旋转螺母2，螺母2与弹性螺杆1端部法兰之间距离减少，对碟形弹簧3和碟形杠杆6施加轴向压力，通过碟形杠杆6，把轴向力转化为径向膨胀力，径向力的大小为轴向力的3.464倍。
轴向力的大小由应变片5测量，碟形弹簧3的作用是使整个机构有足够的弹性。
反向旋转螺母2，螺母2与弹性连杆1端部法兰之间的距离增加，从而释放压力。
通过控制螺母2的旋转量，来控制加载力的大小。
在加载过程中不断地旋转螺母，则可以得到动态载荷。
活塞环29的内径d＝97.6mm、外径D＝106mm，厚度h＝4.2mm；
弹性加载装置的径向力通过碟形杠杆6作用在活塞环29上，使活塞环29对缸套27产生压力；
活塞环29安装在活塞环装夹装置28、30，然后一起固定在活塞连杆11上；
摩擦力传感器10竖直固定在冷却器22与下支架14当中；
冷却器22上有进水口9和出水口21；
冷却器22和缸体25当中还从下往上安装着隔热材料23、钢板24；
缸套27安装在缸体25上，缸体25与缸套27形成一个加热腔26；
载热油从载热油流入口31进入加热腔，从流出口8流出加热腔；
电机13运转，通过联轴器12带动飞轮15和偏心轴18做旋转运动；
偏心轴18的偏心距为15mm，通过连杆19带动十字头导向机构20运动，从而把旋转运动转化为十字头导向机构20的往复运动；
十字头导向机构20的往复运动带动活塞连杆11、活塞环装夹装置28、30、活塞环29以及弹性径向加载装置做上下往复运动；
偏心轴18安装在轴承座16上，其中使用的是径向滚子轴承17。

Claims (4)

1.一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备，其特征在于，由弹性螺杆(1)、旋转螺母(2)、碟形弹簧(3)、定位套(4)、应变片(5)、碟形杠杆(6)、定位键(7)、摩擦力传感器(10)、活塞连杆(11)、连轴器(12)、电机(13)、支架(14)、飞轮(15)、轴承座(16)、滚动轴承(17)、偏心轴(18)、连杆(19)、十字头导向机构(20)、冷却器(22)、隔热材料(23)、钢板(24)、带有加热腔(26)的缸体(25)、活塞环装夹装置(28，30)构成；螺母(2)、碟形弹簧(3)、定位套(4)、碟形杠杆(6)依次套在弹性螺杆(1)上，定位键(7)将弹性螺杆(1)固定，螺母(2)、碟形弹簧(3)、定位套(4)、碟形杠杆(6)、弹性螺杆(1)它们组成弹性径向加载装置；设备从下往上依次为：电机(13)与轴承座(16)安装在支架(14)上，偏心轴(18)上装着滚动轴承(17)和飞轮(15)，电机(13)与偏心轴(18)通过联轴器(12)连接，偏心轴(18)的偏心端连接连杆(19)，连接连杆(19)往上连着十字头导向机构(20)、活塞连杆(11)靠十字头导向机构(20)的一端拧在十字头导向机构(20)的螺孔上、活塞连杆装夹装置(28)口朝上套在活塞连杆(19)上、活塞环(29)的刻有ring字的面朝上紧贴着活塞连杆装夹装置(29)、活塞环(29)的刻有ring字的面紧贴着活塞连杆装夹装置(30)，弹性径向加载装置的碟形杠杆(6)紧压在活塞环(29)内表面；摩擦力传感器(10)用螺栓竖直安装在支架(14)上，在摩擦力传感器(10)组成的平面上水平紧贴着冷却器(22)；钢板(24)通过螺栓与冷却器(22)连接，当中夹着隔热材料(23)；缸体(25)紧贴着钢板(24)，用螺栓穿过钢板(24)、隔热材料(23)、冷却器(22)固定在摩擦力传感器上(10)；缸套(27)安装在缸体(25)上。
2.根据权利要求1所述的一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备，其特征在于，摩擦力传感器(10)是3-10个。
3.根据权利要求1所述的一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备，其特征在于，在摩擦力传感器(10)组成的平面上水平紧贴着冷却器(22)；钢板(24)通过螺栓与冷却器(22)连接，当中夹着隔热材料(23)；缸体(25)紧贴着钢板(24)，用螺栓穿过钢板(24)、隔热材料(23)、冷却器(22)固定在摩擦力传感器上(10)。
4.使用权利要求1所述的一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备进行摩擦磨损试验的方法，其特征在于，缸套安装在(27)、活塞环安装在(29)；通过弹性径向加载装置对活塞环(29)施加载荷为内燃机爆发压力的0.1～10倍；通过孔(31)往加热腔(26)内通入液体，从孔(8)流出，缸套工作温度20～300℃；通过孔(9)往冷却器(22)通入冷却液体，从孔(21)流出；接通电机电源，设备运转，转速5～1500rp/min。
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