CN101158619B - 往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

一种往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机。本发明涉及机械摩擦磨损与控制领域，特别涉及一种以内燃机实际使用的活塞环-缸套为摩擦副元件的往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机。本试验机的电机驱动曲柄连杆机构，通过导向机构的滑块和导向套转变成直线往复运动，加载机构采用挤压涨套的结构来改变涨套上的活塞环对缸套的压力，润滑装置的加油器和集油器装于加载机构中缸套的相应位置，摩擦力测量装置和温度测控装置的传感器通过接口连接到数据采集与监测装置的数据采集卡和计算机。本发明以内燃机实际使用的活塞环-缸套为摩擦副元件，可改变载荷、速度、温度、润滑油供给实验参数；可监测温度、摩擦力实验数据并对实验数据进行处理。

Description

往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机

技术领域

本发明涉及机械摩擦磨损与控制领域，特别涉及一种以内燃机实际使用的活塞环-缸套为摩擦副元件的往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机。

背景技术

活塞环-缸套是内燃机中最重要、最关键的运动副，也是运行于高速、高温、超负荷等恶劣环境的比较典型的摩擦副。活塞环-缸套的摩擦、润滑、磨损性能对提高内燃机的可靠性和耐久性，保证内燃机经济、可靠地工作具有决定性的作用。其摩擦学问题的研究一直是人们关注的热点之一。然而，由于活塞环-缸套摩擦学问题的复杂性，许多研究还很不够，还具有一定程度的局限性，许多问题至今仍未弄清。而且，随着对内燃机的性能要求越来越严格，从而使内燃机活塞环-缸套摩擦学问题的研究变得更加突出和迫切。

在研究内燃机活塞环-缸套摩擦学问题中，试验机起着重要的作用。目前，国内外使用的摩擦磨损试验机大多数都是用于试样试验，采用标准的试样，模拟点、线、面及复合运动等各种形式的摩擦副，对材料摩擦磨损性能或润滑油性能进行对比、评定。近10年来，国内授权有关摩擦磨损试验装置方面的发明专利基本上也是用于试件试验。

上述试验机主要针对标准的试样试验，而且这些试验机大多价格昂贵。专门针对活塞-缸套的试验机目前市场所上还没有成熟的产品，国内各内燃机生产企业或相关配件企业对活塞-缸套摩擦、磨损也缺乏系统的试验设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机，它以内燃机实际使用的活塞环-缸套为摩擦副元件，可改变载荷、速度、温度、润滑油供给实验参数；可监测温度、摩擦力实验数据并对实验数据进行处理。

解决发明的技术问题所采用的方案是：试验机主要由曲柄连杆机构、导向机构、加载机构、润滑装置、摩擦力测量装置、温度测控装置和数据采集与监测装置组成，电机驱动曲柄连杆机构，通过导向机构的滑块和导向套转变成直线往复运动；加载机构采用挤压涨套的结构来改变涨套上的活塞环对缸套的压力；润滑装置的加油器和集油器装于加载机构中缸套的相应位置，以用于润滑油状况与摩擦磨损状况之间的试验研究；摩擦力测量装置和温度测控装置的传感器通过接口连接到数据采集与监测装置的数据采集卡和计算机。

在本发明的技术方案中，加载机构的加载螺栓的一端连接于试验机导向机构中的滑块上，加载螺栓另一端通过加载螺母压紧在内涨套的端面；缸套固定在机座上，其内孔中套装入外涨套和内涨套，外涨套的内孔及内涨套外壁带有相同的锥度，活塞环装在外涨套上并触压缸套内壁。外涨套纵向开有弹性涨缩缝，外涨套和内涨套的配合锥度为1∶8～1∶12。其工作原理是，加载螺母向里拧紧，推动内涨套向里移动，从而使涨套涨大，压紧活塞环贴紧缸套内表面，达到向径向施加力的目的。

摩擦力测量装置为装有滚动轴承的工作台面，在台面的纵向两端各装有力传感器，加载机构装在工作台面上，传感器信号通过数据采集卡连接到计算机的接口。滚动轴承可在下层台面上自由地滚动，与光滑平面之间的滚动摩擦系数很小，约有0.002，对测量结果减去滚动摩擦力即可。工作台面上加工有纵横交错的T型槽，方便对加载机构进行装夹固定。当最上层工作台面受到运动方向载荷时，工作台在运动方向发生移动趋势，通过工作层台面和最外层台面之间的传感器，可以测出运动方向摩擦力数值。

温度测控装置的加热棒和热电偶装于加载机构的缸套壁处，与温度测控装置电连接，可根据实验条件在室温至300℃范围保持某一设定的温度值，电信号通过数据采集卡连接到计算机的接口。

本发明的有益效果是：

(1)以内燃机实际使用的活塞环-缸套为摩擦副元件，无需另行制作试件。

(2)试验机摩擦副的位移速度与实际内燃机中的摩擦副的位移速度变化规律相一致；摩擦副的运行工况尽可能地模拟内燃机中的实际工况。

(3)试验机可改变载荷、速度、温度、润滑油供给等实验参数；可监测温度、摩擦力实验数据并对实验数据进行处理。

附图说明

图1为本发明的结构示意简图；

图2为本发明的曲柄连杆机构、导向机构和加载机构结构示意图；

图3为本发明的摩擦力测量装置示意图；

图4为本发明的摩擦力测量装置俯视示意图；

图5为本发明的外观三维示意图。

图中各标号为：1-基座、2-动力装置、3-曲柄连杆机构、4-加载机构、5-摩擦力测量装置、6-力传感器I、7-力传感器II、8-加热棒、9-热电偶传感器、10-温度测控装置、11-数据采集卡、12-计算机、13-加油器、14-集油器、15-曲柄、16-连杆、17-导向滑块、18-导向套、19-导向套固定座、20-加载螺母、21-内涨套、22-加载螺栓、23-外涨套、24-活塞环、25-缸套、26-工作台面、27-支撑层、28-滚动轴承滚轴I、29-滚动轴承滚轴II、30-滚动轴承滚轴III、31-滚动轴承滚轴IV、32-滚轮、33-T型槽。

具体实施方式

参见各图，本试验机主要由曲柄连杆机构3、导向机构、加载机构4、润滑装置、摩擦力测量装置5、温度测控装置10和数据采集与监测装置组成。

动力装置2以电机作为动力源，可利用一台小型立式钻铣床进行改造而成，把立式钻铣床的主轴部分作为实验机的动力装置，可提供功率为1.1KW，转速范围9级可调，210～2550r/min九级可调的动力。电机轴驱动曲柄连杆机构3，再通过导向机构的导向滑块17和导向套18转变成直线往复运动，加载机构4采用挤压涨套的结构来改变涨套上的活塞环24对缸套25的压力，即加载机构4的加载螺栓22的一端连接于试验机导向机构中的导向滑块17上，加载螺栓22另一端通过加载螺母20压紧在内涨套21的端面，内涨套21又套在开有弹性涨缩缝的外涨套23中，两涨套带有相同的锥度，外涨套23和内涨套21的配合锥度为1∶8～1∶12，缸套25固定在加载机构座上，活塞环24装在外涨套23上并触压缸套25的内壁，当加载螺母20向里拧紧时，推动内涨套21向里移动，从而使外涨套23涨大，压紧活塞环24贴紧缸套25内表面，达到向径向施加力的目的(详见图2)。

见图1，润滑装置由加油器13和集油器14组成，装于加载机构4中缸套的相应位置，可模拟实际的活塞环与缸套之间不同润滑状况下的工作情况，以便对润滑油状况与摩擦磨损状况之间的试验进行研究。

见图3和4，摩擦力测量装置5为一铝合金材料的工作台面26，上面装有滚动轴承滚轴28、29、30、31，在工作台面26的纵向两端各装有力传感器6、7，滚轮32放置在下层的支撑层27上，可以在下层台面上自由地滚动，工作台面26上加工有纵横交错的T型槽33，以便于对加载机构4进行装夹固定，力传感器6、7的信号通过数据采集与监测装置中的数据采集卡11连接到计算机12的接口(见图1)。当最上层工作台面26受到运动方向载荷时，在运动方向发生移动趋势，通过工作层台面26和最外层台面之间的力传感器6、7，可以测出运动方向摩擦力数值。

见图1，温度测控装置包括加热棒8、热电偶传感器9、温度测控装置10，加热棒8和热电偶传感器9装于加载机构4的缸套壁处，与温度测控装置10电连接，再将热电偶传感器9的电信号通过数据采集卡11连接到计算机12的接口，本装置可根据实验条件在室温至300℃范围保持某一设定的温度值，与实际内燃机活塞环-缸套的工作状况相吻合。

Claims (3)

1.一种往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机，其特征是：电机通过曲柄连杆机构的连杆与装入导向套中的导向滑块连接，转变成导向套中滑块的直线往复运动；加载机构采用挤压涨套的结构来改变涨套上的活塞环对缸套的压力，即加载螺栓的一端连接于所述的导向滑块上，而另一端通过加载螺母压紧在内涨套的端面，缸套固定在机座上，其内孔中套装入外涨套和内涨套，外涨套的内孔及内涨套外壁带有相同的锥度，活塞环装在外涨套上并触压缸套内壁；润滑装置的加油器和集油器装于加载机构中缸套的相应位置；摩擦力测量装置为装有滚动轴承的工作台面，在台面的纵向两端各装有力传感器，加载机构装在工作台面上，力传感器通过数据采集卡连接到计算机的接口；温度测控装置的加热棒和热电偶装于加载机构的缸套壁处，与温控装置电连接，再通过数据采集卡连接到计算机的接口。

2.根据权利要求1所述的往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机，其特征是：摩擦力测量装置的工作台面上加工有纵横交错的T型槽。

3.根据权利要求1所述的往复式活塞环-缸套摩擦磨损试验机，其特征是：外涨套纵向开有弹性涨缩缝，外涨套和内涨套的配合锥度为1∶8～1∶12。

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