CN103674747A - 一种发动机的轴瓦磨损试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机的轴瓦磨损试验台，能够真实地模拟曲轴轴瓦的磨损情况，以便为轴瓦磨损机理研究提供有效依据。所述轴瓦磨损试验台包括模拟轴和液压缸，所述模拟轴用于模拟发动机曲轴的转动，且其两端具有用于与待检测的轴承的轴瓦配合的轴颈，所述液压缸通过连杆对所述模拟轴施加径向载荷，以模拟做功行程中气缸对曲轴的加载力。本发明充分考虑了发动机工作过程中曲轴的受力情况，严格控制与滑动轴承产生摩擦的曲轴的转速以及加载力，以便对通过曲轴作用于轴瓦的力进行真实模拟，提高试验的真实性和准确性。

Description

一种发动机的轴瓦磨损试验台

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种发动机的轴瓦磨损试验台。

背景技术

发动机中，曲轴轴颈-轴瓦是比较重要的配合副，其工作条件恶劣，如果使用不当，极易造成曲轴轴颈和轴瓦的早期磨损和破坏。

曲轴轴颈与轴瓦发生损坏的形式有轻度擦伤、磨损疲劳、腐蚀和缺乏润滑等，主要表现为擦伤、表层脱落和过度磨损、露铜和深度磨损、轴承内衬层疲劳、烧融脱落等。

当曲轴轴颈和轴瓦发生磨损后，会导致发动机工作振动增大、噪音升高、油耗增加，还会导致发动机的故障增多，进而引发事故。因此有必要对发动机中曲轴轴颈-轴瓦的磨损机理进行研究，从而减少不必要的人力和财力浪费。

但是，现有技术中仅存在滚动轴承的磨损试验台，而轴瓦属于滑动轴承，与滚动轴承在磨损机理上存在较大差异，不能采用现有技术中滚动轴承的磨损试验台进行轴瓦的磨损试验。

因此，如何设计一种发动机的轴瓦磨损试验台，以真实地模拟轴瓦的磨损，进而对轴瓦的磨损机理进行研究，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机的轴瓦磨损试验台，能够真实地模拟曲轴轴瓦的磨损情况，以便为轴瓦磨损机理研究提供有效依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机的轴瓦磨损试验台，所述轴瓦磨损试验台包括模拟轴和液压缸，所述模拟轴用于模拟发动机曲轴的转动，且其两端具有用于与待检测的轴承的轴瓦配合的轴颈，所述液压缸通过连杆对所述模拟轴施加径向载荷，以模拟做功行程中气缸对曲轴的加载力。

本发明的轴瓦磨损试验台设有模拟轴，所述模拟轴模拟曲轴的转动，其两端轴颈用于与轴承的轴瓦连接，同时，液压缸通过连杆对所述模拟轴施加径向载荷，以模拟做功行程中气缸对曲轴的加载力；通过上述结构，可以真实地模拟发动机曲轴的工作过程，以再现轴瓦的磨损过程，以便严格控制轴瓦的磨损条件，进而对其磨损机理进行研究。

本发明充分考虑了发动机工作过程中曲轴的受力情况，严格控制与滑动轴承产生摩擦的曲轴的转速以及加载力，以便对通过曲轴作用于轴瓦的力进行真实模拟，提高试验的真实性和准确性。

优选地，所述径向载荷以正弦波形式周期性波动，以便真实模拟气缸做功行程中对曲轴的冲击载荷。

优选地，所述径向载荷设置在大于发动机爆压预定值的范围内，以加快磨损速度，提高试验效率。

优选地，所述连杆通过连杆瓦套装在所述模拟轴的外部，则可以在实现轴瓦磨损的同时对连杆瓦进行磨损试验。

优选地，还包括控制器，所述控制器与所述液压缸信号连接，以控制所述液压缸的液压力。

优选地，还包括用于驱动所述模拟轴的动力件，所述动力件与所述控制器信号连接，以便所述控制器控制所述动力件驱动所述模拟轴以预定转速运转。

由于曲轴在实际运转过程中通常为恒转速运转，故可以通过控制动力件实现模拟轴的恒转速运行，以真实模拟曲轴的运转。

优选地，所述动力件包括变频电机和扭矩仪，所述变频电机按照预定转速驱动所述模拟轴旋转，所述扭矩仪用于检测所述变频电机的输出扭矩。

优选地，还包括用于支撑所述轴承的轴承座，所述轴承座上设有润滑油头，所述润滑油头的外端与润滑油源连通，内端与所述轴瓦连通。

优选地，所述润滑油源包括润滑油箱和与所述润滑油箱连通的润滑油泵，所述润滑油泵与所述润滑油头的连通油路上设置有流量控制件，所述流量控制件与所述控制器信号连接。

优选地，所述控制器包括数据采集模块，所述数据采集模块用于采集所述液压缸的液压力，所述动力件的输出扭矩，以及所述润滑油源中润滑油的温度、压力和流量。

控制器可以包括数据采集模块，对试验的各个数据进行采集，为后续的磨损机理研究提供资料，提高试验效率。

附图说明

图1为本发明所提供轴瓦磨损试验台在一种具体实施方式中的剖面结构示意图；

图2为本发明所提供轴瓦磨损试验台中各个部件的连接关系简图；

图3为图1所示轴瓦磨损试验台的侧面结构示意图。

图1-3中：

1模拟轴、11轴颈、2液压缸、21液压泵、22伺服阀、23输出轴、24销轴、3轴承、31轴瓦、4连杆、41连杆瓦、5控制器、6动力件、61变频电机、62扭矩仪、7轴承座、8润滑油头、9润滑油源、91润滑油箱、92润滑油泵、93流量控制件、94温度传感器、95压力传感器、10支架

具体实施方式

本发明的核心是提供一种发动机的轴瓦磨损试验台，能够真实地模拟轴瓦的磨损情况。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供轴瓦磨损试验台在一种具体实施方式中的剖面结构示意图；图2为本发明所提供轴瓦磨损试验台中各个部件的连接关系简图。

本发明提供一种发动机的轴瓦磨损试验台，包括模拟轴1，模拟轴1用于模拟发动机曲轴的转动，其两端为轴颈11，用于与待检测的轴承3连接，以便待检测的轴承3的轴瓦31与轴颈11的外端面相配合，则当模拟轴1转动时，轴瓦31与轴颈11之间产生滑动摩擦，两者形成滑动摩擦副；由于模拟轴1仅以其轴颈11与轴瓦31发生接触，整个模拟轴1的曲直对轴瓦31的磨损影响较小，故模拟轴1可以为直轴或者曲轴，当然，模拟轴1为直轴时能够简化运动过程，从而更加直观地得出模拟轴1的转速对轴瓦31磨损情况的影响。

所述轴瓦磨损试验台还包括液压缸2，液压缸2通过连杆4与模拟轴1连接，对其施加径向载荷，模拟轴1进一步将径向载荷传递到轴承3，对轴瓦31产生压力，所述径向载荷用于模拟发动机做功行程中气缸对曲轴的加载力。

其中，液压缸2可以具有输出轴23，输出轴23通过销轴24与连杆4铰接，则液压缸2通过输出轴23向连杆4输送动力，进而通过连杆4向模拟轴1加载。

由于滑动摩擦的产生条件为接触面粗糙，两个物体间存在挤压、两物体间有相对运动，以及两物体相接触，故在进行轴瓦31的磨损试验时，必须同时具备上述几个条件，其中轴瓦31与轴颈11相接触且两者的接触面粗糙，则挤压力以及相对运动就是进行试验时需要控制的因素；同时，动摩擦力与正压力呈正比，而相对运动速度的大小与轴瓦31的磨损速度及其剧烈程度有关，故对挤压力和相对运动速度的模拟与控制是本领域技术人员在进行轴瓦磨损试验时的关键。

在本发明的轴瓦磨损试验台中，采用模拟轴1对曲轴的转动进行模拟，以产生轴瓦31与轴颈11的相对运动；同时，采用液压缸2对模拟轴1施加径向载荷，以便通过模拟轴1挤压轴承3，该径向载荷作用于轴承3的内壁，通过轴颈11挤压轴瓦31，且该径向载荷模拟气缸对曲轴的加载力，以便真实地模拟发动机实际作业过程中轴瓦31所承受的载荷。

可见，本发明严格控制对轴瓦31的磨损产生影响的各个因素，并将各个因素与发动机的实际做功情况相对应，以真实地模拟再现轴瓦31的磨损过程，从而检测轴瓦31的磨损性能，探知轴瓦31的磨损机理。

在上述基础上，液压缸2对模拟轴1所施加的径向载荷可以为正弦波载荷，即所述径向载荷以正弦波的形式周期性波动。通常情况下，在做功行程中，需要活塞往复运动，在活塞往复运动的过程中，整个气缸对曲轴的作用力以类似正弦波的形式周期性波动；根据上述规律，可以在液压缸2对模拟轴1进行模拟加载时，控制其以正弦波的形式径向加载，以更加真实地模拟加载过程，提高试验的真实性和有效性。

此外，所述径向载荷的大小可以基本上大于等于发动机的爆压，或者可以大于发动机的爆压某个预定值M，即径向载荷大于发动机的爆压，小于发动机的爆压加预定值M。

所述发动机的爆压是指在做功行程中发动机的气缸所承受的最大压力；为对气缸进行防护，气缸对曲轴的压力不会超过气缸所能够承受的最大压力，故所述预定值M应小于气缸所能够承受的最大压力与发动机爆压的差值。

当增加径向载荷时，能够有效缩短磨损时间，提高试验效率；还可以径向载荷的大小对轴瓦31磨损情况的影响。

可以想到，可以在连杆4的端部设置连杆瓦41，然后通过连杆瓦41套装在模拟轴1的外端面，实现连杆4与模拟轴1的连接。

由于连杆瓦41在整个动力传动过程中也起着较为关键的作用，且连杆瓦41与模拟轴1之间也为滑动摩擦，当轴瓦31的磨损条件具备时，连杆娃1的磨损条件也当然具备，故此时还可以同时实现对连杆瓦41的磨损试验。

可以对本文所述的轴瓦磨损试验台进行进一步的改进。

如图2所示，本发明还可以包括控制器5，控制器5与液压缸2信号连接，以便控制液压缸2的液压力，进而控制液压缸2通过连杆4传递到模拟轴1的径向载荷，实现加载力的控制。

所述信号连接是指以有线或者无线的形式实现信号传递的一种连接方式。

具体地，液压缸2可以连接有液压泵21以及伺服阀22，然后通过伺服阀22与控制器5信号连接，则控制器5可以通过控制伺服阀22对液压缸2内的液压力进行控制；液压泵21向液压缸2提供液压油，以提供其所需动力。

另一方面，本发明还可以包括动力件6，动力件6用于驱动模拟轴1转动，且可以将动力件6与控制器5信号连接，则控制器5可以控制动力件6对模拟轴1的驱动力，以便驱动模拟轴1以预定转速运转。

一般情况下，发动机的曲轴以恒定的转速运转，为实现对曲轴运动的真实模拟，可以控制模拟轴1以预定转速运转，所述预定转速根据发动机的功率等情况进行综合设置，以便真实模拟发动机的实际运转情况，提高轴瓦31磨损试验精度。

详细地，动力件6可以包括变频电机61和扭矩仪62，变频电机61按照上述预定转速驱动模拟轴1旋转，扭矩仪62用于检测变频电机61的输出扭矩，以判断不同试验条件下的摩擦功损耗。

请进一步参照图3，图3为图1所示轴瓦磨损试验台的侧面结构示意图。

可以想到，本发明还可以包括轴承座7，以便于对待检测的轴承3进行支撑，如图1所示，可以将轴承座7设置在与轴颈11对应的位置，轴承座7与轴颈11之间的区域构成待检测的轴承3的安装空间。

还可以想到，本发明可以包括润滑油源9，以便对轴瓦31和连杆瓦41等进行润滑，减小摩擦阻力，模拟真实地摩擦环境，提高试验准确性。

与此同时，可以在轴承座7上设置润滑油头8，并将润滑油头8的外端与润滑油源9连通，内端与轴瓦31连通，如图1所示，则润滑油经由润滑油头8输送至轴瓦31，对轴瓦31与轴颈11的接触面进行润滑。

润滑油头8可以设置在轴承座7的本体上，也可以设置在轴承盖上，如图2所示；当设置多个润滑油头8时，多个润滑油头8可以沿轴承座7的周向分布。

可以想到的是，可以在模拟轴1上设置油道，然后将由润滑油头8输入的润滑油借助油道流至连杆瓦41，以便对连杆瓦41与模拟轴1之间接触面进行润滑。

其中，润滑油源9可以包括润滑油箱91和与润滑油箱91连通的润滑油泵92，润滑油泵92向润滑油头8输送润滑油，在润滑油泵92与润滑油头8的连通油路上可以设置流量控制件93，且流量控制件93可以与所述控制器5信号连接，则控制器5可以通过流量控制件93对输送到轴瓦31的润滑油的流量进行控制。

当然，润滑油源9可以设置收集器和冷却器，以便对润滑后的油液进行收集和冷却，实现润滑油的循环使用。

本发明的润滑油箱91可以设置加热和冷却装置，以便对润滑油进行加热或者冷却，使得润滑油具有一定的温度，提高润滑效果。

在上述基础上，控制器5还可以包括数据采集模块，所述数据采集模块用于采集液压缸2的液压力，动力件6的输出扭矩，以及润滑油源9中润滑油的温度、压力和流量。

当动力件6包括变频电机61和扭矩仪62时，数据采集模块还可以采集变频电机61的转速以及扭矩仪62测得的扭矩，以便对模拟轴1的驱动情况进行控制。

另外，为实现对润滑油的温度和压力的采集，可以在润滑油源9至轴瓦31的输送通道上设置温度传感器94和压力传感器95，以实时检测润滑油的温度和压力，进而传递到数据采集模块。

数据采集模块可以将采集的上述变量予以显示，便于试验人员结合轴瓦31的磨损情况进行研究；试验人员还可以改变上述变量中的一个或者多个，以实现不同试验条件下轴瓦31的磨损。

显然，本发明还可以包括支架10，以便于模拟轴1的安装和固定，还可以将轴承座7等部件安装在支架10上，对本发明的轴瓦磨损试验台进行承载，便于其移动和定位。

以上对本发明所提供发动机的轴瓦磨损试验台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述轴瓦磨损试验台包括模拟轴（1）和液压缸（2），所述模拟轴（1）用于模拟发动机曲轴的转动，且其两端具有用于与待检测的轴承（3）的轴瓦（31）配合的轴颈（11），所述液压缸（2）通过连杆（4）对所述模拟轴（1）施加径向载荷，以模拟做功行程中气缸对曲轴的加载力。

2.如权利要求1所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述径向载荷以正弦波形式周期性波动。

3.如权利要求2所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述径向载荷设置在大于发动机爆压预定值的范围内。

4.如权利要求1所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述连杆（4）通过连杆瓦（41）套装在所述模拟轴（1）的外部。

5.如权利要求1-4任一项所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，还包括控制器（5），所述控制器（5）与所述液压缸（2）信号连接，以控制所述液压缸（2）的液压力。

6.如权利要求5所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，还包括用于驱动所述模拟轴（1）的动力件（6），所述动力件（6）与所述控制器（5）信号连接，以便所述控制器（5）控制所述动力件（6）驱动所述模拟轴（1）以预定转速运转。

7.如权利要求6所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述动力件（6）包括变频电机（61）和扭矩仪（62），所述变频电机（61）按照预定转速驱动所述模拟轴（1）旋转，所述扭矩仪（62）用于检测所述变频电机（61）的输出扭矩。

8.如权利要求6所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，还包括用于支撑所述轴承（3）的轴承座（7），所述轴承座（7）上设有润滑油头（8），所述润滑油头（8）的外端与润滑油源（9）连通，内端与所述轴瓦（31）连通。

9.如权利要求8所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述润滑油源（9）包括润滑油箱（91）和与所述润滑油箱（91）连通的润滑油泵（92），所述润滑油泵（92）与所述润滑油头（8）的连通油路上设置有流量控制件（93），所述流量控制件（93）与所述控制器（5）信号连接。

10.如权利要求9所述的轴瓦磨损试验台，其特征在于，所述控制器（5）包括数据采集模块，所述数据采集模块用于采集所述液压缸（2）的液压力，所述动力件（6）的输出扭矩，以及所述润滑油源（9）中润滑油的温度、压力和流量。

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