CN103760097A - 凸轮挺柱摩擦系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸轮挺柱摩擦系数测量装置。滑块导轨固定于试验台架上；四个压力传感器粘附于压力传感器导块上，并安装于滑块导轨侧面；挺柱滑块和挺柱合成一体，其一端与滑块导轨配合，采用四个滚轮与压力传感器导块接触；电阻应变片贴于推杆侧面。推杆连接摇臂与气门组件。当凸轮转动时，挺柱和挺柱滑块沿滑块导轨上下作周期运动。滑块下表面与凸轮产生相对滑动，由于摩擦力作用，挺柱滑块向左压向压力传感器导块；压力传感器实时记录滑块导轨对滑块作用力数据，经过修正处理后即凸轮挺柱摩擦力。本发明结构简单，布线容易，采用电子信号实验设备，精度高，测量误差小。

Description

凸轮挺柱摩擦系数测量装置

技术领域

本发明属于发动机检测技术领域，涉及一种凸轮挺柱摩擦系数测量装置，采用电阻应变片和应变管式压力传感器测量凸轮与挺柱摩擦副摩擦系数的试验装置。

背景技术

凸轮机构以其结构简单紧凑、可设计性强，并能使从动件获得任意周期的运动规律而在机械传动系统中有着非常广泛的应用。发动机凸轮与挺柱摩擦副为高副接触，通常在高温，高转速与变压力下工作，磨损为其失效的主要形式。摩擦力与摩擦系数可反映出摩擦副的接触状态和机构的能量损失，还能间接评估磨损状态，因此，对其测量具有重要意义。

目前，对凸轮和挺柱摩擦力、摩擦系数没有直接测量的方法，也没有统一的试验标准。摩擦系数一般根据金属材料和润滑状态进行经验估算，甚至在很多情况下，会直接忽略摩擦力的影响。

发明内容

本实发明目的在于建立一种结构简单、成本低廉、适于试验的凸轮和挺柱摩擦副摩擦力、摩擦系数测量装置。

本发明采用以下试验方案：

凸轮挺柱摩擦副摩擦系数测量试验包括试验台架、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门组件、挺柱滑块、滑块导轨、应变管式压力传感器和导线、压力传感器导块、电阻应变片和导线、桥盒、动态应变仪、数据采集卡、上位机。

滑块导轨固定于试验台架。为准确平衡并测量滑块上下运动时对传感器导块施加的压力，故设置四个应变管式压力传感器；四个压力传感器粘附于压力传感器导块上，并安装于滑块导轨侧面，用于感知挺柱滑块对压力传感器导块的力。挺柱滑块上有与挺柱外形轮廓相同的孔，将挺柱置于其中，可采用过盈配合或采用AB胶使挺柱与挺柱滑块成为一体，并保证挺柱工作表面能与凸轮正常接触；挺柱滑块另一端与滑块导轨形成配合，由于滑块导轨限制，挺柱滑块与挺住只能上下沿导轨运动；挺柱推杆侧面贴有电阻应变片，试验前进行静态标定，得出推杆载荷与其应变电压的关系。应变片导线连接桥盒，桥盒连接动态应变仪输入端，压力传感器导线与动态应变仪输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接至上位机。压力传感器数据经过修正处理即为凸轮与挺柱摩擦副摩擦力，动态应变仪数据经过修正处理即为正压力，最终得到凸轮与挺柱摩擦系数。摩擦力与正压力比值，即为摩擦副摩擦系数。

以上即采用挺柱滑块装置，间接求得凸轮挺柱摩擦系数的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的凸轮挺柱摩擦系数试验装置，弥补了在凸轮挺柱摩擦系数在实验室测量方面的不足。

2、本发明所提供的凸轮挺柱摩擦系数试验装置，结构简单，布线容易，采用电子信号实验设备，精度高，测量误差小。

3、本发明所提供的凸轮挺柱摩擦系数试验装置，改装性强，适用范围广。

附图说明

图1试验装置正视图；

图2试验装置俯视图；

图3试验装置连接图；

图4应变片静态标定图；

图5力修正结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明试验装置作进一步的说明。

如图1和图2所示，滑块导轨5固定于试验台架1上；四个压力传感器7粘附于压力传感器导块8上，并安装于滑块导轨5侧面；挺柱滑块4和挺柱3合成一体，其一端与滑块导轨5配合，采用四个滚轮与压力传感器导块8接触；电阻应变片9贴于推杆6侧面。推杆连接摇臂10与气门组件11。

当凸轮2转动时，挺柱3和挺柱滑块4沿滑块导轨5上下作周期运动。滑块下表面与凸轮产生相对滑动，由于摩擦力作用，挺柱滑块向左压向压力传感器导块8；压力传感器实时记录滑块导轨对滑块作用力数据，经过修正处理后即凸轮挺柱摩擦力。

如图3所示，桥盒12连接动态应变仪13输入端；动态应变仪13输出端、压力传感器导线7连接数据采集卡14输入端；数据采集卡14输出端连接上位机15。

在进行测量之前，需要先进行电阻应变片的标定，如图4所示，当凸轮处于静止和近休止角范围内，此时推杆处于垂直状态。在砝码盘上逐渐添加砝码17，砝码17通过1:1杠杆16将力传递给静态摇臂，通过静态摇臂比算出作用于推杆的力，并记下相应的电压信号。利用最小二乘法拟合数据，可得到应变电压与施加在推杆上力的关系K。

以下进入凸轮挺柱摩擦系数测量阶段：

根据以上介绍的试验装置，搭建试验台，连接试验设备，进行试验。

因为有四个石英压力传感器粘附于压力传感器导块上，共同承担压力，故四个传感器受力之和F_t。当推杆受动态力时，通过电阻应变片所得的动态电压乘上关系系数K即为沿推杆所受动态压力F_d。

如图5所示，在动态试验时，推杆会偏离一个小角度，此时推杆受力可以分解为竖直F_N和水平方向F_X。当凸轮驱动推杆上升Δh时，摇臂转过角度为α。设推杆长为L，推杆上端距摇臂轴中心长为l，挺柱滑块与挺柱质量和为m。

其中，AB＝L-Δh,AC＝L, $\mathrm{BC}=2l\·\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right),$ $\cos \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{AB}}^2+{\mathrm{AC}}^2-{\mathrm{BC}}^2}{2\mathrm{AB}\·\mathrm{AC}},$

$\sin \mathrm{\β}=\sqrt{1-{\left(\cos \mathrm{\β}\right)}^2}.$

因此，推杆对挺柱垂直方向的压力F_N修正为F_N＝F_d·cosβ，F_X＝F_d·sinβ。

已知正压力F_N与摩擦力f＝F_t-F_X，则摩擦系数

Claims (1)

1.凸轮挺柱摩擦系数测量装置，包括试验台架、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门组件、挺柱滑块、滑块导轨、应变管式压力传感器、压力传感器导块、电阻应变片、桥盒、动态应变仪、数据采集卡和上位机，其特征在于：滑块导轨固定于试验台架，四个应变管式压力传感器粘附于压力传感器导块上，并安装于滑块导轨侧面，用于感知挺柱滑块对压力传感器导块的力；挺柱滑块一端上有与挺柱外形轮廓相同的孔，挺柱置于该孔中，挺柱下方为凸轮；挺柱滑块另一端与滑块导轨形成配合；推杆侧面贴有电阻应变片；摇臂的一端连接推杆，另一端连接气门组件；应变片导线连接桥盒，桥盒连接动态应变仪输入端，应变管式压力传感器、动态应变仪输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接至上位机；

凸轮挺柱摩擦系数μ由下式确定：

$\mathrm{\μ}=\frac{F_t-F_X}{F_N+\mathrm{mg}}$

其中F_t表示四个应变管式压力传感器受力之和，F_X为推杆水平方向分力，F_N为推杆垂直方向分力，m为挺柱滑块与挺柱质量和。

Images