CN105445124A - 一种气门高温疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气门高温疲劳试验机，包括气门座圈、气门、冲击加载装置、气门夹持装置以及用于对气门端面进行加热的加热系统，冲击加载装置包括冲击架以及设置在所述冲击架上的偏心轮、推杆、碟形弹簧组、驱动电机以及推动气门向气门座圈冲击同时通过气门的冲击端头对气门座圈施加压力的加载杆，驱动电机驱动偏心轮转动，推杆下端面与偏心轮相接触，加载杆设置于推杆上方，碟形弹簧组安装在推杆与加载杆之间，气门夹持装置与气门连接，气门设置在加载杆上方。本发明能充分利用碟形弹簧组的小应变大应力特性，能够对气门的冲击端头施加较大的力，从而实现快速疲劳试验，而偏心轮的小角度升程曲线，能够大大降低驱动电机的功率。

Description

一种气门高温疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种实验测试设备，具体涉及一种气门高温疲劳试验机。

背景技术

气门、排气门和气门座圈是发动机配气机构中的精密部件，气门头部与气门座圈配合对气缸起密封作用并控制新鲜空气的吸入与废气的排出。当发动机运行时，气门座圈在每分钟内要经受上千次的交变循环冲击载荷，在高温作用下，气门锥面上还沉积有燃烧不完全的产物，因而气门座圈承受着机械冲击负荷、高温和燃烧气侵蚀这几个方面的综合作用，这些综合作用将直接影响到发动机的油耗、工作性能、输出功率和服役寿命。

空头气门是气门生产中的一种特殊形式，新型的高速高负荷发动机在不断涌现，原有常规实心气门虽然已作了强化处理，但已不能满足需要。发动机只有进排气门采用了空心气门，才能确保达到高性能指标。空头充钠气门具有以下突出优点：首先，降低气门工作温度。空头气门在内部充入约占空腔体积60％的金属钠，钠在97.5℃下熔化，其比重为0.97g/cm³。工作时钠在空腔中随着发动机转动作相应窜动，液态的金属钠迅速地冲刷气门盘端面和杆部内腔，将气门盘端面和颈部热量迅速通过杆和外部导管传递给冷却循环系统。经试验测得采用空心充钠气门温降可以达到80℃至150℃。此外，空头气门能够较大程度减少气门质量。尽管配气机构对整个汽车轻量化的贡献很小，但是它会对发动机的性能产生巨大的影响。进、排气门的惯性重量约占配气机构的40％，气门的轻量化可减少气门弹簧的负荷，进而减少摩擦损失。气门质量的减轻不仅有利于整机质量的减轻，也可以提升气门的动态特性，有助于提高配气机构的开闭速度及精确控制能力，从而提升发动机的性能、降低汽车油耗和排放。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种气门高温疲劳试验机。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种气门高温疲劳试验机，包括气门座圈、气门、冲击加载装置、气门夹持装置以及用于对气门端面进行加热的加热系统，冲击加载装置包括冲击架以及设置在所述冲击架上的偏心轮、推杆、碟形弹簧组、驱动电机以及推动气门向气门座圈冲击同时通过气门的冲击端头对气门座圈施加压力的加载杆，驱动电机驱动偏心轮转动，推杆下端面与偏心轮相接触，加载杆设置于推杆上方，碟形弹簧组安装在推杆与加载杆之间，气门夹持装置与气门连接，气门设置在加载杆上方。

优选的，所述冲击加载装置还包括导向机构，导向机构包括支撑杆、上直线移动轴承、下直线移动轴承以及承载板，支撑杆一端固定在冲击架上，另一端与承载板连接，下直线移动轴承安装到承载板上，上直线移动轴承安装到冲击架上，推杆穿接在下直线移动轴承中，加载杆穿接到上直线移动轴承中。

优选的，推杆包括推杆主体和冲击调节机构，冲击调节机构包括调整杆体以及调节螺杆，调节螺杆通过螺纹连接到调整杆体上端，调整杆体底部与偏心轮相接触，调节螺杆顶部连接到推杆主体的底部上；

还包括滚动轴承以及轴承连接轴，调整杆体底部开设有轴承槽，所述滚动轴承通过轴承连接轴安装到轴承槽中，滚动轴承的外圈与偏心轮相接触。

优选的，偏心轮的最高点与最低点高度差大于冲击端头与气门座圈之间的距离。

优选的，气门夹持装置包括夹座以及冲击力调节机构，所述冲击力调节机构包括固定架、冲击调节螺杆以及气门弹簧，固定架上开设有螺纹调节孔，所述冲击调节螺杆连接到螺纹调节孔中，气门弹簧一端连接到冲击调节螺杆底部，另一端连接到夹座上，气门的气门杆安装到夹座上。

优选的，所述夹座包括夹座本体、顶推螺栓、顶推弹簧以及顶推球，夹座本体上开设有供气门的气门杆插入的杆槽，杆槽的壁面上开设有通孔，气门的气门杆插入杆槽的部分上开设有供所述顶推球卡入的卡槽，顶推螺栓、顶推弹簧以及顶推球均设置于通孔中，顶推螺栓连接在通孔的外侧孔口中，顶推球设置在通孔的内侧孔口中，顶推弹簧两端分别连接到顶推螺栓和顶推球上。

优选的，还包括气门调节机构，所述气门调节机构包括行程调节架以及用于调节所述行程调节架上升或下降的行程调节手轮，行程调节架包括丝杆、丝母、上横梁、上轴承、下轴承以及调节横板，所述气门座圈和气门夹持装置设置在调节横板上，丝杆通过所述丝母与调节横板连接，丝杆下端通过下轴承连接在冲击架上，丝杆上部通过上轴承与上横梁连接，所述行程调节手轮固定在丝杆顶端。

优选的，还包括设置于气门的冲击端头上方的气门座圈夹座，气门座圈夹座包括座圈夹具以及缸体，气门座圈安装到座圈夹具上，座圈夹具安装到缸体上，气门的气门杆穿过气门座圈、座圈夹具以及缸体连接到气门夹持装置上，加热系统包括热风机、与热风机连接的热风输送管道以及用于加热气门的冲击端头的加热器，缸体上开设有与热风输送管道连接的且将热风机产生的热风向气门座圈输送的热气流道。

优选的，还设置有冷却系统，所述冷却系统包括冷却水套以及开设在缸体上的冷却水室，所述冷却水室位于热气流道上方，冷却水套包围在加载杆外壁面上，所述加热器设置于冷却水套上方，热风输送管道上开设有滴油口。

优选的，还包括测力装置以及当气门座圈损坏后控制停机的控制系统，所述测力装置设置于加载杆与碟形弹簧组之间，测力装置将检测到的数据发送到控制系统。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明采用偏心轮驱动碟形弹簧组进行加载的结构，能充分利用碟形弹簧组的小应变大应力特性，能够对气门的冲击端头施加较大的力，从而实现快速疲劳试验，而偏心轮的小角度升程曲线，能够大大降低驱动电机的功率。在工作过程中，碟形弹簧组的压缩力不超过其设计最大值的40％，因此其具有较长的使用寿命。此外，相比于采用液压加载，机械式加载的结构简单可靠，零件可靠性高，故障后也容易更换。可见，本发明可靠性高，寿命长，能够对气门座圈进行长时间的试验。

2、本发明能很好的模拟发动机气门工作环境从而对气门座圈进行高温疲劳试验，避免了发动机整机台架试验和实际发动机综合考察周期的冗长以及复杂，本发明能够实现在极短试验周期内完成气门座圈的高温疲劳特性评估，给实际生产提供可靠依据。

3、本发明通过偏心轮与碟形弹簧组实现冲击力的加载，电机转速可调，能够达到甚至超过发动机工作转速，从而实现气门与气门座圈之间的高频冲击动作。高频感应加热器与热风机模拟气门在发动机中运动时与气门座圈的接触，实现对不同工作状况下气门与气门座圈摩擦副的磨损试验，本发明可以方便的控制测试参数达到测试出不同情况下气门疲劳和气门座圈被磨损的情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A部的放大图。

图3是图1中B部的放大图。

图4是本发明的气门调节机构升高后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

一种气门高温疲劳试验机，包括气门座圈1、气门2、冲击加载装置、气门夹持装置以及用于对气门端面进行加热的加热系统，气门座圈位于气门的冲击端头上方，冲击加载装置包括冲击架3以及设置在所述冲击架上的偏心轮4、推杆、碟形弹簧组6、驱动电机7以及推动气门向气门座圈冲击同时通过气门的冲击端头对气门座圈施加压力的加载杆8，驱动电机驱动偏心轮转动，推杆下端面与偏心轮相接触，加载杆设置于推杆上方，碟形弹簧组安装在推杆与加载杆之间，气门夹持装置与气门连接，气门设置在加载杆上方。

优选的，所述冲击加载装置还包括导向机构，导向机构包括支撑杆9、上直线移动轴承10、下直线移动轴承11以及承载板12，支撑杆一端固定在冲击架上，另一端与承载板连接，下直线移动轴承安装到承载板上，上直线移动轴承安装到冲击架上，推杆穿接在下直线移动轴承中，加载杆穿接到上直线移动轴承中。

优选的，推杆包括推杆主体5和冲击调节机构，冲击调节机构包括调整杆体13以及调节螺杆14，调节螺杆通过螺纹连接到调整杆体上端，调整杆体底部与偏心轮相接触，调节螺杆顶部连接到推杆主体的底部上。

优选的，还包括滚动轴承15以及轴承连接轴39，调整杆体底部开设有轴承槽，所述滚动轴承通过轴承连接轴安装到轴承槽中，滚动轴承的外圈与偏心轮相接触。

优选的，气门夹持装置包括夹座以及冲击力调节机构，所述冲击力调节机构包括固定架16、冲击调节螺杆17以及气门弹簧18，固定架上开设有螺纹调节孔，所述冲击调节螺杆连接到螺纹调节孔中，气门弹簧一端连接到冲击调节螺杆底部，另一端连接到夹座上，气门的气门杆安装到夹座上,冲击调节螺杆顶部设置有手轮19。

优选的，所述夹座包括夹座本体20、顶推螺栓21、顶推弹簧22以及顶推球23，夹座本体上开设有供气门的气门杆插入的杆槽，杆槽的壁面上开设有通孔，气门的气门杆插入杆槽的部分上开设有供所述顶推球卡入的卡槽，顶推螺栓、顶推弹簧以及顶推球均设置于通孔中，顶推螺栓连接在通孔的外侧孔口中，顶推球设置在通孔的内侧孔口中，顶推弹簧两端分别连接到顶推螺栓和顶推球上。

优选的，还包括气门调节机构，所述气门调节机构包括行程调节架以及用于调节所述行程调节架上升或下降的行程调节手轮24，行程调节架包括丝杆25、丝母26、上横梁27、上轴承28、下轴承29以及调节横板30，所述气门座圈和气门夹持装置设置在调节横板上，丝杆通过所述丝母与调节横板连接，丝杆下端通过下轴承连接在冲击架上，丝杆上部通过上轴承与上横梁连接，所述行程调节手轮固定在丝杆顶端。

优选的，还包括设置于气门的冲击端头上方的气门座圈夹座，气门座圈夹座包括座圈夹具以及缸体31，气门座圈安装到座圈夹具上，座圈夹具安装到缸体上，固定架连接在调节横板上，缸体固定连接在调节横板上，气门的气门杆穿过气门座圈、座圈夹具以及缸体连接到气门夹持装置上，加热系统包括热风机32、与热风机连接的热风输送管道33以及用于加热气门的冲击端头的加热器34，缸体上开设有与热风输送管道连接的且将热风机产生的热风向气门座圈输送的热气流道35。所述加热器为高频感应加热器。

优选的，还设置有冷却系统，所述冷却系统包括冷却水套36以及开设在缸体上的冷却水室37，所述冷却水室位于热气流道上方，冷却水套包围在加载杆外壁面上，所述加热器设置于冷却水套上方。

优选的，热风输送管道上开设有滴油口38。

优选的，偏心轮的最高点与最低点高度差大于冲击端头与气门座圈之间的距离，例如，偏心轮的最高点与最低点高度差为6mm，而冲击端头与气门座圈之间的距离为3mm，这样当冲击端头与气门座圈相接触后，仍有3mm的加载行程，从而实现气门对气门座圈的冲击加载。

优选的，还包括测力装置以及当气门座圈损坏后控制停机的控制系统，所述测力装置设置于加载杆与碟形弹簧组之间，测力装置将检测到的数据发送到控制系统。

本发明的工作过程及工作原理：使用时，驱动电机带动偏心轮转动，偏心轮转动顶推推杆上升推动加载杆上升，而气门则在加载杆的带动下向气门座圈冲击，由于偏心轮的最高点与最低点高度差大于气门的冲击端头与气门座圈之间的距离，因此，当冲击端头与气门座圈相接触后，偏心轮仍可以向上推动推杆使碟形弹簧组开始收缩，气门的冲击端头在碟形弹簧组的推动下对气门座圈进一步施加压力，从而实现一次的冲击和压力的加载，当冲击完成后，加载杆下降，而气门也向下移动，偏心轮循环转动使气门按上述过程循环冲击气门座圈，而在气门冲击气门座圈过程中，热风机和加热器也同时工作，其中，热风机模拟发动机内的环境对气门座圈进行加热，为使模拟的环境与发动机内的环境更相似，可以在热风输送管道上的滴油口中加入小量燃油，使得热风中具有燃油成分，使测试的环境尽可能接近气门座圈被冲击的实际工况，而加热器侧对气门的冲击端头进行加热，使气门在进行冲击时与实际情况更相似，使测试结果更准确。

冷却水套和冷却水室可分别对加载杆和缸体进行冷却，能够阻断热量的传递，防止热量上下传递而影响设备的其他机构的性能。

拧动调节螺杆，可调整推杆主体上升或下降，使加载杆上升或下降，从而控制气门的移动距离的长短。

当气门的移动距离确定下来后，气门调节机构可调整气门与加载杆相接触，其通过转动行程调节手轮带动丝杆转动，而在丝杆上的丝母则带动调节横板向上和向下移动，从而带动在调节横板上的气门夹持装置和缸体上移和下移，而气门夹持装置也带动气门上移和下移，调整气门时，先将偏心轮凸出部分转动到下方，再转动丝杆使气门底部与加载杆相接触，完成气门的调整。而当需要更换气门时，可大幅度转动丝杆使调节横板升到高位，从而有足够的位置将气门拆出。

本发明可通过冲击力调节机构调整气门对气门座圈的冲击力，其通过拧动冲击调节螺杆使气门弹簧压缩或复位，从而达到减少或增大气门对气门座圈的冲击力，其原理是当气门弹簧压缩后，气门弹簧对夹座的压力增大，因此，当加载杆推动气门向气门座圈冲击时，需要克服气门弹簧对夹座的压力，所以气门对气门座圈的冲击力为加载杆的推力减去气门弹簧对夹座的压力，此外，冲击力调节机构还能保证气门在不受加载杆推力的情况下能够向下运动，从而保持气门对气门座圈的冲击能顺畅进行，从而保证试验的准确性。

而在整个试验过程中，测力装置都在实时检测气门对气门座圈的冲击力并向控制系统实时发送数据，而控制系统在检测到冲击力出现异常波动时，如：冲击力突然变大或变小超过10％时，控制系统则控制停机并发出警报声。

本发明采用机械式的偏心轮与碟形弹簧组配合的加载设计，充分利用碟形弹簧组的小应变大应力特性，能够对气门的冲击端头施加极大的加载力从而实现快速疲劳试验。利用偏心轮的小角度升程曲线，能够大大降低驱动电机的功率。同时机械式加载又弥补了液压加载可靠性低、易产生泄漏等的缺点。

本发明可用于空心气门的高温疲劳试验，也可用于实心气门高温疲劳试验。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的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)

1.一种气门高温疲劳试验机，其特征在于：包括气门座圈、气门、冲击加载装置、气门夹持装置以及用于对气门端面进行加热的加热系统，冲击加载装置包括冲击架以及设置在所述冲击架上的偏心轮、推杆、碟形弹簧组、驱动电机以及推动气门向气门座圈冲击同时通过气门的冲击端头对气门座圈施加压力的加载杆，驱动电机驱动偏心轮转动，推杆下端面与偏心轮相接触，加载杆设置于推杆上方，碟形弹簧组安装在推杆与加载杆之间，气门夹持装置与气门连接，气门设置在加载杆上方。

2.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：所述冲击加载装置还包括导向机构，导向机构包括支撑杆、上直线移动轴承、下直线移动轴承以及承载板，支撑杆一端固定在冲击架上，另一端与承载板连接，下直线移动轴承安装到承载板上，上直线移动轴承安装到冲击架上，推杆穿接在下直线移动轴承中，加载杆穿接到上直线移动轴承中。

3.根据权利要求1或2所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：推杆包括推杆主体和冲击调节机构，冲击调节机构包括调整杆体以及调节螺杆，调节螺杆通过螺纹连接到调整杆体上端，调整杆体底部与偏心轮相接触，调节螺杆顶部连接到推杆主体的底部上；

还包括滚动轴承以及轴承连接轴，调整杆体底部开设有轴承槽，所述滚动轴承通过轴承连接轴安装到轴承槽中，滚动轴承的外圈与偏心轮相接触。

4.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：偏心轮的最高点与最低点高度差大于冲击端头与气门座圈之间的距离。

5.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：气门夹持装置包括夹座以及冲击力调节机构，所述冲击力调节机构包括固定架、冲击调节螺杆以及气门弹簧，固定架上开设有螺纹调节孔，所述冲击调节螺杆连接到螺纹调节孔中，气门弹簧一端连接到冲击调节螺杆底部，另一端连接到夹座上，气门的气门杆安装到夹座上。

6.根据权利要求5所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：所述夹座包括夹座本体、顶推螺栓、顶推弹簧以及顶推球，夹座本体上开设有供气门的气门杆插入的杆槽，杆槽的壁面上开设有通孔，气门的气门杆插入杆槽的部分上开设有供所述顶推球卡入的卡槽，顶推螺栓、顶推弹簧以及顶推球均设置于通孔中，顶推螺栓连接在通孔的外侧孔口中，顶推球设置在通孔的内侧孔口中，顶推弹簧两端分别连接到顶推螺栓和顶推球上。

7.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：还包括气门调节机构，所述气门调节机构包括行程调节架以及用于调节所述行程调节架上升或下降的行程调节手轮，行程调节架包括丝杆、丝母、上横梁、上轴承、下轴承以及调节横板，所述气门座圈和气门夹持装置设置在调节横板上，丝杆通过所述丝母与调节横板连接，丝杆下端通过下轴承连接在冲击架上，丝杆上部通过上轴承与上横梁连接，所述行程调节手轮固定在丝杆顶端。

8.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：还包括设置于气门的冲击端头上方的气门座圈夹座，气门座圈夹座包括座圈夹具以及缸体，气门座圈安装到座圈夹具上，座圈夹具安装到缸体上，气门的气门杆穿过气门座圈、座圈夹具以及缸体连接到气门夹持装置上，加热系统包括热风机、与热风机连接的热风输送管道以及用于加热气门的冲击端头的加热器，缸体上开设有与热风输送管道连接的且将热风机产生的热风向气门座圈输送的热气流道。

9.根据权利要求8所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：还设置有冷却系统，所述冷却系统包括冷却水套以及开设在缸体上的冷却水室，所述冷却水室位于热气流道上方，冷却水套包围在加载杆外壁面上，所述加热器设置于冷却水套上方，热风输送管道上开设有滴油口。

10.根据权利要求1所述的气门高温疲劳试验机，其特征在于：还包括测力装置以及当气门座圈损坏后控制停机的控制系统，所述测力装置设置于加载杆与碟形弹簧组之间，测力装置将检测到的数据发送到控制系统。