CN105651634A - 发动机气门-导管强化磨损模拟实验机 - Google Patents

发动机气门-导管强化磨损模拟实验机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，包括第一驱动机构、第二驱动机构、气门、导管、导管夹座、加热装置、摩擦阻力测量装置以及载荷加载装置，第一驱动机构的输出轴上固定有夹头以带动气门旋转，气门的一端安装于夹头上，气门的另一端与摩擦阻力测量装置连接，导管套设于气门上且与导管夹座固定连接，第二驱动机构与导管夹座固定连接，载荷加载装置与导管夹座连接，加热装置罩设于导管夹座外以对气门和导管进行加热。本发明提出的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，模拟发动机气门-导管摩擦副运动形式的同时，实现其强化磨损试验，缩短了试验周期，为这对摩擦副的寿命评价提供试验设备。

Description

发动机气门-导管强化磨损模拟实验机
技术领域
本发明涉及磨损模拟实验技术领域，尤其涉及一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机。
背景技术
发动机气门工作在高温、腐蚀和冲击接触工况环境中，因此气门寿命是制约发动机性能和寿命的主要零件。然而，与发动机气门匹配的一重要摩擦副气门-导管的寿命评价设备至今仍属空白。而随着燃气发动机的发展，气门-导管之间的工作温度和润滑性远比燃油发动机恶劣；其摩擦学性能评价技术直接影响了气门或导管的材料组分设计、制备工艺设计及匹配性选择等关键技术环节。
目前，发动机气门-导管的寿命评价试验是在发动机台架上进行，试验周期长、成本高、数据分散，不利于该对摩擦副的材料、工艺及其匹配性评价；因而限制了其产品质量和寿命水平。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，旨在模拟发动机气门-导管摩擦副运动形式的同时，实现其强化磨损试验，以缩短试验周期，为这对摩擦副的寿命评价提供试验设备。
为实现上述目的，本发明提供一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，包括第一驱动机构、第二驱动机构、气门、导管、导管夹座、加热装置、摩擦阻力测量装置以及载荷加载装置，其中，
所述第一驱动机构的输出轴上固定有可开合的夹头以带动所述气门旋转，所述气门的一端安装于所述夹头上，气门的另一端与摩擦阻力测量装置连接，所述导管套设于气门上且与导管夹座固定连接，所述第二驱动机构与所述导管夹座固定连接以带动导管在垂直于其轴向作往复运动，所述载荷加载装置与导管夹座连接以对气门和导管的载荷进行加减，所述加热装置罩设于导管夹座外以对气门和导管进行加热。
优选地，所述摩擦阻力测量装置包括浮动机构、导轨以及第一力传感器，其中，所述浮动机构包括位于导轨上方且沿气门轴向可滑动的箱体，以及容纳于所述箱体中且相对于其可旋转的旋转轴，所述气门的一端容纳于所述旋转轴中并可带动其旋转，所述旋转轴与第一力传感器连接。
优选地，所述第一驱动机构包括电机以及与该电机的输出轴连接的变速箱，所述夹头安装于变速箱的主轴上。
优选地，所述第二驱动机构包括变速电机以及与该变速电机连接的曲柄滑块机构，其中，所述曲柄滑块机构包括依次连接的曲柄、连杆以及滑块，所述滑块与导管夹座固定连接，滑块的运动方向与导管的轴线方向垂直，所述变速电机的输出轴与曲柄连接以带动其转动，所述曲柄转动带动滑块往复运动进而带动导管往复运动。
优选地，所述加热装置的加热功率可调整。
优选地，所述载荷加载装置包括位于导管夹座上方的浮动自平衡机构以及位于浮动自平衡机构上方的加载机构，其中，所述浮动自平衡机构包括支撑支架、位于支撑支架下方的以对其支撑的两加载球头，以及位于所述支撑支架下方且将其弹性支撑的两弹性件，所述加载球头在导管夹座上方可相对于其可滚动，所述加载机构包括多个加载砝码，通过调整加载砝码的数量或质量调整载荷加载装置的载荷。
优选地，所述加载机构还包括加载杠杆、位于所述加载杠杆下方的支撑底座，以及安装于所述支撑底座上的用于测量载荷大小的第二力传感器，所述支撑底座位于支撑支架的上方且与其抵接，所述加载杠杆以支撑底座的支点且其一端固定另一端放置所述加载砝码。
优选地，所述弹性件为弹簧。
本发明提出的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，具有以下优点：
1）通过气门与导管间的旋转和往复运动的复合，实现了模拟强化磨损试验；
2）通过对气门与导管间的温度和载荷控制，实现了其温度和载荷工况的可控，以评价气门-导管这对摩擦副的工况适应性及其匹配的合理性；
3）通过气门-导管摩擦副间的摩擦阻力动态测量，实现了其摩擦过程在线监测，以评价其材料匹配性；
4）由于各工况参数可控可调，实现了试验条件在单因素控制，可为气门或导管的材料组分设计及其零件制造工艺优化提供试验数据；
5）发动机气门-导管强化磨损模拟实验机的试验周期短、结构简单、容易实现、制造成本低，为气门-导管这对摩擦副的寿命评价提供了试验设备。
附图说明
图1为本发明发动机气门-导管强化磨损模拟实验机优选实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
图中，1-电机，2-变速箱，3-主轴，4-夹头，5-气门，6-变速电机，7-曲柄滑块机构，8-导管夹座，9-导管，10-第一力传感器，11-加载球头，12-加热装置，13-机座，14-浮动自平衡机构，15-第二力传感器，16-加载杠杆，17-加载砝码，18-浮动机构，19-导轨，20-弹性件，21-箱体，22-旋转轴。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1，图1为本发明发动机气门-导管强化磨损模拟实验机优选实施例的结构示意图。
本优选实施例中，一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，包括第一驱动机构、第二驱动机构、气门5、导管9、导管夹座8、加热装置12、摩擦阻力测量装置以及载荷加载装置，其中，
第一驱动机构的输出轴上固定有可开合的夹头4以带动气门5旋转，气门5的一端安装于夹头4上，气门5的另一端与摩擦阻力测量装置连接，导管9套设于气门5上且与导管夹座8固定连接，第二驱动机构与导管夹座8固定连接以带动导管9在垂直于其轴向作往复运动，载荷加载装置与导管夹座8连接以对气门5和导管9的载荷进行加减，加热装置12罩设于导管夹座8外以对气门5和导管9进行加热。夹头4有多种结构，只要能实现将气门5的一端可拆卸安装即可。加热装置12的加热功率可调整，实现其温度的可控，从而方便模拟不同工况。
具体地，本实施例中，摩擦阻力测量装置包括浮动机构18、导轨19以及第一力传感器10，其中，浮动机构18包括位于导轨19上方且沿气门5轴向可滑动的箱体21，以及容纳于箱体21中且相对于其可旋转的旋转轴22，气门5的一端容纳于旋转轴22中并可带动其旋转，旋转轴22与第一力传感器10连接。参照图1，箱体21相对于导轨19可左右滑动。
具体地，第一驱动机构包括电机1以及与该电机1的输出轴连接的变速箱2，夹头4安装于变速箱2的主轴3上。本实施例中，通过设置变速箱2，从而方便调整气门5的转速。
第二驱动机构有多种结构，只要能实现带动导管9在图1所示的竖直方向上进行往复运动即可，本发明对此不作限定。本实施例在此提出一具体结构，第二驱动机构包括变速电机6以及与该变速电机6连接的曲柄滑块机构7，其中，曲柄滑块机构7包括依次连接的曲柄、连杆以及滑块，滑块与导管夹座8固定连接，滑块的运动方向与导管9的轴线方向垂直，变速电机6的输出轴与曲柄连接以带动其转动，曲柄转动带动滑块往复运动（图1所示的竖直方向上）进而带动导管9往复运动。变速电机6通过机座13安装于地面上。滑块还设有限位机构以限制其在竖直方向上的位移。
载荷加载装置包括位于导管夹座8上方的浮动自平衡机构14以及位于浮动自平衡机构14上方的加载机构，其中，浮动自平衡机构14包括支撑支架、位于支撑支架下方的以对其支撑的两加载球头11，以及位于支撑支架下方且将其弹性支撑的两弹性件20，加载球头11在导管夹座8上方可相对于其可滚动，加载机构包括多个加载砝码17，通过调整加载砝码17的数量或质量调整载荷加载装置的载荷。本实施例中，弹性件20为弹簧。两弹性件20分别位于支撑支架的两端。加载球头11滚动时带动支撑支架左右移动。支撑支架的中部还设有限位机构限制其左右移动距离。浮动自平衡机构14平衡其上方质量以提高系统加载精度。
加载机构还包括加载杠杆16、位于加载杠杆16下方的支撑底座，以及安装于支撑底座上的用于测量载荷大小的第二力传感器15，支撑底座位于支撑支架的上方且与其抵接，加载杠杆16以支撑底座的支点且其一端固定另一端放置加载砝码17。当加载砝码17的数量加减时，通过弹簧和加载球头11共同配合来调整支撑支架的平衡。
本发动机气门-导管强化磨损模拟实验机的工作过程如下：将气门5和导管9安装完成后，电机1工作从而带动共输出轴旋转，通过变速箱2调整转速，变速箱2的输出轴带动气门5旋转，变速箱2的主轴3以ω速度旋转带动气门5按给定速度旋转，此时，变速电机6也驱动曲柄滑块机构7运动，并带动与其连接的导管夹座8和安装在夹座中的导管9作往复运动，从而实现了气门5与导管9之间的复合运动。此时，气门5与导管9之间的载荷则由加载砝码17通过加载杠杆16、第二力传感器15、浮动自平衡机构14传递到导管9而实施。通过增加或减小加载砝码17质量或数量，达到改变气门5与导管9间的接触力的目的，以实现其载荷强化或弱化。当气门5和导管9之前产生相对运动时，气门5和导管9之间的摩擦力由气门5通过浮动结构传递到第一力传感器10从而实现在线测量。在工作过程中，气门5与导管9之间的环境温度可通过加热系统调整，并实现其可调可控。
本实施例提出的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，具有以下优点：
1）通过气门5与导管9间的旋转和往复运动的复合，实现了模拟强化磨损试验；
2）通过对气门5与导管9间的温度和载荷控制，实现了其温度和载荷工况的可控，以评价气门-导管这对摩擦副的工况适应性及其匹配的合理性；
3）通过气门-导管摩擦副间的摩擦阻力动态测量，实现了其摩擦过程在线监测，以评价其材料匹配性；
4）由于各工况参数可控可调，实现了试验条件在单因素控制，可为气门5或导管9的材料组分设计及其零件制造工艺优化提供试验数据；
5）发动机气门-导管强化磨损模拟实验机的试验周期短、结构简单、容易实现、制造成本低，为气门-导管这对摩擦副的寿命评价提供了试验设备。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，包括第一驱动机构、第二驱动机构、气门、导管、导管夹座、加热装置、摩擦阻力测量装置以及载荷加载装置，其中，
所述第一驱动机构的输出轴上固定有可开合的夹头以带动所述气门旋转，所述气门的一端安装于所述夹头上，气门的另一端与摩擦阻力测量装置连接，所述导管套设于气门上且与导管夹座固定连接，所述第二驱动机构与所述导管夹座固定连接以带动在导管垂直于其轴向作往复运动，所述载荷加载装置与导管夹座连接以对气门和导管的载荷进行加减，所述加热装置罩设于导管夹座外以对气门和导管进行加热。
2.如权利要求1所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述摩擦阻力测量装置包括浮动机构、导轨以及第一力传感器，其中，所述浮动机构包括位于导轨上方且沿气门轴向可滑动的箱体，以及容纳于所述箱体中且相对于其可旋转的旋转轴，所述气门的一端容纳于所述旋转轴中并可带动其旋转，所述旋转轴与第一力传感器连接。
3.如权利要求1所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述第一驱动机构包括电机以及与该电机的输出轴连接的变速箱，所述夹头安装于变速箱的主轴上。
4.如权利要求1所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述第二驱动机构包括变速电机以及与该变速电机连接的曲柄滑块机构，其中，所述曲柄滑块机构包括依次连接的曲柄、连杆以及滑块，所述滑块与导管夹座固定连接，滑块的运动方向与导管的轴线方向垂直，所述变速电机的输出轴与曲柄连接以带动其转动，所述曲柄转动带动滑块往复运动进而带动导管往复运动。
5.如权利要求1所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述加热装置的加热功率可调整。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述载荷加载装置包括位于导管夹座上方的浮动自平衡机构以及位于浮动自平衡机构上方的加载机构，其中，所述浮动自平衡机构包括支撑支架、位于支撑支架下方的以对其支撑的两加载球头，以及位于所述支撑支架下方且将其弹性支撑的两弹性件，所述加载球头在导管夹座上方可相对于其可滚动，所述加载机构包括多个加载砝码，通过调整加载砝码的数量或质量调整载荷加载装置的载荷。
7.如权利要求6所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述加载机构还包括加载杠杆、位于所述加载杠杆下方的支撑底座，以及安装于所述支撑底座上的用于测量载荷大小的第二力传感器，所述支撑底座位于支撑支架的上方且与其抵接，所述加载杠杆以支撑底座的支点且其一端固定另一端放置所述加载砝码。
8.如权利要求6所述的发动机气门-导管强化磨损模拟实验机，其特征在于，所述弹性件为弹簧。
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