CN105675423B

CN105675423B - 一种发动机缸套‑活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统

Info

Publication number: CN105675423B
Application number: CN201610002435.9A
Authority: CN
Inventors: 侯献军; 陈必成; 蔡清平; 彭辅明; 卡马尔·艾哈迈德·穆罕默德·阿里
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2036-01-04
Also published as: CN105675423A

Abstract

本发明涉及一种摩擦磨损测试系统，特指一种发动机缸套‑活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，摩擦磨损测试系统主要由动力系统、传动系统、加热及温控系统、加载系统、数据测试系统与辅助支承系统组成。本发明采用这样的结构设置，在实际使用过程中，可模拟发动机的往复运动，在较大的选择范围内对速度、负荷、温度、摩擦副表面情况等参数进行调整选择，进行在各种环境下的缸套‑活塞环摩擦磨损实验，通过模拟实验研究，可对试样在各种影响因素下的摩擦磨损性能的变化情况进行考察，从而实现对试样的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。

Description

一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统

技术领域

本发明涉及一种摩擦磨损测试系统，特指一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统。

背景技术

目前，进行缸套-活塞环摩擦磨损试验的主要目的有：进行使用条件下的模拟实验、进行缸套-活塞环摩擦副摩擦学的性能的基础性分析、评定缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损性能、评定润滑油的润滑性能等。现有的通用商业化缸套-活塞环摩擦磨损试验机一般设计冲程较小，往往只有3mm左右，而发动机在实际使用过程中缸套-活塞环摩擦副的往复摩擦行程较大。同时商业化的摩擦磨损试验机可考察的影响因素较少，因此不能很好的模拟在发动机实际使用过程中缸套-活塞环摩擦副的工作状况，不能对缸套-活塞环的摩擦副工作状况进行全面的分析，而进行发动机台架实验由于代价昂贵，实验周期较长，无法大规模、大批量进行。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，通过模拟发动机的往复运动，在较大的选择范围内对速度、负荷、温度、摩擦副表面状况等参数进行调整选择，进行对各种环境下的缸套-活塞环摩擦磨损实验，通过模拟实验研究，可对试样在各种影响因素下的摩擦磨损性能的变化情况进行考察，从而实现对试样的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，包括铸铁底板、电动机、变频控制器、立式外球面轴承座、曲柄连杆机构、往复直线运动滑块、导向块、导向小球、缸套试件、活塞环试件、活塞环试件夹具、复合力传感器、悬臂梁、悬臂梁支架、往复直线运动滑轨、立式外球面轴承座支架与电动机支架，电动机通过电动机支架固定于铸铁底板上，变频控制器与电动机对应连接，立式外球面轴承座通过立式外球面轴承座支架固定于铸铁底板上，曲柄连杆机构固定于立式外球面轴承座上，往复直线运动滑块通过导向块与导向小球安装于往复直线运动滑轨上，缸套试件固定于往复直线运动滑块上，活塞环试件固定于活塞环试件夹具上，复合力传感器固定于悬臂梁上，悬臂梁通过悬臂梁支架固定于往复直线运动滑轨上。

进一步而言，所述电动机上设有电机输出轴链轮，电机输出轴链轮通过电机输出轴固定螺钉与电机输出轴安装螺钉固定于电动机上，并进行周向与轴向定位，曲柄连杆机构上设有曲轴链轮，电机输出轴链轮通过链条连接于曲轴链轮。

进一步而言，所述曲柄连杆机构通过过盈配合安装于立式外球面轴承座上，并通过曲轴安装螺纹与曲轴固定螺钉进行周向与轴向定位，曲柄连杆机构上安装有测速齿轮，测速齿轮通过过盈配合安装于曲柄连杆的曲轴上，并通过测速齿轮安装螺纹与测速齿轮固定螺钉进行周向与轴向定位。

进一步而言，所述铸铁底板上还固定安装有转速传感器支架，转速传感器支架通过转速传感器安装螺纹安装有转速传感器。

进一步而言，所述立式外球面轴承座通过立式外球面轴承座安装螺纹与立式外球面轴承座固定螺钉固定安装于立式外球面轴承座支架上，立式外球面轴承座支架固定安装于铸铁底板上。

进一步而言，所述曲柄连杆机构的连杆小头通过连杆安装孔与连杆固定螺栓连接于往复直线运动滑块。

进一步而言，所述导向块通过导向块安装螺纹与导向块固定螺钉固定安装于往复直线运动滑轨上，往复直线运动滑块、导向块与往复直线运动滑轨之间成型有导向槽，导向块通过导向小球与导向槽对往复直线运动滑块匹配定位。

进一步而言，所述缸套试件通过缸套试件安装螺纹与缸套试件固定螺钉固定于往复直线运动滑块上，缸套试件与往复直线运动滑块之间设有环氧树脂板，往复直线运动滑块上设有凹槽，往复直线运动滑块的凹槽内设有电热丝与采用高压填充的氧化镁填充物，缸套试件两端开口处分别焊接有缸套试件挡板。

进一步而言，所述活塞环试件夹具上设有凹槽，活塞环试件通过活塞环试件安装孔与活塞环试件固定螺栓固定安装于活塞环试件夹具的凹槽内，活塞环试件夹具通过热电偶温度传感器安装孔安装有热电偶温度传感器，热电偶温度传感器对应连接有温控仪，活塞环试件夹具通过复合力传感器下端安装螺纹与复合力传感器下端螺纹杆连接于复合力传感器下端，复合力传感器上端通过复合力传感器上端安装螺纹与复合力传感器上端螺纹杆固定于悬臂梁上。

进一步而言，所述悬臂梁通过悬臂梁定位卡簧与悬臂梁定位槽定位安装于悬臂梁支架上，悬臂梁支架通过悬臂梁支架安装螺纹与悬臂梁支架固定螺钉固定于往复直线运动滑轨上，悬臂梁的光杆上通过加载装置安装螺纹与加载装置固定螺母固定连接有加载装置。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，在实际使用过程中，可模拟发动机的往复运动，在较大的选择范围内对速度、负荷、温度、摩擦副表面情况等参数进行调整选择，进行在各种环境下的缸套-活塞环摩擦磨损实验，通过模拟实验研究，可对试样在各种影响因素下的摩擦磨损性能的变化情况进行考察，从而实现对试样的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。

附图说明

图1是本发明整体结构组成示意图；

图2是本发明电机输出轴装配示意图；

图3是本发明曲柄连杆机构装配示意图；

图4是本发明立式外球面轴承座左视图；

图5是本发明连杆滑块装配示意图；

图6是本发明往复直线运动滑块装配示意图；

图7是本发明加热及温控设计示意图；

图8是本发明活塞环试件夹持示意图；

图9是本发明复合力传感器装配示意图；

图10是本发明悬臂梁装配示意图；

图11是本发明负荷加载示意图；

图12是本发明数据采集分析系统示意图。

1、铸铁底板；2、电动机；3、变频控制器；4、链条；5、立式外球面轴承座；6、曲柄连杆机构；7、往复直线运动滑块；8、导向块；9、导向小球；10、缸套试件；11、活塞环试件；12、活塞环试件夹具；13、复合力传感器；14、悬臂梁；15、悬臂梁支架；16、往复直线运动滑轨；17、立式外球面轴承座支架；18、电动机支架；19、电机输出轴链轮；20、电机输出轴固定螺钉；21、电机输出轴安装螺钉；22、转速传感器支架；23、转速传感器安装螺纹；24、转速传感器；25、测速齿轮；26、测速齿轮安装螺纹；27、测速齿轮固定螺钉；28、曲轴安装螺纹；29、曲轴固定螺钉；30、曲轴链轮；31、立式外球面轴承座安装螺纹；32、立式外球面轴承座固定螺钉；33、连杆安装孔；34、连杆固定螺栓；35、导向槽；36、导向块安装螺纹；37、导向块固定螺钉；38、环氧树脂板；39、缸套试件挡板；40、热电偶温度传感器安装孔；41、热电偶温度传感器；42、温控仪；43、缸套试件安装螺纹；44、缸套试件固定螺钉；45、电热丝；46、氧化镁填充物；47、活塞环试件安装孔；48、活塞环试件固定螺栓；49、复合力传感器上端安装螺纹；50、复合力传感器上端螺纹杆；51、复合力传感器下端安装螺纹；52、复合力传感器下端螺纹杆；53、加载装置；54、加载装置安装螺纹；55、加载装置固定螺母；56、悬臂梁定位卡簧；57、悬臂梁定位槽；58、悬臂梁支架安装螺纹；59、悬臂梁支架固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，包括铸铁底板1、电动机2、变频控制器3、立式外球面轴承座5、曲柄连杆机构6、往复直线运动滑块7、导向块8、导向小球9、缸套试件10、活塞环试件11、活塞环试件夹具12、复合力传感器13、悬臂梁14、悬臂梁支架15、往复直线运动滑轨16、立式外球面轴承座支架17与电动机支架18，电动机2通过电动机支架18固定于铸铁底板1上，变频控制器3与电动机2对应连接，立式外球面轴承座5通过立式外球面轴承座支架17固定于铸铁底板1上，曲柄连杆机构6固定于立式外球面轴承座5上，往复直线运动滑块7通过导向块8与导向小球9安装于往复直线运动滑轨16上，缸套试件10固定于往复直线运动滑块7上，活塞环试件11固定于活塞环试件夹具12上，复合力传感器13固定于悬臂梁14上，悬臂梁14通过悬臂梁支架15固定于往复直线运动滑轨16上。以上所述构成本发明基本结构。

如图2所示，所述电动机2上设有电机输出轴链轮19，电机输出轴链轮19通过电机输出轴固定螺钉20与电机输出轴安装螺钉21固定于电动机2上，并进行周向与轴向定位，曲柄连杆机构6上设有曲轴链轮30，电机输出轴链轮19通过链条4连接于曲轴链轮30。

如图3所示，所述曲柄连杆机构6通过过盈配合安装于立式外球面轴承座5上，并通过曲轴安装螺纹28与曲轴固定螺钉29进行周向与轴向定位，曲柄连杆机构6上安装有测速齿轮25，测速齿轮25通过过盈配合安装于曲柄连杆6的曲轴上，并通过测速齿轮安装螺纹26与测速齿轮固定螺钉27进行周向与轴向定位。

更具体而言，所述铸铁底板1上固定安装有转速传感器支架22，转速传感器支架22通过转速传感器安装螺纹23安装有转速传感器24。

如图4所示，所述立式外球面轴承座5通过立式外球面轴承座安装螺纹31与立式外球面轴承座固定螺钉32固定安装于立式外球面轴承座支架17上，立式外球面轴承座支架17固定安装于铸铁底板1上。

如图5所示，所述曲柄连杆机构6的连杆小头通过连杆安装孔33与连杆固定螺栓34连接于往复直线运动滑块7。

如图6所示，所述导向块8通过导向块安装螺纹36与导向块固定螺钉37固定安装于往复直线运动滑轨16上，往复直线运动滑块7、导向块8与往复直线运动滑轨16之间成型有导向槽35，导向块8通过导向小球9与导向槽35对往复直线运动滑块7匹配定位。

如图7至图9所示，所述缸套试件10通过缸套试件安装螺纹43与缸套试件固定螺钉44固定于往复直线运动滑块7上，缸套试件10与往复直线运动滑块7之间设有环氧树脂板38，往复直线运动滑块7上设有凹槽，往复直线运动滑块7的凹槽内设有电热丝45与采用高压填充的氧化镁填充物46，缸套试件10两端开口处分别焊接有缸套试件挡板39。

更具体而言，所述活塞环试件夹具12上设有凹槽，活塞环试件11通过活塞环试件安装孔47与活塞环试件固定螺栓48固定安装于活塞环试件夹具12的凹槽内，活塞环试件夹具12通过热电偶温度传感器安装孔40安装有热电偶温度传感器41，热电偶温度传感器41对应连接有温控仪42，活塞环试件夹具12通过复合力传感器下端安装螺纹51与复合力传感器下端螺纹杆52连接于复合力传感器13下端，复合力传感器13上端通过复合力传感器上端安装螺纹49与复合力传感器上端螺纹杆50固定于悬臂梁14上。

如图10与图11所示，所述悬臂梁14通过悬臂梁定位卡簧56与悬臂梁定位槽57定位安装于悬臂梁支架15上，悬臂梁支架15通过悬臂梁支架安装螺纹58与悬臂梁支架固定螺钉59固定于往复直线运动滑轨16上，悬臂梁14的光杆上通过加载装置安装螺纹54与加载装置固定螺母55固定连接有加载装置53。

如图12所示，本发明通过模拟实验研究，将速度、负荷、温度、摩擦副在各种影响因素下的摩擦磨损性能的变化情况进行考察，再将其信号通过数据采集系统与计算机进行分析处理，最终可以得到转速、摩擦副温度、负荷、摩擦力以及摩擦系数等关系曲线，从而实现对试样的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。

本发明测量时，活塞环试件11固定在活塞环夹具12上并与缸套试件10接触，缸套试件10固定在往复直线运动滑块7上做往复直线运动，与活塞环试件11形成摩擦副，通过变频控制器3实现对电动机2转速的连续调节，通过电热丝45实现对摩擦副温度的调节，通过悬臂梁14和加载装置53实现摩擦副在不同正压力条件下的测试要求。

本发明主要参数测量方案如下：

摩擦副温度的加热：缸套试件10作为被加热部件固定在往复直线运动滑块7上，为防止润滑油泄露，在缸套试件10两端用缸套试件挡板39焊接封口，在往复直线运动滑块7上设有一个凹槽，将电热丝45安装于凹槽中，可加热的最高温度为150摄氏度，凹槽内高压填充氧化镁填充物46，可保护电热丝45不被氧化可靠耐用，同时氧化镁填充物46具有良好的绝缘性和导热性，实现电热丝45与往复直线运动滑块7的绝缘要求以及对缸套试件10的加热。

摩擦副温度的测量：由于实验过程中活塞环试件夹具12位置是固定的，所以通过活塞环试件夹具12上的热电偶温度传感器41进行温度测量。

复合力的测量：复合力传感器13通过复合力传感器上端安装螺纹49与复合力传感器上端螺纹杆50固定于悬臂梁14上，在实验过程中可同时实现对负荷与摩擦力的测量，经过进一步数据处理可得到摩擦系数的大小。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，包括铸铁底板（1）、电动机（2）、变频控制器（3）、立式外球面轴承座（5）、曲柄连杆机构（6）、往复直线运动滑块（7）、导向块（8）、导向小球（9）、缸套试件（10）、活塞环试件（11）、活塞环试件夹具（12）、复合力传感器（13）、悬臂梁（14）、悬臂梁支架（15）、往复直线运动滑轨（16）、立式外球面轴承座支架（17）与电动机支架（18），其特征在于：所述电动机（2）通过电动机支架（18）固定于铸铁底板（1）上，所述变频控制器（3）与电动机（2）对应连接，所述立式外球面轴承座（5）通过立式外球面轴承座支架（17）固定于铸铁底板（1）上，所述曲柄连杆机构（6）固定于立式外球面轴承座（5）上，所述往复直线运动滑块（7）通过导向块（8）与导向小球（9）安装于往复直线运动滑轨（16）上，所述缸套试件（10）固定于往复直线运动滑块（7）上，所述活塞环试件（11）固定于活塞环试件夹具（12）上，所述复合力传感器（13）固定于悬臂梁（14）上，所述悬臂梁（14）通过悬臂梁支架（15）固定于往复直线运动滑轨（16）上；

所述铸铁底板（1）上固定安装有转速传感器支架（22），所述转速传感器支架（22）通过转速传感器安装螺纹（23）安装有转速传感器（24）；

所述缸套试件（10）通过缸套试件安装螺纹（43）与缸套试件固定螺钉（44）固定于往复直线运动滑块（7）上，所述缸套试件（10）与往复直线运动滑块（7）之间设有环氧树脂板（38），所述往复直线运动滑块（7）上设有凹槽，所述往复直线运动滑块（7）的凹槽内设有电热丝（45）与采用高压填充的氧化镁填充物（46），所述缸套试件（10）两端开口处分别焊接有缸套试件挡板（39）；

所述悬臂梁（14）通过悬臂梁定位卡簧（56）与悬臂梁定位槽（57）定位安装于悬臂梁支架（15）上，所述悬臂梁支架（15）通过悬臂梁支架安装螺纹（58）与悬臂梁支架固定螺钉（59）固定于往复直线运动滑轨（16）上，所述悬臂梁（14）的光杆上通过加载装置安装螺纹（54）与加载装置固定螺母（55）固定连接有加载装置（53）。

2.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述电动机（2）上设有电机输出轴链轮（19），所述电机输出轴链轮（19）通过电机输出轴固定螺钉（20）与电机输出轴安装螺钉（21）固定于电动机（2）上，并进行周向与轴向定位，所述曲柄连杆机构（6）上设有曲轴链轮（30），所述电机输出轴链轮（19）通过链条（4）连接于曲轴链轮（30）。

3.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述曲柄连杆机构（6）通过过盈配合安装于立式外球面轴承座（5）上，并通过曲轴安装螺纹（28）与曲轴固定螺钉（29）进行周向与轴向定位，所述曲柄连杆机构（6）上安装有测速齿轮（25），所述测速齿轮（25）通过过盈配合安装于曲柄连杆（6）的曲轴上，并通过测速齿轮安装螺纹（26）与测速齿轮固定螺钉（27）进行周向与轴向定位。

4.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述立式外球面轴承座（5）通过立式外球面轴承座安装螺纹（31）与立式外球面轴承座固定螺钉（32）固定安装于立式外球面轴承座支架（17）上，所述立式外球面轴承座支架（17）固定安装于铸铁底板（1）上。

5.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述曲柄连杆机构（6）的连杆小头通过连杆安装孔（33）与连杆固定螺栓（34）连接于往复直线运动滑块（7）。

6.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述导向块（8）通过导向块安装螺纹（36）与导向块固定螺钉（37）固定安装于往复直线运动滑轨（16）上，所述往复直线运动滑块（7）、导向块（8）与往复直线运动滑轨（16）之间成型有导向槽（35），所述导向块（8）通过导向小球（9）与导向槽（35）对往复直线运动滑块（7）匹配定位。

7.根据权利要求1所述一种发动机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损测试系统，其特征在于：所述活塞环试件夹具（12）上设有凹槽，所述活塞环试件（11）通过活塞环试件安装孔（47）与活塞环试件固定螺栓（48）固定安装于活塞环试件夹具（12）的凹槽内，所述活塞环试件夹具（12）通过热电偶温度传感器安装孔（40）安装有热电偶温度传感器（41），所述热电偶温度传感器（41）对应连接有温控仪（42），所述活塞环试件夹具（12）通过复合力传感器下端安装螺纹（51）与复合力传感器下端螺纹杆（52）连接于复合力传感器（13）下端，所述复合力传感器（13）上端通过复合力传感器上端安装螺纹（49）与复合力传感器上端螺纹杆（50）固定于悬臂梁（14）上。