CN107202694B - 发动机连杆疲劳耐久测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，包括驱动电机、液压缸、飞轮、导杆、连杆耐久测试单元和连杆装夹机构，连杆耐久测试单元包括凸轮轴、第一凸轮、第二凸轮、第一驱动臂、第二驱动臂和中间轴，第一驱动臂的一端通过第一驱动臂轴承贴合在第一凸轮上，同时第一驱动臂上设有第一驱动臂转换轮和第一驱动臂承载轮，第二驱动臂通过第二驱动臂轴承贴合在第二凸轮上，第二驱动臂上设有第二驱动臂转换轮和第二驱动臂承载轮，所述连杆耐久测试单元的第二驱动臂转换轮的中心孔上有与液压缸连接的推杆，导杆上端通过螺母紧固在第二驱动臂承载轮的输出端，导杆上端设有弹簧上座，弹簧上座与缸套之间设有承载弹簧。本发明测试频率高、试验周期短，而且试验结果与实际使用差异小，可以充分地检验连杆的设计是否满足耐久寿命。

Description

发动机连杆疲劳耐久测试装置
技术领域
本发明涉及一种测试装置，具体地说，涉及一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，主要用于汽车发动机连杆的疲劳耐久检测。
背景技术
连杆是发动机中传递动力的重要零件，它把活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，承受很大的机械负荷。连杆小头与活塞销相连，随活塞一起做往复运动；连杆大头鱼曲柄销相连，随曲轴一起做旋转运动，连杆受到的基本载荷是拉伸和压缩，最大拉伸载荷出现在进气冲程的开始的上止点附近，主要是活塞和连杆大头以上部分所产生的往复惯性力；最大压缩力出现在做功冲程上止点附近，主要是活塞受到的爆发压力，此力相当大。此外，由于连杆左右摆动产生的切向惯性力使连杆受到附加弯矩，这些力都是周期性变化的，形成了交变载荷。
目前，连杆疲劳耐久测试是在专门的连杆液压伺服疲劳试验机上进行，试验机通常是以液压装置来模拟运转情况下发动机连杆受到的相关载荷，加载过程中对试样无冲击，也允许试样加载过程中有间隙，试验的目的主要是分析连杆疲劳载荷，但是试验的频率较低，一般不高于30赫兹，试验整体周期较长，这个疲劳试验通常作为部件生产过程的一个主要验证方法，主要在发动机开发的早期阶段应用于原型件的初步试验，后续还需要发动机整体耐久测试做进一步验证才能确定连杆是否满足整体耐久寿命要求。
此外，由于液压伺服耐久试验装置要求连杆小头和销之间采用过盈配合，因此连杆小头孔和活塞销之间不能加注润滑油，连杆在测试过程中受载情况与实际工况有较大的差异，影响了试验结果的判定。
因此，当前发动机连杆耐久测试装置存在测试频率低、试验周期长、且实际测试过程中受载情况与实际工况有较大的差异、试验结果与实际使用差异较大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，该装置不仅测试频率高、试验周期短，而且试验结果与实际使用差异小。
实现本发明目的的技术方案是：一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，包括驱动电机、液压缸、飞轮、导杆、连杆耐久测试单元和连杆装夹机构，连杆装夹机构包括活塞、活塞销、曲轴销和曲轴，活塞通过活塞环固定在缸套内，连杆通过活塞销与活塞相连，连杆的大头端固定在曲轴的曲轴销上，连杆耐久测试单元包括凸轮轴、第一凸轮、第二凸轮、第一驱动臂、第二驱动臂和中间轴，第一驱动臂的一端通过第一驱动臂轴承贴合在第一凸轮上，同时第一驱动臂上设有第一驱动臂转换轮和第一驱动臂承载轮，第一驱动臂承载轮安装在中间轴上，第二驱动臂通过第二驱动臂轴承贴合在第二凸轮上，第二驱动臂上设有第二驱动臂转换轮和第二驱动臂承载轮，第二驱动臂承载轮安装在中间轴上，所述连杆耐久测试单元的第二驱动臂转换轮的中心孔上有与液压缸连接的推杆，导杆上端通过螺母紧固在第二驱动臂承载轮的输出端，导杆上端设有弹簧上座，弹簧上座与缸套之间设有承载弹簧。
采用了上述技术方案，本发明具有一下的有益效果：
本发明通过设置一套凸轮传动高频装置，实现了连杆疲劳耐久测试装置的高速耐久运功，同时，该装置可以采用数个串联工作，一次可以检测3～4根连杆，大大的缩短了耐久测试时间；另外，整套测试装置模拟发动机的工作过程，测试过程中受到的载荷与连杆实际工作接近，可以充分的检验连杆的设计是否满足耐久寿命，避免了后续整机验证出现了问题再修改连杆设计，保证了项目的整体进度时间要求。
附图说明
图1为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置工作状态的俯视图；
图2为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置第一种工作状态示意图；
图3为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置第二种工作状态示意图；
图4为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置第三种工作状态示意图；
图5为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置模拟发动机爆震工作状态俯视图；
图6为本发明发动机连杆疲劳耐久测试装置模拟发动机爆震状态示意图。
图中，1-凸轮轴；2-第一凸轮；3-第二凸轮；4-驱动电机；5-第二驱动臂；51-第二驱动臂轴承；52-第二驱动臂转换轮；53-第二驱动臂承载轮；6-液压缸；61-推杆；7-飞轮；8-导杆；9-弹簧上座；10-缸套；11-中间轴；12-第一驱动臂；121-第一驱动臂轴承；122-第一驱动臂转换轮；123-第一驱动臂承载轮；13-承载弹簧；14-活塞；15-活塞销；16-连杆；17-曲轴销；18-曲轴；19-活塞环。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
连杆是发动机最重要的零件之一，为使发动机结构紧凑，最合适的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件运动时不与其他机件相碰的情况下，选取小的连杆长度，而大缸径的中低速柴油机，为减少侧压力，可适当加长连杆。连杆的结构并不复杂，且连杆大头、小头尺寸主要取决于曲轴及活塞组的设计。在连杆的设计中，主要考虑的是连杆中心距以及大、小头的结构形式。连杆的运动情况和受力状态都比较复杂。在内燃机运转过程中，连杆小头中心与活塞一起作往复运动，承受活塞组产生的往复惯性力；大头中心与曲轴的连杆轴颈一起作往复运动，承受活塞连杆组往复惯性力和不包括连杆大头盖在内的连杆组旋转质量惯性力；杆身作复合平面运动，承受气体压力和往复惯性力所产生的拉伸.压缩交变应力，以及压缩载荷和本身摆动惯性力矩所产生的附加弯曲应力。
为了顺应内燃机高速化趋势，在发展连杆新材料、新工艺和新结构方面都必须既有利于提高刚度和疲劳强度，有能减轻质量，缩小尺寸。
如图1、2所示，一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，包括驱动电机4、液压缸6、飞轮7、导杆8、连杆耐久测试单元和连杆装夹机构，连杆耐久测试单元包括凸轮轴1、第一凸轮2、第二凸轮3、第一驱动臂12、第二驱动臂5和中间轴11，第一驱动臂12一端通过第一驱动臂轴承121贴合在第一凸轮2上，同时第一驱动臂上12设有第一驱动臂转换轮122和第一驱动臂承载轮123，第一驱动臂承载轮123安装在中间轴11上；第二驱动臂5通过第二驱动臂轴承51贴合在第二凸轮3上，第二驱动臂5上设有第二驱动臂转换轮52和第二驱动臂承载轮53，第一驱动臂承载轮123与第二驱动臂承载轮53安装在中间轴11上，导杆8上端通过螺母紧固在第二驱动臂承载轮53的输出端，导杆8上端设有弹簧上座9，弹簧上座9与缸套10之间设有承载弹簧13，第二驱动臂的转换轮52的中心孔上有与液压缸6连接的推杆61，连杆装夹机构包括活塞14，活塞销15，曲轴销17，曲轴18，活塞14通过活塞环19固定在缸套10内，连杆16通过活塞销15与活塞14相连，连杆16的大头端固定在曲轴18的曲轴销17上。
另外，检测数量较多时，为了节省测试时间，将数个检测单元串联在同一个驱动电机和负载泵上，一次实现3～4根连杆同时在线检测。此外，在活塞销上的冷却喷油系统(图上未画出)可以真实的模拟连杆的实际工作状态，最大限度的验证连杆的耐久可靠性。
下面结合附图对该发动机连杆疲劳耐久测试装置的工作原理进行说明。
如图2所示，当凸轮轴1带动第二凸轮3从基圆位置运动到凸轮最大升程位置时，第二驱动臂5向上运动，通过第二驱动臂承载轮53的输出端带动导杆8向下运动，从而带动弹簧上座9向下压缩承载弹簧13，同时带动活塞14及连杆16小头端向下直线运动，此时连杆16大头端和曲轴销15一起旋转到底端位置，飞轮7在曲轴的作用下开始旋转；此时第一驱动臂轴承121贴合在第一凸轮2的基圆底端，处于空转当中，连杆主要受到压缩载荷。
如图3、4所示，当第二凸轮3运动到基圆位置时，在承载弹簧15复位弹力的作用下，导杆8向上运动，同时带动活塞14及连杆16小头端向上做直线运动，此时连杆16大头端和曲轴销15一起旋转到顶端位置，此时第一驱动臂轴承121运动到第一凸轮2的最大升程位置，仍旧处于空转当中，连杆主要受到拉伸载荷。如此，完成一个耐久测试循环，接着进入下一个测试循环。
当前，连杆设计过程中，通常会预留一定的安全系数，一般的耐久测试，只是按照其实际工况进行耐久测试，然而，连杆的实际工况下，连杆体除了有上下运动外，还有左右摆动，做复杂的平面运动。因此，需要做一部分加强型耐久测试，确保连杆的耐久寿命。
如图5所示，当液压缸6带动推杆61运动时，将第一驱动臂转换轮122和第二驱动臂转换轮52串联在一起，由于第一凸轮2的最大升程大于第二凸轮3，此时耐久测试装置在第一凸轮2的主导下进行耐久测试。
如图6所示，当处于第一凸轮2的最大升程位置时，此时承载弹簧15的压缩量更大，后续其复位弹力也更大；对于被检测连杆，其受到拉伸和压缩载荷均相应的增大，进一步验证连杆设计的可靠性，保证了项目进度的顺利进行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种发动机连杆疲劳耐久测试装置，包括驱动电机(4)、液压缸(6)、飞轮(7)、导杆(8)、连杆耐久测试单元和连杆装夹机构，连杆装夹机构包括活塞(14)、活塞销(15)、曲轴销(17)和曲轴(18)，活塞(14)通过活塞环(19)固定在缸套(10)内，连杆(16)通过活塞销(15)与活塞(14)相连，连杆(16)的大头端固定在曲轴(18)的曲轴销(17)上，其特征在于：连杆耐久测试单元包括凸轮轴(1)、第一凸轮(2)、第二凸轮(3)、第一驱动臂(12)、第二驱动臂(5)和中间轴(11)，第一驱动臂(12)的一端通过第一驱动臂轴承(121)贴合在第一凸轮(2)上，同时第一驱动臂(12)上设有第一驱动臂转换轮(122)和第一驱动臂承载轮(123)，第一驱动臂承载轮(123)安装在中间轴(11)上，第二驱动臂(5)通过第二驱动臂轴承(51)贴合在第二凸轮(3)上，第二驱动臂(5)上设有第二驱动臂转换轮(52)和第二驱动臂承载轮(53)，第二驱动臂承载轮(53)安装在中间轴(11)上，所述连杆耐久测试单元的第二驱动臂转换轮(52)的中心孔上有与液压缸(6)连接的推杆(61)，导杆(8)上端通过螺母紧固在第二驱动臂承载轮(53)的输出端，导杆(8)上端设有弹簧上座(9)，弹簧上座(9)与缸套(10)之间设有承载弹簧(13)。
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