CN109100099A - 气门弹簧疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明用于气门弹簧的疲劳试验，具体涉及一种气门弹簧疲劳试验机，包括壳体和壳体内的固定压板、往复压板、压板框、凸轮机构和变频电机；压板框通过顶轴与往复压板固定连接；对应往复压板设置导向机构；凸轮机构中，凸轮位于在压板框内，凸轮轴与变频电机的输出轴连接，通过凸轮机构带动以及导向机构的导向，往复压板可实现上下往复运动；壳体上设置加热介质进口、加热介质出口和加簧窗口；在疲劳实验时，弹簧装配在往复压板和固定压板之间，且弹簧的一端固定在相应的安装座上，壳体内填充加热介质。本试验机能够模拟气门弹簧的真实工况，从而能够提高试验数据的准确性，降低研发风险和研发成本，同时还能够缩短试验时间，提高试验效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种气门弹簧疲劳试验机，用于气门弹簧的疲劳试验。
背景技术
气门弹簧作为发动机配气机构的关键部件，其特性直接影响到发动机的整体性能。而大多数气门弹簧的损坏是由疲劳强度不足引起的，因此，对气门弹簧进行真实工作环境下的疲劳试验就显得极其重要。而目前国内的疲劳试验机，试验条件均为室温，并且试验频率很低，而气门弹簧实际工作的温度在100℃～150℃左右，压缩频率最高可达50Hz～60Hz。在这种试验条件下，既造成试验数据不准确，也拖长了试验时间，极大的增加了研发成本和研发风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种能够模拟气门弹簧的真实工况、提高试验效率及试验数据准确性、同时降低研发风险和研发成本的气门弹簧疲劳试验机。
本发明所述的气门弹簧疲劳试验机，包括壳体和位于壳体内的固定压板、往复压板、压板框、凸轮机构和变频电机；压板框通过顶轴与往复压板固定连接；对应往复压板设置导向机构；凸轮机构中，凸轮位于在压板框内，且压板框的上板、下板均与凸轮接触，凸轮轴与变频电机的输出轴连接，通过凸轮机构带动以及导向机构的导向，往复压板可实现上下往复运动；往复压板上具有数个安装座；壳体上设置加热介质进口、加热介质出口和加簧窗口；在疲劳实验时，弹簧装配在往复压板和固定压板之间，且弹簧的一端固定在相应的安装座上，壳体内填充加热介质，加热介质进口、加热介质出口和加簧窗口均处于密封关闭状态。
因气门弹簧实际工况都为压缩状态，因此在整个疲劳试验过程中，要通过固定压板对弹簧提供压力，保证弹簧始终处于压缩状态。但本试验机也可用于拉伸弹簧的疲劳试验，实际应用时，只需要在本试验机的固定压板与往复压板上固定带弹簧挂钩的固定座，将弹簧两端挂在固定座的弹簧挂钩上，就可实现拉伸弹簧试验，在疲劳试验过程中确保弹簧始终处于拉伸状态。
使用前，打开加簧窗口，将待试验气门弹簧放入试验机内并安装在往复压板的安装座上，使气门弹簧位于往复压板和固定压板之间，同时需要保证安装后的气门弹簧处于非拉伸状态，之后关闭加簧窗口，调节变频电机的频率，并将所需温度的加热介质通入壳体内(实际应用时，需确保整个试验过程中，气门弹簧完全浸入加热介质中)，以模拟气门弹簧的真实工况——包括气门弹簧实际工作的温度和压缩频率，一方面，提高了试验数据的准确性，降低了研发风险和研发成本，另一方面，缩短了试验时间，提高了试验效率。
传统试验机大多采用曲柄连杆机构带动弹簧进行压缩，但曲柄连杆机构结构较为复杂，并且连杆在高速运动过程中会产生较大震动，因此只适合低频运动状态下的试验，无法模拟气门弹簧在高频运动状态下的试验。而本发明中采用凸轮机构解决了上述问题，一方面，大大简化了结构，另一方面，因凸轮质量很小，因此高速运动中不会产生较大震动，而且凸轮与压板框的力方向为垂直方向、运动方向也为垂直方向，不存在偏向力，因此不会影响其他结构件的使用寿命，从而能够同时适合低频及高频运动状态下的试验，而且对于高频试验而言，此种结构优势尤为明显，维修维护成本可大大降低。综上，本发明通过凸轮机构及压板框的上下配合能够保证气门弹簧上下往复运动的及时性，使其能够达到较高的试验频率，并能提供足够的压缩力量，试验数据的准确性更容易保证。
优选的，壳体内设置加热管和温度检测装置，加热管和温度检测装置均连接控制系统，加热管和温度检测装置位于加热介质中。
优选的，加热介质为油。使用油作为加热介质的优势主要体现在以下三方面：
一、油相对空气热均匀性要好，可保证弹簧各个部分温度保持一致；
二、使用油作为加热介质，温度控制更为容易，温度更为稳定；
三、将运动结构部件完全浸入油中，可保证部件充分润滑，提高部件使用寿命。
优选的，导向机构为左右对称设置的两导向柱，导向柱位置固定，导向柱通过直线轴承与往复压板进行装配，对应导向柱在固定压板上设置导向通孔。
本发明中固定压板的设置方式有以下三种：
第一种方式：
固定压板只有上压板，上压板位于往复压板的上方且与往复压板正对。优选的，增设丝杆螺母机构，上压板可以通过丝杆螺母机构调节高度，上压板与所述丝杆螺母机构中的丝杆固定连接，对应丝杆在壳体上端开有丝杆穿出孔，壳体上固定安装轴承座，轴承座位于丝杆穿出孔上方，所述丝杆螺母机构中的螺母通过轴承装配在轴承座中，手轮安装在丝杆螺母上且二者同步转动，在实际应用时只需要转动手轮即可实现对上压板高度的调节，从而调整上压板与往复压板的间距，便于满足不同型号的气门弹簧的试验装配要求。
第二种方式：
固定压板只有下压板，下压板位于往复压板的下方且与往复压板正对，对应顶轴在下压板上开有轴孔，顶轴从下压板中穿过且与下压板之间间隙配合。优选的，在顶轴上端具有螺纹，且通过螺纹与往复压板固定连接。通过顶轴上设置的螺纹便于调整下压板与往复压板的间距，同样便于满足不同型号的气门弹簧的试验装配要求。
第三种方式：
固定压板共设置两个，分别为上压板和下压板，上压板、下压板分别位于往复压板的上方、下方且二者均与往复压板正对，对应顶轴在下压板上开有轴孔，顶轴从下压板中穿过且与下压板之间间隙配合；上压板和往复压板之间的弹簧与下压板和往复压板之间的弹簧对称设置；疲劳实验过程中，凸轮转至最高点时上压板和往复压板之间的距离与凸轮转至最低点时下压板和往复压板之间的距离相同。通过这种结构形式，实现了弹簧的对称安装，在疲劳试验中，往复压板上下运动过程中受到上、下气门弹簧的压力，因此在压缩一侧气门弹簧的一部分力会由另一侧气门弹簧提供，因此凸轮挤压压板框及顶轴的力会减小，相应的各部分摩擦会减小，在试验同样数量气门弹簧的条件下，所需变频电机功率会降低，各部分结构的寿命会延长。优选的，上压板通过丝杆螺母机构调节高度，上压板与所述丝杆螺母机构中的丝杆固定连接，对应丝杆在壳体上端开有丝杆穿出孔，壳体上固定安装轴承座，轴承座位于丝杆穿出孔上方，所述丝杆螺母机构中的螺母通过轴承装配在轴承座中，手轮安装在丝杆螺母上且二者同步转动；顶轴上端具有螺纹，且通过螺纹与往复压板固定连接。其中，丝杆螺母机构的作用与第一种方式中丝杆螺母机构的作用相同，顶轴上端螺纹的作用与第二种方式中顶轴上端螺纹的作用相同，此处不再细述。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
1、本发明能够模拟气门弹簧的真实工况，包括气门弹簧实际工作的温度和压缩频率，从而能够提高试验数据的准确性，降低研发风险和研发成本，同时还能够缩短试验时间，提高试验效率；
2、本发明通过凸轮机构及压板框的上下配合能够保证气门弹簧上下往复运动的及时性，使其能够达到较高的试验频率，并能提供足够的压缩力量，试验数据的准确性更容易保证；
3、使用油作为加热介质，温度易控制，而且热均匀性好，能够保证气门弹簧各个部分温度保持一致，同时通过油还能对各摩擦部件起到良好的润滑，减小了磨损，有效延长了部件的寿命；
4、上下两层气门弹簧的对置，能够抵消部分压缩力，既增加了装载弹簧量，提高了试验效率，又减小了功率消耗。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明旋转90°后的内部结构示意图；
图3是丝杆螺母机构与壳体的连接装配示意图。
图中：1、加热介质；2、加热管；3、压板框；4、凸轮；5、加热介质出口；6、温度检测装置；7、顶轴；8、下压板；9、直线轴承；10、往复压板；11、导向柱；12、安装座；13、弹簧；14、上压板；15、轴套；16、丝杆；17、手轮；18、加热介质进口；19、变频电机；20、联轴器；21、凸轮轴；22、凸轮轴轴承座；23、壳体；24、加簧窗口；25、轴承座；26、轴承；27、平键；28、螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1～3所示，本发明所述的气门弹簧疲劳试验机包括壳体23和位于壳体23内的固定压板、往复压板10、压板框3、凸轮机构和变频电机19；
壳体23内填充加热介质1，并设置有加热管2和温度检测装置6(如常用的热电偶)，加热管2和温度检测装置6位于加热介质1中且二者均连接控制系统，加热介质1为油，壳体23上还设有加热介质进口18、加热介质出口5和加簧窗口24，在疲劳实验时，加热介质进口18、加热介质出口5和加簧窗口24均处于密封关闭状态；
参照图1，压板框3是由上、下、左、右四块板围绕形成的方形框，凸轮机构中的凸轮4位于压板框3中，且压板框3的上板、下板均与凸轮4接触，压板框3的上板连接顶轴7并通过顶轴7与往复压板10固定连接；凸轮轴21沿前后方向从压板框3中穿出，并通过联轴器20(本实施例中采用梅花联轴器)与变频电机19的输出轴连接，凸轮轴21通过两凸轮轴轴承座22进行支撑；
往复压板10的上板面和下板面上对称设置数个固定弹簧13的安装座12；固定压板共设置两个，分别为上压板14和下压板8，上压板14、下压板8分别位于往复压板10的上方、下方且二者均与往复压板10正对，对应顶轴7在往复压板10上开有轴孔，顶轴7从往复压板10中穿过且与往复压板10之间间隙配合，上压板14和往复压板10之间以及下压板8和往复压板10之间均安装弹簧13，且上压板14和往复压板10之间的弹簧13与下压板8和往复压板10之间的弹簧13对称设置；疲劳实验过程中，凸轮4转至最高点时上压板14和往复压板10之间的距离与凸轮4转至最低点时下压板8和往复压板10之间的距离相同；对应往复压板10设置导向机构。通过凸轮机构带动以及导向机构的导向，往复压板10可实现上下往复运动；
本实施例中，上压板14通过丝杆螺母机构调节高度，上压板14与所述丝杆螺母机构中的丝杆16固定连接，对应丝杆16在壳体23上端开有丝杆穿出孔，壳体23上固定安装轴承座25，轴承座25位于丝杆穿出孔上方，所述丝杆螺母机构中的螺母28通过轴承26装配在轴承座25中，手轮17安装在螺母28上且二者通过平键27实现同步转动；顶轴7上端具有螺纹，且通过螺纹及螺栓与往复压板10固定连接。实际应用时，通过转动手轮17即可实现对上压板14高度的调节，从而便于调整上压板14与往复压板10的间距，通过顶轴7上设置的螺纹便于调整下压板8与往复压板10的间距，通过以上结构设计能够满足不同型号的气门弹簧的试验装配要求；
本实施例中的导向机构为左右对称设置的两导向柱11，对应导向柱11在上压板14和下压板8上均设置导向通孔，导向柱11自上而下依次穿过上压板14、往复压板10和下压板8，其上端与壳体23固定连接、下端与下压板8固定连接；导向柱11通过直线轴承9与往复压板10进行装配；上压板14的导向通孔中还装配有轴套15，导向柱11通过轴套15与上压板14进行装配；
在气门弹簧疲劳实验时，弹簧13始终处于压缩状态。
本试验机的工作过程如下：
使用前，打开加簧窗口24，调节往复压板10位置，将弹簧装配在下压板8与往复压板10之间，位置确定后，将往复压板10上下螺栓拧紧，再调节上压板14位置，将弹簧装入往复压板10与上压板14之间，再固定上压板14位置，确保安装后的上下两组弹簧13位置对称，之后关闭加簧窗口24，通过加热介质进口18通入油(实际应用时，需确保整个试验过程中，弹簧13完全浸入油中)，之后通过加热管2将壳体23内的油加热至实际工作的温度(温度由温度检测装置6进行检测)，保持油温稳定，并调节变频电机19的频率至实际工作的压缩频率，试验过程中，变频电机19带动凸轮4做旋转运动，并挤压压板框3的上板和下板，通过的顶轴7带动往复压板10往复运动，最终实现弹簧13压缩往复运动。
通过上述工作过程可知，本试验机能够模拟气门弹簧的真实工况，包括气门弹簧实际工作的温度和压缩频率，从而能够提高试验数据的准确性，降低研发风险和研发成本，同时还能够缩短试验时间，提高试验效率；而且通过凸轮机构及压板框3的上下配合能够保证弹簧13上下往复运动的及时性，使其能够达到较高的试验频率，并能提供足够的压缩力量，试验数据的准确性更容易保证；同时，试验过程中上下两层弹簧13的对置，能够抵消部分压缩力，既增加了装载弹簧量，提高了试验效率，又减小了功率消耗。
本试验机也可用于拉伸弹簧的疲劳试验，在实际应用时，只需要在本试验机的固定压板(即本实施例中的上压板14、下压板8)与往复压板10上固定带弹簧挂钩的固定座，将弹簧两端挂在固定座的弹簧挂钩上，就可实现拉伸弹簧试验。在疲劳试验过程中确保拉伸弹簧始终处于拉伸状态。
Claims (10)
1.一种气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：包括壳体(23)和位于壳体(23)内的固定压板、往复压板(10)、压板框(3)、凸轮机构和变频电机(19)；压板框(3)通过顶轴(7)与往复压板(10)固定连接；对应往复压板(10)设置导向机构；凸轮机构中，凸轮(4)位于在压板框(3)内，且压板框(3)的上板、下板均与凸轮(4)接触，凸轮轴(21)与变频电机(19)的输出轴连接，通过凸轮机构带动以及导向机构的导向，往复压板(10)可实现上下往复运动；往复压板(10)上具有数个安装座(12)；壳体(23)上设置加热介质进口(18)、加热介质出口(5)和加簧窗口(24)；在疲劳实验时，弹簧(13)装配在往复压板(10)和固定压板之间，且弹簧(13)的一端固定在相应的安装座(12)上，壳体(23)内填充加热介质(1)，加热介质进口(18)、加热介质出口(5)和加簧窗口(24)均处于密封关闭状态。
2.根据权利要求1所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：壳体(23)内设置加热管(2)和温度检测装置(6)，加热管(2)和温度检测装置(6)均连接控制系统，加热管(2)和温度检测装置(6)位于加热介质(1)中。
3.根据权利要求1所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的加热介质(1)为油。
4.根据权利要求1所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的导向机构为左右对称设置的两导向柱(11)，导向柱(11)位置固定，导向柱(11)通过直线轴承(9)与往复压板(10)进行装配，对应导向柱(11)在固定压板上设置导向通孔。
5.根据权利要求1～4中任一所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的固定压板为上压板(14)，其位于往复压板(10)的上方且与往复压板(10)正对。
6.根据权利要求5所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：上压板(14)通过丝杆螺母机构调节高度，上压板(14)与所述丝杆螺母机构中的丝杆(16)固定连接，对应丝杆(16)在壳体(23)上端开有丝杆穿出孔，壳体(23)上固定安装轴承座(25)，轴承座(25)位于丝杆穿出孔上方，所述丝杆螺母机构中的螺母(28)通过轴承(26)装配在轴承座(25)中，手轮(17)安装在螺母(28)上且二者同步转动。
7.根据权利要求1～4中任一所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的固定压板为下压板(8)，其位于往复压板(10)的下方且与往复压板(10)正对，对应顶轴(7)在下压板(8)上开有轴孔，顶轴(7)从下压板(8)中穿过且与下压板(8)之间间隙配合。
8.根据权利要求7所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的顶轴(7)上端具有螺纹，且通过螺纹与往复压板(10)固定连接。
9.根据权利要求1～3中任一所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：所述的固定压板共设置两个，分别为上压板(14)和下压板(8)，上压板(14)、下压板(8)分别位于往复压板(10)的上方、下方且二者均与往复压板(10)正对，对应顶轴(7)在下压板(8)上开有轴孔，顶轴(7)从下压板(8)中穿过且与下压板(8)之间间隙配合；上压板(14)和往复压板(10)之间的弹簧(13)与下压板(8)和往复压板(10)之间的弹簧(13)对称设置；疲劳实验过程中，凸轮(4)转至最高点时上压板(14)和往复压板(10)之间的距离与凸轮(4)转至最低点时下压板(8)和往复压板(10)之间的距离相同。
10.根据权利要求9所述的气门弹簧疲劳试验机，其特征在于：上压板(14)通过丝杆螺母机构调节高度，上压板(14)与所述丝杆螺母机构中的丝杆(16)固定连接，对应丝杆(16)在壳体(23)上端开有丝杆穿出孔，壳体(23)上固定安装轴承座(25)，轴承座(25)位于丝杆穿出孔上方，所述丝杆螺母机构中的螺母(28)通过轴承(26)装配在轴承座(25)中，手轮(17)安装在螺母(28)上且二者同步转动；顶轴(7)上端具有螺纹，且通过螺纹与往复压板(10)固定连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181228 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |