CN109596355B - 一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，具体涉及船用柴油机主轴轴颈轴瓦摩擦副摩擦磨损过程的模拟、检测装置，属于摩擦学技术领域。本发明包括模态激振信号发生部分、参数测量部分、主轴瓦摩擦测试平台部分。信号发生器发出的信号经过波形的初步处理之后，经由信号放大器，传达信号给模态激振器。模态激振器与销直接连接，该销安装在销试件套中，销试件套固定在L型悬臂上，悬臂一端粘贴切向振动传感器，另一端与扭矩传感器连接。运动控制部器，由电机和电机驱动器提供动力。本发明提出了一种模拟实际工况，实现动态激振，结构简单，同时能有效评估主轴、轴瓦摩擦学特性的试验装置，并可实现加速磨损试验。
Description
技术领域
本发明涉及实验装置，具体设计船用柴油机主轴颈轴瓦副摩擦磨损过程的模拟、检测装置、属于摩擦学技术领域。
背景技术
随着船舶业的发展，船用柴油机的使用寿命及工作性能决定了船舶的发展前景，而主轴承则是柴油机的动力传输的最重要的零件，因此研究主轴承的摩擦行为显得至关重要，主轴承的摩擦磨损主要是发生在与轴瓦接触的轴颈部位，影响该摩擦行为的因素有很多，不同的材料的摩擦性能是不同的，同时还有机器工作时所受外部环境的影响，由于柴油机内部采用的曲柄滑块机构在工作时会产生惯性力，这一缺点是曲柄滑块机构所特有的，无法消除。针对主轴瓦摩擦的外部冲击对摩擦性能的影响的装置尚未发现，给摩擦特性的评价带来很大不便。然而现在并没有能够提供模态激振的摩擦磨损试验机。
因此，开发出一种方便操作、能够模拟受到外部冲击时主轴承轴瓦摩擦副工作情况的装置，为更好评价不同材料的摩擦特性提供实验方法。
发明内容
本发明为解决现有装置不能提供持续的外部冲击、以及不能测试切向振动，进而在船用柴油机这一背景下提出了一种可以实现模态激振的主轴瓦材料摩擦测试装置及方法。本发明采用模拟特定工况下的摩擦：销试件模拟轴颈，销试件采用轴常用材料制备，旋转平台模拟轴瓦，采用轴瓦常用材料制备；通过切向振动传感器即高精度的加速度传感器，可以直接测出切向振动的力，同时通过扭矩传感器可以测得实验过程中的扭矩大小。同时该发明还可以模拟主轴承轴瓦摩擦的环境，具有润滑油进行润滑，也可改变润滑油的品种，在油室内添加电阻圈，可以实现油液温度可调控，从而模拟最贴近真实工况，实现轴颈轴瓦副摩擦学性能的准确评估。
一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，包括模态信号发生部分、参数测量部分、主轴瓦摩擦测试平台部分；
所述模态信号发生部分包括激振器固定支架1、模态激振器2、振动发生器3、销试件4、销试件套5、悬臂支架7；所述括激振器固定支架1固定安装有模态激振器2，所述模态激振器2下方固定安装有销试件4，所述销试件4安装在销试件套5内，所述销试件套5安装在悬臂支架7上，所述模态激振器2与销试件4均与与振动发生器3进行刚性连接，确保激振信号的传递；
所述参数测量部分包括切向振动传感器6、扭矩传递轴10、第一壳体11、扭矩传感器13、底座14、基座28；所述悬臂支架7的末端安装有振动传感器6并且所述振动传感器6粘贴在靠近销试件处；所述悬臂支架7的与末端相对的一端连接所述扭矩传递轴10的一端，扭矩传递轴10滑动安装在在所述第一壳体11内，所述扭矩传递轴10的另一端连接所述扭矩传感器13，所述扭矩传感器13固定在底座14；
所述主轴瓦摩擦测试平台部分包括密封盖15、旋转试件18、旋转平台21、回转支撑22、油槽23、电机控制器25、电机26、第二壳体30；所述密封盖15固定在油槽23上，利用O型密封圈16进行密封；所述旋转试件18安装在旋转平台21的一端；所述旋转平台21固定在轴套29中，所述轴套29一部分通过回转支撑22安装在所述油槽23内，所述回转支撑22对旋转平台21起到支撑与旋转的作用，所述回转支撑22与所述电机26连接并且由所述电机26驱动。
进一步的，所述模态信号发生部分还包括数据处理电路和计算机，所述振动传感器6获取的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机进行统筹计算。
进一步的，所述悬臂支架7通过紧固螺栓8进行连接并利用螺母9进行拧紧；所述扭矩传递轴10通过一组圆锥滚子轴承12固定在第一壳体11中。
进一步的，所述密封盖15与油槽23通过O型密封圈16进行密封连接；所述旋转试件18通过沉头螺钉19安装在旋转平台21上。
进一步的，所述主轴瓦摩擦测试平台部分还包括油嘴17、电阻圈20与温度传感器27，所述油嘴17的底端固定于所述油槽23的侧壁，所述油嘴17的出油口朝向所述旋转试件18；所述电阻圈20安装在油槽23的底部内壁，所述油嘴17用于调控实液温度；所述温度传感器27安在油槽23的内壁，并且温度传感器27没入在油液中用于监控油液温度。
进一步的，所述电机26与旋转平台21通过联轴器24相连；所述旋转平台21固定在轴套29中，轴套29通过O型密封圈16密封在装在油槽23内。
进一步的，还包括一种测量轴瓦摩擦的方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1.将待测材料加工成为标准的销试件4和旋转试件18；
S2.将旋转试件18的中心孔放置在旋转平台的凸台上通过沉头螺钉19进行锁紧，并且将销试件4安装在销试件套5内，销试件4的底面应与旋转试件18完全接触；
S3.接通电源，先通过模态激振器2给销试件4一个固定的初始载荷，此时，在给电机26一个初始的转速，接通油源电源，利用电阻圈20进行温度的控制，并在温度传感器27进行监测；
S4.通过扭矩传感器13、切向振动传感器6工作获得数据传入外接计算机，进行信号的量化；
S5.对于量化后的数值可以直接获得切向力，通过计算可以获得摩擦力。
本发明的有益效果是:
(1)本发明可以实现轴颈轴瓦材料在模态激振状况下的摩擦测量；本发明中所使用的试样的材料，试样的表面可以改变，能够实现不同类型的轴瓦材料之间摩擦特性的测定。
(2)利用扭矩传感器测出扭矩，此时的摩擦力很小但是可以放大力臂的方法进行对摩擦力的精确测量，可以体现该装置的测量灵敏。
(3)利用切向振动传感器测出切向加速度，可以直接获得切向力的大小。
(4)可以实现各种激励曲线下的摩擦特性的研究，提前获得了不同型号的柴油机、发动机的激励曲线，将之输入激振器中，可以模拟出不同的机器中的主轴与轴瓦的摩擦状况。
(5)实现了柴油机轴颈-轴瓦特定工况的模拟，通过改变激励曲线实现了载荷的控制；控制电机的转速从而实现轴颈转速的控制；在油室中添加电阻圈与温度传感器，实现了温度的实时监控与控制；通过改变润滑油的进出油速度实现润滑油流量的控制。
附图说明：
图1是本发明的一种结构示意图，
图2是模态激振发生过程流程图，
图3是测试过程流程图，
其中：1、激振器固定支架，2、模态激振器，3、振动发生器，4、销试件，5、销试件套，6、切向振动传感器，7、悬臂支架，8、紧固螺栓，9、螺母，10、扭矩传递轴，11、第一壳体，12、圆锥滚子轴承，13、扭矩传感器，14、底座，15、密封盖，16、O型密封圈，17、油嘴，18、旋转试件，19、沉头螺钉，20、电阻圈，21、旋转平台，22、回转支撑，23、油槽，24、联轴器，25、电机控制器，26、电机，27、温度传感器，28、基座，29、轴套，30、第二壳体。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，包括模态信号发生部分、参数测量部分、主轴瓦摩擦测试平台部分；
模态信号发生部分包括激振器固定支架1、模态激振器2、振动发生器3、销试件4、销试件套5、悬臂支架7。所述括激振器固定支架1固定安装有模态激振器2，所述模态激振器2下方固定安装有销试件4，所述销试件4安装在销试件套5内，所述销试件套5安装在悬臂支架7上，所述模态激振器2与销试件4均与振动发生器3进行刚性连接，确保激振信号的传递。激振信号的发生器原理为波信号发生器输出稳定波形，经过滤波器和功率放大器，产生所需的振动信号，信号输出端与振动发生器刚性连接确保激振信号的传递，销试件4与销试件套5之间采用间隙配合，销试件套5安装在悬臂支架7上，销试件套5与悬臂支架之间采用过盈配合。
所述参数测量部分包括切向振动传感器6、扭矩传递轴10、第一壳体11、扭矩传感器13、底座14、基座28。所述悬臂支架7的末端安装有振动传感器6并且所述振动传感器6粘贴在靠近销试件处；所述悬臂支架7的与末端相对的一端连接所述扭矩传递轴10的一端，扭矩传递轴10滑动安装在在所述第一壳体11内，所述扭矩传递轴10的另一端连接所述扭矩传感器13，所述扭矩传感器13固定在底座14。
所述主轴瓦摩擦测试平台部分包括密封盖15、旋转试件18、旋转平台21、回转支撑22、油槽23、电机控制器25、电机26、第二壳体30；所述密封盖15固定在油槽23上，利用O型密封圈16进行密封。所述旋转试件18安装在旋转平台21的一端。旋转试件18通过沉头螺钉19安装在旋转平台21上旋转试件18上应打好专门的孔用来与旋转平台的固定与夹紧，同时可以进行摩擦材料的更换，实现测试不同的对磨状况摩擦特性的研究。所述旋转平台21固定在轴套29中，所述轴套29一部分通过回转支撑22安装在所述油槽23内，所述回转支撑22对旋转平台21起到支撑与旋转的作用，所述回转支撑22与所述电机26连接并且由所述电机26驱动。
所述模态信号发生部分还包括数据处理电路和计算机，所述振动传感器6获取的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机进行统筹计算。
悬臂支架7通过紧固螺栓8进行连接并利用螺母9进行拧紧；所述扭矩传递轴10通过一组圆锥滚子轴承12固定在第一壳体11中。
密封盖15与油槽23通过O型密封圈16进行密封连接；所述旋转试件18通过沉头螺钉19安装在旋转平台21上。
主轴瓦摩擦测试平台部分还包括油嘴17、电阻圈20与温度传感器27，所述油嘴17的底端固定于所述油槽23的侧壁，所述油嘴17的出油口朝向所述旋转试件18。
电阻圈20安装在油槽23的底部内壁，所述油嘴17用于调控实液温度。电阻圈20放在油槽23内壁专门设计的槽内，尾部连出电线进行加热。
温度传感器27安在油槽23的内壁，并且温度传感器27没入在油液中用于监控油液温度，从而探索温度与摩擦质量之间的关系。
电机26与旋转平台21通过联轴器24相连；所述旋转平台21固定在轴套29中，轴套29通过O型密封圈16密封在装在油槽23内。
如图2-3所示，本发明的一种模态激振船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置进行轴颈-轴瓦摩擦特性测试方法，该方法包括如下步骤，
Step1.将待测材料加工成为标准的销试件(4)和旋转试件(18)。
Step2.将旋转试件18的中心孔放置在旋转平台的凸台上通过沉头螺钉19进行锁紧、销试件4安装在销试件套5内，销试件4的底面应与旋转试件18完全接触。
Step3.接通电源，先通过模态激振器2给销试件4一个固定的初始载荷，此时，在给电机26一个初始的转速，接通油源电源，利用电阻圈20进行温度的控制，并在温度传感器27进行监测。
Step4.扭矩传感器13、切向振动传感器6工作获得数据传入外接计算机，进行信号的量化。
Step5.对于量化后的数值可以直接获得切向力，摩擦力可以利用力矩公式T＝FL(其中F表示摩擦力、L表示销试件到扭矩传动轴的水平距离)计算获得。之所以需要计算摩擦力是因为，摩擦力的单位统一，容易比较。同时由于在油液的作用下所产生的摩擦力很小，需要利用力臂将力矩放大，从而比较容易通过测量计算得到摩擦力。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置,包括模态信号发生部分、参数测量部分、主轴瓦摩擦测试平台部分；
所述模态信号发生部分包括激振器固定支架(1)、模态激振器(2)、振动发生器(3)、销试件(4)、所述激振器固定支架(1)固定安装有模态激振器(2)，所述模态激振器(2)下方固定安装有销试件(4)，所述模态激振器(2)与销试件(4)均与振动发生器(3)进行刚性连接，确保激振信号的传递；所述主轴瓦摩擦测试平台部分包括旋转试件(18)、旋转平台(21)、回转支撑(22)、电机控制器(25)与电机(26)，所述旋转试件(18)安装在旋转平台(21)的一端，所述旋转平台(21)可旋转的安装在所述回转支撑(22)中，所述回转支撑(22)对旋转平台(21)起到支撑与旋转的作用，所述回转支撑(22)与所述电机(26)连接并且由所述电机(26)驱动；
其特征在于：
所述参数测量部分包括销试件套(5)、悬臂支架(7)、切向振动传感器(6)、扭矩传递轴(10)、第一壳体(11)、扭矩传感器(13)、底座(14)、基座(28)；所述销试件(4)安装在销试件套(5)内，所述销试件套(5)安装在悬臂支架(7)上，所述悬臂支架(7)的末端安装有振动传感器(6)并且所述振动传感器(6)粘贴在靠近销试件处；所述悬臂支架(7)的与末端相对的一端连接所述扭矩传递轴(10)的一端，扭矩传递轴(10)滑动安装在在所述第一壳体(11)内，所述扭矩传递轴(10)的另一端连接所述扭矩传感器(13)，所述扭矩传感器(13)固定在底座(14)；
所述主轴瓦摩擦测试平台部分还包括密封盖(15)、油槽(23)与第二壳体(30)；所述密封盖(15)固定在油槽(23)的顶端，并且利用O型密封圈(16)进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，其特征在于，所述模态信号发生部分还包括数据处理电路和计算机，所述振动传感器(6)获取的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机进行统筹计算。
3.根据权利要求1所述的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，其特征在于，所述悬臂支架(7)通过紧固螺栓(8)进行连接扭矩传递轴(10)的一端，并且利用螺母(9)进行拧紧；所述扭矩传递轴(10)通过一组圆锥滚子轴承(12)固定在第一壳体(11)中。
4.根据权利要求1所述的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，其特征在于，所述密封盖(15)与油槽(23)通过O型密封圈(16)进行密封连接；所述旋转试件(18)通过沉头螺钉(19)安装在旋转平台(21)上。
5.根据权利要求1所述的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，其特征在于，所述主轴瓦摩擦测试平台部分还包括油嘴(17)、电阻圈(20)与温度传感器(27)，所述油嘴(17)的末端固定于所述油槽(23)的侧壁，所述油嘴(17)的出油口朝向所述旋转试件(18)，并且所述油嘴(17)用于润滑油的进出油速度从而实现润滑油流量的控制；所述电阻圈(20)安装在油槽(23)的底部内壁，所述油嘴(17)用于调控实液温度；所述温度传感器(27)安在油槽(23)的内壁，并且温度传感器(27)没入在油液中用于监控油液温度。
6.根据权利要求1所述的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置，其特征在于，所述电机(26)与旋转平台(21)通过联轴器(24)相连；所述旋转平台(21)固定在轴套(29)中，所述旋转平台(21)通过轴套(29)连接回转支撑(22)，并且轴套(29)通过O型密封圈(16)密封在装在油槽(23)内。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的测试装置的测量轴瓦摩擦的方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1.将待测材料加工成为标准的销试件(4)和旋转试件(18)；
S2.将旋转试件(18)的中心孔放置在旋转平台的凸台上通过沉头螺钉(19)进行锁紧，并且将销试件(4)安装在销试件套(5)内，销试件(4)的底面应与旋转试件(18)完全接触；
S3.接通电源，先通过模态激振器(2)给销试件(4)一个固定的初始载荷，此时，在给电机(26)一个初始的转速，接通油源电源，利用电阻圈(20)进行温度的控制，并用温度传感器(27)进行监测；
S4.通过扭矩传感器(13)、切向振动传感器(6)工作获得数据传入外接计算机，进行信号的量化；
S5.对于量化后的数值直接获得切向力，通过计算可以获得摩擦力。
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