CN110470556B - 一种汽车水封的综合测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车水封的综合测试装置，包括工作台，工作台上固定有储液装置和环境箱，储液装置和环境箱连通，环境箱一侧连接有主轴装配，主轴装配通过传送机构连接有电机，还包括有控制器，控制器分别连接环境箱、储液装置、电机。能模拟不同温度、工作转速、摩擦状态等工作环境或条件，检测汽车水封在高温、高气压、干摩擦、湿摩擦和不同转速等真实工作环境或条件下的使用寿命和密封性能。
Description
技术领域
本发明属于测试装置技术领域，涉及一种汽车水封的综合测试装置。
背景技术
汽车水封是一种利用碳化硅作为密封材料液体的密封元件，具有高可靠、低噪声、长寿命、无污染、易维护、耐磨损等优势，是汽车发动机系统中非常重要的一个零件，其密封性能对发动机的质量有直接影响。因此，对汽车水封质量的把控显得十分重要，针对汽车水封密封性能检测研发高性能的检测设备非常必要。然而，目前市面上汽车水封检测设备的集成度低，检测环境单一，无法模拟汽车水封的真实工作环境，检测结果的准确度低。常用的检测方法往往只是以水封在单实验环境或条件下的密封性作为衡量水封质量是否合格的指标，这样容易造成误断，极易引起批量相关产品质量出现问题，对企业和用户都会造成经济损失，甚至对用户造成人身安全事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车水封的综合测试装置，解决了现有测试水封存在的无法模拟水封真实工作环境的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种汽车水封的综合测试装置，包括工作台，工作台上固定有储液装置和环境箱，储液装置和环境箱连通，环境箱一侧连接有主轴装配，主轴装配通过传送机构连接有电机，还包括有控制器，控制器分别连接环境箱、储液装置、电机。
本发明的特点还在于：
储液装置包括储液罐，储液罐内设置有气缸驱动装置，储液罐通过管道与环境箱连通，管道上设置有双向流体电磁阀，气缸驱动装置、双向流体电磁阀与控制器连接。
环境箱包括箱体，箱体内设置有加热器，箱体一侧连接有通过管路连接有循环泵，环境箱上还设置有液位计，液位计与循环泵位于箱体同一侧，环境箱顶部设置有第一温度传感器、压力传感器，加热器、循环泵、第一温度传感器、压力传感器分别与控制器连接。
箱体顶部连接有平衡罐，平衡罐通过管路连接有漏斗，管路上设置有手动阀。
主轴装配包括主轴，沿主轴轴向上依次套接有水封、安装法兰、第一轴承、压套、第二轴承及小带轮，水封一端外壁与安装法兰内壁过盈配合，安装法兰、水封及主轴形成腔体，腔体处安装法兰内壁为锥面，沿安装法兰径向开设有环状汇流槽，安装法兰下部开设有汇流孔，汇流槽与汇流孔连通；安装法兰固定在箱体侧壁上，主轴伸入箱体内，且水封一端位于箱体内；第一轴承外套接有轴承套，轴承套一端与安装法兰抵触，轴承套另一端与压套抵触。
安装法兰上部开设有L型通孔，通孔一端延伸至箱体外壁且设置有第二温度传感器，第二温度传感器引线从通孔另一端伸出，且通孔与引线之间设置有填充物。
主轴端头套接有第一锁紧螺母、第二锁紧螺母，第一锁紧螺母端面与水封端口顶紧接触，第二锁紧螺母与小带轮端面顶紧接触。
传送机构包括大带轮，大带轮与电机传动连接，大带轮通过皮带与小带轮连接。
还包括有转速传感器，转速传感器通过支架固定在工作台上，主轴末端套接与转速传感器相适配的转速遮板，转速传感器与控制器连接。
本发明的有益效果是：本发明的一种汽车水封的综合测试装置，能模拟不同温度、工作转速、摩擦状态等工作环境或条件，检测汽车水封在高温、高气压、干摩擦、湿摩擦和不同转速等真实工作环境或条件下的使用寿命和密封性能；主轴、安装法兰和压套可根据汽车水封规格更换实现安装和测量，进而扩大测量范围；通过控制器对空气加热器、循环泵、电机的控制，并通过温度传感器、压力传感器、转速传感器的实时反馈，实现测试的自动化控制。
附图说明
图1是本发明一种汽车水封的综合测试装置的结构示意图；
图2是本发明一种汽车水封的综合测试装置主轴装配的结构示意图。
图中，1.工作台，1-1.平台，1-2.支架，1-3.隔板，1-4.竖直板，1-5.置物板，2.储液装置，2-1.储液罐，2-2.气缸驱动装置，2-3.管道，2-4.双向流体电磁阀，3.环境箱，3-1.箱体，3-2.加热器，3-3.循环泵，3-4.液位计，3-5.第一温度传感器，3-6.压力传感器，3-7.平衡罐，3-8.漏斗，3-9.手动阀，4.主轴装配，5.电机，6.控制器，7.主轴，8.水封，9.第一轴承，10.压套，11.第二轴承，12.小带轮，13.轴承套，14.修配环，15.安装法兰，16.通孔，17.第二温度传感器，18.第一锁紧螺母，19.第二锁紧螺母，20.大带轮，21.皮带，22.转速传感器，23.支架，24.转速遮板，25.锁紧螺钉，26.显示器，27.汇流槽，28.汇流孔，29.腔体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种汽车水封的综合测试装置，如图1所示，包括工作台1，工作台1上固定有储液装置2和环境箱3，储液装置2和环境箱3连通，环境箱3一侧连接有主轴装配4，主轴装配4通过传送机构连接有电机5，还包括有控制器6，控制器6分别连接环境箱3、储液装置2、电机5。工作台1包括平台1-1，环境箱3和主轴装配4位于平台1-1上，平台1-1底面连接有支架1-2，通过支架1-2将平台1-1支撑，所述支架1-2上连接有隔板1-3，隔板1-3与平台1-1平行且位于其下方，控制器6放置于隔板1-3上，还包括有竖直板1-4，竖直板1-4将隔板1-3、平台1-1、支架1-2组成的空间分割为两部分，竖直板1-4与靠近控制器6的支架1-2之间连接有置物板1-5，置物板1-5与平台1-1、隔板1-3平行，电机5位于置物板1-5上，电机5位于控制器6上方。
工作台1由钢型材焊接而成，工作台面为10mm的钢板，钢板上设计了需要安装人工环境箱和各类传感器的孔，以及穿过各种线缆和不锈钢波纹管的孔；工作台下面设计了安装变频电机和控制器的隔间，各隔间相对独立，可防水、防电磁干扰。工作台要求机械强度高，结构稳定可靠。
电机5为变频电机，电机5和主轴7通过楔形带及其卸荷带轮实现运动和动力的传递，通过使用卸荷带轮使皮带的张紧力传至环境箱3，防止传至主轴7而使其弯曲。变频电机的转速可通过变频器调节，并可实现正反转。电机5由普通的三相异步电动机和变频器构成，能实现1000r/min-10000r/min的速度变化，以模拟汽车发动机中转速的变化工况。
储液装置2包括储液罐2-1，储液罐2-1内设置有气缸驱动装置2-2，气缸驱动装置2-2包括活塞、气缸，气缸驱动装置2-2通过气缸与控制器6连接。储液罐2-1通过管道2-3与环境箱3连通，管道2-3上设置有双向流体电磁阀2-4。气缸带动储液罐2-1内的活塞运动，为环境箱3提供需要的液体，气缸的气源由气泵提供。双向流体电磁阀2-4实现环境箱3与储液罐23进行液体交换。储液罐2-1主要用于储存液体，当需要干摩擦时，通过与气缸相连的活塞的向下运动将环境箱3中的液体抽至储液罐中，当需要湿摩擦时，通过活塞的向上运动将液体压入环境箱3。
优选的，双向流体电磁阀2-4的型号可为AMICO 758、ELECALL 2W-400-40和WOUP0OSY 2S400-40/DN40。
环境箱3包括箱体3-1，箱体3-1内设置有加热器3-2，箱体3-1一侧连接有通过管路连接有循环泵3-3，循环泵3-3进口端连接在箱体3-1上部，循环泵3-3出口端连接在箱体3-1下部，循环泵3-3使得人工环境箱内的液体循环，达到环境箱3内的液温均匀并运行起来，环境箱3还设置有液位计3-4，液位计3-4与循环泵3-3位于箱体3-1同一侧，液位计3-4用以反映环境箱3内的液位，在液位没有达到需要的高度时，储液罐2-1下方的气缸动作，使得储液罐2-1内的液体进入人工环境箱。环境箱3上还设置有温度传感器3-5、压力传感器3-6，加热器3-2、循环泵3-3、温度传感器3-5、压力传感器3-6分别与控制器6连接。加热器3-2在温度传感器3-5的测量反馈下进行加热或停止加热来改变环境箱3内部液体的温度。箱体3-1顶部连接有平衡罐3-7，平衡罐3-7通过管路连接有漏斗3-8，管路上设置有手动阀3-9。环境箱3上还设置有进气阀和减压阀，还包括有气泵，气泵通过管路与进气阀连接，气泵选用Tomas850W*3-70L。
主轴装配4包括主轴7，沿主轴7轴向上依次套接有水封8、安装法兰15、第一轴承9、压套10、第二轴承11及小带轮12，水封8一端外壁与安装法兰15内壁过盈配合，安装法兰8与水封8形成腔体29，腔体29处安装法兰8内壁为锥面，沿安装法兰8径向开设有环状汇流槽27，环状汇流槽27位于腔体29内，安装法兰8下部开设有汇流孔28，汇流槽27与汇流孔28连通，主轴7旋转时，若环境箱3内的水从水封8漏出进入腔体29，由于旋转过程中腔体29内的水沿安装法兰15内壁运动，容易进入汇流槽27，最后从汇流孔28流出，通过汇流孔28导出水封8在测试中泄露的液体，并通过精密量杯测出泄露量，进而达到检测水封使用寿命和密封性能的目的；安装法兰8固定在箱体3侧壁上，主轴7穿过箱体3侧壁伸入其内，且水封8一端箱体3内，安装法兰15上部开设有L型通孔16，通孔16一端延伸至箱体3外壁且设置有第二温度传感器17，第二温度传感器17与控制器6连接，能检测到水封最近处的水温并将温度反馈至控制器6，通过显示器26显示，第二温度传感器17引线从通孔16另一端伸出，且通孔16与引线之间设置有填充物，将通孔16另一端进行密封。第一轴承9外套接有轴承套13，轴承套13一端与安装法兰15抵触，轴承套13另一端与压套10抵触，轴承套13与压套10之间设置有修配环14；可通过磨修配环14厚度后，再安装压套10，达到预紧第一轴承9作用，调节主轴7的平稳性能。
主轴7与环境箱3之间密封连接，当需要湿摩擦实验时，可以将水封8浸没在环境箱3中的液体里；水封8的内圈与主轴7之间小过盈配合，而水封8的外圈与安装法兰15的内孔之间小过盈配合，安装法兰15通过螺钉固定在环境箱3侧壁，环境箱3侧壁的螺钉孔处设置有密封圈进行密封。当主轴7旋转时水封8内圈在其带动下同步旋转，而水封8外圈固定不动。水封8与主轴7、安装法兰15的配合公差和工作方式完全按照水封的实际工作情况设计。主轴7上的安装法兰15可拆卸，当被测水封8的规格不同时，可以通过更换相应的安装法兰15等零件实现安装和测量，进而扩大测量范围。
主轴7端头套接有第一锁紧螺母18，第一锁紧螺母18端面与水封8端口顶紧接触。通过第一锁紧螺母18调节水封8动圈轴向的压缩量。
主轴7上还套接有第二锁紧螺母19，第二锁紧螺母19与小带轮12端面顶紧接触。
传送机构包括大带轮20，大带轮20与电机5传动连接，大带轮20通过皮带21与小带轮12连接。
还包括有转速传感器22，转速传感器22通过支架23固定在工作台1上，主轴7末端套接与转速遮板24，转速传感器22与控制器6连接。
转速传感器22的型号为H92B4光电传感器，其工作原理为红外对射测速，当转速遮板24随主轴7旋转挡住光路，即光电传感器的接收端无法接收到发射端发出的红外线时，出现隔断信号，主轴7一转范围内出现两次隔断，根据一分钟内隔断信号的总个数之半就可以知道主轴7转速。
主轴7上还套接有锁紧螺钉25，锁紧螺钉25位于转速遮板24外侧。
控制器6能控制整体装置的运行，可预设环境箱3的温度、压力、主轴7转速等环境参数，通过控制空气加热器3-2、循环泵3-3、电机5对上述参数进行改变，通过气缸驱动装置2-2切换干湿摩擦环境。控制器6为PLC控制器，其型号为西门子S7-200。
工作台1上还设置有显示器26，显示器26与控制器6连接。显示器26能将温度传感器3-5、压力传感器3-6、转速传感器22的实时测量数量进行显示，并能对其设置和改变。
本发明一种汽车水封的综合测试装置的工作过程如下：
测试时，打开电机5，电机5输出轴带动大带轮20转动，进而通过小带轮12带动主轴7旋转，从而使水封8内圈转动。通过漏斗3-8向平衡罐2-1加入水，水再进入环境箱3，开始进行湿摩擦实验，使水封8浸没在环境箱3中的液体里；若需要干摩擦实验时，通过控制器6控制气缸驱动装置2-2将环境箱3内的水抽进储液罐2-1；若再次需要湿摩擦实验，可通过控制器6控制气缸驱动装置2-2将储液罐2-1内的水送入环境箱3，实现干湿环境的自由切换，以得到干湿条件下的水封使用寿命和密封性能。
对水封8进行高温测试时，打开加热器3-2，升高环境箱3内温度，实现高温环境的测试，以得到不同温度下的水封使用寿命和密封性能。过程中通过温度传感器3-5将温度反馈至控制器6，并通过显示器26显示，达到预设温度时，控制器6关闭加热器3-2。
不同转速下的测试，主轴7带动转速遮板24转动，转速传感器22通过转速遮板24测得其转速，将转速反馈至控制器6，以得到不同转速下的水封使用寿命和密封性能。
通过以上方式，本发明一种汽车水封的综合测试装置，能模拟不同温度、工作转速、摩擦状态等工作环境或条件，检测水封在高温、高气压、干摩擦、湿摩擦和不同转速等不同工作环境或条件下的使用寿命和密封性能。
Claims (6)
1.一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，包括工作台（1），所述工作台（1）上固定有储液装置（2）和环境箱（3），所述储液装置（2）和环境箱（3）连通，所述环境箱（3）一侧连接有主轴装配（4），所述主轴装配（4）通过传送机构连接有电机（5），还包括有控制器（6），所述控制器（6）分别连接环境箱（3）、储液装置（2）、电机（5）；
所述储液装置（2）包括储液罐（2-1），所述储液罐（2-1）内设置有气缸驱动装置（2-2），所述储液罐（2-1）通过管道（2-3）与环境箱（3）连通，所述管道（2-3）上设置有双向流体电磁阀（2-4），所述气缸驱动装置（2-2）、双向流体电磁阀（2-4）与控制器（6）连接；
所述主轴装配（4）包括主轴（7），沿所述主轴（7）轴向上依次套接有水封（8）、安装法兰（15）、第一轴承（9）、压套（10）、第二轴承（11）及小带轮（12），所述水封（8）一端外壁与安装法兰（15）内壁过盈配合，所述安装法兰（8）、水封（8）及主轴（7）形成腔体（29），所述腔体（29）处安装法兰（8）内壁为锥面，沿所述安装法兰（8）径向开设有环状汇流槽（27），所述安装法兰（8）下部开设有汇流孔（28），所述汇流槽（27）与汇流孔（28）连通；所述安装法兰（8）固定在箱体（3）侧壁上，所述主轴（7）伸入箱体（3）内，且所述水封（8）一端位于箱体（3）内；所述第一轴承（9）外套接有轴承套（13），所述轴承套（13）一端与安装法兰（8）抵触，所述轴承套（13）另一端与压套（10）抵触；所述安装法兰（15）上部开设有L型通孔（16），所述通孔（16）一端延伸至箱体（3）外壁且设置有第二温度传感器（17），所述第二温度传感器（17）引线从通孔（16）另一端伸出，且通孔（16）与引线之间设置有填充物。
2.根据权利要求1所述的一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，所述环境箱（3）包括箱体（3-1），所述箱体（3-1）内设置有加热器（3-2），所述箱体（3-1）一侧连接有通过管路连接有循环泵（3-3），所述环境箱（3）上还设置有液位计（3-4），所述液位计（3-4）与循环泵（3-3）位于箱体（3-1）同一侧，所述环境箱（3）顶部设置有第一温度传感器（3-5）、压力传感器（3-6），所述加热器（3-2）、循环泵（3-3）、第一温度传感器（3-5）、压力传感器（3-6）分别与控制器（6）连接。
3.根据权利要求2所述的一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，所述箱体（3-1）顶部连接有平衡罐（3-7），所述平衡罐（3-7）通过管路连接有漏斗（3-8），所述管路上设置有手动阀（3-9）。
4.根据权利要求1所述的一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，所述主轴（7）端头套接有第一锁紧螺母（18）、第二锁紧螺母（19），所述第一锁紧螺母（18）端面与水封（8）端口顶紧接触，所述第二锁紧螺母（19）与小带轮（12）端面顶紧接触。
5.根据权利要求1所述的一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，所述传送机构包括大带轮（20），所述大带轮（20）与电机（5）传动连接，所述大带轮（20）通过皮带（21）与小带轮（12）连接。
6.根据权利要求1所述的一种汽车水封的综合测试装置，其特征在于，还包括有转速传感器（22），所述转速传感器（22）通过支架（23）固定在工作台（1）上，所述主轴（7）末端套接与转速传感器（22）相适配的转速遮板（24），所述转速传感器（22）与控制器（6）连接。
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