CN115824615B - 发动机活塞销摩擦性能测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种发动机活塞销摩擦性能测试系统及其测试方法；包括支撑架、被测单元、驱动单元、载荷加载单元和测试单元，被测单元包括活塞和活塞销，由于测试单元设置有应力测量模块和扭矩测量模块，应力测量模块装设于活塞销孔，可对活塞销孔边缘的应力进行测量，扭矩测量模块可通过与活塞销连接，测量活塞销的扭矩，由于活塞销与扭矩测量模块处于连接状态，使得连杆摆动时活塞销应处于静止状态，在测得活塞销孔边缘的应力和活塞销的扭矩的情况下，即可获取活塞销静止时第一连杆和活塞销之间的第一摩擦力矩，进而有效反应第一连杆和活塞销之间的摩擦关系，进而提升反应活塞销在实际工作中的摩擦情况的准确度。

Description

发动机活塞销摩擦性能测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种发动机活塞销摩擦性能测试系统及其测试方法。

背景技术

衬套活塞销是往复式发动机传动系统的关键零部件，其工作状态对往复式发动机性能有重要影响。由于衬套活塞销在实际往复式发动机中处高温、重油和空间狭小的恶劣状态，难以直接对其摩擦学或动力学状态进行测量分析，因此，摩擦磨损试验机是开展模拟性台架试验的基础试验条件，也是进行其摩擦磨损机理研究和验证分析的重要试验装置。

现有活塞销摩擦磨损试验台主要通过外部电机驱动电机给与被测试件确定的往复运动模拟活塞销在运行中的往复运动，同时通过液压系统对活塞销施加载荷模拟活塞销在实际发动机中的上下往复运动，以模拟活塞销的泵吸润滑效应。在此试验台基础上进行诸如摩擦力矩、衬套温度和轴心轨迹等多种参数的测量。如公开号为CN102175544A的专利文件公开的摆动摩擦副摩擦磨损模拟试验台，该试验台在试验过程中可对如主轴转速、加载压力以及活塞销的扭矩等参数进行测试，用于后续摆动摩擦副零件的摩擦特性分析，该试验台对活塞销有关的摩擦等基础参数测量提供了良好的试验台及测量系统基础。

但由于活塞销的摩擦主要源自于第一连杆的衬套作用于活塞销的摩擦，通过现有活塞销的参数测试情况难以获取连杆与活塞销之间的摩擦的相关参数，以致通过现有试验台难以准确反映活塞销在实际工作中的摩擦情况。

发明内容

本发明的目在于克服上述技术不足，提出一种发动机活塞销摩擦性能测试系统及其测试方法，解决现有技术中活塞销性能测试平台难以获取连杆与活塞销之间的摩擦关系，进而导致试验过程难以准确反映活塞销的实际工作中的摩擦情况的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种发动机活塞销摩擦性能测试系统，包括：

支撑架；

被测单元，所述被测单元包括活塞和活塞销，所述活塞滑动连接于所述支撑架，所述活塞的内部设置有活塞销孔，所述活塞销转动连接于所述塞销孔；

驱动单元，所述驱动单元包括第一连杆和驱动模块，所述第一连杆套设于所述活塞销，所述驱动模块用于驱动所述第一连杆绕所述活塞摆动，并通过第一连杆带动所述活塞沿所述支撑架滑动；

载荷加载单元，所述载荷加载单元装设于所述支撑架并位于所述活塞的滑动路径上，用于提供所述活塞朝所述载荷加载单元方向滑动的载荷；

测试单元，所述测试单元包括应力测量模块和扭矩测量模块，所述应力测量模块装设于活塞销孔，用于测量所述活塞销孔边缘的应力，所述扭矩测量模块用于与所述活塞销连接，测量所述活塞销的扭矩，以根据所述活塞销孔边缘的应力和所述活塞销的扭矩获取所述活塞销静止时所述第一连杆和所述活塞销之间的第一摩擦力矩。

可选地，所述扭矩测量模块包括测量工装和扭矩测量仪，所述测量工装固定于所述活塞的一侧，所述扭矩测量仪装设于所述测量工装，所述扭矩测量仪用于连接所述活塞销，测量所述活塞销的扭矩。

可选地，所述扭矩测量仪与所述测量工装滑动连接，所述扭矩测量仪设置有安装孔，所述安装孔位于所述活塞销的延伸方向上，所述扭矩测量仪可通过沿所述测量工装滑动，使所述活塞销插设于所述安装孔或与所述安装孔分离。

可选地，所述测试单元还包括第一光电编码器，所述第一光电编码器装设于所述活塞，用于测量所述活塞销转动时的角加速度，以根据所述活塞销的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对所述活塞销的摩擦力，获取所述活塞销转动时所述第一连杆和所述活塞销之间的的第二摩擦力矩。

可选地，所述测试单元还包括第二光电编码器和两个位移传感器，所述第二光电编码器装设于曲轴的端部，用于测量曲柄转角，两个所述位移传感器装设于所述第一连杆并位于所述活塞销的圆周方向上，用于获取所述活塞销的轴心位置，以通过所述轴心位置和所述曲柄转角获取所述活塞销的轴心轨迹。

可选地，所述载荷加载单元包括调节架、冲击板和若干加载弹簧，所述调节架装设于所述支撑架并位于所述活塞的上方，所述冲击板位于所述调节架靠近所述被测单元的一侧并与所述支撑架滑动连接，各所述加载弹簧间隔设置于所述冲击板和所述调节架之间，所述加载弹簧的一端与所述冲击板相抵，所述加载弹簧的另一端与所述调节架相抵。

可选地，所述驱动单元还包括第二连杆、连接架和缓冲模块，所述连接架滑动连接于所述支撑架并延伸至所述活塞靠近所述载荷加载单元的一侧，所述第二连杆的下端与所述驱动模块铰接，所述第二连杆的上端与所述连接架铰接，所述第二连杆的相位与所述第一连杆的相位相同，所述缓冲模块与所述活塞和所述连接架连接，用于为所述连接架传递至所述活塞的力提供缓冲。

与现有技术相比，本发明提供的发动机活塞销摩擦性能测试系统的有益效果包括：通过设置支撑架、被测单元、驱动单元、载荷加载单元和测试单元，被测单元包括活塞和活塞销，活塞滑动连接于所述支撑架，活塞销转动连接于活塞的活塞销孔，驱动模块包括第一连杆和驱动模块，第一连杆套设于所述活塞销，驱动模块可驱动第一连杆绕所述活塞摆动，并通过第一连杆带动活塞沿所述支撑架滑动，以模拟真实气缸的活塞的往复运动，载荷加载单元装设于支撑架并位于活塞的滑动路径上，载荷加载单元可提供活塞朝载荷加载单元方向滑动的载荷，以模拟气缸压缩行程时活塞的阻力，由于测试单元设置有应力测量模块和扭矩测量模块，应力测量模块装设于活塞销孔，可对活塞销孔边缘的应力进行测量，扭矩测量模块可通过与活塞销连接，测量活塞销的扭矩，由于活塞销与扭矩测量模块处于连接状态，使得连杆摆动时活塞销应处于静止状态，在测得活塞销孔边缘的应力和活塞销的扭矩的情况下，即可获取活塞销静止时第一连杆和活塞销之间的第一摩擦力矩，进而有效反应第一连杆和活塞销之间的摩擦关系，进而提升反应活塞销在实际工作中的摩擦情况的准确度。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种活塞销摩擦性能测试方法，由所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统执行，包括以下步骤：

S100：连接所述扭矩扭矩测量模块测量和所述活塞销；

S200：所述驱动模块启动并带动所述第一连杆绕活塞销摆动，并通过第一连杆带动所述活塞朝靠近或远离所述载荷加载单元的方向滑动；

S300：所述应力测量模块测量所述活塞销孔边缘的应力，所述扭矩测量模块测量所述活塞销的扭矩；

S400：根据所述活塞销孔边缘的应力获取所述活塞销孔作用于所述活塞销的摩擦力矩；

S500：根据所述活塞销孔作用于所述活塞销的摩擦力矩和所述活塞销的扭矩获取所述第一连杆作用于所述活塞销的第一摩擦力矩。

可选地，所述所述的测试方法还包括以下步骤：分离所述扭矩扭矩测量模块测量和所述活塞销，所述驱动模块启动并带动所述第一连杆绕活塞销摆动，并通过第一连杆带动所述活塞朝靠近或远离所述载荷加载单元的方向滑动，第一光电编码器测量所述活塞销的角加速度，根据所述活塞销的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对所述活塞销的摩擦力，获取所述第一连杆作用于所述活塞销的第二摩擦力矩。

可选地，所述所述的测试方法还包括以下步骤：在步骤S100前，根据曲柄转角、活塞位移、曲柄半径、加载弹簧的弹性系数以及缓冲模块的载荷获取加载于活塞的载荷，通过活塞载荷和曲柄转角获取关于活塞载荷和曲柄转角的曲线。

与现有技术相比，本发明提供的活塞销摩擦性能测试方法有益效果包括：通过应力测量模块对活塞销孔边缘的应力进行测量，扭矩测量模块对测量活塞销的扭矩的测量，在测得活塞销孔边缘的应力和活塞销的扭矩的情况下，即可获取活塞销静止时第一连杆和活塞销之间的第一摩擦力矩，进而有效反应第一连杆和活塞销之间的摩擦关系，进而提升反应活塞销在实际工作中的摩擦情况的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的发动机活塞销摩擦性能测试系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的发动机活塞销摩擦性能测试系统的侧视结构示意图。

图3为本发明实施例提供的被测单元和测试单元的的侧视图。

图4为本发明实施例提供的活塞销摩擦性能测试方法的流程图。

图5为本发明实施例提供的活塞载荷与曲柄转角的关系曲线和待测柴油机的气体作用于活塞的作用力与曲柄转角的关系曲线的对比图。

图6为本发明实施例提供的衬套和活塞销磨损量测量的原理图。

其中，图中各附图标记：

10—支撑架11—第一滑轨12—第二滑轨

13—定位套20—被测单元21—活塞

22—活塞销30—驱动单元31—第一连杆

32—驱动模块33—第二连杆34—连接架

35—缓冲模块40—载荷加载单元41—调节架

42—冲击板43—加载弹簧50—测试单元

51—扭矩测量模块52—第一光电编码器53—第二光电编码器

54—位移传感器55—压力传感器321—曲轴

421—定位柱511—测量工装512—扭矩测量仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种发动机活塞销摩擦性能测试系统，如图1~3所示，包括支撑架10、被测单元20、驱动单元30和载荷加载单元40，被测单元20包括活塞21和活塞销22，活塞21滑动连接于支撑架10，活塞21的内部设置有活塞销孔（图中未标识），活塞销22转动连接于塞销孔；驱动单元30包括第一连杆31和驱动模块32，第一连杆31套设于活塞销22，驱动模块32用于驱动第一连杆31绕活塞21摆动，并通过第一连杆31带动活塞21沿支撑架10滑动；载荷加载单元40装设于支撑架10并位于活塞21的滑动路径上，用于提供活塞21朝载荷加载单元40方向滑动的载荷。

具体地，发动机活塞销摩擦性能测试系统通过设置支撑架10、被测单元20、驱动单元30和载荷加载单元40，被测单元20包括活塞21和活塞销22，活塞21滑动连接于支撑架10，活塞销22转动连接于活塞21的活塞销孔，驱动模块32包括第一连杆31和驱动模块32，第一连杆31套设于活塞销22，驱动模块32可驱动第一连杆31绕活塞21摆动，并通过第一连杆31带动活塞21沿支撑架10滑动，以模拟真实气缸的活塞21的往复运动，载荷加载单元40装设于支撑架10并位于活塞21的滑动路径上，载荷加载单元40可提供活塞21朝载荷加载单元方向滑动的载荷，以模拟气缸压缩行程时活塞21的阻力。

本实施例中，如图1~2所示，支撑架10上设置有第一滑轨11，第一滑轨11朝支撑架10的竖直方向延伸，活塞21滑动连接于第一滑轨11。

本实施例中，第一连杆31的小头内部设置有衬套，第一连杆31通过连杆小头的衬套套设于活塞销22。

本实施例中，如图1~2所示，驱动模块32包括电机和曲轴321，第一连杆31的连杆大头套设于曲轴321，电机与曲轴321驱动连接，以带动曲轴321转动，进而带动第一连杆31摆动，并带动活塞21上下滑动。

可以理解的，载荷加载单元40可以为液压式载荷、电磁式载荷、机械式载荷。

本实施例中，活塞销22部分的安装与实际发动机相同，由于该部分润滑油量较少，两侧销孔、销的载荷及润滑状态相同，销、活塞21材料相同均为合金结构钢。根据计算及试验研究结果，活塞销孔中活塞销22弹性变形小，载荷分布及润滑状态分布情况简单，载荷主要集中在活塞销孔靠近衬套侧的边缘，使得边缘处的应力测算精度相对较高。

本实施例中，如图1~2所示，载荷加载单元40包括调节架41、冲击板42和若干加载弹簧43，调节架41装设于支撑架10并位于活塞21的上方，冲击板42位于调节架41靠近被测单元20的一侧并与支撑架10滑动连接，各加载弹簧43间隔设置于冲击板42和调节架41之间，加载弹簧43的一端与冲击板42相抵，加载弹簧43的另一端与调节架41相抵。具体地，活塞21向上运动时，通过冲击板42压缩加载弹簧43，使得载荷加载单元40产生作用于活塞21的载荷，进而模拟发动机在实际工作中活塞21朝上止点方向运动时的载荷。

本实施例中，进一步地，如图1~2所示，支撑架10上还设置有第二滑轨12，第二滑轨12朝支撑架10的竖直方向延伸，连接架34滑动连接于第二滑轨12。

本实施例中，进一步的，如图1~2所示，支撑架10上设置有沿竖直方向延伸的定位套13，冲击板42上固定有定位柱521，定位柱521插设于定位套13内并与定位套13滑动连接。

本实施例中，进一步的，如图1~2所示，驱动单元30还包括第二连杆33、连接架34和缓冲模块35，连接架34滑动连接于支撑架10并延伸至活塞21靠近载荷加载单元40的一侧，第二连杆33的下端与驱动模块32铰接，第二连杆33的上端与连接架34铰接，第二连杆33的相位与第一连杆31的相位相同，缓冲模块35与活塞21和连接架34连接，用于为连接架34传递至活塞21的力提供缓冲。

具体地，曲轴321转动时，将带动第二连杆33绕连接架34摆动，并通过第二连杆33带动连接架34沿支撑架10进行升降，由于第二连杆33与第一连杆31的相位相同，连接架34将与活塞21进行同步升降，由于连接架34通过缓冲模块35与活塞21连接，活塞21和连接架34升降时，连接架34将通过缓冲模块35产生作用于活塞21的恒定载荷，以模拟发动机实际工作中，活塞往复运动中受活塞内部气体压力较小时的载荷。

在连接架34上升至一定位置时，连接架34将与冲击板42相抵并压缩加载弹簧43，加载弹簧43产生作用于连接架34的负载，并通过缓冲模块35将负载传递至活塞21，通过缓冲模块35的设置，可对载荷加载单元40作用于活塞21的负载提供缓冲，进而减轻对活塞21的冲击，以及活塞21的振动，以方便活塞销22各类参数的测量。

本实施例中，进一步地，如图1~2所示，缓冲模块35包括若干缓冲弹簧。

本实施例中，如图3所示，发动机活塞销摩擦性能测试系统还包括测试单元50，测试单元50包括应力测量模块（图中未标识）和扭矩测量模块51，应力测量模块装设于活塞销孔，用于测量活塞销孔边缘的应力，扭矩测量模块51用于与活塞销22连接，测量活塞销22的扭矩，以根据活塞销孔边缘的应力和活塞销22的扭矩获取活塞销22静止时第一连杆31和活塞销22之间的第一摩擦力矩。

具体地，由于测试单元50设置有应力测量模块和扭矩测量模块51，应力测量模块装设于活塞销孔，可对活塞销孔边缘的应力进行测量，扭矩测量模块51可通过与活塞销22连接，测量活塞销22的扭矩，由于活塞销22与扭矩测量模块51处于连接状态，使得连杆摆动时活塞销22应处于静止状态；在测得活塞销孔与活塞销22摩擦系数以及应力测量模块所测得的活塞销孔边缘的应力的情况下，根据公式f=μF（其中，f为塞销孔对活塞销22的摩擦力矩，F为活塞销孔对活塞销22的接触应力，μ为活塞销孔与活塞销22摩擦系数），即可获取活塞销孔对活塞销22摩擦力矩Tf，由于衬套对活塞销22的摩擦力矩=塞销孔对活塞销22摩擦力矩Tf+活塞销22的扭矩Tq，根据扭矩测量模块51测得的活塞销22的扭矩Tq和算的活塞销22摩擦力矩Tf，即可获取衬套对活塞销22的摩擦力矩，进而有效反应第一连杆31的衬套和活塞销22之间的摩擦关系，进而提升反应活塞销22在实际工作中的摩擦情况的准确度。

同时，在已知活塞销22作用于衬套的应力的情况下，根据公式f=μF（其中，f为衬套对活塞销22的摩擦力矩，F为衬套对活塞销22的接触应力，μ为衬套与活塞销22摩擦系数），即可获取活塞销22静止时衬套与活塞销22摩擦系数μ1。

本实施例中，如图3所示，扭矩测量模块51包括测量工装511和扭矩测量仪512，测量工装511固定于活塞21的一侧，扭矩测量仪512装设于测量工装511，扭矩测量仪512用于连接活塞销22，测量活塞销22的扭矩。具体地，通过将扭矩测量仪512装设于测量工装511，即可将活塞销22的转动进行限位，从而测得活塞销22静止时的扭矩。

本实施例中，进一步的，扭矩测量仪512与测量工装511滑动连接，扭矩测量仪512设置有安装孔（图中未标识），安装孔位于活塞销22的延伸方向上，扭矩测量仪512可通过沿测量工装511滑动，使活塞销22插设于安装孔或与安装孔分离。具体地，通过扭矩测量仪512测量工装511的滑动连接，在连接活塞销22时，仅需将扭矩测量仪512朝活塞销22的方向滑动，即可将活塞销22插设于安装孔，并实现对活塞销22转动的限位以及活塞销22扭矩的测量，通过朝远离活塞销22的方向滑动扭矩测量仪512，即可将扭矩测量仪512与活塞销22分离，进而使得活塞销22可在连杆的摆动下转动。

本实施例中，如图3所示，测试单元50还包括第一光电编码器52，第一光电编码器52装设于活塞21，用于测量活塞销22转动时的角加速度，以根据活塞销22的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对活塞销22的摩擦力，获取活塞销22转动时第一连杆31和活塞销22之间的第二摩擦力矩。

具体地，由于活塞21长度较小，且活塞销孔产生的摩擦力矩有限，摩擦力产生的剪切应变较小，在研究转动方向自由度上时，可将活塞销22视作刚形体。由于活塞销孔的布置关于衬套中心对称，且加载弹簧43对活塞21的载荷也是对称分布，因此两活塞销孔对活塞销22的摩擦力可视作相同。在活塞销22运行过程中，衬套通过油膜施加于活塞销22的摩擦力fb是主动力，而单侧活塞销孔对活塞销22的摩擦力fp是阻力，因此，对动力学方程进行简化，最终运动方程为：J₀θ=（fb-2fp）R，式中，J₀为活塞销22转动惯量，由几何和材料密度确定；R为活塞销22半径；fb为未知量；fp为活塞销孔对活塞销22的摩擦力;θ为曲柄销角加速度，曲柄销角加速度通过光电编码器的转角测得，即可通过测量曲柄转角、活塞销孔摩擦力fp测得衬套油膜对活塞销22的摩擦力fb。

同时，在已知活塞销22作用于衬套的应力的情况下，根据公式f=μF（其中，f为衬套对活塞销22的摩擦力矩，F为衬套对活塞销22的接触应力，μ为衬套与活塞销22摩擦系数），即可获取活塞销22转动时衬套与活塞销22摩擦系数μ2。

可以理解的，fp可通过该测试系统测定，或根据接触力学相关手册中接触应力-摩擦系数参数表算得。

本实施例中，应力测量模块为装设于活塞销孔圆周方向的4个应变片。

本实施例中，如图1~3所示，测试单元50还包括第二光电编码器53和两个位移传感器54，第二光电编码器53装设于曲轴321的端部，用于测量曲柄转角，两个位移传感器54装设于第一连杆31并位于活塞销22的圆周方向上，用于获取活塞销22的轴心位置，以通过轴心位置和曲柄转角获取活塞销22的轴心轨迹。具体地，活塞销22转动时，可通过两个位移传感器54获取活塞销22的轴心位置，再通过曲柄转角即可准确获取活塞销22的轴心轨迹，进而便于活塞销22的研究。

本实施例中，进一步地，两个位移传感器54装设于第一连杆31的小端。

本实施例中，如图1~2所示，测试单元50还包括压力传感器55，压力传感器55装设于活塞21靠近载荷加载单元40的一侧，用于测量载荷加载单元40加载于活塞21的载荷，以通过曲柄转角、活塞销孔的边缘应力和活塞21的载荷获取活塞销孔作用于活塞销22的载荷。

具体地，活塞销22的载荷在测试过程中需分为准静态试验以及准静态试验后的动态测试试验，其中准静态试验主要用于活塞销22载荷－销孔应变矩阵的标定，动态试验用于动态活塞销孔应变和动态销孔载荷的测量。

准静态的试验在电机的转速为30r/min的极低的工况下进行，在准静态工况，根据第二光电编码器53采集的曲轴321曲柄转角和活塞21实际所受载荷(包括压力传感器55所测得的载荷、活塞销22作用于活塞21的作用力和测试工装作用于活塞21的横向力)，在不同工况下，根据曲柄转角和活塞21实际载荷曲线，算得活塞销22与活塞销孔实际作用区间，进而算得F1~F4（活塞销22对活塞销孔的力）数值。

根据应变和载荷的关系定义：，式中：

为j处产生载荷，i处对应产生的应变值；

为j处单独承载时的载荷大小；

为j处载荷和i处应变的传递系数。

根据力的叠加原理：

将上述矩阵简化表达式：。

根据试验测得不同载荷下的应力和运动学算得的F1~F4，算得传递系数矩阵的逆矩阵，进而得到。

而后进行动态试验，动态实现中，测试系统在正常工作状态下运行，通过获得逆矩阵和动活塞销孔应变信号，就可以通过公式计算得到活塞销22在转动状态下活塞销孔作用于活塞销22的载荷，并根据接触力学中的经验数据，即可间接算得两活塞销孔产生于活塞销22的摩擦系数。

本实施例中，测试单元50还包括还包括热电偶（图中未标识），热电偶装设于第一连杆31，用于测量衬套的温度。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案还提供一种活塞销22性能测试方法，由所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统执行，如图4所示，包括以下步骤：

S100：连接扭矩扭矩测量模块51测量和活塞销22；

S200：驱动模块32启动并带动第一连杆31绕活塞销22摆动，并通过第一连杆31带动活塞21朝靠近或远离载荷加载单元40的方向滑动；

S300：应力测量模块测量活塞销孔边缘的应力，扭矩测量模块51测量活塞销22的扭矩；

S400：根据活塞销孔边缘的应力获取活塞销孔作用于活塞销22的摩擦力矩；

S500：根据活塞销孔作用于活塞销22的摩擦力矩和活塞销22的扭矩获取第一连杆31作用于活塞销22的第一摩擦力矩。

具体地，通过应力测量模块对活塞销孔边缘的应力进行测量，扭矩测量模块51对测量活塞销22的扭矩的测量，在测得活塞销孔边缘的应力和活塞销22的扭矩的情况下，即可获取活塞销22静止时第一连杆31和活塞销22之间的第一摩擦力矩，进而有效反应第一连杆31和活塞销22之间的摩擦关系，进而提升活塞销22在实际工作中的摩擦情况的准确度。

本实施例中，所述的测试方法还包括以下步骤：分离扭矩扭矩测量模块51测量和活塞销22，驱动模块32启动并带动第一连杆31绕活塞销22摆动，并通过第一连杆31带动活塞21朝靠近或远离载荷加载单元40的方向滑动，第一光电编码器52测量活塞销22的角加速度，根据活塞销22的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对活塞销22的摩擦力，获取第一连杆31作用于活塞销22的第二摩擦力矩。

本实施例中，所述的活塞销22性能测试方法还包括以下步骤：在步骤S100前，根据曲柄转角、活塞21位移、曲柄半径、加载弹簧43的弹性系数以及缓冲模块35的载荷获取加载于活塞21的载荷，通过活塞21载荷和曲柄转角获取关于活塞21载荷和曲柄转角的曲线。通过获取的活塞21载荷和曲柄转角曲线，可将该曲线与发动机实际工作中气体作用于活塞的作用力的曲线对比，进而了解测试系统所加载的活塞21载荷与发动机实际工作中气体作用于活塞的作用力的相关系数，以方便获取该测试系统的测试精度。

具体地，以本测试系统为例，在测试前，载荷加载单元40产生作用于活塞21的载荷在-60°CA~60°CA之间，得到活塞21的载荷的计算式：

式中：为活塞21的载荷，为加载弹簧43的弹簧系数，为曲柄半径，为活塞21体位移，为连接架34作用于活塞21的恒定载荷。

因此，在已知加载弹簧43的弹簧系数、曲柄半径，活塞21体位移，连接架34作用于活塞21的恒定载荷的情况下，即可得出活塞21的载荷。

本测试系统通过调试活塞21所受的最大载荷与待研究的柴油机的最大气体作用力相同，可得到如图5所示的本测试系统的活塞载荷与曲柄转角的关系曲线和待测柴油机的气体作用于活塞的作用力与曲柄转角的关系曲线的对比图，通过两条曲线的对比分析可知，两曲线相关系数为90.15%，试验台采用加载弹簧43和缓冲模块35的载荷，可较为真实模拟发动机气体作用力，满足了载荷方式相似的设计准则。

本实施例中，所述的活塞销22性能测试方法还包括以下步骤：如图6所示，在测试前对活塞销22和衬套待测表面沿轴向的若干位置分别加工数道楔形槽，采集测试前后若干楔形槽附近的轮廓线，以确定活塞销22和衬套基准面，测量楔形槽的夹角α，测量塞销和衬套磨损前的宽度B和磨损后的宽度b，通过楔形槽的夹角α、塞销和衬套磨损前的宽度B和磨损后的宽度b即可算的活塞销22和衬套的磨损量h。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，包括：

支撑架；

被测单元，所述被测单元包括活塞和活塞销，所述活塞滑动连接于所述支撑架，所述活塞的内部设置有活塞销孔，所述活塞销转动连接于所述塞销孔；

驱动单元，所述驱动单元包括第一连杆和驱动模块，所述第一连杆套设于所述活塞销，所述驱动模块用于驱动所述第一连杆绕所述活塞摆动，并通过第一连杆带动所述活塞沿所述支撑架滑动；

载荷加载单元，所述载荷加载单元装设于所述支撑架并位于所述活塞的滑动路径上，用于提供所述活塞朝所述载荷加载单元方向滑动的载荷；

测试单元，所述测试单元包括应力测量模块和扭矩测量模块，所述应力测量模块装设于活塞销孔，用于测量所述活塞销孔边缘的应力，所述扭矩测量模块用于与所述活塞销连接，测量所述活塞销的扭矩，以根据所述活塞销孔边缘的应力和所述活塞销的扭矩获取所述活塞销静止时所述第一连杆和所述活塞销之间的第一摩擦力矩。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述扭矩测量模块包括测量工装和扭矩测量仪，所述测量工装固定于所述活塞的一侧，所述扭矩测量仪装设于所述测量工装，所述扭矩测量仪用于连接所述活塞销，测量所述活塞销的扭矩。

3.根据权利要求2所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述扭矩测量仪与所述测量工装滑动连接，所述扭矩测量仪设置有安装孔，所述安装孔位于所述活塞销的延伸方向上，所述扭矩测量仪可通过沿所述测量工装滑动，使所述活塞销插设于所述安装孔或与所述安装孔分离。

4.根据权利要求2所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述测试单元还包括第一光电编码器，所述第一光电编码器装设于所述活塞，用于测量所述活塞销转动时的角加速度，以根据所述活塞销的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对所述活塞销的摩擦力，获取所述活塞销转动时所述第一连杆和所述活塞销之间的的第二摩擦力矩。

5.根据权利要求1~4任一项所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述测试单元还包括第二光电编码器和两个位移传感器，所述第二光电编码器装设于曲轴的端部，用于测量曲柄转角，两个所述位移传感器装设于所述第一连杆并位于所述活塞销的圆周方向上，用于获取所述活塞销的轴心位置，以通过所述轴心位置和所述曲柄转角获取所述活塞销的轴心轨迹。

6.根据权利要求1~4任一项所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述载荷加载单元包括调节架、冲击板和若干加载弹簧，所述调节架装设于所述支撑架并位于所述活塞的上方，所述冲击板位于所述调节架靠近所述被测单元的一侧并与所述支撑架滑动连接，各所述加载弹簧间隔设置于所述冲击板和所述调节架之间，所述加载弹簧的一端与所述冲击板相抵，所述加载弹簧的另一端与所述调节架相抵。

7.根据权利要求1~4任一项所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统，其特征在于，所述驱动单元还包括第二连杆、连接架和缓冲模块，所述连接架滑动连接于所述支撑架并延伸至所述活塞靠近所述载荷加载单元的一侧，所述第二连杆的下端与所述驱动模块铰接，所述第二连杆的上端与所述连接架铰接，所述第二连杆的相位与所述第一连杆的相位相同，所述缓冲模块与所述活塞和所述连接架连接，用于为所述连接架传递至所述活塞的力提供缓冲。

8.一种活塞销摩擦性能测试方法，其特征在于，由权利要求1~7任一项所述的发动机活塞销摩擦性能测试系统执行，包括以下步骤：

S100：连接所述扭矩扭矩测量模块测量和所述活塞销；

S200：所述驱动模块启动并带动所述第一连杆绕活塞销摆动，并通过第一连杆带动所述活塞朝靠近或远离所述载荷加载单元的方向滑动；

S300：所述应力测量模块测量所述活塞销孔边缘的应力，所述扭矩测量模块测量所述活塞销的扭矩；

S400：根据所述活塞销孔边缘的应力获取所述活塞销孔作用于所述活塞销的摩擦力矩；

S500：根据所述活塞销孔作用于所述活塞销的摩擦力矩和所述活塞销的扭矩获取所述第一连杆作用于所述活塞销的第一摩擦力矩。

9.根据权利要求8所述的活塞销摩擦性能测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：分离所述扭矩扭矩测量模块测量和所述活塞销，所述驱动模块启动并带动所述第一连杆绕活塞销摆动，并通过第一连杆带动所述活塞朝靠近或远离所述载荷加载单元的方向滑动，第一光电编码器测量所述活塞销的角加速度，根据所述活塞销的角加速度、转动惯量、半径以及活塞销孔对所述活塞销的摩擦力，获取所述第一连杆作用于所述活塞销的第二摩擦力矩。

10.根据权利要求8所述的活塞销摩擦性能测试方法，其特征在于，在步骤S100前，根据曲柄转角、活塞位移、曲柄半径、加载弹簧的弹性系数以及缓冲模块的载荷获取加载于活塞的载荷，通过活塞载荷和曲柄转角获取关于活塞载荷和曲柄转角的曲线。

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