CN201335766Y - 缸套与活塞环摩擦磨损试验机 - Google Patents

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一种缸套与活塞环摩擦磨损试验机，采用变频器控制电机转速、温控仪控制加热圈的温度；用加载螺母、螺杆、内锥套和外锥套构成的活塞环径向加载装置对活塞环进行径向加载并通过应变片测量螺杆的应变实时监测所加载荷的大小，通过对试样缸套上止点部分切割片测试摩擦磨损过程中表面形貌的变化；通过传感器实时测量摩擦力，消除运动部件惯性力对摩擦力测量结果造成的影响，使测量得到的摩擦力更加精确；用加热圈对缸套与活塞环温度进行加热，以此模拟缸套与活塞环的工作温度；通过缸套切割片测量上止点的表面形貌，能很好地模拟不同工况下的缸套与活塞环材料的摩擦磨损性能。该试验机结构简单，操作方便，造价低，具有很好的实用性。

Description

缸套与活塞环摩擦磨损试验机
技术领域
本实用新型涉及一种摩擦磨损测试装置，尤其是一种适用于发动机的缸套与活塞环摩擦磨损试验机。
背景技术
缸套与活塞环是发动机最重要的摩擦副之一，其摩擦磨损性能的好坏直接影响到发动机的使用性能。目前，缸套与活塞环摩擦磨损性能评价的主要方法有试样试验法、台架试验法和零部件模拟试验法三种。其中试样试验法的试验参数较易控制、重复性和稳定性相对较好，但与缸套-活塞环实际条件相差太大，模拟性差；台架试验法采用模拟负载进行点火试验，条件可控性好，对发动机实际工况模拟性较好，但试验周期长，成本高。而零部件模拟摩擦磨损试验是介于试样试验和台架试验之间的一种方法，与实际工况有较好的模拟性，有可以缩短试验周期、减少试验成本、提高试验参数的可控性等优点。
发动机缸套与活塞环摩擦磨损试验机研制的难点之一在于当采用整环作为试样时如何模拟活塞环的径向加载。现有的缸套-活塞环摩擦磨损试验机主要有如下形式的整环加载方式：如国内专利申请号为：200510136811.5公开的利用螺母、螺杆和碟形杠杆等实现整环径向加载，载荷可以达到内燃机曝压的0.1～10倍；专利申请号为：89221934.3公开的采用由连接杆、压紧块、心轴、加载螺母和弹簧片组成的恒质量弹性加载系统，通过调节加载螺母对弹簧片轴向力的大小，达到调节活塞环所受径向力的大小；还有通过在活塞内设计三个通孔安装弹簧，通过换装不同刚度的弹簧来改变缸套-活塞环之间的载荷。上述加载装置各有其优缺点。如前两种能够实现模拟发动机实际工况载荷的目的，但系统相对复杂，第三种方法结构简单，但模拟载荷却难以达到发动机实际工况的载荷。
现有的缸套-活塞环模拟摩擦磨损试验机均对缸套-活塞环之间的摩擦力进行了实时的测量，对磨损过程中和磨损后缸套上止点的表面形貌的测量未曾涉及，而缸套上止点的表面形貌是评价缸套摩擦磨损性能及精确计算磨损量的一个重要参数。对缸套内壁表面形貌的测量，属于内孔表面形貌的测量范围，一般形式的表面形貌仪也难以达到测量要求，若购买新的表面形貌仪或改造旧的形貌仪价格都较昂贵，而且测量时重复定位要求也难以实现，测量结果误差较大。因此，需要一种方便准确的测量缸套上止点表面形貌的装置。
发明内容
本实用新型的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单合理，能够模拟真实工况，同时又能够方便测量缸套上止点表面形貌变化的缸套与活塞环摩擦磨损试验机。
为实现上述目的，本实用新型的摩擦磨损试验机，包括电机，设在工作台内的曲轴和设在工作台上的缸套与活塞环固定架，曲轴上联接有十字导向机构，十字导向机构上连接有活塞连杆，所述设在工作台上的缸套与活塞环固定架包括安装试样缸套的缸体，缸体内设有固定试样活塞环的外锥套，外锥套上扣合有与其相配合的内锥套，内锥套与外锥套之间设有将其固定为一体的螺杆，螺杆的底部与活塞连杆相连接，顶部设有加载螺母，螺杆上设有实时测量载荷大小的应变片；缸体的底部设有实时测量摩擦力的传感器，缸体的上部外径上设有加热圈，其内径端口处设有固定试样缸套切割片的卡板。
所述的试样活塞环设在外锥套上部的环槽内，与试样缸套紧密贴合；所述的摩擦力传感器用螺栓竖直安装在工作台上，摩擦力传感器与缸体之间设有隔热材料层；所述的加热圈上设有由温控仪控制的热电偶；所述的内锥套与外锥套之间的接合面锥度为1∶30。
本实用新型的有益效果：试验机结构简单合理、便于操作、造价低，能同时测量摩擦力、缸套上止点表面形貌、载荷和温度等多种参量，可以测试出缸套与活塞环在往复工作行程中不同工况条件下的摩擦磨损性能，具有很好的实用性。其主要优点如下：
1.摩擦力传感器直接固定在试验机的支架上，消除了运动部件的惯性力对摩擦力测量结果造成的影响，使测量得到的摩擦力更加精确；
2.通过对缸套上止点处进行切割处理，并重新固定后进行缸套与活塞环摩擦磨损性能试验，容易获取缸套上止点的表面形貌，从而获得精确的摩擦磨损特性参数；
3.通过内外锥套实现径向加载的方法，结构简单，容易达到模拟工况载荷，而且可以方便测得施加载荷的大小；
4.在摩擦力传感器与缸体之间用隔热材料隔开，避免支架部分的温度升高和摩擦力传感器的温度超过其最高工作温度；
附图说明
附图是本实用新的结构示意图。
图中：1-加载螺母，2-螺杆，3-内锥套，4-外锥套，5-热电偶，6-加热圈，7-缸体，8-卡板，9-试样缸套切割片，10-试样缸套，11-活塞环，12-应变片，13-紧固螺钉，14-隔热材料层，15-摩擦力传感器，16-交流电机，17-梅花形联轴器，18-工作台，19-曲轴，20-连接连杆，21-十字导向机构，22-活塞连杆。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的描述：
附图所示，本实用新型的摩擦磨损试验机，主要由加载螺母1、螺杆2、内锥套3、外锥套4、热电偶5、加热圈6、缸体7、卡板8、试样缸套切割片9、试样缸套10、活塞环11、应变片12、紧固螺钉13、隔热材料层14、传感器15、电机16、联轴器17、工作台18、曲轴19、连接连杆20、十字导向机构21和活塞连杆22等部分组成。加载螺母1、螺杆2、内锥套3和外锥套4构成了活塞环径向加载装置，加载螺母1内孔为M30*1.5的细牙螺纹，加载螺母1与螺杆2顶部螺纹配合；螺杆2与活塞连杆22通过螺纹连接，与外锥套4通过端部法兰的螺栓组连接，外锥套4与内锥套3通过锥面连接，加载螺母1紧压在内锥套3的上端面上以施加载荷；按正螺旋方向旋转加载螺母1，加载螺母1与螺杆1端部法兰之间的距离减少，对内锥套3施加轴向力，通过锥面连接，将轴向力转化为外锥套4的径向膨胀力，活塞环11内壁与外锥套4的环槽外壁紧密贴合，从而使外锥套4的径向膨胀力转化为活塞环11对试样缸套10的径向力，径向力的大小为轴向力的0.134倍，轴向力的大小由高温应变片12组成全桥形式感应则取；按反螺旋方向旋转加载螺母1，加载螺母1与螺杆1端部法兰之间的距离减少，从而释放压力；加热圈6上加工有测温孔，通过热电偶5测量缸套温度并反馈给温控仪，使缸套温度保持温；试样缸套10安装在缸体7内，通过周向的3个紧固螺钉13实现缸体7的定位；通过卡板8和加热圈6实现试样缸套切割片9的定位；摩擦力传感器15为四个，均布在工作台18上。交流电机16通过联轴器17带动曲轴19做旋转运动，曲轴19通过连杆带动十字导向机构21做往复直线运动，十字导向机构21带动连接连杆20、螺杆2、外锥套4和活塞环11在试样缸套内做往复运动。应变片12、热电偶5和摩擦力力传感器15所测信号以及对试样缸套切割片表面形貌的测量数据分别通过数据采集系统与计算机连接，试样缸套切割片9取下后通过普通的表面形貌仪获取上止点的表面形貌。电机16通过联轴器17与曲轴19连接，曲轴19安装在工作台18上，并通过曲柄臂与连接连杆20连接，连接连杆20上连着十字导向机构21，活塞连杆22靠十字导向机构的一端拧在十字导向机构21的螺孔中，另一端通过螺纹与螺杆2连接，螺杆2通过螺栓组与外锥套4连接，活塞环11内壁与外锥套4上部的环槽紧密贴合，在外锥套4的带动下在试样缸套10中往复运动，内锥套3与外锥套4通过锥面连接并由加载螺母1压紧，压紧力由应变片12测得，摩擦力传感器15用螺栓竖直安装在支架上，在摩擦力传感器15组成的平面上水平紧贴着隔热材料14，缸体7紧贴着隔热材料14，用螺栓穿过缸体7、隔热材料14固定在摩擦力传感器15上，试样缸套10固定在缸体7中。通过贴于螺杆2上的应变片12实时测量载荷的大小；通过试样缸套10上止点附近的试样缸套切割片9可以测量试样缸套10上止点的表面形貌，通过加热圈6、卡板8对试样缸套切割片9进行固定；通过加热圈6对试样缸套10加热，热电偶5用于实时测量温度并反馈信号给温控仪控制温度大小。通过变频器控制电机16转速、温控仪控制加热圈6的温度；用加载螺母1、螺杆2、内锥套3和外锥套4构成的活塞环径向加载装置对活塞环进行径向加载，载荷大小通过应变片12测得；内锥套3与外锥套4之间的接合面锥度为1∶30，内锥套3调质处理至HB＝190；通过传感器15实时测量摩擦力；通过试样缸套切割片9测量试样缸套10上止点的表面形貌，能很好地模拟不同工况下的缸套与活塞环的摩擦磨损性能。工作原理及工作过程：
实验时，通过拧紧或旋松加载螺母1获得活塞环11和缸套10所需载荷的大小，通过变频器调整所需电机16转速的大小，通过温控仪调整缸套10温度的大小后，进行摩擦磨损试验。将试样缸套切割片9取下后在普通的表面形貌仪下测取表面形貌参数大小，加载载荷和摩擦力的模拟电信号经过信号采集电路和A/D采集卡以数据文件格式存于计算机，温度信号通过热电偶5反馈于温控仪。

Claims (5)

1.一种缸套与活塞环摩擦磨损试验机，包括电机(16)，设在工作台(18)内的曲轴(19)和设在工作台(18)上的缸套与活塞环固定架，曲轴(19)上联接有十字导向机构(21)，十字导向机构(21)上连接有活塞连杆(22)，其特征在于：所述设在工作台(18)上的缸套与活塞环固定架包括安装试样缸套(10)的缸体(7)，缸体(7)内设有固定试样活塞环(11)的外锥套(4)，外锥套(4)上扣合有与其相配合的内锥套(3)，内锥套(3)与外锥套(4)之间设有将其固定为一体的螺杆(2)，螺杆(2)的底部与活塞连杆(22)相连接，顶部设有加载螺母(1)，螺杆(2)上设有实时测量载荷大小的应变片(12)；缸体(7)的底部设有实时测量摩擦力的传感器(15)，缸体(7)的上部外径上设有加热圈(6)，其内径端口处设有固定试样缸套切割片(9)的卡板(8)。
2.根据权利要求1所述的缸套与活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的试样活塞环(11)设在外锥套(4)上部的环槽内，与试样缸套(10)紧密贴合。
3.根据权利要求1所述的缸套与活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的摩擦力传感器(15)用螺栓竖直安装在工作台(18)上，摩擦力传感器(15)与缸体(7)之间设有隔热材料层(14)。
4.根据权利要求1所述的缸套与活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的加热圈(6)上设有由温控仪控制的热电偶(5)。
5.根据权利要求1所述的缸套与活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的内锥套(3)与外锥套(4)之间的接合面锥度为1∶30。
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