專利名稱：往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械摩擦磨損與控制領(lǐng)域，特別涉及一種以內(nèi)燃機(jī)實際使用的 活塞環(huán)-缸套為摩擦副元件的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)。
背景技術(shù)：
活塞環(huán)-缸套是內(nèi)燃機(jī)中最重要、最關(guān)鍵的運(yùn)動副，也是運(yùn)行于高速、高溫、 超負(fù)荷等惡劣環(huán)境的比較典型的摩擦副?；钊h(huán)-缸套的摩擦、潤滑、磨損性 能對提高內(nèi)燃機(jī)的可靠性和耐久性，保證內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)、可靠地工作具有決定性 的作用。其摩擦學(xué)問題的研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。然而，由于活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)問題的復(fù)雜性,許多研究還很不夠，還具有一定程度的局限性，許 多問題至今仍未弄清。而且，隨著對內(nèi)燃機(jī)的性能要求越來越嚴(yán)格，從而使內(nèi) 燃機(jī)活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)問題的研究變得更加突出和迫切。在研究內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)問題中，試驗機(jī)起著重要的作用。目前， 國內(nèi)外使用的摩擦磨損試驗機(jī)大多數(shù)都是用于試樣試驗，釆用標(biāo)準(zhǔn)的試樣，模 擬點(diǎn)、線、面及復(fù)合運(yùn)動等各種形式的摩擦副，對材料摩擦磨損性能或潤滑油性能進(jìn)行對比、評定。近10年來，國內(nèi)授權(quán)有關(guān)摩擦磨損試驗裝置方面的發(fā)明專利基本上也是用于試件試驗。上述試驗機(jī)主要針對標(biāo)準(zhǔn)的試樣試驗，而且這些試驗機(jī)大多價格昂貴。專 門針對活塞-缸套的試驗機(jī)目前巿場所上還沒有成熟的產(chǎn)品，國內(nèi)各內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn) 企業(yè)或相關(guān)配件企業(yè)對活塞-缸套摩擦、磨損也缺乏系統(tǒng)的試驗設(shè)備。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗 機(jī)，它以內(nèi)燃機(jī)實際使用的活塞環(huán)-缸套為摩擦副元件，可改變載荷、速度、溫度、潤滑油供給實驗參數(shù)；可監(jiān)測溫度、摩擦力實驗數(shù)據(jù)并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 解決發(fā)明的技術(shù)問題所釆用的方案是試驗機(jī)主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向 機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)、潤滑裝置、摩擦力測量裝置、溫度測控裝置和數(shù)據(jù)釆集與監(jiān)測 裝置組成，電機(jī)驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)，通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的滑塊和導(dǎo)向套轉(zhuǎn)變成直線往 復(fù)運(yùn)動；加載機(jī)構(gòu)釆用擠壓漲套的結(jié)構(gòu)來改變漲套上的活塞環(huán)對缸套的壓力；潤 滑裝置的加油器和集油器裝于加載機(jī)構(gòu)中缸套的相應(yīng)位置，以用于潤滑油狀況與 摩擦磨損狀況之間的試驗研究；摩擦力測量裝置和溫度測控裝置的傳感器通過接 口連接到數(shù)據(jù)釆集與監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)釆集卡和計算機(jī)。 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，加載機(jī)構(gòu)的加載螺栓的一端連接于試驗機(jī)導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)中的滑塊上，加載螺栓另一端通過加載螺母壓緊在內(nèi)漲套的端面；缸套固定 在機(jī)座上，其內(nèi)孔中套裝入外漲套和內(nèi)漲套，外漲套的內(nèi)孔及內(nèi)漲套外壁帶有 相同的錐度，活塞環(huán)裝在外漲套上并觸壓缸套內(nèi)壁。外漲套縱向開有彈性漲縮縫，外漲套和內(nèi)漲套的配合錐度為1:8 1:12。其工作原理是，加載螺母向里擰 緊，推動內(nèi)漲套向里移動，從而使?jié)q套漲大，壓緊活塞環(huán)貼緊缸套內(nèi)表面，達(dá) 到向徑向施加力的目的。摩擦力測量裝置為裝有滾動軸承的工作臺面，在臺面的縱向兩端各裝有力 傳感器，加載機(jī)構(gòu)裝在工作臺面上，傳感器信號通過數(shù)據(jù)釆集卡連接到計算機(jī) 的接口。滾動軸承可在下層臺面上自由地滾動，與光滑平面之間的滾動摩擦系 數(shù)很小，約有0.002,對測量結(jié)果減去滾動摩擦力即可。工作臺面上加工有縱橫 交錯的T型槽，方便對加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝夾固定。當(dāng)最上層工作臺面受到運(yùn)動方 向載荷時，工作臺在運(yùn)動方向發(fā)生移動趨勢，通過工作層臺面和最外層臺面之 間的傳感器，可以測出運(yùn)動方向摩擦力數(shù)值。溫度測控裝置的加熱棒和熱電偶裝于加載機(jī)構(gòu)的缸套壁處，與溫度測控裝 置電連接，可根據(jù)實驗條件在室溫至30(TC范圍保持某一設(shè)定的溫度值，電信號 通過數(shù)據(jù)釆集卡連接到計算機(jī)的接口。本發(fā)明的有益效果是(1) 以內(nèi)燃機(jī)實際使用的活塞環(huán)-缸套為摩擦副元件，無需另行制作試件。(2) 試驗機(jī)摩擦副的位移速度與實際內(nèi)燃機(jī)中的摩擦副的位移速度變化規(guī) 律相一致；摩擦副的運(yùn)行工況盡可能地模擬內(nèi)燃機(jī)中的實際工況。(3) 試驗機(jī)可改變載荷、速度、溫度、潤滑油供給等實驗參數(shù)；可監(jiān)測溫 度、摩擦力實驗數(shù)據(jù)并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖2為本發(fā)明的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和加載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的摩擦力測量裝置示意圖； 圖4為本發(fā)明的摩擦力測量裝置俯視示意圖； 圖5為本發(fā)明的外觀三維示意圖。圖中各標(biāo)號為l-基座、2-動力裝置、3-曲柄連桿機(jī)構(gòu)、4-加載機(jī)構(gòu)、5-摩 擦力測量裝置、6-力傳感器I、 7-力傳感器11、 8-加熱棒、9-熱電偶傳感器、10-溫度測控裝置、11-數(shù)據(jù)釆集卡、12-計算機(jī)、13-加油器、14-集油器、15-曲柄、 16-連桿、17-導(dǎo)向滑塊、18-導(dǎo)向套、19-導(dǎo)向套固定座、20-加載螺母、21-內(nèi)漲 套、22-加載螺栓、23-外漲套、24-活塞環(huán)、25-缸套、26-工作臺面、27-支撐層、 28-滾動軸承滾軸I、 29-滾動軸承滾軸II、 30-滾動軸承滾軸III、 31-滾動軸承滾 軸IV、 32-滾輪、33-T型槽。
具體實施方式
參見各圖，本試驗機(jī)主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)4、潤滑 裝置、摩擦力測量裝置5、溫度測控裝置10和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置組成。動力裝置2以電機(jī)作為動力源，可利用一臺小型立式鉆銑床進(jìn)行改造而成， 把立式鉆銑床的主軸部分作為實驗機(jī)的動力裝置，可提供功率為UKW，轉(zhuǎn)速 范圍9級可調(diào)，210 2550r/min九級可調(diào)的動力。電機(jī)軸驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)3， 再通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向滑塊17和導(dǎo)向套18轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運(yùn)動，加載機(jī)構(gòu)4 采用擠壓漲套的結(jié)構(gòu)來改變漲套上的活塞環(huán)24對缸套25的壓力，即加載機(jī)構(gòu)4 的加載螺栓22的一端連接于試驗機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)向滑塊17上，加載螺栓22 另一端通過加載螺母20壓緊在內(nèi)漲套21的端面，內(nèi)漲套21又套在開有彈性漲 縮縫的外漲套23中，兩漲套帶有相同的錐度，外漲套23和內(nèi)漲套21的配合錐 度為1:8 1:12,缸套25固定在加載機(jī)構(gòu)座上，活塞環(huán)24裝在外漲套23上并 觸壓缸套25的內(nèi)壁，當(dāng)加載螺母20向里檸緊時，推動內(nèi)漲套21向里移動，從 而使外漲套23漲大，壓緊活塞環(huán)24貼緊缸套25內(nèi)表面，達(dá)到向徑向施加力的 目的(詳見圖2)。見圖1,潤滑裝置由加油器13和集油器14組成，裝于加載機(jī)構(gòu)4中缸套的 相應(yīng)位置，可模擬實際的活塞環(huán)與缸套之間不同潤滑狀況下的工作情況，以便 對潤滑油狀況與摩擦磨損狀況之間的試驗進(jìn)行研究。見圖3和4，摩擦力測量裝置5為一鋁合金材料的工作臺面26，上面裝有 滾動軸承滾軸28、 29、 30、 31，在工作臺面26的縱向兩端各裝有力傳感器6、 7,滾輪32放置在下層的支撐層27上，可以在下層臺面上自由地滾動，工作臺 面26上加工有縱橫交錯的T型槽33,以便于對加載機(jī)構(gòu)4進(jìn)行裝夾固定，力 傳感器6、 7的信號通過數(shù)據(jù)釆集與監(jiān)測裝置中的數(shù)據(jù)釆集卡11連接到計算機(jī) 12的接口 (見圖l)。當(dāng)最上層工作臺面26受到運(yùn)動方向載荷時，在運(yùn)動方向 發(fā)生移動趨勢，通過工作層臺面26和最外層臺面之間的力傳感器6、 7,可以測 出運(yùn)動方向摩擦力數(shù)值。見圖l,溫度測控裝置包括加熱棒8、熱電偶傳感器9、溫度測控裝置IO, 加熱棒8和熱電偶傳感器9裝于加載機(jī)構(gòu)4的缸套壁處，與溫度測控裝置10電 連接，再將熱電偶傳感器9的電信號通過數(shù)據(jù)釆集卡11連接到計算機(jī)12的接 口，本裝置可根據(jù)實驗條件在室溫至30(TC范圍保持某一設(shè)定的溫度值，與實際內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)-缸套的工作狀況相吻合。
權(quán)利要求
1、一種往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是電機(jī)驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)，通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的滑塊和導(dǎo)向套轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運(yùn)動，加載機(jī)構(gòu)采用擠壓漲套的結(jié)構(gòu)來改變漲套上的活塞環(huán)對缸套的壓力，潤滑裝置的加油器和集油器裝于加載機(jī)構(gòu)中缸套的相應(yīng)位置，摩擦力測量裝置和溫度測控裝置的傳感器通過接口連接到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)。
2、 按權(quán)利要求1所述的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是 在加載機(jī)構(gòu)中，加載螺栓的一端連接于試驗機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的滑塊上，加載螺栓 另一端通過加載螺母壓緊在內(nèi)漲套的端面；缸套固定在機(jī)座上，其內(nèi)孔中套裝 入外漲套和內(nèi)漲套，外漲套的內(nèi)孔及內(nèi)漲套外壁帶有相同的錐度，活塞環(huán)裝在 外漲套上并觸壓缸套內(nèi)壁。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是 摩擦力測量裝置為裝有滾動軸承的工作臺面，在臺面的縱向兩端各裝有力傳感 器，加載機(jī)構(gòu)裝在工作臺面上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是 溫度測控裝置的加熱棒和熱電偶裝于加載機(jī)構(gòu)的缸套壁處，與溫控裝置電連接， 再通過數(shù)據(jù)釆集卡連接到計算機(jī)的接口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是 摩擦力測量裝置的工作臺面上加工有縱橫交錯的T型槽。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)，其特征是 外漲套縱向開有彈性漲縮縫，外漲套和內(nèi)漲套的配合錐度為1:8 1:12。
全文摘要
一種往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)。本發(fā)明涉及機(jī)械摩擦磨損與控制領(lǐng)域，特別涉及一種以內(nèi)燃機(jī)實際使用的活塞環(huán)-缸套為摩擦副元件的往復(fù)式活塞環(huán)-缸套摩擦磨損試驗機(jī)。本試驗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)，通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的滑塊和導(dǎo)向套轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運(yùn)動，加載機(jī)構(gòu)采用擠壓漲套的結(jié)構(gòu)來改變漲套上的活塞環(huán)對缸套的壓力，潤滑裝置的加油器和集油器裝于加載機(jī)構(gòu)中缸套的相應(yīng)位置，摩擦力測量裝置和溫度測控裝置的傳感器通過接口連接到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)。本發(fā)明以內(nèi)燃機(jī)實際使用的活塞環(huán)-缸套為摩擦副元件，可改變載荷、速度、溫度、潤滑油供給實驗參數(shù)；可監(jiān)測溫度、摩擦力實驗數(shù)據(jù)并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
文檔編號G01M13/00GK101158619SQ20071006637
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者楊曉京, 樊瑜瑾, 陳子辰 申請人:昆明理工大學(xué)