专利名称：活塞环－缸套材料摩擦磨损性能测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦磨损测试装置，尤其涉及一种活塞环-缸套材料摩擦磨损性能测试装置，以立式钻铣床作为工作平台，可以测试出活塞环与缸套在往复工作行程中不同工况条件下的摩擦磨损性能，属于材料摩擦磨损性能研究技术领域。
背景技术：
内燃机活塞环-缸套之间的摩擦磨损过程、工况条件非常复杂，随着摩擦磨损过程的进行，不仅摩擦副材料会发生变化，而且在工作行程中每点的速度、温度、载荷也都是在不断变化的，无定性而言。活塞环缸套是内燃机的关键零部件之一，其工作的好坏直接影响着内燃机的使用性能，由于活塞环磨损而造成的漏气漏油现象会使车辆废气排放问题加重，对人类的生存环境造成严重污染，所以这不仅是简单的工业技术问题，而且也是一个社会问题，受到越来越多的人们的注意。
活塞环缸套摩擦磨损性能主要受以下几个方面因素的影响材料、载荷、转速、磨料以及油润滑是否充分，我国目前尚无专门研究内燃机活塞环-缸套材料摩擦磨损性能的测试装置。目前国内生产的摩擦磨损试验机普遍存在着试验工况条件简单、试验方案单一、试样结构尺寸唯一的局限性，无法完成活塞环-缸套这种形状结构材料之间的摩擦磨损性能研究。
对现有的材料摩擦磨损性能测试装置技术检索发现，中国发明专利“高温摩擦磨损试验装置”(申请号01264970)公开了一种高温环境下研究材料摩擦磨损性能的试验装置，但该装置只适合于陶瓷轴与合金轴在高温环境下的摩擦磨损性能研究，而且所能实现的工况条件有限，不适合于活塞环-缸套材料之间的摩擦磨损性能研究。经过检索，还没有发现类似于本发明用来解决上述问题的专利。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于研究活塞环-缸套之间摩擦磨损性能的测试装置，可模拟不同的工况条件，测量在不同条件下活塞环-缸套之间的摩擦磨损性能，具有价格便宜，使用方便，容易控制的优点。
为实现这样的目的，本发明设计的测试装置以小型立式钻铣床为基础，借助机床主轴作为动力轴，主要由包括三层工作台面的测量机构和加载机构两个部分组成。测量机构的上层台面通过与台面固定的短轴和滚动轴承自由地安置在下层台面上，即上层台面通过滚动轴承可以在下层工作台上自由地滚动，同时每两层工作台之间安装一个测力传感器，传感器输出信号线与数字显示仪表相连，当每两层工作台之间发生微小位移时，由传感器测量力的大小。加载机构安装固定在测量机构顶层工作台上，工作时旋转加载螺栓，带动传力杆摆动，传力杆将力传给活塞环，从而最终实现活塞环与缸套之间的加载。
本发明的测量机构由滚动轴承、连接短轴、顶层工作台、中间层工作台、底层工作台、传感器、T形螺栓组成。滚动轴承安装在短轴上，短轴与中间层工作台连接，中间层工作台通过短轴和滚动轴承自由地安放在底层工作台伸出的台阶上，顶层工作台又通过短轴和滚动轴承自由地安放在中间层工作台上，上一层工作台通过滚动轴承可以在下一层工作台上自由地滚动。两个测力传感器分别安装在顶层工作台和中间层工作台之间以及中间层工作台和底层工作台之间，传感器输出信号线与数字显示仪表相连，当每两层工作台之间发生微小位移时，由传感器测量力的大小。底层工作台通过T形螺栓紧固于立式钻铣床的工作台上，顶层工作台作为加载机构的工作平台。测量机构的主要功能是测量活塞环与缸套之间载荷力和摩擦力，并且提供工作平台，利用该机构可同时测量出两个互相垂直方向上的力。
本发明的加载机构安装固定在测量机构顶层工作台上，主要由加载螺栓、衬套、加载底座、传力杆、支撑板、中间轴、夹紧板、活塞环夹基、夹紧螺栓、压块、工作槽、带座轴承、定位螺母组成。加载螺栓通过螺纹与衬套连接，衬套通过螺纹安装在加载底座上，加载底座的底部安装固定在测量机构的顶层工作台上，传力杆安装在中间轴上，夹紧板套在中间轴上，并与传力杆连接，两个定位螺母拧紧在中间轴上，其中间固定传力杆，中间轴的两端安装在两个带座轴承上，带座轴承分别固定在两个支撑板上，支撑板的底部固定在顶层工作台上，活塞环夹基通过夹紧螺栓安装在传力杆的前端，压块与活塞环夹基连接，用于夹紧活塞环样品，工作槽固定在测量机构顶层工作台上，缸套则固定于机床主轴内。
操作方法整套测试装置通过T形螺栓安装在立式钻铣床的工作台上，传感器输出信号线与数字显示仪表相连，以显示测得的载荷值和摩擦力值。将待检测活塞环样品用压块固定在活塞环夹基上，另一检测样品缸套安装在机床主轴的三爪卡盘中，拧紧加载螺栓，使其顶住传力杆，传力杆绕中间轴发生偏转，从而使固定在传力杆前端的夹基中的活塞环实现对缸套的加载，载荷就转变成活塞环—缸套之间的正压力。选择测试要求的机床转速，启动机床，机床主轴带动缸套转动，活塞环与缸套之间的摩擦力通过传感器测得。根据试验方案的不同，可以在工作槽中盛满各种型号的润滑油或润滑油与磨料(如氧化铁、石英等)的混合物，液面高度要保证浸过活塞环。
理论分析和实验结果表明，本发明针对内燃机活塞环与缸套结构尺寸的特殊性及其工况条件的复杂性设计的整套测试装置，能够较好地完成内燃机活塞环与缸套之间的摩擦磨损性能测试，可以得出活塞环-缸套在不同工况条件下的摩擦磨损性能及不同载荷下摩擦力的大小，根据测试结果绘制各种工况条件下的摩擦磨损曲线，比较不同条件下活塞环-缸套的摩擦磨损特点，能够从中得到活塞环-缸套摩擦磨损的规律。
本发明可模拟不同的工况条件(转速、载荷、材料、磨料、油润滑等)，测量在不同条件下活塞环-缸套之间的摩擦磨损性能。装置的优点是价格便宜，使用方便，容易控制。
本发明不仅可应用于内燃机活塞环-缸套材料之间的摩擦磨损性能研究，通过设计不同形式的夹基，还可推广应用于其它零件材料的摩擦磨损性能研究。
图1是本发明活塞环-缸套材料摩擦磨损性能测试装置的结构示意图。
图1中，滚动轴承1、连接短轴2、顶层工作台3、中间层工作台4、底层工作台5、传感器6、加载螺栓7、衬套8、加载底座9、传力杆10、支撑板11、中间轴12、夹紧板13、活塞环夹基14、夹紧螺栓15、压块16、工作槽17、T形螺栓18、带座轴承19、定位螺母20、缸套21、活塞环22、机床工作台23、机床主轴卡盘24。
图2是本发明中测量机构的俯视图。
图2中，滚动轴承1、连接短轴2、顶层工作台3、中间层工作台4、底层工作台5、传感器6。
图3是本发明加载机构结构俯视图。
图3中，加载螺栓7、衬套8、加载底座9、传力杆10、支撑板11、中间轴12、夹紧板13、活塞环夹基14、夹紧螺栓15、压块16、工作槽17、带座轴承19、定位螺母20、缸套21、活塞环22。
图4是本发明中活塞环夹基示意图。
图4中，活塞环夹基14、夹紧螺栓15、压块16、活塞环22。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明测试装置的整体结构如图1所示，主要包括测量机构和加载机构两部分，其中测量机构主要零部件有滚动轴承1、连接短轴2、顶层工作台3、中间层工作台4、底层工作台5、传感器6、T形螺栓18。加载机构的主要零部件有加载螺栓7、衬套8、加载底座9、传力杆10、支撑板11、中间轴12、夹紧板13、活塞环夹基14、夹紧螺栓15、压块16、工作槽17、带座轴承19、定位螺母20。
测量机构的安装方式滚动轴承1安装在短轴2上，短轴2的另一端与中间层工作台4连接，中间层工作台4通过短轴2和滚动轴承1自由地安放在底层工作台5伸出的台阶上，顶层工作台3又通过短轴2和滚动轴承1自由地安放在中间层工作台4上，两个传感器6分别安装在顶层工作台3和中间层工作台4之间以及中间层工作台4和底层工作台5之间，整个测量机构通过T形螺栓18固定在机床工作台23上。
加载机构的安装方式加载螺栓7通过螺纹与衬套8连接，衬套8通过螺纹安装在加载底座9上，加载底座9的底部安装固定在测量机构的顶层工作台3上，传力杆10安装在中间轴12上，夹紧板13套在中间轴12上，并与传力杆10连接，两个定位螺母20拧紧在中间轴12上，两个定位螺母20中间固定传力杆10，中间轴12的两端安装在两个带座轴承上，而带座轴承分别固定在两个支撑板11上，支撑板11的底部固定在顶层工作台3上，活塞环夹基14通过夹紧螺栓15安装在传力杆10的前端，压块16与活塞环夹基14连接，用于夹紧活塞环22，工作槽17固定在测量机构顶层工作台3上。
本发明测量机构的结构俯视图如图2所示，中间层工作台4通过安装在其左右两侧的短轴2和滚动轴承1自由地安放在底层工作台5伸出的台阶上，顶层工作台3通过安装在其前后两侧的短轴2和滚动轴承1自由地安放在中间层工作台4上，顶层工作台3和中间层工作台4之间以及中间层工作台4和底层工作台5之间各自安装一个传感器6。
本发明加载机构的俯视结构如图3所示，加载螺栓7通过螺纹与衬套8连接，衬套8通过螺纹安装在加载底座9上，加载底座9的底部安装固定在测量机构的顶层工作台3上，传力杆10安装在中间轴12上，两个定位螺母20拧紧在中间轴12上，两个定位螺母20中间固定传力杆10，中间轴12的两端安装在两个带座轴承19上，带座轴承19分别固定在两个支撑板11上，支撑板11的底部固定在顶层工作台3上，活塞环夹基14安装在传力杆10的前端，压块16与活塞环夹基14连接，用于夹紧活塞环22，工作槽17固定在测量机构顶层工作台3上，缸套样品21则固定于机床主轴24上。
图4为本发明中活塞环夹基示意图，活塞环夹基14通过夹紧螺栓15安装在传力杆10的前端，压块16与活塞环夹基14连接，用于夹紧试验样品活塞环22。
操作方法将整套测试装置通过T形螺栓18安装在立式钻铣床的工作台23上，传感器6外接数字显示仪表，以显示测得的载荷值和摩擦力值，将待检测样品活塞环22用压块16固定在活塞环夹基14上，另一试验样品缸套21安装在机床主轴的三爪卡盘24中，拧紧加载螺栓7，使其顶住传力杆10，从而实现活塞环与缸套之间的加载，选择适当的机床转速，启动机床，机床主轴带动缸套转动，活塞环与缸套之间的摩擦力通过传感器6测得。根据测试方案的不同，可以在工作槽17中盛满各种型号的润滑油或润滑油与磨料(如氧化铁、石英等)的混合物，液面高度要保证浸过活塞环。
利用本发明装置进行材料摩擦磨损性能研究时，操作者要预先设计好检测方案，按照上面顺序进行操作。理论分析，该测量机构在加载方向上的测量误差为0.06％，在摩擦力方向上的测量误差为0.054％，完全可以满足材料摩擦磨损性能的研究。
权利要求
1.一种活塞环-缸套材料摩擦磨损性能测试装置，其特征在于包括测量机构和加载机构，测量机构中滚动轴承(1)的内圈安装在短轴(2)上，短轴(2)的另一端与中间层工作台(4)连接，中间层工作台(4)通过短轴(2)和滚动轴承(1)安放在底层工作台(5)伸出的台阶上，其中轴承(1)的外圈可在台阶上自由滑动，顶层工作台(3)又通过短轴(2)和滚动轴承(1)安放在中间层工作台(4)上，两个传感器(6)分别安装在顶层工作台(3)和中间层工作台(4)之间以及中间层工作台(4)和底层工作台(5)之间，底层工作台(5)通过T形螺栓(18)固定在机床工作台(23)上；加载机构中加载螺栓(7)通过螺纹与衬套(8)连接，衬套(8)通过螺纹安装在加载底座(9)上，加载底座(9)的底部固定在测量机构的顶层工作台(3)上，传力杆(10)安装在中间轴(12)上，夹紧板(13)套在中间轴(12)上并与传力杆(10)连接，两个定位螺母(20)拧紧在中间轴(12)上，两个定位螺母(20)中间固定传力杆(10)，中间轴(12)的两端分别安装在两个带座轴承(19)上，带座轴承(19)分别固定在两个支撑板(11)上，支撑板(11)的底部固定在顶层工作台(3)上，活塞环夹基(14)通过夹紧螺栓(15)安装在传力杆(10)的前端，压块(16)与活塞环夹基(14)连接，工作槽(17)固定在顶层工作台(3)上。
全文摘要
一种活塞环－缸套材料摩擦磨损性能测试装置，由包括三层工作台面的测量机构和加载机构两部分组成，测量机构固定于机床工作台上，由滚动轴承、连接短轴、顶层工作台、中间层工作台、底层工作台、传感器、T形螺栓组成。加载机构安装固定在测量机构顶层工作台上，主要由加载螺栓、衬套、加载底座、传力杆、支撑板、中间轴、夹紧板、活塞环夹基、夹紧螺栓、压块、工作槽、带座轴承、定位螺母组成。本发明以小型立式钻铣床为基础，借助机床主轴作为动力轴，可模拟不同的工况条件，测量在不同条件下活塞环－缸套之间的摩擦磨损性能，具有价格便宜，使用方便，容易控制的优点。
文档编号G01N3/34GK1603785SQ20041006804
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者吴跃新, 赵言正, 付庄, 樊瑜瑾 申请人:上海交通大学