一种气门‑气门座圈摩擦副磨损试验装置的制作方法

本实用新型涉及气门与气门座圈磨损试验领域，尤其涉及一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置。

背景技术：

在发动机配气机构中，气门与气门座圈的工作条件相当恶劣，不仅承受来自气门弹簧和高温燃气的冲击力，而且受到具有腐蚀性的高温燃气的冲刷，特别是排气门和排气门座圈，气门在润滑条件极差的情况下以很高的速度持续冲击气门座圈，易发生磨损。气门表面产生磨损会导致气门下沉、气缸漏气，缸压过低等严重后果，增加燃料消耗，降低发动机的功率，因而在发动机中，气门—气门座圈摩擦副的磨损状况直接影响发动机的工作效率，燃料利用率及使用寿命等。

为了更好地掌握气门、气门座圈的磨损特性，国内外进行了大量试验研究，多采用发动机整机试验，操作繁琐，所耗时间长。现阶段已有的气门座圈磨损台架试验装置，多采用液压加载，或是依靠电磁装置加载，来模拟气门在工作中所受的压力。液压加载装置能量损耗大，维护严格，易产生泄漏，难以维修，而电磁装置产生的力过小，电磁衔铁发热严重，使用寿命不长，且未考虑高温燃气的作用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，更好地研究气门和气门座圈的磨损特 性，本实用新型结合气门-气门座圈摩擦副的实际工况，提供了一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置。既可以实现气门在开闭过程中，气门旋转与气门不旋转两种不同工况下的试验，也可以模拟在有无燃烧气氛的两种不同工况下，气门与气门座圈的磨损情况对比试验，气门座圈拆装方便，同时可以吸收和处理排出的尾气，保护环境。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置，包括基台1、安装在基台1下方的燃烧室38、给燃烧室38提供燃气的高温燃气供给系统、设置在基台1上的气门导向套4-1、设置在气门导向套4-1上方的气门夹持套5、设置在气门夹持套5内的用于夹持气门4气门杆尾部的夹持杆6、设置在气门导向套4-1一侧的螺杆33的螺杆导向套34、设置在基台1上的支撑架1-1、安装在支撑架1-1上的由伺服电机20驱动其旋转的凸轮轴15；

所述气门4的气门头4-2置于燃烧室38内，在气门导向套4-1与气门头4-2后端面之间的通路上开设有一尾气排气腔2-1，尾气排气腔2-1通过排气管3连接尾气收集箱2；所述气门头4-2后端面还设有一气门座圈夹具45，气门座圈44过盈配合设置在其内；当气门头4-2后端面与气门座圈44相抵时，燃烧室38与尾气排气腔2-1之间的通路切断，当气门头4-2后端面与气门座圈44分离时，燃烧室38与尾气排气腔2-1之间的通路连通；

在燃烧室38内、气门头4-2前端面下方还设有一用于模拟气门4在发动机中所受气体压力的气门瞬间冲击机构；

所述螺杆33的上端部伸出螺杆导向套34，并在其上安装有大齿轮19；所述夹持杆6的上端部伸出气门夹持套5，并在其上安装有与大齿轮19啮合的小齿轮10；

在螺杆33和夹持杆6的上部及中部分别安装有向心推力轴承22、25、9、12，向心推力轴承9的内圈下端面设有与其相抵的顶盖8；在各上部的向心推 力轴承上方分别设有一传动顶圈13、16，在传动顶圈13、16上安装有一传动板14，传动板14的上表面与凸轮轴15的凸轮接触，当凸轮轴15转动时，凸轮往复下压传动板14，并通过传动顶圈13、16将往复下压力矩同步传递给螺杆33和夹持杆6，使大齿轮19和小齿轮10跟随螺杆33及夹持杆6同步上下往复运动，在上下往复运动的同时，螺杆33(为非自锁螺杆)产生旋转力，在旋转力的作用下大齿轮19跟随其旋转，并将旋转力传递给小齿轮10，小齿轮10带动夹持杆6旋转的同时使气门4的气门头部在燃烧室38内以旋转的方式上下往复运动。

所述螺杆导向套34内设有螺杆复位弹簧32，用于给螺杆33提供一个向上的推力；所述气门夹持套5内设有夹持杆复位弹簧7，用于给夹持杆6提供一个向上的推力。

所述的螺杆33的螺旋角λ大于摩擦角ρ，为非自锁螺杆，所述大齿轮19与螺杆33之间安装有滚珠螺母24，大齿轮19上端面的螺杆上安装一个支承套23，向心推力轴承安装在大齿轮19的下端的螺杆上，所述向心推力轴承内圈与螺杆33的顶盖26相接触，螺杆33上端的套筒21安装在支承套23内，螺杆33顶部穿过套筒21，向心推力轴承内圈下端面与支承套23肩部端面相接触，向心推力轴承外圈上端面与传动套筒17相接触，传动顶圈安装在传动套筒17上端面。

所述大齿轮19与小齿轮10之间传动比i＝4:1；所述燃烧室38的内壁设有电阻丝43，电阻丝43连接外部电源；所述气门座圈夹具45与基台1之间为可拆卸式固定连接；燃烧室38通过螺栓与基台1固定。

所述螺杆33与夹持杆6之间设有一固定支架18，固定支架18用于对螺杆33和夹持杆6进行定位；夹持杆6与固定支架18设有套筒11。

所述气门瞬间冲击机构包括套筒、顶杆39、推杆40、推杆马达41；所述顶杆39的下端部置于套筒内上端部伸出套筒并与气门头4-2前端面相抵；所 述推杆40安装在套筒内，其上端部对应于顶杆39的下端部，并在顶杆39的下端部上套设有缓冲弹簧42；推杆40的下端部伸出套筒底部并连接推杆马达41。

所述高温燃气供给系统包括油箱29、给油箱增压的增压泵27、鼓风机48、控制开关47、脉冲点火器36、喷嘴35、燃烧管37；

所述鼓风机48通过带有一气体缓冲过滤管49的进气管道50连接燃烧室38输入端燃烧管37的侧壁；

所述油箱29通过一带有伺服阀28的输油管道31连接喷嘴35，喷嘴35喷射部置于燃烧管37内；脉冲点火器36设置在燃烧管37的侧壁上；控制开关47连接控制伺服阀28和脉冲点火器36，控制它们的开/关；所述油箱29内有一块滑动隔板30，将油箱29分为两个互不相通腔室，上腔室装空气，下腔室装燃料。

一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验方法如下：

步骤一：模拟燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验步骤：伺服电机20带动凸轮轴15转动，凸轮与传动板14相接触，传动板14安装在传动顶圈13、16上，将运动传递至大齿轮19和气门4，气门4开启，螺杆复位弹簧32和夹持杆复位弹簧7同时被压缩，大齿轮19在受力向下运动的同时，也受到来自螺杆33旋转力，产生转动，从而带动小齿轮10转动，使气门4在开启过程中产生旋转运动；凸轮轴15回程过程中，气门4和大齿轮19分别在螺杆复位弹簧32和夹持杆复位弹簧7的作用下上升，大齿轮19同样受到来自螺杆33的旋转力而转动，从而使得气门4产生旋转运动；在气门4闭合和开启整个过程中，大齿轮19和小齿轮10始终保持上下同步运动，防止两个它们在竖直方向上产生相对运动，以避免产生竖直方向上的摩擦力对齿轮转动造成的不良影响；在气门4落座瞬间，推杆马达41驱动推杆40 向上运动，使顶杆39(以一定大小的力)向上冲击气门4并将冲击压力保持至下一次气门开启瞬间，以此来模拟气门4在发动机中所受的气体压力，在气门4开启瞬间，推杆马达41驱动推杆40向下运动，将冲击压力撤销，与此同时，增压泵27持续向油箱29上腔室中压入空气，增大油箱29中的压力，鼓风机48通过进气管道50向燃烧管37中输入空气，在气门4落座瞬间，控制开关47控制伺服阀28开启，燃料在空气压力下进入输油管道31，并从喷嘴35中喷出，与进气管道50中输入的空气混合，同时，控制开关47控制脉冲点火器36点燃燃料，产生高温燃气输入至燃烧室38中，模拟气门4和气门座圈44受高温燃气的冲刷与腐蚀过程；

在气门4开启瞬间，控制开关47控制伺服阀28和脉冲点火器36关闭；燃烧室38产生的尾气依次经过尾气排气腔2-1、排气管3进入尾气收集箱2内；完成模拟燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟无燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验步骤：气门运动过程与步骤一相同；关闭增压泵27、伺服阀28以及脉冲点火器36；将供热源由原来的燃气改成电阻丝43加热，即可完成无燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟有燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损的试验步骤：燃气供应控制过程与步骤一相同；取下大齿轮19，即可完成气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟无燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损的试验：关闭增压泵27、伺服阀28和点火开关36；取下大齿轮19，将供热源由原来的燃气改成电阻丝43加热，即可完成无燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型包括基台、安装在基台下方的燃烧室、给燃烧室提供燃气的 高温燃气供给系统、设置在基台上的气门导向套、设置在气门导向套上方的气门夹持套、设置在气门夹持套内的用于夹持气门气门杆尾部的夹持杆、设置在气门导向套一侧的螺杆的螺杆导向套、设置在基台上的支撑架、安装在支撑架上的由服电机驱动其旋转的凸轮轴，以及用于模拟气门在发动机中所受气体压力的气门瞬间冲击机构等结构组合。可以在有高温燃气冲刷和电阻丝加热两种不同工况下进行气门与气门座圈的对比试验，能模拟高温燃气对气门与气门座圈的冲刷与腐蚀，更符合气门与气门座圈摩擦副的实际工况，提高了气门和气门座圈磨损特性研究试验的可靠性，同时极大缩短完成气门-气门座圈摩擦副磨损试验的时间。

本实用新型可以实现气门在开闭过程中，气门旋转与气门不旋转两种不同工况下的磨损试验。采用推杆马达进行加载，具有结构简单，易于控制等优点。

本实用新型座圈夹具与基台之间为可拆卸式固定连接，拆装方便。可以收集排出的尾气，保护环境。

附图说明

图1为本实用新型气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置平面结构示意图一。

图2为本实用新型气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置平面结构示意图二。

图3为图2中的A局部放大结构示意图。

图4为图2中的B局部放大结构示意图。

图5为图2中的C局部放大结构示意图。

图6为本实用新型气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置立体结构示意图。

图7为气门座圈夹具45的结构示意图。

图8为固定支架18的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至8所示。本实用新型公开了一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验装置，包括基台1、安装在基台1下方的燃烧室38、给燃烧室38提供燃气的高温燃气供给系统、设置在基台1上的气门导向套4-1、设置在气门导向套4-1上方的气门夹持套5、设置在气门夹持套5内的用于夹持气门4气门杆尾部的夹持杆6、设置在气门导向套4-1一侧的螺杆33的螺杆导向套34、设置在基台1上的支撑架1-1、安装在支撑架1-1上的由伺服电机20驱动其旋转的凸轮轴15；

所述气门4的气门头4-2置于燃烧室38内，在气门导向套4-1与气门头4-2后端面之间的通路上开设有一尾气排气腔2-1，尾气排气腔2-1通过排气管3连接尾气收集箱2；所述气门头4-2后端面还设有一气门座圈夹具45，气门座圈44过盈配合设置在其内；当气门头4-2后端面与气门座圈44相抵时，燃烧室38与尾气排气腔2-1之间的通路切断，当气门头4-2后端面与气门座圈44分离时，燃烧室38与尾气排气腔2-1之间的通路连通；

在燃烧室38内、气门头4-2前端面下方还设有一用于模拟气门4在发动机中所受气体压力的气门瞬间冲击机构；

所述螺杆33的上端部伸出螺杆导向套34，并在其上安装有大齿轮19；所述夹持杆6的上端部伸出气门夹持套5，并在其上安装有与大齿轮19啮合的小齿轮10；

在螺杆33和夹持杆6的上部及中部分别安装有向心推力轴承22、25、9、12，并在各上部的向心推力轴承上方分别设有一传动顶圈13、16，在传动顶圈13、16上安装有一传动板14，传动板14的上表面与凸轮轴15的凸轮接触，当凸轮轴15转动时，凸轮往复下压传动板14，并通过传动顶圈13、16将往复下压力矩同步传递给螺杆33和夹持杆6，使大齿轮19和小齿轮10跟随螺 杆33及夹持杆6同步上下往复运动，在上下往复运动的同时，螺杆33(为非自锁螺杆)产生旋转力，在旋转力的作用下大齿轮19跟随其旋转，并将旋转力传递给小齿轮10，小齿轮10带动夹持杆6旋转的同时使气门4的气门头部在燃烧室38内以旋转的方式上下往复运动。

所述螺杆导向套34内设有螺杆复位弹簧32，用于给螺杆33提供一个向上的推力；所述气门夹持套5内设有夹持杆复位弹簧7，用于给夹持杆6提供一个向上的推力。

所述的螺杆33的螺旋角λ大于摩擦角ρ，为非自锁螺杆，所述大齿轮19与螺杆33之间安装有滚珠螺母24，大齿轮19上端面的螺杆上安装一个支承套23，向心推力轴承安装在大齿轮19的下端的螺杆上，所述向心推力轴承内圈与螺杆33的顶盖26相接触，螺杆33上端的套筒21安装在支承套23内，螺杆33顶部穿过套筒21，向心推力轴承内圈下端面与支承套23肩部端面相接触，向心推力轴承外圈上端面与传动套筒17相接触，传动顶圈安装在传动套筒17上端面。

所述大齿轮19与小齿轮10之间传动比i＝4:1；所述燃烧室38的内壁设有电阻丝43，电阻丝43连接外部电源；所述气门座圈夹具45与基台1之间为可拆卸式固定连接，例如可通过多个螺栓46在气门座圈夹具45的径向方向，将其固定在基台1上；燃烧室38通过螺栓与基台1固定。

所述螺杆33与夹持杆6之间设有一固定支架18，固定支架18用于对螺杆33和夹持杆6进行定位；夹持杆6与固定支架18设有套筒11。

所述气门瞬间冲击机构包括套筒、顶杆39、推杆40、推杆马达41；所述顶杆39的下端部置于套筒内上端部伸出套筒并与气门头4-2前端面相抵；所述推杆40安装在套筒内，其上端部对应于顶杆39的下端部，并在顶杆39的下端部上套设有缓冲弹簧42；推杆40的下端部伸出套筒底部并连接推杆马达41。

所述高温燃气供给系统包括油箱29、给油箱增压的增压泵27、鼓风机48、控制开关47、脉冲点火器36、喷嘴35、燃烧管37；

所述鼓风机48通过带有一气体缓冲过滤管49的进气管道50连接燃烧室38输入端燃烧管37的侧壁；

所述油箱29通过一带有伺服阀28的输油管道31连接喷嘴35，喷嘴35喷射部置于燃烧管37内；脉冲点火器36设置在燃烧管37的侧壁上；控制开关47连接控制伺服阀28和脉冲点火器36，控制它们的开/关；所述油箱29内有一块滑动隔板30，将油箱29分为两个互不相通腔室，上腔室装空气，下腔室装燃料。

一种气门-气门座圈摩擦副磨损试验方法如下：

步骤一：模拟燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验步骤：伺服电机20带动凸轮轴15转动，凸轮与传动板14相接触，传动板14安装在传动顶圈13、16上，将运动传递至大齿轮19和气门4，气门4开启，螺杆复位弹簧32和夹持杆复位弹簧7同时被压缩，大齿轮19在受力向下运动的同时，也受到来自螺杆33旋转力，产生转动，从而带动小齿轮10转动，使气门4在开启过程中产生旋转运动；凸轮轴15回程过程中，气门4和大齿轮19分别在螺杆复位弹簧32和夹持杆复位弹簧7的作用下上升，大齿轮19同样受到来自螺杆33的旋转力而转动，从而使得气门4产生旋转运动；在气门4闭合和开启整个过程中，大齿轮19和小齿轮10始终保持上下同步运动，防止两个它们在竖直方向上产生相对运动，以避免产生竖直方向上的摩擦力对齿轮转动造成的不良影响；在气门4落座瞬间，推杆马达41驱动推杆40向上运动，使顶杆39(以一定大小的力)向上冲击气门4并将冲击压力保持至下一次气门开启瞬间，以此来模拟气门4在发动机中所受的气体压力，在气门4开启瞬间，推杆马达41驱动推杆40向下运动，将冲击压力撤销，与 此同时，增压泵27持续向油箱29上腔室中压入空气，增大油箱29中的压力，鼓风机48通过进气管道50向燃烧管37中输入空气，在气门4落座瞬间，控制开关47控制伺服阀28开启，燃料在空气压力下进入输油管道31，并从喷嘴35中喷出，与进气管道50中输入的空气混合，同时，控制开关47控制脉冲点火器36点燃燃料，产生高温燃气输入至燃烧室38中，模拟气门4和气门座圈44受高温燃气的冲刷与腐蚀过程；

在气门4开启瞬间，控制开关47控制伺服阀28和脉冲点火器36关闭；燃烧室38产生的尾气依次经过尾气排气腔2-1、排气管3进入尾气收集箱2内；完成模拟燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟无燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验步骤：气门运动过程与步骤一相同；关闭增压泵27、伺服阀28以及脉冲点火器36；将供热源由原来的燃气改成电阻丝43加热，即可完成无燃烧气氛、气门旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟有燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损的试验步骤：燃气供应控制过程与步骤一相同；取下大齿轮19，即可完成气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

模拟无燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损的试验：关闭增压泵27、伺服阀28和点火开关36；取下大齿轮19，将供热源由原来的燃气改成电阻丝43加热，即可完成无燃烧气氛、气门不旋转工况下气门-气门座圈摩擦副磨损试验。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。