往复运动行程可变的内燃机缸套-活塞环摩擦性能试验机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于研究内燃机机械功耗的试验机，具体为一种往复行程可变的缸套 活塞环摩擦性能试验机。
【背景技术】
[0002] 内燃机是国民经济中应用非常广泛的动力装置，在节能减排的趋势下，对于内燃 机的经济性能要求在不断提升，排放标准也日趋严格，内燃机的摩擦功耗减低是实现内燃 机的节能减耗目标的一个主要方面。
[0003] 机械摩擦功耗损失在内燃机的功率损失中占据很大的比例，降低机械摩擦功耗损 失对于内燃机的经济性能提高有着重要的影响。机械摩擦功耗损失主要是活塞曲柄机构、 缸套一活塞环机构、喷油嘴排气阀机构和其他机构的摩擦功耗损失。
[0004] 活塞与活塞环的摩擦损失是内燃机的机械摩擦损失的主要部分。因此，研究缸 套一活塞环之间的摩擦磨损，对于降低内燃机的机械摩擦损失，实现内燃机的效率提高有 着重要的意义。缸套一活塞环是一对重要的摩擦副，为了研究缸套一活塞环之间的摩擦磨 损性能，需要采用摩擦试验机模拟内燃机的缸套一活塞环之间的工作性能，无论对于新机 型的开发或是原有机型的改进，能够促进缸套一活塞环的优化设计，提高内燃机的动力性 能、经济性能W及可靠性。
[0005] 缸套-活塞环之间因为有相对滑动而存在摩擦。运样的滑动摩擦又可分为干摩擦， 边界润滑，流体润滑W及混合润滑。
[0006] 缸套-活塞环的摩擦润滑状态在不断变化之中。当活塞在到达气缸套上、下止点位 置时，活塞运动方向即将改变，此时，缸套一活塞环所受的惯性力和交变载荷很大，缸套一 活塞环摩擦副处于半干摩擦或干摩擦状态；当活塞处于气缸套中部位置时，活塞与气缸套 的相对滑动速度较大，摩擦副处于边界润滑状态。
[0007] 缸套一活塞环的研究方法主要有理论研究和试验研究方法。
[000引试验研究方法是研究内燃机缸套一活塞环摩擦磨损的主要方法之一。把缸套、活 塞环分别制成符合试验机尺寸标准的试样，然后再通过一定时间的试验机运转试验，来研 究缸套一活塞环的摩擦磨损性能。如果试验机往复运动行程的模拟较多地小于实际的行 程，则试验结果将不能正确反映真实的缸套一活塞环摩擦磨损性能。
[0009]目前国内外大型汽车公司和内燃机公司或研究机构所采用的试验机，其活塞环的 行程都是固定的，不能改变。实际上，大型内燃机，其活塞行程往复距离比较长，小型内燃 机，其活塞行程往复距离比较短。在试验机上做摩擦磨损性能试验，只能根据内燃机的行 程，寻找行程大小相同或接近的试验机，开展相关试验。活塞试验行程达不到相应的比较长 的往复距离，必然会影响试验的正确性。如果对于大型、小型内燃机都制造相应的各个型号 试验机，必然会增大投入设备的成本。运样，只有行程可变的内燃机缸套活塞环摩擦性能试 验机，才能够既满足大型内燃机的试验，也满足小型内燃机的试验。
【发明内容】
[0010] 为了克服现有的行程不能改变的技术缺陷，本发明公开了一种往复运动行程可变 的内燃机缸套-活塞环摩擦性能试验机，且具备参数易控制、试样易于取得、试验数据精度 高、摩擦环境易于模拟的特性。
[0011] 本发明通过如下技术方案达到发明目的：
[0012] -种往复运动行程可变的内燃机缸套-活塞环摩擦性能试验机，包括平台和底板， 平台固定在底板上，其特征是:还包括润滑油管、油箱、蠕动累、螺栓、电机、皮带轮轮轴、支 座、大皮带轮、可变半径曲柄盘、安装圆柱销的销孔、连杆、调整杆导向座、调整杆、导轨、用 于布置加载装置的加载孔、悬臂梁、活塞环夹具、活塞环试件、缸套试件、拉压力传感器、缸 套底座、传感器支架和测量杆，
[0013] 两个支座相对平行地用螺栓固定在底板上，皮带轮轮轴的两端分别可转动地设于 一个支座上，大皮带轮和可变半径曲柄盘运两者都通过各自的圆屯、套设并固定在皮带轮轮 轴上，可变半径曲柄盘上设有至少Ξ个用于安装圆柱销的销孔，各个销孔和可变半径曲柄 盘圆屯、连线的长度都不相等；
[0014] 调整杆导向座和导轨依次固定在平台上，连杆的一端连接可变半径曲柄盘上的一 个销孔，连杆的另一端套设在调整杆导向座内，缸套底座设于导轨上且沿导轨滑动，缸套试 件固定在缸套底座上，调整杆的一端套设在调整杆导向座内，调整杆的另一端通过螺栓固 定在缸套底座上，导向座内连杆和调整杆之间通过螺栓连接，悬臂梁的固定端固定在平台 上，悬臂梁的横梁水平地设于缸套底座上，悬臂梁上设有加载装置，活塞环夹具固定在悬臂 梁上，活塞环试件固定在缸套试件上，活塞环试件套设在活塞环夹具内，传感器支架固定在 缸套底座上，拉压力传感器固定在传感器支架上，测量杆的一端连接拉压力传感器，测量杆 的另一端连接活塞环试件；
[0015] 油箱和蠕动累都固定在底板上，油箱通过润滑油管连接蠕动累，蠕动累的输油口 正对活塞环夹具和活塞环试件之间的摩擦面，电机的机壳通过螺栓固定在底板上，电机的 输出轴通过皮带等传动机构连接大皮带轮。
[0016] 所述的往复运动行程可变的内燃机缸套-活塞环摩擦性能试验机，其特征是：
[0017] 所述的加载装置选用连接在悬臂梁上的固定块；
[0018] W可变半径曲柄盘圆屯、为投影点对各个销孔作中屯、投影，各个销孔在可变半径曲 柄盘圆周上的投影点围绕可变半径曲柄盘圆周平均分布；
[0019]缸套底座内设有加热装置。
[0020] 本发明首要实现的目的是往复运动行程可变，W运个为中屯、目的，做出如上所述 相应的机构改进。
[0021] 本发明使用时，导轨固定在平台上，调整杆导向座也固定在平台上，调整杆连接在 缸套底座上作往复运动，导轨对缸套底座起导向作用。
[0022] 要实现多种不同的往复行程，需要有多个不同的曲柄长度和连杆长度。首先通过 连接曲柄盘上的不同销孔，实现多个不同的曲柄长度，而连杆的长度可W按照曲柄连杆机 构的对应关系做设计。
[0023] 把曲柄的运动轨迹圆设计为一个可边半径曲柄盘，按不同的曲柄长度作为半径， 在可边半径曲柄盘10上的不同半径点设计出销孔11。对于每一个相应长度的连杆12,连杆 12的圆周运动点只要与销孔上安装的销相联，就构成不同尺寸的曲柄连杆机构。当曲柄运 动时，连杆12上对应的往复运动点就有不同的往复行程。
[0024] 由于每个往复行程可W完成比该行程稍大或比该行程稍小的往复运动试验，只需 选择有限的若干个曲柄半径数值，就能够完成一定范围的往复行程试验。
[0025] 本发明选取不同数值的曲柄半径，在圆盘对应开销孔，运就形成了可变半径曲柄 盘。连杆通过圆柱销与可变半径曲柄盘相联。
[0026] 运样的设计，使得往复运动试验行程基本上覆盖了常用的内燃机活塞缸内行程范 围。
[0027] 但是只有方便施加载荷才能更好地进行摩擦磨损试验。为了使得施加载荷的点， 也是夹持活塞环试件的点，作为缸套试件静止时的中屯、点，也作为往复运动的中屯、点，在连 杆的往复运动点设计有相应不同配套的调整杆，即可实现往复运动的中屯、点与施加载荷的 点对应。调整杆的设计也可W避免连杆的平面运动对缸套试件的运动平稳性产生影响。
[0028] 悬臂梁有固定端和悬臂端，悬臂梁的靠近固定端处开有一圆孔。悬臂梁的固定端 用于把悬臂梁固定在侧面的支架上并固定在平台上。悬臂梁的悬臂端布置有活塞环夹具， 可W夹持住活塞环试件。
[0029] 可采用的加载方式有两种，第一种是在悬臂梁的悬臂端上方放置作为固定块的破 码，破码的量值根据加载力的需要而确定;第二种是在悬臂梁上的圆孔下方布置有固定块， 固定块W螺钉固定在平台上，固定块上部顶面开有螺栓孔，W螺栓穿过悬臂梁上的圆孔联 接于固定块，当螺栓梓紧时，即可使得悬臂梁的悬臂端向下加压。可W根据力学方法进行螺 栓梓紧量与悬臂端压力的计算。
[0030] 悬臂梁由侣合金制成。当悬臂梁的悬臂端在平行于平台的横向力作用下，悬臂梁 在横向有很灵敏的变形反应。当缸套试件开始作往复运动之后，由于缸套试件和活塞环试 件之间有变化摩擦力，悬臂梁的悬臂端产生相应的横向变形，传感器支架上安装的测量杆 即可W对变形进行测量。
[0031] 本发明克服了现有技术的不足，提供了一种往复行程可变的缸套活塞环摩擦性能 试验机，本发明设计所实现的缸套一活塞环试验机，还具有试验参数易控制、试验结果重复 性较好、试样易于获得、摩擦磨损试验数据精度高和缸套一活塞环接触条件易于模拟等优 点，能够反映出现有实际的缸套一活塞环摩擦磨损的影响因素对试验的影响。最重要的还 是行程可调，即可W对大型内燃机，也可W对中小型内燃机开展缸套活塞环摩擦磨损试验。 采用本发明试验设备，能符合实际情况，能够较为接近地模拟内燃机工作环境。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明试验机的总体结构示意图；
[0033] 图2为曲柄连杆机构实现往复运动行程可变的设计示意；
[0034] 图3为可变半径的曲柄连杆机构示意图；
[0035] 图4为本发明中悬臂梁及加载系统、数据采集系统的局部放大图。
【具体实施方式】
[0036] W下通过具体实施例进一步说明本发明。
[0037] 实施例1
[0038] -种往复运动行程可变的内燃机缸套-活塞环摩擦性能试验机，包括润滑油管1、 油箱2、蠕动累3、螺栓4、电机5、皮带轮轮轴6、支座7、大皮带轮9、可变半径曲柄盘10、安装圆 柱销的销孔11、连杆12、调整杆导向座13、调整杆14、导轨15、用于布置加载装置的加载孔 16、悬臂梁17、活塞环夹具18、活塞环试件19、缸套试件20、拉压力传感器21、缸套底座22、传 感器支架23、平台24底板31和测量杆32，如图1~图4所示，具体结构是：
[0039] 平台24固定在底板31上，两个支座7相对平行地用螺栓4固定在底板31上，皮带轮 轮轴6的两端分别可转动地设于一个支座7上，大皮带轮9和可变半径曲柄盘10运两者都通 过各自的圆屯、套设并固定在皮带轮轮轴6上，可变半径曲柄盘10上设有至少Ξ个用于安装 圆柱销的销孔11，各个销孔11和可变半径曲柄盘10圆屯、连线的长度都不相等；
[0040] 调整杆导向座13和导轨15依次固定在平台24上，连杆12的一端