一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置的制作方法

本发明属于机械摩擦磨损与控制领域，具体涉及一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置。

背景技术：

摩擦磨损是材料功能失效的主要形式。在内燃发动机中，因摩擦而损失的功率约为30%，其中缸套-活塞环摩擦副之间的摩擦损失占了发动机总摩擦损失的19%左右，摩擦损失导致活塞环-缸套配副表面失效，严重时引起发动机故障，减少了发动机寿命。

内燃发动机中的摩擦磨损是无法直接观察到的，这就需要将其摩擦磨损状态进行模拟，设计与活塞环运动工况相同的摩擦试验机，这有助于分析其磨损机理，指导生产技术进行改进。在国内原武汉汽车工业大学摩擦学研究所自制的FGM-1型缸套-活塞环快速模拟磨损试验机，利用实际缸套和活塞环作形成配对副，对载荷、温度、速度和润滑等参数进行试验，具有较好的模拟性、稳定性、重复性与灵敏性，可有效地对缸套-活塞环的摩擦、磨损特性进行研究；该试验机加载机构加载时的最大相对误差为3.9％，卸载时最大相对误差为7.6％。但是上述试验机工作的稳定性和试验结果的重复性还不能满足要求；因此没有得到大范围的推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置，简化了磨损试验方案，缩短了试验时间，提高了试验的模拟性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置，包括底座、曲轴、双列滚珠直线导轨、滑片、缸套切片、气缸、连杆、杠杆、震动传感器、活塞环夹具、角铁压板、第一锥形压头、压力传感器、金属圆棒、支架杆和支撑架；连接电机的曲轴固定在底座的一端，气缸竖直固定在底座的另一端，双列滚珠直线导轨固定在底座上，且位于曲轴和气缸之间；双列滚珠直线导轨上方设有支撑架，支撑架顶部设有横梁，横梁顶部设有垫块，滑片设置在双列滚珠直线导轨上，滑片沿双列滚珠直线导轨滑动；连接电机的曲轴和滑片通过连杆连接，杠杆一端通过销轴与气缸连接，另一端底部设有第二锥形压头，杠杆的杆身通过销轴固定在垫块顶部；横梁上开有两个通孔，靠近气缸一侧的通孔内设有金属圆棒，靠近曲轴一侧的通孔内设有支架杆，角铁压板固定在支架杆上，角铁压板一端为自由端，角铁压板自由端底部设有单道滑轨，活塞环夹具顶部卡在上述单道滑轨上，并能沿着单道滑轨的轨道移动，活塞环夹具侧壁通过震动传感器与角铁压板水平固定连接，第一锥形压头通过压力传感器与金属圆棒连接，第二锥形压头位于金属圆棒顶部；缸套切片固定在滑片上。

活塞环夹具、第一锥形压头、金属圆棒以及第二锥形压头的中心位于同一直线上。

上述气缸与电磁阀相连，电磁阀与空压机相连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、结构简单，操作方便，可以长时间运行模拟；2、模拟过程中，无需实时看守；3、采用上下加载模式，载荷稳定、容易控制。

附图说明

图1为本发明模拟活塞环-缸套磨损的实验装置的整体结构示意图。

图2为本发明实施例二的实验装置的整体结构示意图。

图3为本发明模拟活塞环-缸套磨损的实验装置A-A局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置，包括底座1、曲轴2、双列滚珠直线导轨3、滑片4、缸套切片5、气缸7、连杆8、杠杆11、震动传感器12、活塞环夹具13、角铁压板14、第一锥形压头15、压力传感器16、金属圆棒17、支架杆18和支撑架；连接电机的曲轴2固定在底座1的一端，气缸7竖直固定在底座1的另一端，双列滚珠直线导轨3固定在底座1上，且位于曲轴2和气缸7之间；双列滚珠直线导轨3上方设有支撑架，支撑架顶部设有横梁10，横梁10顶部设有垫块20，滑片4设置在双列滚珠直线导轨3上，滑片4沿双列滚珠直线导轨3滑动；连接电机的曲轴2和滑片4通过连杆8连接，杠杆11一端通过销轴与气缸7连接，另一端底部设有第二锥形压头19，杠杆11的杆身通过销轴固定在垫块20顶部；横梁10上开有两个通孔，靠近气缸7一侧的通孔内设有金属圆棒17，靠近曲轴2一侧的通孔内设有支架杆18，角铁压板14固定在支架杆18上，角铁压板14一端为自由端，角铁压板14自由端底部设有单道滑轨，活塞环夹具13顶部卡在上述单道滑轨上，并能沿着单道滑轨的轨道移动，活塞环夹具13侧壁通过震动传感器12与角铁压板14水平固定连接，第一锥形压头15通过压力传感器16与金属圆棒17连接，第二锥形压头19位于金属圆棒17顶部；缸套切片5固定在滑片4上。

活塞环夹具13、第一锥形压头15、金属圆棒17以及第二锥形压头19的中心位于同一直线上。

上述气缸7与电磁阀相连，电磁阀与空压机相连接。

实施例一

结合图1和图3，一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置，包括底座1、曲轴2、双列滚珠直线导轨3、滑片4、缸套切片5、气缸7、连杆8、杠杆11、震动传感器12、活塞环夹具13、角铁压板14、第一锥形压头15、压力传感器16、金属圆棒17、支架杆18和支撑架；连接电机的曲轴2通过螺栓固定在底座1的一端，气缸7通过螺栓竖直固定在底座1的另一端。双列滚珠直线导轨3通过螺栓固定在底座1上，且位于曲轴2和气缸7之间。双列滚珠直线导轨3上方设有支撑架，支撑架顶部设有横梁10，横梁10方向与双列滚珠直线导轨3方向一致，横梁10顶部焊接有垫块20，滑片4设置在双列滚珠直线导轨3上，滑片4沿双列滚珠直线导轨3滑动。连接电机的曲轴2和滑片4通过连杆8连接，杠杆11一端通过销轴与气缸7连接，另一端底部设有第二锥形压头19，杠杆11的杆身通过销轴固定在垫块20顶部，且垫块20与气缸7的距离为杠杆11的杆身长度的2/3。横梁10上开有两个通孔，靠近气缸7一侧的通孔内设有金属圆棒17，靠近曲轴2一侧的通孔内设有支架杆18，角铁压板14固定在支架杆18上，角铁压板14一端为自由端，角铁压板14自由端底部设有单道滑轨，活塞环夹具13顶部卡在上述单道滑轨上，并能沿着单道滑轨的轨道移动，活塞环夹具13侧壁通过震动传感器12与角铁压板14水平固定连接，第一锥形压头15通过压力传感器16与金属圆棒17连接，第二锥形压头19位于金属圆棒17顶部；缸套切片5固定在滑片4上。

活塞环夹具13、第一锥形压头15、金属圆棒17以及第二锥形压头19的中心位于同一直线上。

上述气缸7与电磁阀相连，电磁阀与空压机相连接。

实施例二

结合图2和图3，上述实施例一中的支撑架及其顶部的垫块20，可用长立柱6、短立柱9和横梁10代替，具体结构如下：

一种模拟活塞环-缸套磨损的实验装置，底座1、曲轴2、双列滚珠直线导轨3、滑片4、缸套切片5、长立柱6、气缸7、连杆8、短立柱9、横梁10、杠杆11、震动传感器12、活塞环夹具13、角铁压板14、第一锥形压头15、压力传感器16、金属圆棒17和支架杆18。连接电机的曲轴2通过轴承支撑固定在底座1的一端，气缸7竖直固定在底座1的另一端，双列滚珠直线导轨3焊接在底座1上，且位于曲轴2和气缸7之间。两根长立柱6通过螺栓在底座1上，两根短立柱9通过螺栓固定在底座1上，横梁10通过螺栓水平设置在两根短立柱9和两根长立柱6之间，用于连接两根长立柱6和两根短立柱9，两根长立柱6靠近气缸7，两根短立柱9靠近曲轴2。滑片4设置在双列滚珠直线导轨3上，可沿双列滚珠直线导轨3滑动。连杆8一端与曲轴2之间通过轴承连接，另一端与滑片4之间通过小轴承连接，曲轴2运转中心与连杆8和滑片4的连接点水平共线。杠杆11一端通过销轴与气缸7连接，另一端底部设有第二锥形压头19，杠杆11的杆身中心位置通过销轴固定在长立柱6的顶部。横梁10上开有两个通孔，靠近长立柱6一侧的通孔内设有金属圆棒17，靠近短立柱9一侧的通孔内设有支架杆18，角铁压板14一端为自由端，另一端焊接在支架杆18上，角铁压板14自由端底部焊接有单道滑轨，活塞环夹具13顶部卡在上述单道滑轨上，并能沿着单道滑轨的轨道移动，活塞环夹具13侧壁通过震动传感器12与角铁压板14水平固定连接，第一锥形压头15通过压力传感器16与金属圆棒17连接，第二锥形压头19位于金属圆棒17顶部。缸套切片5固定在滑片4上。

活塞环夹具13、第一锥形压头15、金属圆棒17以及第二锥形压头19的中心位于同一直线上。

上述曲轴2与可调频电机相连，可调频电机与调频器相连，曲轴2半径为25mm，对应滑片4的行程为50mm，频率在0-50HZ内可调；压力传感器12和震动传感器12分别于相应的仪表连接，仪表与计算机相连接。

支架杆18和金属圆棒17在横梁10的通孔的约束下，只能上下移动，不能在其它方向上活动；支架杆18和金属圆棒17长度要适当，活塞环夹具13竖直压在缸套切片5上，且金属圆棒17不脱离横梁10上对应的通孔。

上述气缸7与电磁阀相连，电磁阀与空压机相连接。

工作过程：

1、将活塞环切片安装在活塞环夹具13上。

2、打开空压机气压，使得气缸7垂直向上顶住杠杆11一端，杠杆11另一端的第二锥形压头19对金属圆棒17中心进行加载压力。

3、加压过程中，第一锥形压头15对角铁压板14进行加压，使得位于角铁压板14底部的活塞环夹具13上的活塞环切片竖直压在金属槽4上的缸套切片5上，对应的仪表显示相应的加载数据。

4、给电机通电，调节频率，电机带动曲轴2转动，通过连杆8带动金属槽4水平往复运动，此时金属槽4内的缸套切片5相对活塞环开始做水平往复运动。

5、水平往复运动中，活塞环夹具13在摩擦力的作用下，沿缸套切片5的运动方向水平往复运动。

6、运动过程中，压力传感器16和震动传感器12通过仪表连接上计算机，可实时的记录载荷参数，以及活塞环与缸套切片之间摩擦力的参数。

7、根据上述获得的参数，计算活塞环-缸套配副在不同载荷下运动的摩擦系数和磨损率，评估活塞环的摩擦磨损性能。

本发明的优点在于结构简单，操作方便，可以长时间运行模拟；模拟过程中，无需实时看守；采用上下加载模式，载荷稳定、容易控制。