一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置與方法；包括底板和頂板、氣門、燃燒室、氣門座圈、驅(qū)動氣門旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)、用于給氣門提供頂升力的壓力供給機構(gòu)；燃燒室通過燃燒室支架固定在底板上，座圈夾具置于燃燒室的底部，氣門座圈置于燃燒室內(nèi)置于座圈夾具上并被座圈夾具夾持；氣門的頭部伸入燃燒室內(nèi)，并與氣門座圈相接觸。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、精巧，既可以分析氣門?座圈摩擦副的轉(zhuǎn)動微動磨損性能，也可以分析氣門?座圈摩擦副的微動疲勞性能，能夠很好地模擬氣門、氣門座圈的實際工況，準確評估氣門、氣門座圈微動磨損特性，為提高材料的抗微動磨損性能提供可靠試驗數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置與方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及汽車零部件磨損試驗工程，尤其涉及一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置與方法。
【背景技術】
[0002]在發(fā)動機工作過程中，氣門與氣門座圈所處工況十分惡劣，承受著高頻率的高溫燃氣和復位彈簧的沖擊力，腐蝕氣氛更是加速了氣門-座圈摩擦副的磨損。而當氣門落座以后，氣門有可能在外力的作用的產(chǎn)生往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門在落座后的轉(zhuǎn)動幅度是微小的，但是這種轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磨損破壞不容忽視，氣門-座圈摩擦副的這種磨損方式為轉(zhuǎn)動微動磨損。另外，在氣門落座后，會受到高壓燃氣的沖擊而使得氣門錐面與座圈錐面被壓緊，在壓緊過程中，氣門的移動幅度也是微小的，并且受到的沖擊力大小會不斷變化，因而在交變載荷作用下氣門與座圈會產(chǎn)生微動疲勞。目前，多數(shù)試驗是采用傳統(tǒng)磨損試驗機，只對氣門和座圈的材料本身磨損特性進行研究，而沒有很好地結(jié)合氣門和座圈的實際磨損形式和工作條件，且專門針對氣門-座圈摩擦副微動磨損性能的試驗研究較少。為了更好的掌握氣門和氣門座圈的微動磨損和微動疲勞特性，提高氣門、座圈材料的抗微動磨損性能，必須采用更符合氣門-座圈摩擦副實際工況的設備進行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置與方法。能夠很好地模擬氣門、氣門座圈的實際工況，準確評估氣門、氣門座圈微動磨損特性，為提高材料的抗微動磨損性能提供可靠試驗數(shù)據(jù)。
[0004]本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn):
[0005]—種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，包括底板I和頂板5、氣門12、燃燒室13、氣門座圈20、驅(qū)動氣門12旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)、用于給氣門12提供頂升力的壓力供給機構(gòu)；
[0006]所述燃燒室13通過燃燒室支架14固定在底板I上，所述座圈夾具19置于燃燒室13的底部，氣門座圈20置于燃燒室13內(nèi)置于座圈夾具19上并被座圈夾具19夾持;所述氣門12的頭部伸入燃燒室13內(nèi)，并與氣門座圈20相接觸，氣門12的桿體頂部通過平面軸承7與頂板5轉(zhuǎn)動連接。
[0007]所述氣門12的頭部與氣門座圈20的接觸面為30°?45°錐角配合，即氣門12的頭部外緣為倒錐面，氣門座圈20為內(nèi)錐面。
[0008]所述氣門12的桿體的中段設有三個推力軸承9，即第一推力軸承9-1、第二推力軸承9-2、第三推力軸承9-3;在第一推力軸承9-1與平面軸承7之間設置第一軸套8;在第二推力軸承9-2與第三推力軸承9-3之間設置第二軸套6;在第一推力軸承9-1與第二推力軸承9-2之間設置齒輪10，齒輪10由傳動機構(gòu)驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門12跟隨其同步轉(zhuǎn)動。
[0009]傳動機構(gòu)包括推桿電機3，在推桿電機3的軸18上安裝齒條11，齒條11與齒輪10相互嚙合，當推桿電機3往復直線運動時，由齒條11帶動齒輪10轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門12跟隨其同步轉(zhuǎn)動。
[0010]所述平面軸承7包括松環(huán)7-1和緊環(huán)7-2，所松環(huán)7-1安裝在頂板5上，緊環(huán)7-2安裝在氣門12桿體的頂端。
[0011]所述底板I上還設有一氣門保持架17，用于防止氣門12在徑向上偏擺，進而提高氣門12與氣門座圈20同軸度。
[0012]所述壓力供給機構(gòu)設置在燃燒室支架14下方，壓力供給機構(gòu)包括液壓缸16及其液壓缸活塞桿15，所述液壓缸活塞桿15的頂端與座圈夾具19相抵。
[0013]座圈夾具19與液壓缸活塞桿15之間設置有壓力傳感器，所述燃燒室13內(nèi)設置有溫度傳感器。
[0014]所述推桿電機3安裝在電機支架2上，電機支架2安裝在底板I上;所述底板I和頂板5之間通過支柱4固定。所述氣門座圈20的下部安裝有一個用于收集磨肩的收集裝置。
[0015]—種氣門與氣門座圈微動磨損試驗方法，包括模擬氣門落座之后的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗步驟、模擬氣門落座過程中的微動疲勞試驗步驟、模擬氣門與座圈摩擦副復合磨損試驗步驟；
[0016](— )模擬氣門落座之后的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗步驟如下:
[0017]液壓缸活塞桿15帶動裝有氣門座圈20的座圈夾具19向上運動，使氣門座圈20與氣門12的頭部接觸，并按預設壓力的大小施加頂升壓力;燃燒室13的溫度升至預設溫度，推桿電機3驅(qū)動齒條11往復直線運動，使氣門12跟隨齒輪10往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門12的頭部與氣門座圈20在設定的接觸壓力下進行相應的往復旋轉(zhuǎn)運動，完成氣門12與氣門座圈20微動磨損試驗；
[0018](二)模擬氣門落座過程中的微動疲勞試驗步驟如下:
[0019]設定液壓缸活塞桿15的頂升行程，以及氣門12與氣門座圈20之間沖擊壓力的大小;推桿電機3不工作，氣門12不轉(zhuǎn)動;燃燒室13溫度升至設定溫度，氣門座圈20在液壓缸活塞桿15的驅(qū)動下，以預先設定的沖擊力和行程對氣門12的頭部反復沖擊，即可完成氣門12與氣門座圈20的微動疲勞試驗。
[0020](三)模擬氣門-座圈摩擦副復合磨損試驗步驟如下:
[0021 ]設定液壓缸活塞桿15的行程，以及氣門12與氣門座圈20之間沖擊載荷的大小，推桿電機3驅(qū)動齒條11做往復直線運動，齒輪10帶動氣門12跟隨其往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門12以設定的旋轉(zhuǎn)角度往復旋轉(zhuǎn)，氣門座圈20在液壓缸活塞桿15的驅(qū)動下，以設定的沖擊力和行程對氣門12的頭部反復沖擊沖擊，即可完成氣門12與氣門座圈20的復合試驗。
[0022]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0023]本發(fā)明包括驅(qū)動氣門旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)、用于給氣門提供頂升力的壓力供給機構(gòu)；燃燒室通過燃燒室支架固定在底板上，所述座圈夾具置于燃燒室的底部，氣門座圈置于燃燒室內(nèi)置于座圈夾具上并被座圈夾具夾持;所述氣門的頭部伸入燃燒室內(nèi)，并與氣門座圈錐角配合。并在座圈夾具與液壓缸活塞桿之間設置有壓力傳感器，燃燒室內(nèi)設置有溫度傳感器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、精巧，既可以分析氣門-座圈摩擦副的轉(zhuǎn)動微動磨損性能，也可以分析氣門-座圈摩擦副的微動疲勞性能，能夠很好地模擬氣門、氣門座圈的實際工況，準確評估氣門、氣門座圈微動磨損特性，為提高材料的抗微動磨損性能提供可靠試驗數(shù)據(jù)。
[0024]采用液壓加載，壓力調(diào)節(jié)方便、響應速度快、活塞桿行程可靈活調(diào)節(jié)。采用推桿電機以及齒輪齒條機構(gòu)驅(qū)動氣門轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞動力大、精度高、易于靈活控制。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視示意圖
[0027]圖3為本發(fā)明局部結(jié)構(gòu)放大示意圖
[0028]圖4為本發(fā)明的氣門結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖5為本發(fā)明氣門與氣門座圈在燃燒室內(nèi)的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0031 ] 實施例
[0032]如圖1至5所示。本發(fā)明公開了一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，包括底板I和頂板5、氣門12、燃燒室13、氣門座圈20、驅(qū)動氣門12旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)、用于給氣門12提供頂升力的壓力供給機構(gòu)；
[0033]所述燃燒室13通過燃燒室支架14固定在底板I上，所述座圈夾具19置于燃燒室13的底部，氣門座圈20置于燃燒室13內(nèi)置于座圈夾具19上并被座圈夾具19夾持;所述氣門12的頭部伸入燃燒室13內(nèi)，并與氣門座圈20相接觸，氣門12的桿體頂部通過平面軸承7與頂板5轉(zhuǎn)動連接。
[0034]所述氣門12的頭部與氣門座圈20的接觸面為30°?45°錐角配合，即氣門12的頭部外緣為倒錐面，氣門座圈20為內(nèi)錐面。
[0035]所述氣門12的桿體的中段設有三個推力軸承9，即第一推力軸承9-1、第二推力軸承9-2、第三推力軸承9-3;在第一推力軸承9-1與平面軸承7之間設置第一軸套8;在第二推力軸承9-2與第三推力軸承9-3之間設置第二軸套6;在第一推力軸承9-1與第二推力軸承9-2之間設置齒輪10，齒輪10由傳動機構(gòu)驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門12跟隨其同步轉(zhuǎn)動。
[0036]傳動機構(gòu)包括推桿電機3，在推桿電機3的軸18上安裝齒條11，齒條11與齒輪10相互嚙合，當推桿電機3往復直線運動時，由齒條11帶動齒輪10轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門12跟隨其同步轉(zhuǎn)動。
[0037]所述平面軸承7包括松環(huán)7-1和緊環(huán)7-2，所松環(huán)7-1安裝在頂板5上，緊環(huán)7-2安裝在氣門12桿體的頂端。
[0038]所述底板I上還設有一氣門保持架17，用于防止氣門12在徑向上偏擺，進而提高氣門12與氣門座圈20同軸度。
[0039]所述壓力供給機構(gòu)設置在燃燒室支架14下方，壓力供給機構(gòu)包括液壓缸16及其液壓缸活塞桿15，所述液壓缸活塞桿15的頂端與座圈夾具19相抵。
[0040]座圈夾具19與液壓缸活塞桿15之間設置有壓力傳感器，所述燃燒室13內(nèi)設置有溫度傳感器。
[0041]所述推桿電機3安裝在電機支架2上，電機支架2安裝在底板I上;所述底板I和頂板5之間通過支柱4固定。所述氣門座圈20的下部安裝有一個用于收集磨肩的收集裝置。
[0042]本發(fā)明氣門與氣門座圈微動磨損試驗方法可通過如下幾個步驟實現(xiàn):
[0043](— )模擬氣門落座之后的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗步驟如下:
[0044]液壓缸活塞桿15帶動裝有氣門座圈20的座圈夾具19向上運動，使氣門座圈20與氣門12的頭部接觸，并按預設壓力的大小施加頂升壓力;燃燒室13的溫度升至預設溫度，推桿電機3驅(qū)動齒條11往復直線運動，使氣門12跟隨齒輪10往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門12的頭部與氣門座圈20在設定的接觸壓力下進行相應的(微小旋轉(zhuǎn)角度)往復旋轉(zhuǎn)運動，完成氣門12與氣門座圈20微動磨損試驗；
[0045](二)模擬氣門落座過程中的微動疲勞試驗步驟如下:
[0046]設定液壓缸活塞桿15的頂升行程，以及氣門12與氣門座圈20之間沖擊壓力的大小;推桿電機3不工作，氣門12不轉(zhuǎn)動;燃燒室13溫度升至設定溫度，氣門座圈20在液壓缸活塞桿15的驅(qū)動下，以預先設定的沖擊力和行程對氣門12的頭部反復沖擊，即可完成氣門12與氣門座圈20(摩擦副)的微動疲勞試驗。本步驟實驗過程中，氣門12與氣門座圈20之間的沖擊載荷為交變載荷，且沖擊行程很小。
[0047](三)模擬氣門-座圈摩擦副復合磨損試驗步驟如下:
[0048]設定液壓缸活塞桿15的行程，以及氣門12與氣門座圈20之間沖擊載荷的大小，推桿電機3驅(qū)動齒條11做往復直線運動，齒輪10帶動氣門12跟隨其往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門12以設定的(微小)旋轉(zhuǎn)角度往復旋轉(zhuǎn)，氣門座圈20在液壓缸活塞桿15的驅(qū)動下，以設定的沖擊力和行程對氣門12的頭部反復沖擊沖擊，即可完成氣門12與氣門座圈20 (摩擦副)的復合試驗。
[0049]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0050]本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:包括底板(I)和頂板(5)、氣門(12)、燃燒室(13)、氣門座圈(20)、驅(qū)動氣門(12)旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)、用于給氣門(12)提供頂升力的壓力供給機構(gòu)； 所述燃燒室(13)通過燃燒室支架(14)固定在底板(I)上，所述座圈夾具(19)置于燃燒室(13)的底部，氣門座圈(20)置于燃燒室(13)內(nèi)置于座圈夾具(19)上并被座圈夾具(19)夾持;所述氣門(12)的頭部伸入燃燒室(13)內(nèi)，并與氣門座圈(20)相接觸，氣門(12)的桿體頂部通過平面軸承(7)與頂板(5)轉(zhuǎn)動連接。2.根據(jù)權利要求1所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述氣門(12)的頭部與氣門座圈(20)的接觸面為30°?45°錐角配合，即氣門(12)的頭部外緣為倒錐面，氣門座圈(20)為內(nèi)錐面。3.根據(jù)權利要求1所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述氣門(12)的桿體的中段設有三個推力軸承(9)，即第一推力軸承(9-1)、第二推力軸承(9-2)、第三推力軸承(9-3);在第一推力軸承(9-1)與平面軸承(7)之間設置第一軸套(8);在第二推力軸承(9-2)與第三推力軸承(9-3)之間設置第二軸套(6);在第一推力軸承(9-1)與第二推力軸承(9-2)之間設置齒輪(10 )，齒輪(1)由傳動機構(gòu)驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門(12)跟隨其同步轉(zhuǎn)動。4.根據(jù)權利要求3所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:傳動機構(gòu)包括推桿電機(3)，在推桿電機(3)的軸(18)上安裝齒條(11)，齒條(11)與齒輪(10)相互嚙合，當推桿電機(3)往復直線運動時，由齒條(11)帶動齒輪(10)轉(zhuǎn)動，從而帶動氣門(12)跟隨其同步轉(zhuǎn)動。5.根據(jù)權利要求3所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述平面軸承(7)包括松環(huán)(7-1)和緊環(huán)(7-2)，所松環(huán)(7-1)安裝在頂板(5)上，緊環(huán)(7-2)安裝在氣門(12)桿體的頂端。6.根據(jù)權利要求3所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述底板(I)上還設有一氣門保持架(17)，用于防止氣門(12)在徑向上偏擺，進而提高氣門(12)與氣門座圈(20)同軸度。7.根據(jù)權利要求3所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述壓力供給機構(gòu)設置在燃燒室支架(14)下方，壓力供給機構(gòu)包括液壓缸(16)及其液壓缸活塞桿(15)，所述液壓缸活塞桿(15)的頂端與座圈夾具(19)相抵。8.根據(jù)權利要求7所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:座圈夾具(19)與液壓缸活塞桿(15)之間設置有壓力傳感器，所述燃燒室(13)內(nèi)設置有溫度傳感器。9.根據(jù)權利要求4所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置，其特征在于:所述推桿電機(3)安裝在電機支架(2)上，電機支架(2)安裝在底板(I)上;所述底板(I)和頂板(5)之間通過支柱(4)固定;所述氣門座圈(20)的下部安裝有一個用于收集磨肩的收集裝置。10.—種氣門與氣門座圈微動磨損試驗方法，其特征在于采用權利要求1至9中任一項所述氣門與氣門座圈微動磨損試驗裝置實現(xiàn)，包括模擬氣門落座之后的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗步驟、模擬氣門落座過程中的微動疲勞試驗步驟、模擬氣門與座圈摩擦副復合磨損試驗步驟； (一)所述模擬氣門落座之后的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗步驟如下: 液壓缸活塞桿(15)帶動裝有氣門座圈(20)的座圈夾具(19)向上運動，使氣門座圈(20)與氣門(12)的頭部接觸，并按預設壓力的大小施加頂升壓力;燃燒室(13)的溫度升至預設溫度，推桿電機(3)驅(qū)動齒條(11)往復直線運動，使氣門(12)跟隨齒輪(10)往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門(12)的頭部與氣門座圈(20)在設定的接觸壓力下進行相應的旋轉(zhuǎn)角度往復旋轉(zhuǎn)運動，完成氣門(12)與氣門座圈(20)微動磨損試驗； (二)所述模擬氣門落座過程中的微動疲勞試驗步驟如下: 設定液壓缸活塞桿(15)的頂升行程，以及氣門(12)與氣門座圈(20)之間沖擊壓力的大小;推桿電機(3)不工作，氣門(12)不轉(zhuǎn)動;燃燒室(13)溫度升至設定溫度，氣門座圈(20)在液壓缸活塞桿(15)的驅(qū)動下，以預先設定的沖擊力和行程對氣門(12)的頭部反復沖擊，SP可完成氣門(12)與氣門座圈(20)的微動疲勞試驗； (三)所述模擬氣門-座圈摩擦副復合磨損試驗步驟如下: 設定液壓缸活塞桿(15)的行程，以及氣門(12)與氣門座圈(20)之間沖擊載荷的大小，推桿電機(3)驅(qū)動齒條(11)做往復直線運動，齒輪(10)帶動氣門(12)跟隨其往復旋轉(zhuǎn)運動，氣門(12)以設定的旋轉(zhuǎn)角度往復旋轉(zhuǎn)，氣門座圈(20)在液壓缸活塞桿(15)的驅(qū)動下，以設定的沖擊力和行程對氣門(12)的頭部反復沖擊沖擊，即可完成氣門(12)與氣門座圈(20)的復合試驗。
【文檔編號】G01N3/02GK106053276SQ201610576155
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】屈盛官, 楊章選, 和銳亮, 賴福強, 李小強
【申請人】華南理工大學