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發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，包括以下步驟：用仿真方法確定工作周期內(nèi)凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力對(duì)應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角；借助臺(tái)架試驗(yàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試凸輪最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)角下的圓角應(yīng)力；然后確定凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力的線性關(guān)系，繼而可以換算得到凸輪-從動(dòng)件的最大接觸力；最終根據(jù)赫茲公式求解得到接觸應(yīng)力。本方法可以實(shí)現(xiàn)包括頂置式的任何配氣機(jī)構(gòu)型式的凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)可信度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)組件的核心零件，為保證機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞剛度，凸輪軸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)裕度一般較大，正常情況下凸輪軸很少發(fā)生斷裂疲勞失效。反而，凸輪與其從動(dòng)件的磨損失效問(wèn)題較為常見(jiàn)，凸輪直接驅(qū)動(dòng)的零部件稱之為凸輪從動(dòng)件，一般是指搖臂、擺臂或挺柱。特別是隨著高功率密度發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，該摩擦副在高溫、高轉(zhuǎn)速、變壓力的作用下，容易導(dǎo)致凸輪-從動(dòng)件工作面因發(fā)生劇烈摩擦而磨損。研究和解決凸輪接觸疲勞問(wèn)題其中最重要的一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)就是接觸應(yīng)力，然而，接觸應(yīng)力的測(cè)試難度非常大。因此，準(zhǔn)確測(cè)試凸輪軸凸輪接觸應(yīng)力值，用以解決凸輪磨損問(wèn)題以及疲勞研究是非常重要的。
[0003]目前，有關(guān)凸輪軸接觸應(yīng)力的獲取方法主要是仿真計(jì)算，一般運(yùn)用AVL動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊，通過(guò)搭建模型、參數(shù)輸入，可以簡(jiǎn)單地得到凸輪周期接觸應(yīng)力曲線，但是，由于機(jī)構(gòu)為簡(jiǎn)化模型、潤(rùn)滑和摩擦參數(shù)量化難，仿真計(jì)算得到的應(yīng)力值和實(shí)際應(yīng)力值還是存在一定的誤差。試驗(yàn)測(cè)試是另外一個(gè)接觸應(yīng)力的獲取方法，其主要包括兩種思路:一種是采用薄膜應(yīng)變計(jì)等特殊應(yīng)變計(jì)或通過(guò)面壓試紙直接測(cè)試得到；另一種是首先通過(guò)測(cè)試機(jī)構(gòu)相關(guān)零件的應(yīng)力來(lái)求解接觸力，再利用赫茲公式計(jì)算間接得到。特殊應(yīng)變計(jì)技術(shù)成熟度、可靠性較低，且測(cè)試量程有限，業(yè)內(nèi)應(yīng)用較少；通過(guò)試驗(yàn)間接測(cè)試的方法業(yè)內(nèi)認(rèn)可度雖然較高，但是，其應(yīng)用只能局限于凸輪軸中置或下置的推挺搖式配氣機(jī)構(gòu)，對(duì)于頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)型式毫無(wú)應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)楹茈y找到能夠通過(guò)測(cè)試應(yīng)力來(lái)求解凸輪接觸力的相關(guān)零件。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?00810044029.4的專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種柴油機(jī)燃油系統(tǒng)凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接觸應(yīng)力的測(cè)試方法，采用動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試相結(jié)合的方式，對(duì)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中凸輪與挺桿的接觸應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試:首先測(cè)量工作狀態(tài)下挺桿的動(dòng)態(tài)應(yīng)變值，然后計(jì)算出挺桿所受的作用力大??；根據(jù)凸輪在受最大接觸力作用時(shí)凸輪接觸力與挺桿軸向作用力間的夾角，將挺桿受到的軸向作用力換算成凸輪與滾輪之間的接觸力；最后在試驗(yàn)機(jī)上按標(biāo)定載荷加載，測(cè)量凸輪與滾輪之間的接觸區(qū)面積，計(jì)算其平均接觸應(yīng)力。該方法能夠準(zhǔn)確測(cè)的接觸應(yīng)力，對(duì)凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估，指導(dǎo)凸輪與挺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以判別仿真分析的結(jié)果，指導(dǎo)仿真分析。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，接觸應(yīng)力的間接測(cè)試方法僅能針對(duì)中置或下置的推挺搖式配氣機(jī)構(gòu)，選擇在推桿表面軸向方向布置應(yīng)變片，得到推桿的承受載荷，進(jìn)而換算得到凸輪-挺柱的接觸力，后利用赫茲公式完成接觸應(yīng)力求解，因此，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)型式的接觸應(yīng)力測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，能夠?qū)崿F(xiàn)任何配氣機(jī)構(gòu)型式凸輪軸接觸應(yīng)力的測(cè)試。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于:
[0008]第一步，通過(guò)AVL動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊確定工作周期內(nèi)凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角；
[0009]第二步，在配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)架上動(dòng)態(tài)測(cè)試凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力；
[0010]第三步，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標(biāo)從動(dòng)件壓頭與凸輪軸定位承載接觸，確定凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力的線性關(guān)系；
[0011]第四步，根據(jù)第二步確定的凸輪根部圓角應(yīng)力和第三步確定的凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力之間的線性關(guān)系，確定凸輪-從動(dòng)件的最大接觸力；
[0012]第五步，按照赫茲公式確定接觸應(yīng)力。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0014]1.可實(shí)現(xiàn)任何配氣機(jī)構(gòu)型式凸輪軸接觸應(yīng)力的測(cè)試:本方法則選擇在凸輪軸凸輪根部圓角處布置應(yīng)變片，采用非標(biāo)從動(dòng)件壓頭利用等量測(cè)試原理完成凸輪-從動(dòng)件接觸力的換算，因此，本方法可以實(shí)現(xiàn)包括頂置式的任何配氣機(jī)構(gòu)型式的凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試。
[0015]2.測(cè)試數(shù)據(jù)可信度高:本方法首先通過(guò)AVL動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊找到工作周期內(nèi)凸輪-從動(dòng)件間最大接觸應(yīng)力時(shí)刻，進(jìn)一步分析得到此刻凸輪根部圓角承載的敏感區(qū)域，并完成應(yīng)變片的布置和動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試。等量測(cè)試時(shí)，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標(biāo)從動(dòng)件壓頭實(shí)現(xiàn)與凸輪軸的定位承載接觸，并得到相應(yīng)圓角應(yīng)力，繼而通過(guò)等量求解得到凸輪-從動(dòng)件接觸力。以上應(yīng)力測(cè)試前，均需要進(jìn)行狀態(tài)標(biāo)定、溫度補(bǔ)償、應(yīng)變計(jì)調(diào)試及預(yù)加載。另外，赫茲公式中凸輪-從動(dòng)件的接觸帶寬參數(shù)也是在等量試驗(yàn)中測(cè)試得到。因此，整個(gè)試驗(yàn)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)是比較準(zhǔn)確可靠的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為凸輪根部圓角應(yīng)力臺(tái)架測(cè)試示意圖
[0017]圖2為凸輪根部圓角應(yīng)力等量測(cè)試主視圖
[0018]圖3為凸輪根部圓角應(yīng)力等量測(cè)試左視圖
[0019]1-凸輪、2-應(yīng)變計(jì)、3-等形非標(biāo)從動(dòng)件、4-引線、5-接觸帶、6-凸輪軸【具體實(shí)施方式】
[0020]首先通過(guò)AVL動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊找到工作周期內(nèi)凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角。
[0021]在凸輪軸的凸輪根部圓角處粘貼應(yīng)變片，借助配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)架動(dòng)態(tài)測(cè)試凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力。
[0022]凸輪軸動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試裝置，包括凸輪軸、應(yīng)變計(jì)、引線、聯(lián)接盤(pán)、無(wú)線發(fā)射模塊及無(wú)線接收模塊，所述應(yīng)變計(jì)布于凸輪軸的凸輪根部圓角處，凸輪軸上加工有補(bǔ)充小孔；引線一端與應(yīng)變計(jì)連接，另一端經(jīng)補(bǔ)充小孔、凸輪軸中空油道、聯(lián)接盤(pán)與無(wú)線發(fā)射模塊連接；無(wú)線發(fā)射模塊固定在聯(lián)接盤(pán)上；無(wú)線接收模塊與計(jì)算機(jī)連接。[0023]確定凸輪-從動(dòng)件的接觸力與凸輪根部圓角處應(yīng)力之間的線性關(guān)系。固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標(biāo)從動(dòng)件壓頭實(shí)現(xiàn)與凸輪軸的定位承載接觸，在非標(biāo)從動(dòng)件壓頭上施加一定的壓力，并測(cè)量得到相應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力。根據(jù)在非標(biāo)從動(dòng)件壓頭上施加的壓力可以推算非標(biāo)從動(dòng)件壓頭-凸輪接觸力。這樣就確定了非標(biāo)從動(dòng)件壓頭-凸輪接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力之間的線性關(guān)系。
[0024]根據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)試得到的凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力，結(jié)合等量測(cè)試試驗(yàn)中得到的非標(biāo)從動(dòng)件-凸輪接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力之間的線性關(guān)系，確定凸輪-滾輪的最大接觸力。
[0025]最后按照赫茲公式確定接觸應(yīng)力。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于: 第一步，通過(guò)AVL動(dòng)力學(xué)計(jì)算模塊確定工作周期內(nèi)凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角； 第二步，在配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)架上動(dòng)態(tài)測(cè)試凸輪-從動(dòng)件間最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力； 第三步，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標(biāo)從動(dòng)件壓頭與凸輪軸定位承載接觸，確定凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力的線性關(guān)系； 第四步，根據(jù)第二步確定的凸輪根部圓角應(yīng)力和第三步確定的凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力之間的線性關(guān)系，確定凸輪-從動(dòng)件最大接觸力； 第五步，按照赫茲公式確定接觸應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于:第二步中，在試驗(yàn)臺(tái)架上，動(dòng)態(tài)測(cè)試得到凸輪-從動(dòng)件最大接觸應(yīng)力轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的凸輪根部圓角應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)頂置配氣凸輪軸接觸應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于:第三步中，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標(biāo)從動(dòng)件壓頭與凸輪軸定位承載接觸，進(jìn)而確定凸輪-從動(dòng)件接觸力與凸輪根部圓角應(yīng)力的線性關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK103868633SQ201410110600
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】陳闖, 侯曄星, 張自明, 王根全, 孫亞奇, 李鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)