柴油机燃油系统凸轮驱动机构接触应力的测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柴油机燃油系统凸轮驱动机构接触应力的测试方法，采用动态测试和静态测试相结合的方式，对柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸轮与挺杆的接触应力进行测试；首先测量工作状态下挺杆的动态应变值，然后计算出挺杆所受的作用力大小；根据凸轮在受最大接触力作用时，凸轮接触力与挺杆轴向作用力间的夹角，将挺杆受到的轴向作用力换算成凸轮与滚轮之间的接触力；最后在试验机上按标定载荷加载，测量凸轮与滚轮之间的接触区面积，计算其平均接触应力。本发明专利技术能够准确测得接触应力，对凸轮驱动机构进行强度评估，指导凸轮和挺杆的结构设计，同时也可以判别仿真分析的结果，指导仿真分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柴油机燃油系统凸轮驱动机构的测试方法，特别是涉及一种柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸轮与挺杆接触应力的测试方法。
技术介绍
柴油机燃油系统的凸轮驱动机构是机械式燃油系统的动力源，所述凸轮驱动机构 的驱动部件各运动副处于高频、高应力、冲击负荷工作条件下，其接触应力大小影响着供油 系统的可靠性。接触应力过大，使凸轮驱动机构的驱动部件寿命降低，容易出现过热、拉毛 等机械故障。 所述凸轮驱动机构中凸轮与挺杆的接触应力最直接的获取方法就是通过测试的 手段获得。运用测试结果可以判别仿真分析结果的合理性，指导仿真分析流程，同时可进行 所述凸轮驱动机构驱动部件的强度评估和可靠性评估，指导驱动部件的结构设计和凸轮型 线设计。 现阶段，对于大功率柴油机凸轮与挺杆接触应力的测试还是比较困难的，文献报 道也是相对较为稀少的。常规的测试技术均是在小型的农业机械中采用。 一般使用桥接法 或半桥接法进行静态测试，但不对材料的本身特性径向测量，只是粗略的模拟构件的受力 状况，测试结果也仅为接触内力，不能完全的反映接触应力细微的变化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种柴油机燃油系统凸轮驱动机构接触应力的 测试方法，能够准确测得接触应力，对凸轮驱动机构进行强度评估，指导凸轮和挺杆的结构 设计，同时也可以判别仿真分析的结果，指导仿真分析。 为解决上述技术问题，本专利技术的柴油机燃油系统凸轮驱动机构接触应力的测试方 法，采用动态测试和静态测试相结合的方式，对柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸轮与挺 杆的接触应力进行测试；包括如下步骤 步骤一、进行动态测试，测量柴油机实际工作状态下挺杆的动态应变值，然后计算 出挺杆所承受的作用力大小； 步骤二、根据凸轮在受最大接触力作用时，凸轮接触力与挺杆轴向作用力之间的 夹角，将挺杆轴向作用力换算成凸轮与滚轮之间的接触力； 步骤三、进行静态测试，以所述换算的接触力作为标定载荷，采用与所述凸轮相同 曲率半径的圆柱替代凸轮，在所述圆柱与滚轮之间装入锡箔；万能试验机按照标定的载荷 加载，作用于滚轮和圆柱之间，使锡箔记录下滚轮与圆柱之间的接触压痕；根据接触压痕的 面积计算得到凸轮与挺杆的平均接触应力。 通过使用本专利技术的测试方法，可以准确的得到柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸 轮与挺杆的接触应力，能够指导柴油机燃油系统凸轮驱动机构的设计和凸轮型线的设计， 改进和优化所述凸轮驱动机构接触应力的计算方法，进而縮短设计周期，减少实验经费。也可以对所述凸轮驱动机构进行强度评估，判别仿真分析的结果，指导仿真分析。 附图说明 下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明 图l是挺杆贴片示意图； 图2是应变变化规律； 图3是应变变化局部图(4 6s); 图4是测点4 6的应变变化规律； 图5是应变花(即测点4 6)的最小主应变变化规律； 图6时应变花(即测点4 6)的最大主应变变化规律； 图7是弹性模量应力_应变曲线； 图8是多体动力学计算模型； 图9是挺杆轴向与竖直方向的夹角变化示意图； 图10是本专利技术的方法测试过程示意图。具体实施例方式配气机构是负责内燃机换气过程的工作系统，实现内燃机进气过程和排气过程定 时，直接影响着内燃机充量系数，是决定缸内燃烧性能的重要机构之一。对于四冲程内燃机 广泛采用低置式凸轮轴气阀式配气机构。低置式凸轮轴气阀式配气机构主要由三部分组成气阀组(气阀、气阀导套、气阀弹簧、转阀机构等)，凸轮轴(轴、凸轮、紧固装置、传动齿轮等)和驱动机构(挺杆或摇杆、推杆、摇臂、摇臂座、阀桥等)。凸轮轴一般布置在曲轴箱或气缸体下方处，气阀组布置在顶部缸盖上，中间通过驱动机构把凸轮型线体现的一定的运动规律传递给气阀。 本专利技术的，采用动态测试和静态测试相结合的方式，对柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸轮与挺杆的接触应力进行测试，使得测试结果更加合理可靠。 动态测试是在柴油机实际工作状态下，根据不同的工况测得挺杆的应变，并以此为标定载荷，施加到静态压痕试验中，作用于滚轮和凸轮(或替代圆柱)之间。 静态测试时，由于凸轮的偏心，加载时极易滚动，同时加载时力的作用线一定要通过凸轮转动轴的轴心，因此采用同曲率半径圆柱代替凸轮的方法，提高测试精度和准确性。 静态测试的结果只是接触力，如要得到应力需实测接触面积，然后转换成应力。接触面积采用压痕法，使用软质锡箔记录接触压痕。 本专利技术中测量凸轮与挺杆之间的接触应力采用间接测量的方法。参见图IO所示， 首先测量工作状态下挺杆的动态应变值，然后计算出挺杆所受的作用力大小；根据凸轮在 受最大接触力作用时，凸轮接触力与挺杆轴向作用力间的夹角，将挺杆受的轴向作用力换 算成凸轮与滚轮之间的接触力；最后在试验机上按标定载荷加载，测量凸轮与滚轮之间的 接触区面积，计算其平均接触应力。 动态测试试验 在挺杆设计中，挺杆只承受两个端部的轴向力，而无受弯或受扭，故可将挺杆视为二力杆，依此原理，进行试验测试，直接测得挺杆应变，从而获得挺杆受力。 在试验中，柴油机的最高转速分别为1455r/min(r/min表示每分钟的转速)和 1500r/min，因此在两次试验中，可以换算为8730° /s和900(T /s(即柴油机在每秒转过 的角度)，采样频率为6400Hz，即每秒采集6400次数据。相当于在第一次试验最高转速时， 柴油机每转过1. 3640625° ，动态应变测试仪记录一次应变片上的数据，同理，在第二次试 验中，柴油机每转过1.40625° ，动态应变测试仪记录一次应变片上的数据。 图1表示挺杆上应变片的布置方位及角度。应变片设置在挺杆的中间段，挺杆上 共布置三片应变片，以及一个由三片应变片组成的应变花。其中三片应变片1-3为轴向设 置，位于挺杆的两侧各设置一片应变片1、3，中间位置设置一片应变片2。所述应变花为箭 头形，其中间位置的应变片5位于所述挺杆中间位置的应变片2的上端(组成应变花的另 外两片应变片4、6的一端与中间片5的下端对齐，另一端呈角度的对称设置在中间片5的 两端)。在应变片后布置搭桥，将引线导出与动态应变测试仪相连接。 由于真实试验过程中，挺杆工作位置与实际测量位置较远，需较长的导线，这会引 起电阻值偏大；因此在动态应变测试仪中，对此段电阻进行计算并减去导线电阻影响，保证 试验精度。 对动态测试试验所记录下的应变片上的数据，主要按以下步骤进行分析首先，去 除初值影响(所谓的初值就是应变片在测试之处所存在的数据)；其次，对各个应变片的数 据进行处理(归纳、数值整理)；最后，对处理好的数据进行绘图。 试验工况表如表1所示<table>table see original document page 5</column></row><table> 由于挺杆在实际工作中，除了承受轴向力之外，还会存在受弯的情况，因此，为消 除弯矩的影响，对四片沿轴向方向的应变片的数值求取平均值，并得到平均值的峰值。 参见图2、3所示，从应变片1 3的测试数据中可得到3个位置测试点的应变变 化整体趋势，三个测试点的应变峰值均介于1400 1500之间，但最大值略有不同，由此可 以说明虽然在理论上挺杆仅受轴向载荷，但在实际工作中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油机燃油系统凸轮驱动机构接触应力的测试方法，其特征在于：采用动态测试和静态测试相结合的方式，对柴油机燃油系统凸轮驱动机构中凸轮与挺杆的接触应力进行测试；包括如下步骤：步骤一、进行动态测试，测量柴油机实际工作状态下挺杆的动态应变值，然后计算出挺杆所承受的作用力大小；步骤二、根据凸轮在受最大接触力作用时，凸轮接触力与挺杆轴向作用力之间的夹角，将挺杆轴向作用力换算成凸轮与滚轮之间的接触力；步骤三、进行静态测试，以所述换算的接触力作为标定载荷，采用与所述凸轮相同曲率半径的圆柱替代凸轮，在所述圆柱与滚轮之间装入锡箔；万能试验机按照标定载荷加载，作用于滚轮和圆柱之间，使锡箔记录下滚轮与圆柱之间的接触压痕；根据接触压痕的面积计算得到凸轮与挺杆的平均接触应力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泓，方文超，黄立，季诚，谷峰，张慧，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]