[發明專利]發動機頂置配氣凸輪軸接觸應力測試方法

有效

• 申請號: 201410110600.3
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103868633A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 陳闖;侯曄星;張自明;王根全;孫亞奇;李鵬
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所(天津)
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于發動機測試技術領域，具體涉及一種發動機頂置配氣凸輪軸接觸應力測試方法。

背景技術

凸輪軸是發動機配氣機構傳動組件的核心零件，為保證機構動力傳遞剛度，凸輪軸強度的設計裕度一般較大，正常情況下凸輪軸很少發生斷裂疲勞失效。反而，凸輪與其從動件的磨損失效問題較為常見，凸輪直接驅動的零部件稱之為凸輪從動件，一般是指搖臂、擺臂或挺柱。特別是隨著高功率密度發動機的問世，該摩擦副在高溫、高轉速、變壓力的作用下，容易導致凸輪-從動件工作面因發生劇烈摩擦而磨損。研究和解決凸輪接觸疲勞問題其中最重要的一個評價參數就是接觸應力，然而，接觸應力的測試難度非常大。因此，準確測試凸輪軸凸輪接觸應力值，用以解決凸輪磨損問題以及疲勞研究是非常重要的。

目前，有關凸輪軸接觸應力的獲取方法主要是仿真計算，一般運用AVL動力學計算模塊，通過搭建模型、參數輸入，可以簡單地得到凸輪周期接觸應力曲線，但是，由于機構為簡化模型、潤滑和摩擦參數量化難，仿真計算得到的應力值和實際應力值還是存在一定的誤差。試驗測試是另外一個接觸應力的獲取方法，其主要包括兩種思路：一種是采用薄膜應變計等特殊應變計或通過面壓試紙直接測試得到；另一種是首先通過測試機構相關零件的應力來求解接觸力，再利用赫茲公式計算間接得到。特殊應變計技術成熟度、可靠性較低，且測試量程有限，業內應用較少；通過試驗間接測試的方法業內認可度雖然較高，但是，其應用只能局限于凸輪軸中置或下置的推挺搖式配氣機構，對于頂置凸輪軸配氣機構型式毫無應用價值，因為很難找到能夠通過測試應力來求解凸輪接觸力的相關零件。

申請號為200810044029.4的專利申請公開了一種柴油機燃油系統凸輪驅動機構接觸應力的測試方法，采用動態測試和靜態測試相結合的方式，對柴油機燃油系統凸輪驅動機構中凸輪與挺桿的接觸應力進行測試：首先測量工作狀態下挺桿的動態應變值，然后計算出挺桿所受的作用力大?。桓鶕馆喸谑茏畲蠼佑|力作用時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；最后在試驗機上按標定載荷加載，測量凸輪與滾輪之間的接觸區面積，計算其平均接觸應力。該方法能夠準確測的接觸應力，對凸輪驅動機構進行強度評估，指導凸輪與挺桿的結構設計，同時也可以判別仿真分析的結果，指導仿真分析。

現有技術中，接觸應力的間接測試方法僅能針對中置或下置的推挺搖式配氣機構，選擇在推桿表面軸向方向布置應變片，得到推桿的承受載荷，進而換算得到凸輪-挺柱的接觸力，后利用赫茲公式完成接觸應力求解，因此，無法實現頂置凸輪軸配氣機構型式的接觸應力測試。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種發動機頂置配氣凸輪軸接觸應力測試方法，能夠實現任何配氣機構型式凸輪軸接觸應力的測試。

本發明的技術方案：一種發動機頂置配氣凸輪軸接觸應力測試方法，其特征在于：

第一步，通過AVL動力學計算模塊確定工作周期內凸輪-從動件最大接觸應力時對應的凸輪軸轉角；

第二步，在配氣機構試驗臺架上動態測試凸輪-從動件最大接觸應力轉角對應的凸輪根部圓角應力；

第三步，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標從動件壓頭與凸輪軸定位承載接觸，確定凸輪-從動件接觸力與凸輪根部圓角應力的線性關系；

第四步，根據第二步確定的凸輪根部圓角應力和第三步確定的凸輪-從動件接觸力與凸輪根部圓角應力之間的線性關系，確定凸輪-從動件的最大接觸力；

第五步，按照赫茲公式確定接觸應力。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1.可實現任何配氣機構型式凸輪軸接觸應力的測試：本方法則選擇在凸輪軸凸輪根部圓角處布置應變片，采用非標從動件壓頭利用等量測試原理完成凸輪-從動件接觸力的換算，因此，本方法可以實現包括頂置式的任何配氣機構型式的凸輪軸接觸應力測試。

2.測試數據可信度高：本方法首先通過AVL動力學計算模塊找到工作周期內凸輪-從動件間最大接觸應力時刻，進一步分析得到此刻凸輪根部圓角承載的敏感區域，并完成應變片的布置和動態應力測試。等量測試時，取出并固定凸輪軸，采用液壓的、等形的非標從動件壓頭實現與凸輪軸的定位承載接觸，并得到相應圓角應力，繼而通過等量求解得到凸輪-從動件接觸力。以上應力測試前，均需要進行狀態標定、溫度補償、應變計調試及預加載。另外，赫茲公式中凸輪-從動件的接觸帶寬參數也是在等量試驗中測試得到。因此，整個試驗測試得到的數據是比較準確可靠的。

附圖說明