一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，包括機架、待測氣門、加載輸入桿、使待測氣門旋轉的電機以及通過所述加載輸入桿向待測氣門施加推力的軸力加載裝置，電機和軸力加載裝置設置于機架上，待測氣門兩端分別固定在電機的輸出軸和加載輸入桿上。本實用新型利用第一砝碼和第二砝碼的重力作用分別實現對待測氣門旋轉狀態下的軸向力和彎矩加載，從而進行旋轉彎曲疲勞測試，加載方式簡單可靠，并且精度高。本實用新型的軸力加載裝置可對待測氣門施加軸向力，更加貼近氣門實際工況的受力狀況。因此本實用新型能夠在更復雜受力狀態下對氣門進行疲勞性能的測試。
【專利說明】
一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種試驗裝置，具體涉及一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機。
【背景技術】
[0002]氣門、排氣門及其配對的氣門座圈是發動機配氣機構中的關鍵精密部件，氣門與座圈配合控制發動機汽缸中新鮮空氣的吸入和廢氣的排除。氣門的工作條件惡劣，在凸輪軸的帶動下高速往復運動，氣門盤部每分鐘經受上千次的交變循環沖擊載荷以及高溫氣體的沖蝕，氣門錐面上還沉積有燃燒不完全的產物。氣門的可靠性及壽命直接影響到發動機配氣機構及整機的可靠性和壽命。疲勞是指材料或者構件在循環的交變載荷作用下，其內部損傷累計直至破壞。對于氣門材料及產品的疲勞壽命測試評判至關重要。旋轉彎曲疲勞試驗的原理為試樣旋轉并承受一彎矩，產生彎矩的力恒定不變且不轉動。試樣可裝成懸臂，在一點或兩點加力或裝成橫梁，在四點加力。試驗一直進行到試樣失效或超過預定應力循環次數。
[0003]現有的測試設備一般僅注重于氣門錐面和座圈結合面的耐磨測試，忽略了對氣門疲勞性能的研究。此外，現有的旋轉彎曲疲勞試驗機只能進行應力比為-1的標準試樣的試驗，不能對整個氣門進行疲勞測試，更無法給氣門試樣施加軸向力從而進行復合受力狀態下的試驗。根據氣門的實際工況和受力可知，氣門同時受到氣門彈簧軸向力的加載和氣門座圈的沖擊載荷以及氣門盤端面受到的燃燒室中高溫高壓氣體的沖擊，氣門桿部的疲勞斷裂是氣門失效的主要方式之一。氣門受到熱和機械力的綜合作用，因此，可靠性要求高工作壽命要求長，極其必要測試氣門在高溫環境中的疲勞性能。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術中存在的技術問題，本實用新型的目的是:提供一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機。
[0005]本實用新型的目的通過下述技術方案實現:一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，包括機架、待測氣門、加載輸入桿、使待測氣門旋轉的電機以及通過所述加載輸入桿向待測氣門施加推力的軸力加載裝置，電機和軸力加載裝置設置于機架上，待測氣門兩端分別固定在電機的輸出軸和加載輸入桿上。
[0006]優選的，所述軸力加載裝置包括軸力加載桿、角接觸球軸承以及用于向軸力加載桿施加軸向推力的推力機構，軸力加載桿通過角接觸球軸承與加載輸入桿連接。
[0007]優選的，所述軸力加載裝置包括減震彈簧，所述推力機構包括支架以及施力臂，施力臂的一端鉸接在支架上，另一端為重力施加端，施力臂中部伸出有施壓桿，減震彈簧一端與施壓桿連接，另一端與軸力加載桿連接。
[0008]優選的，還設置有第一施力彈簧、第一砝碼以及用于疊放第一砝碼的第一砝碼桿，第一施力彈簧一端與重力施加端連接，另一端與第一砝碼連接。
[0009]優選的，所述加載輸入桿包括桿體以及在桿體一端上的用于夾持待測氣門的氣門桿的第一氣門夾頭，還包括主軸，電機輸出軸與主軸一端連接，主軸另一端設置有第二氣門夾頭，第二氣門夾頭包括環形氣門固定座圈、緊固螺栓以及兩個扭矩傳動銷，兩個扭矩傳動銷的一端分別插入主軸，另一端分別插入待測氣門的氣門頭，環形氣門固定座圈套于待測氣門的氣門頭背部，環形氣門固定座圈通過緊固螺栓與主軸連接將待測氣門固定起來。
[0010]優選的，還包括彎矩加載裝置，彎矩加載裝置包括杠桿橫梁以及施力機構，杠桿橫梁中部鉸接于機架上，杠桿橫梁一端與施力機構連接，另一端與加載輸入桿連接。
[0011]優選的，所述施力機構包括施力桿、第二施力彈簧、第二砝碼以及用于疊放第二砝碼的第二砝碼桿，施力桿一端與杠桿橫梁連接，另一端與第二施力彈簧的一端連接，第二施力彈簧的另一端與第二砝碼桿連接;所述杠桿橫梁上設置有頂桿以及軸承，頂桿一端與杠桿橫梁連接，另一端與軸承外圈連接，軸承內圈與加載輸入桿連接。
[0012]優選的，還包括觸發報警開關，觸發報警開關包括活動觸發塊和固定觸發塊，固定觸發塊固定連接在機架上，施力桿穿過活動觸發塊與施力桿連接，活動觸發塊位于固定觸發塊上方。
[0013]優選的，還包括主軸箱以及潤滑冷卻系統，所述主軸箱包括軸承組以及箱體，主軸兩端伸出于箱體，主軸中部通過軸承組與箱體連接，潤滑冷卻系統對軸承組施加潤滑油。
[0014]優選的，還包括高溫腔室，待測氣門設置于高溫腔室中，所述電機輸出軸和加載輸入桿分別伸入高溫腔室中與待測氣門連接，還包括熱風機、冷卻器以及送風管道，熱風機通過送風管道與高溫腔室連通，送風管道上還開設有滴油口，冷卻器與高溫腔室的排氣口連接。
[0015]本實用新型相對于現有技術具有如下的優點及效果:
[0016]1、本實用新型利用第一砝碼和第二砝碼的重力作用分別實現對待測氣門旋轉狀態下的軸向力和彎矩加載，從而進行旋轉彎曲疲勞測試，加載方式簡單可靠，并且精度高。本實用新型的軸力加載裝置可對待測氣門施加軸向力，更加貼近氣門實際工況的受力狀況。因此本實用新型能夠在更復雜受力狀態下對氣門進行疲勞性能的測試。
[0017]2、本實用新型的溫度調節室能較好地模擬發動機氣門工況環境，從而對待測氣門進行高溫旋轉彎曲疲勞試驗，本實用新型可對整個氣門進行測試，且能夠在適當時間內完成氣門疲勞性能評估，給實際生產提供可靠依據。
[0018]3、本實用新型具有操作簡單，自動化程度高，動平衡標準高和振動噪聲小的優點。本實用新型在開始工作后無需人工觀察，當試驗結束后能夠自動報警停機，并保存數據。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2是圖1中A部的放大圖。
[0021]圖3是本實用新型的第二氣門夾頭與待測氣門的氣門頭連接的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0023]實施例一:
[0024]—種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，包括機架1、待測氣門2、加載輸入桿3、使待測氣門旋轉的電機4以及通過所述加載輸入桿向待測氣門施加推力的軸力加載裝置5，電機和軸力加載裝置設置于機架上，待測氣門兩端分別固定在電機的輸出軸6和加載輸入桿上。
[0025]優選的，所述軸力加載裝置包括軸力加載桿7、角接觸球軸承8以及用于向軸力加載桿施加軸向推力的推力機構，軸力加載桿通過角接觸球軸承與加載輸入桿連接。設置角接觸球軸承可避免高速轉動的加載輸入桿與軸力加載桿產生磨擦，導致溫度的上升，同時，其還能保證軸向推力的施加。
[0026]優選的，所述軸力加載裝置包括減震彈簧9，所述推力機構包括支架10以及施力臂11，施力臂的一端鉸接在支架上，另一端為重力施加端12，施力臂中部伸出有施壓桿13，減震彈簧一端與施壓桿連接，另一端與軸力加載桿連接。
[0027]優選的，還設置有延伸桿17、第一施力彈簧14、第一砝碼15以及用于疊放第一砝碼的第一砝碼桿16，延伸桿連接于重力施加端上，第一施力彈簧一端與延伸桿連接，另一端與第一砝碼連接。第一砝碼能對待測氣門施加穩定的軸向推力，避免使用液壓氣動的推桿或電機配合絲桿對待測氣門施加軸向推力時，必需配合測力裝置對所施加的力進行控制，其導致結構復雜和使制造成本提高，同時，也難于準確控制推力的大小，且在長時間施加推力時，由于液壓缸或氣缸的泄壓又或者電機與絲桿間的竄動或滑動，導致推力的減少，影響試驗的準確性，而本實用新型僅需要通過簡單的增加或減少第一砝碼就能實現對待測氣門長時間施加穩定的軸向推力，從而進一步提高試驗的準確性。
[0028]優選的，所述加載輸入桿包括桿體18以及在桿體一端上的用于夾持待測氣門的氣門桿的第一氣門夾頭19，還包括主軸20，電機輸出軸與主軸一端連接，主軸另一端設置有第二氣門夾頭35，第二氣門夾頭包括環形氣門固定座圈37、緊固螺栓38以及兩個扭矩傳動銷36，兩個扭矩傳動銷的一端分別插入主軸，另一端分別插入待測氣門的氣門頭，環形氣門固定座圈套于待測氣門的氣門頭背部，環形氣門固定座圈通過緊固螺栓與主軸連接將待測氣門固定起來。
[0029]扭矩傳動銷能將電機對主軸產生的扭矩傳遞到待測氣門，使待測氣門轉動，同時在待測氣門安裝到第二氣門夾頭上時，還具有對待測氣門進行定位的作用，使待測氣門與主軸具有良好的同軸性，避免測試時，待測氣門產生擺動，影響測試的準確性；同時通過環形氣門固定座圈對待測氣門進行軸向固定，避免測試過程產生松動。
[0030]優選的，還包括彎矩加載裝置，彎矩加載裝置包括杠桿橫梁21以及施力機構，杠桿橫梁中部鉸接于機架上，杠桿橫梁一端與施力機構連接，另一端與加載輸入桿連接。
[0031]優選的，所述施力機構包括施力桿22、第二施力彈簧23、第二砝碼24以及用于疊放第二砝碼的第二砝碼桿25，施力桿一端與杠桿橫梁連接，另一端與第二施力彈簧的一端連接，第二施力彈簧的另一端與第二砝碼桿連接。
[0032]第二砝碼能穩定地對待測氣門施加徑向方向上的加載力而產生彎矩，僅需要通過增加或減少第二砝碼就能實現對待測氣門長時間施加穩定的加載力，從而進一步提高試驗的準確性。
[0033]優選的，所述杠桿橫梁上設置有頂桿26以及軸承27，頂桿一端與杠桿橫梁連接，另一端與軸承外圈連接，軸承內圈與加載輸入桿連接。
[0034]優選的，還包括高溫腔室28，待測氣門設置于高溫腔室中，所述電機輸出軸和加載輸入桿分別伸入高溫腔室中與待測氣門連接。
[0035]優選的，還包括熱風機29、冷卻器30以及送風管道31，熱風機通過送風管道與高溫腔室連通，送風管道上還開設有滴油口 32，冷卻器與高溫腔室的排氣口連接。
[0036]熱風機提供高溫熱氣源且氣流溫度和流量可調。冷卻器對高溫腔室排出來的熱風進行冷卻，避免熱風直接排出，提高安全性。滴油口用于滴油，油的添加使得高溫腔室內的工作環境更接近于氣門實際工況所處的環境。
[0037]優選的，還包括報警開關，報警開關包括活動觸發塊33和固定觸發塊34，固定觸發塊固定連接在機架上，施力桿穿過活動觸發塊與施力桿連接，活動觸發塊位于固定觸發塊上方，當待測氣門發生斷裂時，施力桿在第二砝碼的重力牽引下向下移動，使活動觸發塊與固定觸發塊相接觸，觸發報警開關，同時，由于活動觸發塊與固定觸發塊相接觸，施力桿停止下移，因此，第二砝碼不會掉落到地面上，起到保護作用。
[0038]優選的，還包括主軸箱以及潤滑冷卻系統，所述主軸箱包括軸承組39以及箱體40，主軸中部通過軸承組與箱體連接，主軸兩端伸出于箱體，潤滑冷卻系統對軸承組施加潤滑油，因此，在工作過程中主軸箱不會溫度過高，使得本實用新型能夠進行超長時間的高速運轉。
[0039]本實用新型的工作過程及工作原理:將待測氣門裝夾于電機輸出軸和加載輸入桿上，使待測氣門形成一懸臂梁，在待測氣門末端通過彎矩加載裝置施加徑向方向上的加載力而產生彎矩，開啟電機，使得待測氣門高速旋轉，而在高速旋轉的過程中，由于彎矩加載裝置通過軸承與加載輸入桿連接，因此，彎矩加載裝置對待測氣門產生彎矩的力能恒定不變且不轉動。
[0040]同時，通過軸力加載裝置在待測氣門末端的軸向方向上施加軸向力，使得待測氣門在測試過程中受到彎曲正應力和軸向壓力的復合作用。試驗一直進行到待測氣門失效或超過預定應力循環次數。
[0041]使用時，將待測氣門裝夾于電機輸出軸和加載輸入桿上，然后啟動電機和熱風機，將高溫腔室加熱到測試所需溫度。
[0042]高溫腔室達到設定溫度并且穩定后，按照所需分別放入第一砝碼和第二砝碼，使待測氣門承受設定的彎矩和軸向力，開始測試。
[0043]當待測氣門斷裂時，觸發報警開關，電機和熱風機自動停止，計數器記錄并保存待測氣門的轉數，完成測試。
[0044]此外，也可以是當達到設定轉數，如達到1000萬轉時，待測氣門還沒有斷裂時，電機和熱風機自動停止。
[0045]當不需要高溫環境時，可不開啟熱風機進行測試。
[0046]此外，為了縮短試驗時間，可以在同一批待測氣門的氣門桿中部適當加工相同尺寸的一凹槽或弧形缺口，這是因為在同樣的彎矩下，最小截面處的彎曲正應力最大，在該處最容易疲勞斷裂。
[0047]當然，也可以對一個完整的待測氣門進行旋轉彎曲疲勞試驗。
[0048]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質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，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:包括機架、待測氣門、加載輸入桿、使待 測氣門旋轉的電機以及通過所述加載輸入桿向待測氣門施加推力的軸力加載裝置，電機和 軸力加載裝置設置于機架上，待測氣門兩端分別固定在電機的輸出軸和加載輸入桿上。2.根據權利要求1所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:所述軸力加載裝置包 括軸力加載桿、角接觸球軸承以及用于向軸力加載桿施加軸向推力的推力機構，軸力加載 桿通過角接觸球軸承與加載輸入桿連接。3.根據權利要求2所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:所述軸力加載裝置包 括減震彈簧，所述推力機構包括支架以及施力臂，施力臂的一端鉸接在支架上，另一端為重 力施加端，施力臂中部伸出有施壓桿，減震彈簧一端與施壓桿連接，另一端與軸力加載桿連接。4.根據權利要求3所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:還設置有第一施力彈 簧、第一砝碼以及用于疊放第一砝碼的第一砝碼桿，第一施力彈簧一端與重力施加端連接， 另一端與第一砝碼連接。5.根據權利要求1所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:所述加載輸入桿包括 桿體以及在桿體一端上的用于夾持待測氣門的氣門桿的第一氣門夾頭，還包括主軸，電機 輸出軸與主軸一端連接，主軸另一端設置有第二氣門夾頭，第二氣門夾頭包括環形氣門固 定座圈、緊固螺栓以及兩個扭矩傳動銷，兩個扭矩傳動銷的一端分別插入主軸，另一端分別 插入待測氣門的氣門頭，環形氣門固定座圈套于待測氣門的氣門頭背部，環形氣門固定座 圈通過緊固螺栓與主軸連接將待測氣門固定起來。6.根據權利要求1所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:還包括彎矩加載裝 置，彎矩加載裝置包括杠桿橫梁以及施力機構，杠桿橫梁中部鉸接于機架上，杠桿橫梁一端 與施力機構連接，另一端與加載輸入桿連接。7.根據權利要求6所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:所述施力機構包括施 力桿、第二施力彈簧、第二砝碼以及用于疊放第二砝碼的第二砝碼桿，施力桿一端與杠桿橫 梁連接，另一端與第二施力彈簧的一端連接，第二施力彈簧的另一端與第二砝碼桿連接;所 述杠桿橫梁上設置有頂桿以及軸承，頂桿一端與杠桿橫梁連接，另一端與軸承外圈連接，軸 承內圈與加載輸入桿連接。8.根據權利要求7所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:還包括觸發報警開 關，觸發報警開關包括活動觸發塊和固定觸發塊，固定觸發塊固定連接在機架上，施力桿穿 過活動觸發塊與施力桿連接，活動觸發塊位于固定觸發塊上方。9.根據權利要求5所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:還包括主軸箱以及潤 滑冷卻系統，所述主軸箱包括軸承組以及箱體，主軸兩端伸出于箱體，主軸中部通過軸承組 與箱體連接，潤滑冷卻系統對軸承組施加潤滑油。10.根據權利要求1所述的氣門旋轉彎曲疲勞試驗機，其特征在于:還包括高溫腔室，待 測氣門設置于高溫腔室中，所述電機輸出軸和加載輸入桿分別伸入高溫腔室中與待測氣門 連接，還包括熱風機、冷卻器以及送風管道，熱風機通過送風管道與高溫腔室連通，送風管 道上還開設有滴油口，冷卻器與高溫腔室的排氣口連接。
【文檔編號】G01M13/00GK205620113SQ201620257185
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】屈盛官, 賴福強, 楊章選, 尹聯民, 李小強
【申請人】華南理工大學