Устройство для измерения силы трения в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к двигателе- строению, а именно к устройствам для измерения силы трения в цилиндропор шневой группе (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС),

Цель изобретения - повышение надежности ра,бото1 у стройст,ва, 1 На фиг, 1 изображен цилиндр двигателя , продольное сечение; на фиг. 2 устройство, частичный вырез, , Устройство содержит поршень 1, разрешенный в цилиндре 2, имеющем на внутренней поверхности расположенные в продольном направлении ленты 3 фоль{и, у которых один конец путем прижатия головки цилиндра (не показана) Жестко связан с верхней торцевой поверхностью цилиндра 2, а другой конец через поворотный ролик 4, находящий- ся в пазу, выполненном в нижней части стенки цилиндра 2, связан снатяж- ной парой 5, выполненной в виде червячной передачи и размещенной за пределами цилиндра 2 на блок-картете (не показан). При этом на ленте 3 фольги на участке между поворотным роликом 4 и натяжной парой 5 размещены тензо- датчики 6, Образующая поворотного ролика 4 выполнена вогнутой с радиусом кривизны, равным радиусу внутренней поверхности цилиндра для устранения смятия ленты,

Устройство работает следующим образом.

При работе ДВС на установившемся тепловом режиме сила трения поршня 1 и поршневых колец вызывает продольную деформацию растяжения - сжатия ленты 3 фольги на участке хода поршня 1. Благодаря предварительному растяжению ленты 3 натяжной парой 5 через поворотный ролик 4, указанную деформацию испытывает также участок ленты между поворотным роликом 4 и натяжной парой 5, имеющий тензодатчики 6, которые преобразуют деформацию ленты 3 в пропорциональной, силе трения электрический сигнал, подлежащий регистрации.

Использование в качестве упругого измерительного элемента лент металлической фольги 3, расположенных непосредственно на внутренней поверхности цилиндра 2, устраняют необходимость выполнения продольных направляющих па зов в стенке цилиндра 2 ДВС, что позволяет сохранить его жесткость на исходном уровне. Кроме того, устранение продольных пазов в цилиндре 2 приводит к резкому (в 1,5-2 раза) снижению прорыва газов через уплотнение поршневых колец. Размещение тензодатчиков вне зоны трения поршня 1 и устранение вредных воздействий давления и температуры смазки и газов позволяет полностью решить вопрос продления срока службы и надежной работы тензодатчиков 6,

Предотвращение сминания ленты 3 при движении поршня 1 обеспечивается предварительным растяжением ленты при помощи натяжной пары 5, импользуемой также при тарировке и калибровке устройства.

Размеры ленты (ширина и толщина) определяются требованием надежности работы ее в условиях многоциклового нагружения усилием растяжения-сжатия, обеспечением нормального функционирования и поршневых колец, осуществлением смены направления силового потока на ленте через поворотный ролик.

Выполнение этих требований возможно при использовании ленты 3 фольги из прочного упругого сплава, например, нихрома, манганита и др. при ширине, не приводящей к сминанию ленты на сгибах, и толщине, находящейся в поле допусков на зазор пары поршень-цилиндр и на отклонение от правильной геометрии поршня и цилиндра.

Минимальную величину площади поперечного сечения ленты можно определить из соотношения

S hb -- ,

(1)

где F- максимальная величина силы трения, приходящаяся н ширину ленты Ъ С6 допускаемое напряжение на

разрыв материала ленты; Ъ, h - ширина и толщина ленты

фольги;

D - диаметр цилиндра. Ширина ленты выбирается с учетом выполнения условия работы ленты без смятия и лежит в пределах

/D/15l

а толщина ленты определяется по уравнению,.

макс

ТбУъ

Максимальное значение толщины ленты для обеспечения работоспособности устройства и двигателя не должно превышать суммы допусков на отклонения от правильной геометрии внутренней по1ерхности цилиндра

,

(2)

i-де ,

i

s

полусуммы допусков на нецилиндричность, некруг лость отклонения от прямо линейности образующих, соответственно.

. Таким образом, выбор толщины ленты необходимо производить а следующих пределах

(3)

Использование ленты 3 фольги позволяет упростить конструкцию устройства для измерения силы трения в ЦИГ за счет того, что отпадает необходимость компенсировать действие газовой силы на упругий измерительный элемент: сила давления газов лишь прижимает -ленту к стенке цилиндра, Продольное перемещение ленты 3 под действием силы трения происходит в пределах упругих деформаций, т.е. весьма незначительно, поэтому трение между лентой 3 и цилиндром 2 не влияет на измеряв-

Формула изобретения

I. Устройство для измерения силы

Для выполненных конструкций, например, для двигателя 4210, 5/12 (Д144)з У10 величинУ размеры ленты составляют: ширина b 5- 7 мм, толщина h 30-40 мкм,

В ряде случаев, например при исследованиях режимов масляного голодания, применения маловязкого моторного мае- 20 ;тРения в цилиндропоршневой группе дви- ла и др. возникает необходимость по-гателя внутреннего сгорания, содержащее

давления сил трения на поверхности лен- цилиндр, размещенный в нем поршень и уп- ты фольги, обращенной к стенке цилиндра, где условия смазки становятся ху25

же, чем на поверхности ленты, сопряженной с поршнем. Хотя эти силы по произведенным оценкам на порядок ниже регистрируемых и, кроме того, имеют локальный характер проявления и места приложения, они нежелательны с точки Зрения i надежности работы устройства, так как могут быть причиной преждевременного истирания или смина- ния ленты. Указанный недостаток устраняется путем нанесения на сопряженную с цилиндром поверхность ленты фольги на длине контакта ленты с поршнем слоя антифрикционного самосмазывающего материала, например, соединений графита или- солей молибдена любым известным методом, например, путем электроосаждения, При этом минимальная толщина слоя покрытия такова, что обеспечивает заполнение микровпадин поверхности ленты, а максимальная толщина слоя способствует предотвраще- нию металлического контакта ленты с цилиндром при местном внедрении микрЪ- выступов поверхности цилиндра в антифрикционный слой в случае пиковых нагрузок на полосу или резком ухудшении условий смазки:

R« t Ед, ,

где t - толщина слоя антифрикционного покрытияi

параметры шероховатости ленты фольги и внутренней поверхности цилиндра, соответственно.

30

35

40

45

50

I,

R;,R

55

ругие измерительные элементы с тензодат- чиками, причем один конец каждого упругого измерительного элемента жестко связан с уллотнительным буртом цилиндра, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, устройство дополнительно содержит поворотный ролик и натяжную пару, размещенную вне цилиндра, а упругие измерительные элементы выполнены в виде ленты фольги из упругого металлического материала, причем конец каждой ленты, противоположный жестко связанному с цилиндром через поворотный ролик, размещенный и пазу стенки цилиндра с возможностью вращения, связан с натяжной парой, а тентодатчики размешены на ленте фольги между поворотным роликом и ной парой.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч & ю щ ее ся тем, что образующая поворотного ролика выполнена вогнутой с радиусом кривизны, равным радиусу внут ренней поверхности цнлнндра,

3.Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что ленты фольги предварительно растянуты с помощью натяжной пары,

4.Устройство по пп. личающееся тем,

и толщина h ленты фольги определяются соотношениями

D/20}o}D/15,

где D - диаметр цилиндра;

J и 3, о т - ., что ширина b

0776

Использование ленты 3 фольги позволяет упростить конструкцию устройства для измерения силы трения в ЦИГ за счет того, что отпадает необходимость компенсировать действие газовой силы на упругий измерительный элемент: сила давления газов лишь прижимает -ленту к стенке цилиндра, Продольное перемещение ленты 3 под действием силы трения происходит в пределах упругих деформаций, т.е. весьма незначительно, поэтому трение между лентой 3 и цилиндром 2 не влияет на измеряв-

5

10

з У10 величинУ

Формула изобретения

У10 величинУ

I. Устройство для измерения силы

ния в цилиндропоршневой группе дви еля внутреннего сгорания, содержаще

цилиндр, размещенный в нем поршень и уп-

5

0

5

0

5

0

5

ругие измерительные элементы с тензодат- чиками, причем один конец каждого упругого измерительного элемента жестко связан с уллотнительным буртом цилиндра, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, устройство дополнительно содержит поворотный ролик и натяжную пару, размещенную вне цилиндра, а упругие измерительные элементы выполнены в виде ленты фольги из упругого металлического материала, причем конец каждой ленты, противоположный жестко связанному с цилиндром через поворотный ролик, размещенный и пазу стенки цилиндра с возможностью вращения, связан с натяжной парой, а тентодатчики размешены на ленте фольги между поворотным роликом и ной парой.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч & ю щ ее ся тем, что образующая поворотного ролика выполнена вогнутой с радиусом кривизны, равным радиусу внутренней поверхности цнлнндра,

3.Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что ленты фольги предварительно растянуты с помощью натяжной пары,

4.Устройство по пп. личающееся тем,

и толщина h ленты фольги определяются соотношениями

D/20}o}D/15,

где D - диаметр цилиндра;

J и 3, о т - ., что ширина b

максимальная величина силы

I трения в цилиндропоршневой

группе, приходящаяся на ширину ленты b; допускаемое напряжение на разрыв материала ленты;

полусуммы допусков на нецилиндричность, некруглость, отклонение от прямолинейности образующей соответственно.

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить надежность работы устройства. Устройство содержит ленту 3 фольги, один конец которой жестко закреплен на верхней торцовой поверхности цилиндра 2, а другой через поворотный ролик 4, размещенный в пазу нижней части стенки цилиндра 2, связан с натяжной парой 5. Тензодатчики 6 деформации, измеряющие силу трения между поршнем 1 и цилиндром 2, размещены на ленте 3 фольги 3 и расположены вне цилиндра между поворотным роликом 4 и натяжной парой 5. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2