高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910975045.3 (22)申请日 2019.10.14 (71)申请人 中国北方发动机研究所 （天津） 地址 300400 天津市北辰区永进道96号 (72)发明人 狄建兵侯晔星张丽强王根全 王昊闫玮 (74)专利代理机构 天津企兴智财知识产权代理 有限公司 12226 代理人 苏冲 (51)Int.Cl. G01M 13/00(2019.01) (54)发明名称 高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置 (57)摘要 本发明提供了一种高温环境下活塞裙部侧 压疲劳试验装置，。

2、 包括作动头， 作动头联接试验 设备， 另一端与裙部压块限位连接， 裙部压块下 方固定安装裙部支撑块， 裙部支撑块底部安装法 兰底座， 法兰底座安装在试验机下置式力传感器 上方， 装有空心活塞销的活塞样件安装在裙部支 撑块的半圆支撑结构内部， 并且活塞样件的头部 朝向加温装置， 加温装置采用感应加热的方式对 活塞样件的头部进行非接触式加热， 空心活塞销 设有用于安装所述止动螺柱的内孔。 本发明所述 的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 具有 适应多规格活塞试验能力， 通用性强； 高频加载 效率高； 头部环境温度与试验工况可控、 可调等 优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 11。

3、0823536 A 2020.02.21 CN 110823536 A 1.高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 包括作动头、 裙部压块、 裙部 支撑块和加温装置， 作动头联接试验设备， 另一端与裙部压块限位连接， 裙部压块下方固定 安装裙部支撑块， 裙部支撑块的整体结构为牛角形式， 中间为半圆支撑结构， 两侧为对称凸 起结构， 裙部支撑块两侧凸起位置设有用于安装止动螺柱的通孔， 裙部支撑块底部安装法 兰底座， 法兰底座安装在试验机下置式力传感器上方， 装有空心活塞销的活塞样件安装在 裙部支撑块的半圆支撑结构内部， 并且活塞样件的头部朝向加温装置， 加温装置采用感应 加热的方式对。

4、活塞样件的头部进行非接触式加热， 空心活塞销设有用于安装所述止动螺柱 的内孔。 2.根据权利要求1所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 作动头 一端为法兰结构用于联接试验设备， 另一端为三角结构， 用于与裙部压块平面接触， 作动头 底部的下方中间设有用于安装定位销钉的定位销孔， 四周设有若干用于安装组合螺栓的螺 孔， 且螺孔对称设置。 3.根据权利要求2所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 裙部压 块为开设半圆孔的长方体结构， 相对半圆孔在裙部压块的另一侧设计有用于安装定位销钉 的销孔和用于安装组合螺栓螺栓孔。 4.根据权利要求1所述的高温环境下活塞裙部。

5、侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 法兰底 座与裙部支撑块采用销孔定位螺栓联接。 5.根据权利要求1所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 法兰底 座与下置式力传感器采用止口定位螺栓联接。 6.根据权利要求1所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 空心活 塞销的内孔与止动螺柱进行间隙配合。 7.根据权利要求1所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 其特征在于： 加温装 置为排式电阻炉， 排式电阻炉通过热辐射的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110823536 A 2 高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置 技术领域 0。

6、001 本发明属于发动机疲劳试验技术领域， 尤其是涉及一种高温环境下活塞裙部侧压 疲劳试验装置。 背景技术 0002 发动机活塞部件机械疲劳试验是发动机研发过程当中必不可少的研究手段， 是评 估活塞结构强度与可靠性的有效方法。 活塞部件机械疲劳试验装置通常采用电液伺服系统 在活塞顶部， 模拟缸内爆发压力的周期变化对活塞部件轴线方向的机械载荷作用， 从而考 察活塞部件的承载能力。 其优点是载荷模拟相对真实， 活塞受力基本合理， 关键部位失效机 理与整机状态下的情况基本一致。 缺点是该试验装置适用常温环境的试验， 活塞的热应力 作用缺失； 试验载荷单一， 不能全面考核其结构可靠性， 特别是活塞裙部。

7、结构的刚度及强 度。 活塞在发动机工作当中不但承受活塞轴线方向的爆发压力作用， 还要承受气缸套侧壁 对其裙部产生的侧向压力， 使活塞产生椭圆形式变形， 改变了活塞局部结构应力方向， 影响 其结构强度。 另外， 活塞所处的高温环境会造成活塞材料机械性能下降， 变形加剧， 结构强 度降低等。 作为常规活塞部件疲劳试验的补充， 高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验可以很 好地解决其不足的问题。 发明内容 0003 有鉴于此， 本发明旨在提出一种高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 以提供 一种具有适应多规格活塞试验能力， 通用性强， 高频加载效率高， 头部环境温度与试验工况 可控、 可调的高温环境下活塞裙。

8、部侧压疲劳试验装置。 0004 为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的： 0005 一种高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 包括作动头、 裙部压块、 裙部支撑块 和加温装置， 作动头联接试验设备， 另一端与裙部压块限位连接， 裙部压块下方固定安装裙 部支撑块， 裙部支撑块的整体结构为牛角形式， 中间为半圆支撑结构， 两侧为对称凸起结 构， 裙部支撑块两侧凸起位置设有用于安装止动螺柱的通孔， 裙部支撑块底部安装法兰底 座， 法兰底座安装在试验机下置式力传感器上方， 装有空心活塞销的活塞样件安装在裙部 支撑块的半圆支撑结构内部， 并且活塞样件的头部朝向加温装置， 加温装置采用感应加热 的。

9、方式对活塞样件的头部进行非接触式加热， 空心活塞销设有用于安装所述止动螺柱的内 孔。 0006 进一步的， 作动头一端为法兰结构用于联接试验设备， 另一端为三角结构， 用于与 裙部压块平面接触， 作动头底部的下方中间设有用于安装定位销钉的定位销孔， 四周设有 若干用于安装组合螺栓的螺孔， 且螺孔对称设置。 0007 进一步的， 裙部压块为开设半圆孔的长方体结构， 相对半圆孔在裙部压块的另一 侧设计有用于安装定位销钉的销孔和用于安装组合螺栓螺栓孔。 0008 进一步的， 法兰底座与裙部支撑块采用销孔定位螺栓联接。 说明书 1/4 页 3 CN 110823536 A 3 0009 进一步的， 法。

10、兰底座与下置式力传感器采用止口定位螺栓联接。 0010 进一步的， 空心活塞销的内孔与止动螺柱进行间隙配合。 0011 进一步的， 加温装置为排式电阻炉， 排式电阻炉通过热辐射的方式对活塞样件的 头部进行非接触式加热。 0012 相对于现有技术， 本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置具有以下 优势： 0013 (1)本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 在活塞头部区域营造 出缸内的高温环境， 热量由活塞头部逐渐传导到各个部位， 形成温度梯度。 与此同时活塞裙 部在侧向力的周期作用下达到高温环境下机械疲劳试验考核的目的。 0014 (2)本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲。

11、劳试验装置， 具有适应多规格活塞 试验能力， 通用性强； 高频加载效率高； 头部环境温度与试验工况可控、 可调等优点。 0015 (3)本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 用于高频外压试验机 环境下的试验工作。 活塞裙部横置， 安装方便， 定位可靠； 整体结构紧凑， 试验频率高， 周期 短。 样件承受压载脉动作用， 环境温度及试验工况调整方便等。 0016 (4)本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 适合于任意规格的活 塞裙部侧压疲劳强度考核。 可以满足活塞裙部不同承压位置及面积的要求。 结构调整灵活， 通用性强。 0017 (5)本发明所述的高温环境下活塞裙部侧压疲。

12、劳试验装置， 采用感应加热方式加 热， 活塞头部环境温度可调、 可控、 持续性强、 恒温效果好。 . 附图说明 0018 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 0019 图1为本发明实施例所述的高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置的结构示意 图； 0020 图2为图1的B-B向剖视图。 0021 附图标记说明： 0022 1-作动头； 2-裙部压块； 3-裙部支撑块； 4-法兰底座； 5-空心活塞销； 6-止动螺柱； 7-组合螺栓； 8-定位销钉； 9-活塞样件； 10-加温装置。 具体实。

13、施方式 0023 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 0024 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 “中心” 、“纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、 “前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对 本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或。

14、暗示相 对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限定有 “第一” 、“第二” 等的特征可 说明书 2/4 页 4 CN 110823536 A 4 以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 在本发明的描述中， 除非另有说明，“多个” 的含义是两个或两个以上。 0025 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是 两个元件内部的连通。 对于本领域的。

15、普通技术人员而言， 可以通过具体情况理解上述术语 在本发明中的具体含义。 0026 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 0027 高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置， 如图1和图2所示， 包括作动头1、 裙部压 块2、 裙部支撑块3、 法兰底座4、 空心活塞销5、 止动螺柱6、 组合螺栓7、 定位销钉8和加温装置 10， 作动头1一端为法兰结构用于联接试验设备， 另一端为三角结构用于联接不同规格活塞 所需的裙部压块2， 裙部压块2为开设半圆孔的长方体结构， 相对半圆孔在裙部压块2的另一 侧设计有销孔和螺栓孔， 以便与作动头1进行定位与联接， 裙部压块2下方固定安装裙部支 撑块3， 裙。

16、部支撑块3的作用是对活塞裙部的承载区域进行支撑， 并且防止活塞转动， 其整体 结构为牛角形式， 中间为半圆支撑结构， 两侧为对称凸起结构， 裙部支撑块3两侧凸起位置 开设螺栓通孔， 用于止动螺柱6的安装， 相对半圆支撑孔的另一侧设计有销孔和螺栓孔， 以 便与法兰底座4进行定位与联接， 装有空心活塞销5的活塞样件9安装在裙部支撑块3的半圆 支撑结构内部， 保持空心活塞销5水平， 并且活塞头部朝向加温装置10， 加温装置10采用感 应加热的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热， 裙部支撑块3底部安装法兰底座4， 法 兰底座4安装在试验机下置式力传感器上方， 空心活塞销5设有用于安装止动螺柱6的内孔。

17、。 0028 作动头1为该装置的传力构件， 作用是将高频设备的作用力传递给活塞样件9。 作 动头1一端为法兰结构用于联接试验设备， 另一端为三角结构用于联接不同规格活塞所需 的裙部压块2。 联接方式为平面接触， 作动头1底部的下方中间设有用于安装定位销钉8的定 位销孔， 四周设有若干用于安装组合螺栓7的螺孔， 且螺孔对称设置， 有效保证作用力位置 准确， 联接可靠。 0029 裙部压块2为开设半圆孔的长方体结构。 半圆孔可以根据活塞裙部直径和工作时 接触面积的需求灵活设计出不同半径及弧长。 有效再现活塞裙部在缸内与气缸套的接触状 态。 裙部压块2的可更换体现了该试验装置的通用性。 相对半圆孔在。

18、裙部压块2的另一侧设 计有用于安装定位销钉8的销孔和用于安装组合螺栓7螺栓孔， 以便与作动头1进行定位与 联接。 0030 裙部支撑块3的作用是对活塞裙部的承载区域进行支撑， 并且防止活塞转动。 其整 体结构为牛角形式， 中间为半圆支撑结构， 两侧为对称凸起结构。 与裙部压块2半圆孔结构 同理， 半圆支撑结构可以根据活塞裙部直径和工作时接触面积的需求灵活设计出不同半径 及弧长。 裙部支撑块3两侧凸起位置开设螺栓通孔， 用于止动螺柱6的安装。 相对半圆支撑孔 的另一侧设计有裙部支撑块销孔和裙部支撑块螺栓孔， 以便与法兰底座4进行定位与联接。 0031 法兰底座4的作用是联接下置式力传感器并且与裙。

19、部支撑块3组成试验机座。 法兰 底座4与下置式力传感器采用止口定位螺栓联接； 法兰底座4与裙部支撑块3采用销孔定位 螺栓联接。 就此高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置形成对活塞裙部由上部的作动施 加， 到下部支撑与载荷监控的机械传力系统。 通过对作动力的周期变化活塞裙部将得到交 说明书 3/4 页 5 CN 110823536 A 5 变载荷作用下的疲劳考核， 从而可以有效验证其结构可靠性。 0032 空心活塞销5一方面可以模拟活塞销在工作时对销孔起到的支撑作用， 防止其过 渡变形， 保证活塞整体受力状态。 另一方面其内孔与止动螺柱6进行间隙配合， 保证活塞在 试验过程当中承载面位置准确， 以。

20、及避免试验震动而带来的活塞转动。 0033 加温装置10采用感应加热的方式对活塞样件的头部进行非接触式加热， 加热效率 高， 速度快， 温度可控， 局部加热， 自动化控制程度高。 0034 加温装置10为排式电阻炉， 排式电阻炉通过热辐射的方式对活塞样件9的头部进 行非接触式加热， 加热效率高， 速度快， 温度可控， 局部加热， 自动化控制程度高。 0035 高温环境下活塞裙部侧压疲劳试验装置的工作原理为： 0036 首先将作动头1和裙部压块2联接， 并且将作动头1与高频试验机上位触动头联接； 再次， 将裙部支撑块3和法兰底座4进行组合， 并且固定于试验机下置力传感器上方； 然后， 将装有空心。

21、活塞销5的活塞样件9横置安放于裙部支撑块3上。 保持空心活塞销5水平， 并且 活塞头部朝向加温装置10。 将止动螺柱6分别拧入裙部支撑块3两侧的螺栓通孔。 止动螺柱6 定位圆柱面深入空心活塞销5的内孔。 降落试验机台架直至裙部压块2与活塞裙部接触， 保 证活塞样件9呈被夹持状态。 调整加温装置10的位置使其正对活塞头部。 设定试验载荷、 循 环基数、 头部环境温度等。 最后开启试验， 监控试验状态， 开始活塞裙部侧压疲劳试验考核。 0037 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 110823536 A 6 图1 说明书附图 1/2 页 7 CN 110823536 A 7 图2 说明书附图 2/2 页 8 CN 110823536 A 8 。