Устройство для измерения силы трения в цилиндропоршневой группе двигателей внутреннего сгорания

Устройство для измерения силы трения в цилиндропоршневой группе двигателей внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: устройство содержит головку цилиндра 1, поршень 2 с кольцами 3, расположенный в цилиндре 4, содержащем пазы 5 с металлическими полосами 6, жестко связанными с цилиндром винтами 7 и содержащими упругий элемент 8 и чувствительный элемент 9 с первичными преобразователями 10 и блок обработки сигналов первичных преобразователей При работе двигателя внутреннего сгорания сила трения между поршнем 2 с кольцами 3 и цилиндром 4 вызывает осевые перемещения полос 6 на участке между упругим 8 и чувствительным 0 элементами. Преобразованные в деформацию изгиба чувствительных элементов 9 с помощью первичных преобразователей 10 осевые перемещения полос 6 в виде характеристики силы тренич с высокой точностью регистрируются блоком обработки сигналов, 1 з.п. ф-лы.,1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((() (я)5 G 01 M 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4910639/06 (22) 13.02.91 (46) 30.11.92, Бюл, ¹ 44 (71) Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ им.

Н.Э.Баумана (72) С.В.Путинцев. А.И,Белоусов, А,С,Шаповалов, A,В.Смирнов и А.В.Усенко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1264022, кл. G 01 M 13/00, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ В ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ

ГРУППЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит головку цилиндра 1, поршень 2 с кольцами 3, расположенный в цилиндре 4, содержащем пазы 5 с металлическими полосами 6, жестко связанными с цилиндром винтами 7 и содержащими упругий элемент

8 и чувствительный элемент 9 с первичными преобразователями 10 и блок обработки сигналов первичных преобразователей, При работе двигателя внутреннего сгорания сила трения между поршнем 2 с кольцами 3 и цилиндром 4 вызывает осевые перемещения полос 6 на участке между упругим 8 и чувствительным 0 элементами, Преобразованные в деформацию изгиба чувствительных элементов 9 с помощью первичных преобразователей 10 осевые перемещения . полос 6 в виде характеристики силы трения с высокой точностью регистрируются блоком обработки сигналов, 1 з.п. ф-лы 1 ил, Л

1778601

Изобретение относится к устройствам для измерения силы трения и может быть использовано в машиностроении при определении потерь на трение в цилиндропоршневой группе (ЦПГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС), Известно устройство, применяемое для измерения силы трения в ЦПГ ДВС, содержащее блок цилиндров; головку цилиндров, осевые и радиальные упоры, упругие элементы, поршень, цилиндр, причем цилиндр . выполнен из связанных между собой составных элементов, имеющих возможность осевого перемещения под действием силы трения поршня, при этом боковая сила поршня воспринимается радиальными упорами, а сила трения поршня через осевые упоры пер0 <,а я гся е1 Dиде дофоpMаций изги" ба на уг|ругие элементы л регистрируется с помощью первичных преобразователей тензометрического типа, Недостатком известного устройства является низкая точность измерений силы трения, обусловленная иска>кающим действием силы давления газов в цилиндре на торцовые поверхности составных элементов цилиндра. Г1огрешность измерения силы трения известным устройством без применения специальных компенсирующих устройств может достигать (30-40)%.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство, содержащее головку цилиндра с днищем, поршень в цилиндре, снабженном составными измерительными элементами в виде металлических полос, расположенных в . продольных направляющих пазах цилиндра .и взаимодействующих при помощи упругих элементов с первичными преобразователями деформации, и блок обработки сигналов преобразователей, при этом каждый измерительный элемент одним концом жестко связан с верхним поясом цилиндра, а другим — с упругим элементом.

Недостаток известного устройства заключен в пониженной точности измерений силы трения. Это обусловлено тем, что при жестком закреплении одного конца измерительного элемента относительно цилиндра деформация упругого элемента под действием одинаковой силы трения при различных по длине цилиндра положениях поршня (различных точках приложения силы трения поршня к полосе) во время работы двигате. ля согласно закону Гукэ будет также разл ичной, что вносит искажения в измеряемую величину силы трения, При свободном конце измерительного элемента, обращенном к днищу головки цилиндра, точность измерений будет снижена из-за искажающего действия силы давления газов на свободную торцовую поверхность измерительного элемента. Таким образом, использование известного устройства не позволяет проводить измерения силы трения в ЦПГ с требуемой точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения силы трения

10 в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, головку цилиндра, поршень с кольцами, расположенный в цилиндре, имеющем продольные направляющие пазы с размещенными в них измерительными элементами в виде металлических полос, содержащих участки деформации в виде упругих и чувствительных элементов с первичными преобразователями деформа20 ций, и блок обработки сигналов преобразователей, концы каждой полосы жестко связаны с крайними участками цилиндра, а на участке полос, заключенном между точкой жесткого закрепления полосы и цилиндра„обращенной к головке цилиндра поршнево25 го кольца при положении поршня в верхней мертвой точке, выполнены упругие элеменностей утонения и фаски к перпендикуляру, проведенному из точки сопряжения к оси цилиндра равны между собой. Кроме того, . чувствительные элементы выполнены в ви35 де криволинейной балки с вогнутостью, об.ращенной к оси цилиндра.

Новые, по отношению к прототипу, признаки jjcTpoAGTBB сОстОят в том, что концы каждой полосы жестко связаны с крайними участками цилиндра, а на участке полос, заключенном между точкой жестко закрепления полосы и цилиндра, обращенной к головке цилиндра и близлежащим к головке цилиндра поршневым кольцом при положении поршня в верхней мертвой точке, выполнены упругие элементы в виде местного утонения и сопряженной с ним фаски, при.чем углы наклона поверхностей утонения и фаски к перпендикуляру, проведенному из точки сопряжения к оси цилиндра, равны между собой, Кроме того, чувствительные

S0 элементы выполнены в виде криволинейной балки с вогнутостью, обращенной к оси цилиндра.

Наличие жесткой связи лишь одного из концов полосы с цилиндром в устройстве- прототипе дает большую погрешность измеряемой силы трения. Это объясняется следующим образом: при закреплении конца полосы, обращенного к головке цилиндты в виде местного утонения и сопряженнои

30 с ним фаски, причем углы наклона поверх1778601 ра, действие газовой силы на свободную торцовую поверхность полосы компенсируется жесткой связью, однако при различных положениях поршня по длине гильзы (различных по длине полосы точках приложения силы трения), при действии одинаковой силы трения деформации полосы будут различны (по закону Гука), это вносит искажение в измеряемую силу трения; при жестком закреплении противоположного конца полосы добавляется искажающее действие от сил давления газов, действую щих на свободную торцовую поверхность

ПОЛОСЫ.

Вышеуказанные недостатки устранены в предлагаемой конструкции тем, что связь обоих концов каждой полосы с цилиндром исключает искажающее действие газовой силы на свободную торцовую поверхность, полосы. Кроме того, жесткая связь концов полосы с цилиндром и наличие двух участков деформации исключает, в отличие от прототипа, погрешность измеряемой силы трения, возникающую вследствие неравномерности деформаций полосы, зависящих от точки приложения силы трения по длине полосы.

Наличие участка деформации в виде упругого элемента, расположенного между точкой жесткого закрепления полосы и цилиндра, обращенной к головке цилиндра и близлежащим к головке цилиндра поршневым кольцом при положении поршня в верхней мертвой точке, позволяет исключить деформации растяжения-сжатия полосы и, тем самым, компенсировать вносимую этими деформациями погрешность в измеряемую силу трения. Кроме того, наличие упругого элемента позволяет увеличить деформацию изгиба чувствительного элемента, что усиливает сигнал первичных преобразователей и, в итоге, повышаетточность измеряемой силы трения.

Конструкция упругого элемента, выполненного в виде местного утонения, и сопряженной с ним фаски, исключает искажа фее действие давления газов в цилиндре на полосу, т.к. углы наклона утонения и фаски к перпендикуляру, проведенному из точки сопря>кения к оси цилиндра равны между со, бой, В этом случае, как показывает векторный анализ, радиальные составляющие газовой силы, действующие на наклон.ные поверхности, компенсируются реакциями стенки цилиндра, а Осевые составляющие взаимно уравновешиваются как равные и противоположно направленные.

Чувствительный элемент выполнен заодно с измерительной полосой, что сущест40. нальные этой силе осевые перемещения полосы 6, вызывающие знакопеременную деформацию изгиба чувствительного элемента 9, соответствующую величине и направлению силы трения в ЦПГ. Деформация чувствительного элемента 9 воспринимается размещенными на нем первичными преобразователями 10 и регистрируется в виде характеристики силы трения блоком обработки сигналов.

50 Осевые перемещения полосы 6 осуществляются за счет деформаций изгиба упругого элемента 8, что исключает деформации растяжения сжатия полосы 6 и, тем самым, искажение измеряемой силы трения. Возникающее при работе ДВС давление газов в полости между головкой цилиндра 1 и поршнем 2 не вносит искажений в регистрируемый сигнал, т.к. радиальные составляющие

Pz газовой силы Рг компенсируются реакциями со стороны стенки цилиндра, а осевые

35 венно упрощает ее конструкцию и снижает затраты на изготовление по сравнению с известными устройствами.

Выполнение чувствительного элемента в ниде криволинейной балки позволяет использовать деформацию изгиба, что увеличивает величину сигнала от измеряемой силы трения и, тем самым, повышается точность работы устройства.

Чувствительный элемент обращен вогнутой стороной к оси цилиндра, что предотвращает его контакт с поршнем, защищает первичные преобразователи, находящиеся на чувствительном элементе, исключает искажающее влияние на них горячего моторного масла

Как показал выполненный анализ, вышеуказанные признаки существенно (в 3-4 раза) повышают точность заявляемого устройства по сравнению с известными

Ка чертеже приведена конструкция устройства, Устройство содержит головку цилиндра

1, поршень 2 с кольцами 3, расположенный в цилиндре 4, содержащем пазы 5 с металлическими полосами 6, жестко связанными с цилиндром винтами 7, содержащими упругий элемент 8 и чувствительный элемент 9 с первичными преобразователями 10 и блок обработки сигналов первичных преобразователей (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Во время работы двигателя сила трения в ЦПГ, возникающая при движении поршня

2 с кольцами 3 в цилиндре 4, действует на размещенную в пазу 5 полосу 6. Благодаря расположенным на концах последней упругим элементам 8 возникают пропорцио1778601

Составитель С. Путинцев

Редактор Л. Купрякова Техред М.Моргентал Корректор И. U/ynna

Заказ 4186 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 составляющие Р1 взаимно уравновешиваются как равные и противоположно направленные.

Применение устройства позволяет проводить измерение силы трения в ЦПГ ДВС с повышенной точностью, характеризуемой относительной погрешностью не более 7/. Кроме того. устройство отличает простота настройки и эксплуатации, а также надежность работы, обусловленная удаленностью первичных преобразователей от зон .действия динамических нагрузок, высоких температур газа и масла.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения силы трения в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительные элементы в виде металлических полос, размещенные в продольных направляющих пазах, выполненных на внутренней поверхности цилиндра по его оси, причем каждый измерительный элемент одним концом жестко закреплен,на поверхности цилиндра на уровне его верх. него пояса, измерительные элементы снабжены участками деформации в виде упругих и чувствительных элементов, выходы последних через преобразователи сигналов

5 связаны с блоком обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, второй конец каждого измерительного элемента жестко связан с участком на уровне его нижнего

10 пояса, а на участке полос, заключенном между точкой жесткого закрепления полосы и цилиндра, обращенной к головке цилинд, ра, и близлежащим к головке цилиндра поршневым кольцом при положении поршня в

15 верхней мертвой точке, выполнены упругие элементы в виде местного утонения и сопряженной с ним фаски, причем углы наклона поверхностей утонения и фаски к перпендикуляру, проведенному из точки сопряжения

20 к оси цилиндра, равны между собой.

2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что чувствительные элементы выполнены в виде криволинейной балки с вог. нутостью, обращенной к оси цилиндра.