[发明专利]一种活塞环径向截面扭转刚度测试装置及方法

说明书

本发明属于动力机械领域，具体提供一种活塞环径向截面扭转刚度测试装置，包括：活塞环、基座、压体、力传感器、加载把手、调平摆杆、铅垂、位移测量摆杆、第一位移传感器和第二位移传感器；基座上有凹槽，基座凹槽中心有中心立柱；所述中心立柱由上至下依次安装有加载把手、力传感器和压体；活塞环安装于压体侧面与基座凹槽内壁之间，活塞环圆周向截面与中心立柱垂直；基座顶端安装有连杆，连杆上安装调平摆杆、位移测量摆杆；所述第一位移传感器安装于位移测量摆杆与压体上表面之间；所述第二位移传感器安装于压体侧面和基座凹槽内壁之间。本发明考虑了活塞环径向截面变形，活塞环扭矩测定精度高，能够得到精确的活塞环径向截面的扭转刚度。

技术领域

本发明涉及动力领域中的活塞环，具体涉及一种活塞环径向截面扭转刚度测试装置，还涉及一种活塞环径向截面扭转刚度测试方法。

背景技术

活塞环在环槽中的运动非常复杂，其中有轴向往复、周向旋转、绕周向截面的扭曲。由于活塞环相邻环槽与环岸的气体压力的差异，活塞环截面会产生扭曲变形，进而会产生扭曲应力。活塞环绕径向截面的扭转运动会使活塞环产生疲劳进而损坏，此外还会对活塞环的气密性产生影响，所以对塞环扭转运动的计算分析相当重要。活塞环的扭转刚度是活塞环动力学和静力学计算分析的基础参数，测试活塞环的扭转刚度具有深刻的工程意义。本发明要解决的技术问题是测定活塞环的径向截面扭转刚度。

现有的活塞环径向截面扭转刚度均基于假设活塞环截面为理想矩形，基于矩形截面的扭转刚度计算公式进行计算。典型文献为:Tao He and et al.ThermomechanicalFatigue Life Prediction for a Marine Diesel Engine Piston considering RingDynamics.Advances in Mechanical Engineering,2014。然而，实际上活塞环的径向截面并非是理想的矩形，且活塞环本身的材料也并非各向同性，活塞环在接触部位会产生微小的局部变形。这些因素使得现有的活塞环径向截面扭转刚度计算结果存在一定误差。

由于活塞环的扭转运动计算较为复杂，大部分学者在研究活塞环力学性能时大都不考虑活塞环的扭转运动。此外，活塞环扭矩的施加和扭角也难以实现精确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够精确测量活塞环扭矩和扭角，精度更高的活塞环径向截面扭转刚度测试装置。本发明的目的还在于提供一种活塞环径向截面扭转刚度测试方法。

本发明的一种活塞环径向截面扭转刚度测试装置，包括：活塞环、基座、压体、力传感器、加载把手、调平摆杆、铅垂、位移测量摆杆、第一位移传感器和第二位移传感器；

基座上有凹槽，基座凹槽内壁为环形斜面，基座凹槽中心有中心立柱，中心立柱与基座固连；所述中心立柱由上至下依次安装有加载把手、力传感器和压体；所述的压体侧面为环形斜面；活塞环安装于压体侧面与基座凹槽内壁之间，活塞环圆周向截面与中心立柱垂直；

基座一侧顶端安装有连杆，连杆上安装调平摆杆、位移测量摆杆；调平摆杆与铅垂连接；所述第一位移传感器安装于位移测量摆杆与压体上表面之间，并垂直于位移测量摆杆与压体上表面；所述第二位移传感器安装于压体侧面和基座凹槽内壁之间，并垂直于压体侧面和基座凹槽内壁；

本发明还可以包括：

1.所述基座凹槽内壁上涂有粗糙涂层。

2.所述加载把手和力传感器之间有垫片。

3.基座底部有对称的4个安装孔。

本发明的一种活塞环径向截面扭转刚度测试方法，包括如下步骤：

步骤一.安装活塞环，通过旋转加载把手使压体与活塞环表面接触；调节第一位移传感器到垂直于位移测量摆杆与压体上表面位置，调节第二位移传感器到垂直于压体侧面和基座凹槽内壁位置；