气缸垫接触压力测量方法的研究.pdf

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1、内燃机与配件20lO年第10期气缸垫接触压力测量方法的研究郭金宝刘瑞郭伟李兵(山东滨州渤海活塞股份有限公司)[摘要]随着发动机的不断发展，发动机爆发压力不断增大，对气缸的密封压力要求不断提高，气缸垫的接触压力也不断增大。以前测量气缸垫接触压力的方法已不能满足要求。采用电解铜箔测量气缸垫接触压力，-qv：z弥补其他方法不能测量高压的不足。[关键词]气缸垫接触压力电解铜箔测量1概述一般情况下。两个固体的接触面虽然从宏观上看上去非常光滑，但从微观上看是不规则的。由于固体表面的不规则。就会导致两种固体表面在压力的相互作用下发生改变。即使是弹性接触也会导致接触面的某些区域产生塑性变形。并且这

2、些塑性变形与作用力的大小有关。基于以上机理，创新出一种测量接触压力的方法。此方法使用电解铜箔测量接触压力．这种电解铜箔的表面会因为所受压力的不同而做出不同的反映。在研究应用电解铜箔测量法时．我们需要以气缸垫为研究对象进行研究。发动机工作时，气缸垫必须牢牢的压紧在缸盖和机体之间．起到密封燃气压力、机油和冷却水的作用，其中对燃气的密封是最重要的。在设计气缸垫时，对缸内压力气密封作用的气缸垫的接触压力进行测试是一个最基本的试验项目IlJ。然而．测试接触压力技术受到诸多方面的限制。虽然使用富士感压纸测量压力已经得到广泛的应用。但它不能用来测量超过几百兆帕的高压。在应用电解铜箔对气缸垫压力进

3、行研究时，采用两种气缸垫(金属丝气缸垫和护圈气缸垫)，在室温、静态力条件下进行测试，并对比测试结果。此外，对两种型号气缸垫用有限元的方法分析气缸垫接触压力．并与电解铜箔测得的结果对比。2电解铜箔测量方法2．1铜箔的制作制作铜箔时需要一根直径为40mm的不锈钢棒作为电解铜箔的阴极，不锈钢棒用800目的砂纸打磨，然后用0．5txm的不锈钢抛光剂抛光。制作铜箔时的条件控制如表1所示。图l为扫描电镜观测到的电解铜箔金相图，铜箔的表面粗糙度Ra=2．8，铜箔的厚度为261上m。表1制作铜箔时的条件控制CuS04—5Hm2509H2sO．809蒸馏水lOOOg电解液温度23℃电解电压1．5V电

4、流密度305A／m2电解时间2CImin豳1电解铜爱金相田2．2电解铜箔的标定图2为标定电解铜箔的工装，工装材料为工具钢。其中直径为①5ram的接触面由上下两部分组成，上下两个面都用抛光剂抛光。钢球用来均匀的把负荷从上表面传递到下表面。把铜箔夹入上下表郭金宝刘瑞郭伟李兵：气缸垫接触压力测量方法的研究面之间．用压力机分别对铜箔施加不同的压力。试验结果如图3所示．其中白色区域为接触面，它随着施加压力的增加不断扩展。使用扫描电镜对每片铜箔上任意5处0．6mmx0．8mm的区域进行分析。计算出不同压力下测量区域白色接触面的平均接触率r。图4为接触率r与施加压力P之间的关系。用最／bz．乘法

5、获得的曲线可表达为r=aP2+bP+c。其中a=4．839x10。5，b=1．256xlO一，c=6．182。由于电解铜箔本身就有白色接触面，因此公式中P=O时，r值为正值。使用这条特性曲线．可以用铜箔测量IOOMPa一900MPa的接触压力。负荷圈2铜箔标定工袭P=-17晶4PaP-=-2,45MPeP=392MP

6、圈3不同压力下铜箔的金相圈缸垫由三层钢制金属片组成，但内部结构不同。两个缸孔间的气缸垫截面图如图5所示。(I)龠鞋蝗气缸镊∞护圈气缸精明5气缸垫密封部分截面圈3．2压力测量如图6所示，把电解铜箔放置在气缸垫的上表面和下表面。在室温下。按照发动机安装工艺拧紧螺栓。缸盖钢

7、箔气缸垫铜箔勺l缸体铜箔铜箔圈6铜箔的安鬟另外，使用富士感压纸测量金属丝气缸垫接触压力。富士感压纸是由日本富士公司生产的一种测量压力的胶片。施压时在胶片上会出现红色，红色的浓度会随着压力的改变而改变。其工作原理是：施压时，微囊破裂，生色物质与显色物质相互反应，胶片上出现红色区．而且颜色密度随着压力的不同而改变闭。在感压纸上。以气缸垫的螺栓和定位孔等位置打孔，把感压纸放置在机体与缸盖之间与铜箔同样的位置。测试完成后，由于压力的不同，富士感压纸的表面表现出深浅不一的红色，承受压力大的区域．颜色为深红色。使用压力分析系统可得知与颜色相对应的压力。压力P[MPa]圈4铜箔衰面接他率随压力变

8、化曲线3试验过程3．1气缸垫选择为对比电解铜箔的测量结果．采用两种气缸垫进行试验(金属丝气缸垫和护圈气缸垫)。这两种气圈7金一丝气缸垫的压力分布圈内燃机与配件2010年第10期4∞400箱O夏期苫2柏奋瑚'50啪50O一二一2’。‘-3工L衣袁萄23删一●一-．,-0,-．-1-2下表面一也一2-3下裹萄A力．，^L．岩。lP。F潲酶歹’FQJ▲{-l’f感。ft、N、。j用．_f心，▲▲i’L，、．，／，I』’芦№五P．峨0。丛奠妇．．a6．04．010Z01010