电容法测量汽缸套磨损简介:测量气缸磨损实验报告

　　摘 要：我国军用动力正朝着高功率，高可靠性，高经济性发展，发动机活塞环—气缸套摩擦副的工作状况直接影响其寿命、可靠性、经济性和排放特性。因此有必要对发动机活塞环——气缸套摩擦副的摩擦状态进行深入的研究。现已开展的气缸套活塞环间的磨损故障诊断研究，虽对磨损机理做了一定的研究，却很难对磨损程度做出定量分析，无法对其寿命进行有效的评估。本文介绍的电容法测量发动机气缸套磨损状况，不仅能分析磨损机理，还能对磨损程度进行定量的分析。
　　关键词：发动机气缸套 电容法 摩擦副
　　内燃机气缸套的磨损是一种非均匀的三维表面磨损。测量出其磨损图，除了可对目前摩擦学界所研究的气缸套材料、润滑油品质及发动机的结构等进行综合评价外，还可以对发动机的寿命进行有效的预测。
　　一、采用电容法测量的必要性
　　内燃机气缸套的磨损是相当复杂、缓慢而且非常微小的磨损。其复杂性是由于内燃机活塞副的运动特点和动力特性造成的。在整个工作过程中，不仅活塞的运动速度和受力的方向及大小是瞬时变化的，而且活塞的两侧（主推力边和次推力边）所受的力的大小也是不同的。也就是说，不仅沿气缸套母线方向的速度和力的大小是变化的，而且沿气缸套的圆周方向其值也是变化的。这就使得气缸套的内表面形成了三维不均匀磨损，即沿气缸套母线方向形成了锥度，而沿圆周方向则造成了失圆。以往所用的测量方法，如称重法、刻痕法和放射性同位素法以及现在所用的铁谱法和光谱法，都无法满足气缸套磨损状态的测量要求。电容法是基于气缸套为三维磨损的特点，有较好的重复性，并且测点多、位置确定。
　　磨损具有两个明显的特征：一是其量值是一个与原始状态相比的相对量，二是其外在表现使零件的实体减少，使摩擦副配合间隙加大。因此，摩擦副配合间隙量的大小，基本上可以反映出磨损量的大小。而间隙的大小可以用电容量的多少反映出来。
　　三、测量原理及方法
　　测量、分析系统主要包括：电容测微仪、数据采集仪、传感器、采集软件及计算机。
　　应用电容传感器测量磨损量的工作原理是：把气缸套的内表面看作电容的一个极板，而电容传感器的有效端面面积S被看作另一个极板。两极板之间的距离（间隙）h发生变化时，就会引起极板间电容量的变化，因而就把磨损量变成了电信号（如图1所示）。以军用发动机12V150为例，因活塞行程为160mm，所选取的磨损测量行程为从气缸套凸沿端面下10mm—210mm，之间除第1、2点间隔为20mm外，其余均选为10mm间隔，每条母线共取20个测量点。在圆周方向以均匀间隔18�袄慈〔饬康悖恳缓峤孛婀踩？0个测量点。这样对气缸套形成了三维测量。
　　采用电容测量法分别对发动机在使用0小时、50小时、100小时、150小时、200小时、250小时、300小时、350小时、400小时、450小时、500小时后的磨损量进行测量。这样得到了发动机汽缸讨每一个测量点在使用寿命内的间隔磨损量，可绘制发动机气缸套在整个寿命周期内的磨损图。
　　四、测量时应注意的事项
　　在应用电容法测量气缸套的磨损量时，由于传感器的安装位置很难精确保证。因此，往往会产生倾斜误差和偏心误差。⑴ 倾斜误差的产生主要是由于传感器导杆间隙和传感器安装架与导杆不垂直等原因造成的，为了尽量减小这部分误差，可采用增大导路长度和减小导杆和导路之间的配合间隙等措施。⑵ 测量仪的偏心误差是由于镗缸机的加工误差和安装定位装置用力不适当造成的。为了减少该项误差的产生，应对测量时的条件进行较严格的控制，如尽量使缸肩处的初始值保持一致。
　　因气缸套磨损是一种微量磨损，且电容法所测数值为微米级，故可采取实际所测的数值加上一个固定数值进行相对比较（例如取固定数值为气缸套的理论半径75mm）。
　　（作者单位：装甲兵技术学院基础部）

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