激光微珩磨缸套润滑耐磨性能理论分析

基于摩擦学理论和缸套／活塞环的润滑磨损特征，采用激光微造型技术，在缸套内表面进行规则微观几何形貌的造型。通过分析缸套／活塞环摩擦副的物理模型，建立了具有规则微观几何形貌特征的缸套内表面润滑理论模型，用变异的多重网格法进行了数值求解，并对微观几何形貌参数进行了初步的优化设计。研究结果表明，即使在两个平面摩擦副上进行简单的激光微凹腔造型，也能维持良好的动压润滑效果。同时得出，微凹腔的面积占有率为15％、深径比为0．5时，润滑油膜厚度增加了10％-15％，平均摩擦力减小了20％，润滑减磨效果较好。     

内燃机缸套-活塞环摩擦副激光表面微造型模拟与试验研究

以内燃机缸套-活塞环摩擦副系统为对象,对单脉冲同点间隔多次激光微造型的热作用过程进行数值模拟和试验研究,获得了激光脉冲次数和激光功率对45#钢靶材表面微凹腔形貌的影响规律。仿真和试验结果表明:随着激光脉冲次数的增加,微凹腔深度不断增加,金属熔液的重铸现象明显,表面加工质量下降;随激光功率的增加,微凹腔的深度增加幅度不大且趋于平缓,微凹腔外沿金属残渣增多,加工质量下降,光斑中心温度近似线性增加;在相同工况条件下,微凹腔的深度仿真结果与试验结果趋势基本一致,最大误差在8%以内,证明了该数值模拟方法的可行性和有效性。     

激光微造型柴油机缸套的试验研究

采用激光微造型加工技术,在某柴油机气缸套工作表面上,加工出规则的交叉网纹型微观形貌.其表面评定参数优于传统平台网纹缸套,网纹沟槽清晰、分布均匀,网纹沟槽的深度和一致性增加,缸套表面平整,增加了承载面积.而装机试验表明,装配激光微造型缸套的柴油机工作正常,各性能参数稳定,缸套和活塞环之间摩擦学性能优于平台网纹珩磨缸套,发动机机油消耗比采用后者时降低了48.1%,活塞漏气量下降了49.2%.     

柴油机缸套活塞环粗糙度对机油消耗的影响研究

以某车用柴油机缸套及第一道活塞环作为研究对象,利用Ringpak软件研究其摩擦副表面粗糙度参数对发动机机油消耗的影响规律。研究结果表明:首道活塞环密封外圆面的粗糙度对机油消耗的影响体现在环在缸套表面的刮油、布油特性。随着活塞环粗糙度增加,当表面轮廓均方根偏差Rq≤0.4μm时,环的刮油作用减弱,机油消耗呈现略微减小趋势;而当粗糙度进一步增加,环的布油作用增强,机油消耗则会随之明显上升。对于采用平台珩磨型式的气缸套,缸套表面简化后的沟槽形貌特性参数对机油在其表面的流动和分布特性有重要的影响,并进而改变机油通过第一道环进入燃烧室和在缸套表面蒸发消耗的机油消耗总量。随着沟槽深度的增加,在深度≤2μm时,机油消耗呈小幅度增加特征,当深度在2~6μm之间变化时,机油耗会随之减小,而当深度6μm时,机油耗则呈显著增加的趋势。随着沟槽宽度的增加,机油消耗变化呈现先减小后增加的规律,宽度为25μm时机油耗最小。随着沟槽与缸套周向的夹角减小,机油在缸套沟槽内的的流动性能变差,机油蒸发量大幅增加,机油消耗量随之增加。随着缸套表面沟槽密度的增加,机油消耗为先减小后增加的特性,当密度约为每米1 700条时,机油耗最小。     

柴油机缸套表面织构协同润滑效应

为研究织构间协同润滑效应,基于平均Reynolds方程及微凸体接触方程,建立缸套表面织构混合润滑理论模型,模拟不同凹腔、沟槽织构布置方案的润滑性能.通过重点分析流体动力润滑及混合润滑区域的油膜压力分布来阐述织构间的协同润滑机理,由此对发动机单个工作循环的油膜厚度变化这一表象特征进行说明,并解释量纲为1的摩擦力及摩擦平均有效压力这两个摩擦性能指标的变化.研究表明:表面织构间存在的协同润滑效应能使润滑油从高压油膜区域向低压油膜区域流动,从而降低油膜压力峰值,增加瞬时油膜厚度,强化油膜承载能力;织构间协同润滑效应改善缸套-活塞环摩擦学性能,体现为在流体润滑区域降低油膜压力梯度,在混合润滑区域减少微凸体接触;与沟槽相比,凹腔更能发挥织构间协同润滑效应.     

结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能影响的数值模拟

将三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型耦合起来,并考虑了润滑油的黏-温变化、油膜破裂位置以及活塞环弹力在气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素,开发了一种活塞环-气缸套三维非稳态热混合润滑摩擦模型.采用上述模型,对比分析了固体部件温度场、活塞环轴向高度和桶面高度3个结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的影响.结果表明:在365.3°CA时,最小油膜厚度取得最小值,摩擦力取得最大值;活塞环、气缸套分别取进气下止点和燃烧上止点处的温度计算出的最小油膜厚度降低的幅度值为31.7%;活塞环轴向高度由2.00,mm增大到4.00,mm,最小油膜厚度增大的幅度值为74.5%,最大摩擦力降低的幅度值为45.7%;活塞环桶面高度由2.5,μm增大到5.0,μm,最小油膜厚度降低的幅度值为46.5%,最大摩擦力增大的幅度值为57.1%.     

表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

设计并制备了两种螺纹槽表面织构缸套,采用自制的缸套-活塞环摩擦磨损试验机进行模拟试验.实时采集试验过程中缸压、缸套-活塞环间油膜接触电阻及平均摩擦力,测量活塞环磨损量和缸套表面形貌,与未加工表面织构缸套对比.研究表明:相对于未加工表面织构缸套,表面螺纹条数N为1、螺距S为40,mm、槽宽w为3,mm、槽深宽比e为0.067及表面占有率Sp为0.076的缸套显著提升了缸套-活塞环摩擦副的工作性能,其缸套-活塞环的密封性能提升7.7%,、活塞行程中段的螺纹槽区域能够形成良好的流体动压润滑,油膜的润滑效果提升30.8%,、减摩性能提升7%,、缸套抗磨性能提升37.4%,及活塞环抗磨性能提升49%,;而N为2、S为176,mm、w为3,mm、e为0.067和Sp为0.040的缸套的减摩性能提升2.5%,、缸套抗磨性能提升18.9%,及活塞环的抗磨性能提升32.7%,.     

活塞环Cu-Sn镀层对球墨铸铁缸套摩擦性能影响

针对高强化工况下活塞环Cu-Sn镀层对珩磨球墨铸铁缸套摩擦磨损性能的影响,采用往复式摩擦磨损试验机,选择单层镀Cr活塞环和多层镀Cu-Sn/Cr活塞环开展摩擦磨损试验,测量摩擦系数和缸套磨损量,分析磨损后的摩擦面形貌和成分.结果表明:相比单层镀Cr活塞环,多层镀Cu-Sn/Cr活塞环与球墨铸铁缸套配对时的摩擦系数和缸套磨损量分别降低2.6%和51.8%;磨损后的缸套表面形貌呈现平坦凸峰,形成了更为平整的平台结构.活塞环Cu-Sn镀层在摩擦磨损过程中会镶嵌到缸套表面,有助于在摩擦表面形成化学反应膜,改善摩擦副微凸体间的接触和摩擦状态,提升球墨铸铁缸套的摩擦磨损性能.     

激光加工微凹坑表面对缸套-活塞环摩擦性能的影响

研究了激光加工微凹坑对缸套-活塞环摩擦特性的影响,通过改变激光微凹坑参数,加工出具有不同微凹坑表面形貌的缸套试件,并对表面形貌进行了测量和表征,基于台架试验获取了试验过程中的缸套-活塞环间的摩擦力、温度和缸套磨损量等参数.将试验结果与表面形貌表征结果结合,研究表面形貌参数与摩擦学特性的关系.定量分析了三维表面形貌参数Sa、Sp、Sv、Vmp、Vmc、Vvv和Spc与摩擦学特性的关系,并给出了可以改善摩擦学特性的参数最佳范围,为表面形貌优化设计提供了依据.     

自由活塞发动机活塞环-气缸套的润滑及摩擦特性

自由活塞发动机(FPE)工作过程中缸内负载特征、活塞运动规律与曲轴式发动机(CE)不同,为研究FPE活塞环润滑及摩擦特性,利用流体润滑方程与微凸体接触方程建立了FPE活塞环润滑及摩擦模型,并通过试验验证了仿真模型的有效性.通过数值仿真对比了相同结构活塞环在FPE与CE两种工作模式下最小油膜厚度、摩擦力及摩擦功率周期历程,分析了FPE活塞环摩擦学参数对润滑及摩擦性能的影响.结果表明:相对于CE,FPE活塞环在上止点附近最小油膜厚度较大,处于边界润滑状态时间历程较短,摩擦力峰值与摩擦损失较小,但摩擦功率峰值明显高于CE;FPE活塞环桶面高度由2,μm增至4,μm,上止点附近最小油膜厚度降幅为47%,,摩擦力峰值增幅为20%,,摩擦损失降幅为4.6%,;FPE活塞环桶面由-50,μm偏移至50,μm,最小油膜厚度在活塞上行过程减小,下行过程增加,膨胀行程的摩擦力峰值及其作用时间减小,摩擦功率峰值降幅为32%,,摩擦损失降幅为5.2%,.     

柴油机活塞环组密封润滑分析

良好的密封和润滑是活塞环长期稳定运行的保障。在气密性仿真分析的基础上,建立了活塞环组的贫油润滑模型,提出了一种新的边界条件求解润滑模型。利用MATLAB仿真程序,完成了PA6—280柴油机活塞环组的密封与贫油润滑分析。结果发现,在密封性能良好的条件下,活塞环组处于一种非稳态的混合润滑状态,并且各个活塞环的润滑受先导环的润滑油供给情况影响很大。     

柴油机活塞环组密封润滑分析

良好的密封和润滑是活塞环长期稳定运行的保障。在气密性仿真分析的基础上,建立了活塞环组的贫油润滑模型,提出了一种新的边界条件求解润滑模型。利用MATLAB仿真程序,完成了PA6-280柴油机活塞环组的密封与贫油润滑分析。结果发现,在密封性能良好的条件下,活塞环组处于一种非稳态的混合润滑状态,并且各个活塞环的润滑受先导环的润滑油供给情况影响很大。     

活塞环—缸套润滑状态周向不均匀性的研究

本文基于活塞环接触压力分布、活塞环偏摆、活塞环开口间隙位置的分析研究，指出了活塞环－缸套润滑状态周向不均匀性的客观存在。应用二维平均流量模型和微凸体接触方程，并考虑活塞系统的偏摆和润滑油粘度变化，提出了一个新的活塞环－缸套润滑状态的分析计算模型，给出了活塞环－缸套油膜厚度的三维分布，定量探讨了活塞环接触压力分布形状、活塞环偏摆、活塞环开口间隙位置对周向油膜厚度不均匀性的影响。     

低速二冲程柴油机活塞环-缸套润滑模型及相关软件开发

在传统润滑模型基础上，将活塞环润滑特性、活塞环动力学、滑油输运、环组窜气、几何结构参数、缸套变形，固体颗粒等多因素进行耦合，建立了考虑针对低速二冲程柴油机的结构与供油方式的特殊性的供油润滑模型，并对环组间的窜气以及低速二冲程柴油机缸套表面所特有的表面织构与油槽结构进行研究。结果表明：低速机活塞环跨越动压、混合以及边界润滑三个区域，润滑油的供给条件及固体颗粒的存在直接影响着活塞环—缸套摩擦副的润滑状态。     

用耦合分析法研究内燃机活塞环-气缸套传热润滑摩擦问题

在以往对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的研究中,大都忽略了活塞组-气缸套间的导热,或者将导热过程简化,这与该摩擦副的实际润滑摩擦状况相去甚远.把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套、冷却介质作为一个耦合体,考虑各部件间及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,并考虑了润滑油的黏温变化、燃烧室燃气泄漏、表面粗糙度、油膜破裂位置以及气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素.采用上述模型,对6110型柴油机活塞环-气缸套摩擦副进行了传热、润滑、摩擦耦合分析,得到了活塞组-气缸套的温度场,并用试验证实了耦合模型的正确性;与此同时,得出了润滑油膜的温度、黏度、最小油膜厚度和摩擦热随曲轴转角和活塞环周向高度的分布曲线.     

气缸套二维磨损对活塞环—气缸套摩擦副润滑特性的影响

进行了活塞环－气缸套的二维润滑分析。考虑到气缸套二维磨损的影响，联解了二维雷诺方程、膜厚方程和载荷平衡方程。计算结果表明，气缸套的磨损对活塞环－气缸套的润滑状态有重大影响。同时计算结果也显示，通常采用的一维润滑分析有其限性，对活塞－气缸套进行二维润滑分析是十分必要的。     

活塞环-气缸套润滑摩擦研究

活塞环与气缸套间的润滑、摩擦直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。在内燃机实际运行过程中，缸内工作过程循环变动及活塞气缸套间动接触导热直接影响到润滑油膜的状态，因而活塞环在缸套中的不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。在传统的活塞环组稳态热混合润滑的基础上，考虑到活塞组一气缸套动接触系统瞬态传热，建立了活塞环组的非稳态热混合润滑、摩擦数理模型及数值方法。运用该方法可模拟出活塞环组润滑、摩擦特性，并可预测出不同瞬时润滑油膜的温度场、压力分布、油膜厚度、摩擦功和摩擦热等重要参数。     

某船用大功率柴油机拉缸故障分析

针对某船用大功率柴油机运行过程中的拉缸故障进行拆检分析和有限元仿真研究.分析与研究结果表明:润滑油喷嘴堵塞影响了活塞热量散发和气缸套有效润滑,在高负荷下加速了零件磨损,进而导致拉缸故障.不同负荷下,活塞、气缸套和活塞环均向外部膨胀,活塞与气缸套间存在足够的热膨胀余量;而活塞环与气缸套间将出现过盈配合,在高负荷和润滑失效的情况下将导致拉缸故障.     

活塞环--气缸套三维润滑性能分析

本文建立了活塞环—气缸套三维动压混合润滑模型。该模型以平均Reynolds方程和表面微凸体接触方程为基础，并考虑了燃烧室燃气泄漏、表面粗糙度、油膜破裂位置以及气缸套圆周方向上的非轴对称性等因素对润滑性能的影响。分析计算表明，气缸套圆周方向上的非轴对称性对活塞环—气缸套摩擦系统的润滑性能有很大影响，对该系统进行三维润滑性能分析是非常必要的。     

内燃机气缸—活塞环组润滑状态的分析方法

摘要本文综合考虑了表面粗糙度、贫油与充油入口供油边界条件及油膜出口的边界条件,提出一种内燃机活塞环—缸套润滑状态的系统分析方法和计算机程序系统,为环组设计参数的合理选择提供了一种较全面的理论分析手段.通过分析得出,采用适当的正偏心度曲面环有利于提高活塞环在上止点区的润滑油膜厚度,改善其润滑状况.