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.     

沟槽型织构摩擦学性能模拟及试验研究

为揭示沟槽型织构的摩擦学特性,以沟槽型表面织构化的止推圈式摩擦副为研究对象,基于雷诺方程和微凸体接触方程建立微沟槽织构混合润滑理论计算模型,模拟摩擦因数随沟槽面积占有率、角度和深宽比的变化规律,并由摩擦性能试验验证其准确性。在假设面积占有率和角度两个参数互不干涉的前提下,模拟两者共同作用下摩擦因数的变化情况。结果表明,经过表面沟槽织构后,摩擦副的摩擦学性能得到了明显改善;摩擦因数随沟槽面积占有率和深宽比的增加呈现先减小后增大,随角度的增加呈现先减小后增大再减小的趋势;当沟槽与运动方向夹角为65°～70°,宽度为30μm,深宽比为4/15,面积占有率接近8%时,摩擦副具有最佳摩擦性能,相对于未织构情况,摩擦因数可降低约55%。     

柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析

针对缸套表面织构微沟槽形貌,建立了缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并采用MATLAB编程计算来分析微沟槽形貌参数对其润滑摩擦性能的影响规律。结果表明：缸套表面微沟槽可以形成很好的油膜压力,有效地改善缸套-活塞环间的润滑状态;随着微沟槽角度的增大,最小膜厚比逐渐增大,其润滑效果也越来越好,综合考虑摩擦润滑性能和机油耗性能情况下,最佳的微沟槽角度为60°。在上止点附近,面积占有率变化Sp对量纲一摩擦力影响较大;在其他区域,面积占有率对摩擦力影响不大;综合考虑油膜厚度与摩擦力,当Sp=0.15时效果最好。随着微沟槽深宽比e的增大,量纲一摩擦力不断增大,当e从0.025增大到0.150时,平均量纲一摩擦力增大了2.3倍,但深宽比过大,润滑效果将会减弱。研究结果认为,最佳深宽比的范围为0.05~0.08。
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