双螺纹凹槽织构对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响

设计了一种双螺纹凹槽织构,通过数控精密机械加工技术在柴油机缸套内表面加工不同深度的双螺纹凹槽,槽深分别为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm,槽宽均是3mm。在同一负荷、同一转速下通过TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机研究不同深度凹槽织构对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:不同深度双螺纹凹槽对缸套-活塞环的接触电阻阻值、表面粗糙度和表面性能有较大的影响;合适深度(150μm)的双螺纹凹槽能够增大油膜厚度,提高油膜润滑状态,降低磨损,减小粗糙度,同时提升缸套的储油能力和支承性能;不合适深度(50μm)的凹槽织构的性能却相反。     

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.     

混合织构发动机缸套的减摩试验研究

为探索混合型表面织构对缸套-活塞环摩擦副减摩性能的影响,考虑均匀面积率和变面积率两种密度形式,利用活动模板电解加工技术,在有机械珩磨条纹的缸套试件表面继续加工出具有不同直径及面积率参数的微凹坑织构组成混合织构,并与活塞环试件进行往复式摩擦试验。研究结果表明:相比仅有机械珩磨条纹的试件,具有适当参数的混合织构试件可以继续减小摩擦。其中,直径为300μm、面积率为5%的均匀密度混合织构试件,在试验条件下继续减小摩擦达17%;面积率组合为5%-15%-5%的变密度混合织构试件可进一步减小摩擦达26%。当微凹坑深度及载荷一定时,微凹坑直径对混合织构的减摩效果影响较大,微凹坑面积率次之。在一定条件下,适当组合的变密度织构比均匀密度织构的减摩效果更显著。     

纳米SiO_2润滑油改善内燃机气缸套-活塞环润滑摩擦性能的基础试验研究

利用分散法制备了不同质量分数的纳米SiO_2润滑油,并考察其悬浮稳定性。通过四球摩擦磨损试验机对纳米润滑油进行极压试验和长摩试验,以此来模拟活塞靠近上止点附近时气缸套-活塞环摩擦副处于混合润滑的状态,以及活塞远离上止点时气缸套-活塞环摩擦副处于流体动压润滑的状态,分别考察纳米润滑油的极压性能和减摩性能;采用对置往复摩擦磨损试验机模拟内燃机上止点附近气缸套-活塞环的工作环境,以真实内燃机气缸套-活塞环材料作为摩擦副,进一步考察纳米SiO_2润滑油在变工况条件下(变温度、变速度、变载荷)的润滑摩擦性能,利用场发射扫描电镜FE-SEM观测了气缸套磨损表面的形貌,并分析纳米SiO_2润滑油改善润滑摩擦的机理。试验结果表明:应用纳米SiO_2添加剂可以显著提高基础油在混合润滑状态时的抗磨能力及在流体动压润滑状态时的减摩效果,在最佳添加浓度下,磨斑直径和平均摩擦系数分别下降了51.9%、46.7%;在上止点附近,气缸套-活塞环摩擦副的润滑状态为混合润滑,纳米SiO_2粒子的添加可以显著提高润滑油的抗磨减摩性能,在高温、低速、重载条件下摩擦系数分别下降10.5%、10.3%、5.9%;纳米SiO_2粒子在摩擦过程中在摩擦副表面起到"滚珠轴承"和抛光的复合作用。     

缸套表面分区差异织构的润滑摩擦性能研究

基于某4缸机开展了缸套分区织构的数值模拟计算,确定分区差异织构的设计方案,即在缸套上止点附近区域内加工面积占有率为10%的微凹坑(半径为25μm、深度为8μm),而在行程中部区域加工面积占有率为5%的微凹坑(半径为25μm、深度为8μm);利用摩擦磨损试验机进行缸套-活塞环基础摩擦学测试,验证了缸套分区差异织构的可行性和适用性;采用激光微织构手段加工了4种不同缸套织构方案,开展发动机台架性能试验.倒拖试验结果表明:在缸套上止点区域加工面积占有率为10%凹坑织构,同时在活塞行程中部加工面积占有率为5%凹坑织构的缸套分区差异织构方案,能够降低整机摩擦损失,具有良好的润滑减摩效果.     

活塞环-缸套贫油润滑特性仿真分析

为研究柴油机在贫油润滑状态下活塞环-缸套摩擦副的润滑特性，以活塞环-缸套摩擦副为研究对象，基于平均雷诺方程和微凸体接触模型，建立活塞环-缸套摩擦副一维混合润滑模型，并在该模型的基础上，根据来流油膜厚度计算贫油状态润滑域，得到贫油润滑模型。通过贫油润滑模型，对不同载荷、不同频率、不同贫油程度对润滑油膜厚度、摩擦力、摩擦因数等参数的影响进行仿真。结果表明：在贫油润滑时油膜厚度分布规律与富油润滑时的分布规律类似，但油膜厚度与润滑区宽度均小于富油润滑；微凸体承载力占比增大，动压润滑效应被削弱，摩擦因数增大。     

内燃机缸套─活塞环混合润滑特性及摩擦力分析

本文基于二维Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程分析了缸套─活塞环的润滑特性，并且计算了缸套─活塞环间的摩擦力，考虑了表面粗糙度、微凸体接触以及活塞环装入缸套后的变形等形响因素。结果表明，缸套─活塞环间的油膜厚度沿周向是不均匀的，采用二维Ｒｅｗｏｌｄｓ方程可以准确地描述缸套─活塞环的摩擦及润滑特性以及润滑特性沿活塞环周向的变化。     

活塞环表面微坑电解加工技术的基础研究

研究表明摩擦副表面的织构可以有效地改善表面摩擦学性能,提出了采用阴极掩模微细电解方法在活塞环表面加工阵列微坑的加工工艺。试验研究了不同绝缘层厚度和加工电压对曲面微坑尺寸的影响。选用优化的加工参数,进行了曲面微坑电解加工试验,在活塞环表面得到平均直径为250μm,深度为10μm的阵列微坑。参照发动机中活塞环/缸套摩擦副的工作原理,采用该加工方法加工出表面面积率不同,深度不同的多个活塞环试样进行摩擦试验。试验结果表明,与光滑曲面相比,带有适当面积率和深度的阵列微坑的试样表面可以有效地降低摩擦因数,起到抗磨减摩的作用。     

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。     

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%.     

内燃机活塞环-缸套摩擦学特性试验研究

以活塞环、缸套小样为试件,在Rtec MFT-5000型多功能摩擦磨损试验机上进行活塞环-缸套试件摩擦学特性模拟试验,研究富油润滑条件下,不同载荷、不同往复频率工况下7种不同表面结构试件的摩擦学性能.试验结果表明:缸套表面粗糙度并非越小、越光滑越好,不同的工况应匹配不同的粗糙度,粗糙度匹配合理可减小摩擦副的摩擦因数;不...     

内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑影响因素的研究现状与展望

论述了结构参数、气缸套变形、颗粒物、润滑油黏度、温度、表面形貌、活塞二阶运动等因素对内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑影响的研究现状与进展,讨论并展望了活塞环-缸套摩擦副润滑研究中需要进一步解决的问题。     

活动模板电解加工活塞表面织构技术研究

活塞是发动机中的核心零件,因此,减少活塞裙部与缸套间的抗磨减摩作用具有重要的意义。研究表明,表面织构在改善摩擦副的摩擦学性能方面起到了积极的作用。本文提出了采用活动模板电解加工活塞表面织构技术,针对活塞零件的结构特点,制定了活塞表面织构加工的工艺流程,构建试验系统,并进行了工艺试验,结果表明,活动模板电解加工技术可以有效地在活塞表面加工尺寸一致的微观形貌。     

内燃机活塞环组的贫油润滑状态及摩擦功损失

本文给出了描述内燃机活塞环组贫油润滑状态及其摩擦特性的通用数学模型,并将其计算结果和富油润滑模型的结果进行了比较。在贫油润滑模型中,由于假定各环(除最底下的那道油环以外)的入口油膜为前一活塞环经过相同位置时留在缸套上的尾迹油膜,使计算的气环油膜厚度曲线出现波动。这种波动在实际内燃机中是客观存在的。此外,模型可方便地用以讨论活塞环面形状、活塞环数、油膜温度和发动机转速等参数对最小油膜厚度及摩擦功损失的影响。     

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.     

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。     

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%,.     

内燃机缸套-活塞环润滑和磨损研究的现状和对策

缸套-活塞环是内燃机中的核心摩擦副,研究缸套-活塞环的润滑和磨损对提高内燃机的整机性能意义重大。通过分析缸套-活塞环润滑状态和磨损机理的复杂性,结合国内外在该领域上的研究现状与进展,指出了目前研究工作上存在的不足,并提出了相应的对策和建议。     

考虑油膜与摩擦力影响的内燃机活塞—缸套撞击情形研究

在内燃机活塞－缸套磨损故障诊断中，对撞击参数的确定通常是将活塞组作为刚性整体看待。实际上，活塞环与缸壁间的摩擦力，活塞环与环槽间的摩擦力，活塞裙部与缸壁间的油膜等都对撞击过程产生影响。本文从分析活塞环－缸套润滑状态着手，建立了活塞－缸套撞击力计算模型。并以１９０Ａ柴油机作仿真算例表明：将撞击过程是否作为刚性整体撞击处理，对撞击参数影响甚大。同时，作者通过在１７５Ｆ柴油机上的实验验证了润滑油膜对撞击力的影响。     

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.