温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

LNG燃料柴油机与传统燃料柴油机相比缸内燃烧温度更高。为探究不同温度下缸套-活塞环摩擦性能与温度的映射关系,设计室温和60、90、120℃4种不同温度,在相同载荷和转速下在往复式摩擦磨损试验机上对缸套-活塞环进行不同温度下的摩擦性能试验,通过测试摩擦过程中摩擦力的变化以及分析试验后缸套磨损表面形貌,探讨温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响规律。试验缸套试样材质为耐磨合金铸铁,活塞环切片与缸套切片大小对应,材质为球墨铸铁。试验结果表明：随着温度的升高摩擦力呈现先减小后增大的趋势,与室温相比,60℃温度下摩擦力降幅为13.45%,且表现出较好的稳定性,但在120℃下摩擦力增幅为10.66%;试验工况下,60℃时缸套表面形貌参数均处于较优水平。研究表明,适当的温度环境对于摩擦配副之间的润滑性能有一定的促进作用,但温度过高会导致摩擦副的摩擦性能不稳定,破坏摩擦副间氧化膜,这不仅可能破坏润滑油膜的形成,也会影响摩擦副的磨损表面形貌。因此存在合适的温度使得缸套-活塞环的摩擦性能达到最优状态。     

环境温度对内燃机活塞环-缸套摩擦特性的影响

为有效改善冷启动过程中缸套-活塞环的摩擦状态,减少摩擦功率损耗,通过建立混合润滑状态下活塞环-缸套摩擦力的数学模型,研究不同环境温度下冷启动时活塞环-缸套摩擦性能及润滑状态的变化规律,获得某型号柴油机冷启动时活塞环-缸套摩擦力随温度变化的曲线,并拟合提出预测摩擦力随温度变化的模型。结果表明,随着环境温度的降低,活塞环-缸套摩擦力的平均值稍有升高,而摩擦力最大值的升高幅度很大。对活塞环-缸套摩擦力数学模型进行仿真,仿真结果与活塞环-缸套摩擦力温变效应预测模型计算结果误差不大于8.526%,验证构建的最大摩擦力温变数学模型的可靠性。     

活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了改善缸套-活塞环的摩擦性能,通过激光刻蚀技术在活塞环工作面加工出不同形状的表面织构。在同一转速、不同载荷下通过微机控制的往复式摩擦磨损试验机研究不同表面织构活塞环对缸套-活塞环摩擦学性能的影响。试验结果表明:在载荷为400 N工况下,活塞环的椭圆、圆形、方形织构摩擦系数分别可以降低1.1%、18.3%、14.1%;载荷600 N工况下,3种织构分别可以降低35.3%、35.3%、19.1%;综合分析摩擦系数、表面形貌、接触电阻,圆形凹坑织构的活塞环在降低摩擦系数、提高油膜润滑状态等方面效果最优。     

表面氮化对活塞环摩擦磨损参数的影响分析

用摩擦磨损试验机对铸铁活塞环在氮化前后与高硼铜铸铁缸套配合分别进行了半小时和一小时摩擦磨损试验,测量了氮化前后的活塞环表面摩擦系数和磨损量、磨损率,并对磨痕进行了分析。结果表明:未氮化活塞环摩擦系数大于氮化环,摩擦系数变化稳定性比氮化活塞环差,未氮化环磨损量较氮化环增大了约39.6%(半小时)及51.0%(一小时),未氮化环磨损率的一小时试验比半小时试验平均升高6.7%,氮化环磨损率降低了13.7%,与未氮化环配合的缸套磨损量较与氮化环配合的缸套的磨损量和磨损率与活塞环比较规律一致,表面磨痕显示未氮化环磨损剧烈,由此氮化处理提高活塞环-缸套摩擦副的稳定性,且耐磨性得到提高。     

活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

为探究活塞环表面织构密度对船舶柴油机缸套-活塞环这一主要摩擦副的摩擦性能的影响,利用具有不同织构密度圆形凹坑的活塞环在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验。通过调整试验载荷、转速获取了不同模拟工况下的测试数据,结合对应参数分析了活塞环织构密度对缸套-活塞环摩擦副的摩擦作用影响。结果表明:带有不同表面织构密度圆形凹坑的活塞环可以在不同程度上降低摩擦副的摩擦系数,提高其摩擦学性能。综合摩擦系数、表面形貌的相关分析可知:在载荷一定时,存在合适的织构密度(S_p=20.9%)能够显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦系数,同时可以减少摩擦副的磨损量,提高摩擦副的综合摩擦性能。     

自润滑活塞环的压力分布及摩擦热研究

活塞环是高压无油压缩机中的重要易损件,而活塞环间的压力分布和活塞环与气缸间的摩擦热是影响其寿命的两个最主要因素。建立了活塞环间压力分布的数学模型,揭示了活塞环非均匀磨损的机理;同时搭建了试验台,通过动态压力传感器测量了活塞环间的压力分布,验证了理论模型。研究结果表明,活塞环开口间隙相同时,各环间压力分布严重不均,第一道活塞环承受75%以上的压差,这是引起不均匀磨损从而导致快速失效的根源;通过设计不同切口大小的活塞环等措施,可以使各环间压力分布均匀化,提高环组寿命。影响活塞环寿命的另一个因素是由摩擦热引起的高温,通过有限元方法研究了活塞环与气缸间的摩擦热生成和传递过程。     

表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

接触面载荷和温度对AZ91D镁合金/H13模具钢界面接触换热系数的影响

采用由滑轮增力机构和液压增力机构组成的二级增力机构加载的稳态热流方法,通过自制的界面接触换热系数测量装置对AZ91D镁合金/H13模具钢界面的接触换热系数进行了研究,分析了接触面载荷和温度对界面接触换热系数的影响。结果表明:当接触面载荷较低时,随载荷的增大,接触换热系数变化较为显著,在高载荷区域接触换热系数对载荷的敏感性有所下降;接触面温度越高,接触换热系数越大,在320~370℃温度范围内,界面接触换热系数随温度升高的变化不明显,越过此阶段后又随温度升高而增大。     

无油压缩机气缸-活塞环摩擦磨损特性试验研究

为探究无油压缩机气缸与填充PTFE活塞环的配对摩擦磨损特性，在Rtec-instruments多功能摩擦磨损试验机上对不同表面处理工艺的不锈钢、铝合金气缸材料与不同配方填充PTFE活塞环材料进行配对摩擦磨损试验。通过对摩擦系数时序曲线的变化规律、摩擦副磨损前后表面形貌特征及填充PTFE磨损量的研究，选择最优摩擦学性能的气缸-活塞环的配对摩擦副。结果表明，铝合金与不锈钢表面进行PCVD处理相对于常规阳极氧化和镀铬更易在摩擦表面形成自润滑转移膜；PTFE填充碳纤维时，其摩擦系数时序曲线随磨合过程降低且较为稳定；考虑摩擦系数与相对磨损量，提出了综合摩擦系数作为配对摩擦副选材的依据；PCVD处理的铝合金材料与填充主材碳纤维PTFE的综合摩擦系数为6.1×10^-5，具有较低的综合摩擦系数、稳定的摩擦系数时序曲线和良好的表面形貌特征，可作为气缸-活塞环的配对摩擦副的优选方案之一。     

缸套变形与活塞环适应性对环组漏气及摩擦学性能的影响

建立活塞环组-缸套系统的混合润滑仿真模型,模型中考虑活塞环组的热变形、缸套的热变形以及装配变形对活塞环-缸套系统摩擦学性能的影响,并通过模型分析缸套、活塞环变形以及活塞环适应性对漏气面积、环间压力、最小油膜厚度、摩擦力和磨损的影响。结果表明:变形对一、二环的漏气面积和一环与二环间的气体压力影响较大;考虑变形后,一环的摩擦力增大,二环的摩擦力减小,并且可以看到,在周向和轴向方向上一、二环环面的磨损是不均匀的;由于油环的适应性较好,变形对油环的漏气量及摩擦学性能影响较小。     

发动机缸套-活塞环摩擦磨损特性试验研究

利用缸套-活塞环摩擦磨损试验台研究了速度，温度，载荷，供油等因素对缸套-活塞环系统摩擦磨损特性的影响。试验结果表明，缸套-活塞环摩擦副在发动机工作循环中润滑状态不断发生变化。在试验条件下，温度对摩擦磨损有显著影响，载荷和速度对摩擦力的影响较小。     

润滑油粘度对缸套/活塞环摩擦学性能的影响

在内燃机实际运行中,润滑油的粘度直接影响到润滑油膜的状态,因而活塞环在缸套中不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。文中以缸套活塞环为研究对象,建立了润滑计算模型,并运用该模型对缸内压力、温度、油膜厚度和摩擦系数进行了分析。结果表明,润滑油膜厚度和摩擦系数随转速改变而发生变化,而剪切稀化导致润滑油粘度减小是引起该变化的主要原因。最后,通过对计算结果的分析,提出了适用于缸套活塞环的润滑油粘度指标。     

环境与工况对柴油机缸套-活塞环磨损的影响

为研究柴油机实车使用状况下缸套-活塞环磨损规律,建立某12150型多缸柴油机面向使用工况的缸套-活塞环磨损仿真计算方法并进行验证,研究环境与工况参数对缸套磨损的影响规律。结果表明:大气温度升高,缸套磨损深度呈现先减小后增大的趋势,气温-5℃时磨损最小,与-35℃相比下降了5.89%,与40℃相比下降了9.15%;大气压力降低,缸套磨损深度先减小后增大,气压80 kPa时最小,与100 kPa相比下降了6.45%,气压50 kPa时磨损最大,与100 kPa相比升高了8.48%;缸套磨损深度随柴油机转速升高而呈现出增加的趋势,在1 600 r/min时出现极小值点,转速为2 000 r/min相比1 200 r/min磨损深度增加了46.76%;柴油机负荷增加引起缸套磨损深度不断增大,100%负荷时较20%负荷的磨损深度升高了133.96%。     

内燃机活塞环-缸套摩擦热力学系统的分析

活塞环与缸套相互接触并发生相对滑动，则出现摩擦，导致两摩擦表面的材料不断损失。即磨损，同时也使材料表面的温度升高。因此，摩擦、磨损和温升往往是同时出现的。研究三者的关系，对于减少活塞环与缸套的摩擦、控制其磨损、降低接触部位的温升是十分有用的。从热力学第一定律出发，建立了上述三者的定量关系，并分析了不同摩擦状态下各个量的相互影响。     

金属陶瓷添加剂对船舶主机汽缸套-活塞环摩擦学行为的影响

将普通CD40润滑油作为基础润滑油，在3种不同的载荷作用下，对含有金属陶瓷添加剂润滑油对汽缸套-活塞环摩擦磨损特性的影响进行了模拟试验研究，并与实际使用的普通CD40润滑油的试验结果进行了比较。研究结果表明，汽缸套-活塞环摩擦副在这种添加剂作用下，其磨损失重及摩擦因数都大幅度降低。摩擦副表面扫描电镜分析结果也表明，这种添加剂使摩擦表面更光滑，其本身具有表面自修复作用。     

水压柱塞泵中柱塞与缸孔接触比压的分析与探讨

在考虑柱塞与缸孔之间间隙的基础上 ,利用材料力学的基本原理 ,对柱塞与缸孔的受力模型做了详尽推导 ,并运用 MATLAB工具进行求解 ,结果发现该接触比压值较传统方法的计算值大 1 0倍以上 ,同时发现该接触比压受摩擦副材料的弹性模量、摩擦副间隙大小等因素的影响。针对该接触比压的深入分析为水压柱塞泵柱塞与缸孔的粘着磨损现象提供了可信的解释     

铬基陶瓷复合镀层活塞环的摩擦磨损实验研究

采用销盘式摩擦实验机考察了三种活塞环镀层：国外进口铬基陶瓷镀层、国产铬基陶瓷复合镀层和普通镀硬铬镀层的摩擦磨损性能。结果表明，国产铬基陶瓷复合镀层的活塞环具有优良的耐磨性能，基本达到了进口铬基陶瓷镀层的活塞环性能。     

CrN 活塞环涂层的磨擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30 μm的CrN涂层.采用2种GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂,在SRV试验机上,对比了具有/没有CrN涂层的不锈钢渗氮活塞环的摩擦学性能.试验结果表明,CrN涂层能使摩擦因数数较快的稳定且数值较低,同时活塞环及其对磨缸套的磨损量也大大降低,对磨缸套的磨损量减少了80%以上.SEM分析结果表明,由于CrN涂层具有较高的硬度和较低的表面粗糙度,可以降低磨粒磨损,且能使对磨的缸套试样较快地与之适配,从而促进了摩擦反应膜的形成和扩展,是摩擦因数和磨损量降低的主要原因.     

拉杆气缸活塞密封圈的动态特性研究

为解决拉杆气缸在-40℃和60℃条件下的介质泄漏问题,以等效刚度、等效阻尼和耐温系数为性能评价标准,对结合丙烯腈量分别为35%、30%和25%的丁腈橡胶密封圈进行动态特性研究,包括力学性能测试、频谱响应分析,耐温系数计算和接触应力仿真等。研究结果表明:增大结合丙烯腈量可大幅度提升密封圈的力学性能,但不利于低温密封;结合丙烯腈量为30%的密封圈可有效地解决高低温介质泄漏问题,当压缩率为15%时,其接触应力更为均衡,可确保密封性能。