活塞环—缸套摩擦副的二维润滑分析

活塞环—缸套摩擦副的润滑状态直接影响着发动机的正常工作,缸套的磨损状况是决定发动机寿命的重要因素。对活塞环—缸套摩擦副进行了二维润滑分析,考虑了多种因素的影响,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：活塞环—缸套摩擦副的润滑状态受多种因素的影响。同时计算结果也显示,通常采用的一维润滑分析有其局限性,对活塞环—缸套摩擦副进行二维润滑分析是十分必要的。     

内燃机活塞环-缸套润滑状态分析

基于平均流量模型和微凸体接触模型，对活塞环-缸套的润滑状态进行了分析。探讨了表面粗糙度、活塞环桶面高度和活塞环轴向厚度对活塞环-缸套润滑状态的影响。     

考虑结构动态变形的缸套-活塞环润滑建模分析

缸套在燃烧冲击和活塞敲击激励下会产生接近表面粗糙度的动态变形,极有可能影响缸套-活塞环组件间的摩擦润滑过程。为了研究缸套动态变形潜在的影响,将动力学仿真获取的缸套内表面的动态变形经过处理后导入到润滑模型中,同时采用数值积分计算的方式对油液压力应力因子和剪切应力因子进行实时计算求解,使仿真计算更加符合实际情况。通过搭建同时考虑缸套变形与油液剪切特性影响的改进润滑模型,计算得到整个工作循环内活塞环上的最小油膜厚度和摩擦力曲线。结果表明:考虑缸套动态变形后的最小油膜厚度和摩擦力曲线出现了明显的波动,而且考虑缸套动态变形后的摩擦力比未考虑之前出现了明显下降。     

内燃机活塞环-缸套润滑研究的现状与展望

从润滑分析和试验测量两个方面论述了内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑研究的现状和进展,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.     

活塞环-缸套二维润滑特性的研究

基于二维平均流量模型和微凸体接触模型，研究了活塞环的二维润滑特性，并考虑了活塞系统偏摆、润滑油粘度变化及表面粗糙度等因素的影响。通过计算获得了活塞环－缸套间油膜厚度的二维分布。结果表明，油膜厚度沿周向是不均匀的。本文还对活塞环开口位置及偏摆的影响做了定量的分析。     

内燃机缸套-活塞环润滑理论模型概述

从基本概念、基础理论、发展阶段、研究内容、应用领域及发展趋势等方面综述了缸套-活塞环润滑理论模型研究概况。     

织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑分析

考虑温升对活塞环/缸套流体动力润滑的影响,联立广义Reynolds方程、膜厚方程、载荷方程、能量方程及热传导方程,建立织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑模型;采用多重网格法和逐列扫描法进行求解,探究织构参数对热流体润滑的影响。结果表明:摩擦引起的温度升高使得最小油膜厚度和最大油膜压力变化趋势及大小均发生显著的变化,这表明在对该摩擦副进行动力润滑分析时必须考虑温升的影响;织构面密度和深度对最小油膜厚度、最大油膜压力及最大油膜温度随曲柄转角的变化趋势没有明显的影响,但对它们的值的大小产生不可忽略的影响,其中在做功冲程,小织构面密度和织构深度对应较小的最小油膜厚度和最大油膜温度,较大的最小油膜厚度。研究表明:在一定范围内,小的织构面密度和织构深度具有更优的燃油经济性,反之则具有更优的润滑可靠性。     

表面粗糙度对发动机活塞环-缸套润滑状态及摩擦功耗的影响

本文应用“平均”形式的Reynolds方程研究了表面粗糙度对发动机活塞环-缸套润滑状态的影响,分析研究了活塞环-缸套间的混合润滑效应。在研究中考虑了温度效应的影响,改善了以往混合润滑模型中的不足之处。还联系实际分析了S195柴油机环组的润滑状态,定量地给出了S195柴油机环组在整个工作循环过程中的摩擦功耗值。     

缸套内表面储油结构的润滑分析

对缸套工作表面储油结构所经历的三个发展阶段进行，定性和定量的分析，并对第三阶段的独立微坑储油结构的微坑形状进行了对比优化。对于独立微坑阶段，假设比较了几种规则微坑的形状，如球面型、椭球面型、双曲抛物面型等，给出了各种形状凹坑油膜压力的计算方案和公式，并根据润滑理论找出了最大压力作用点，根据计算结果对各种表面微坑的形状、大小、深度等优化方案进行了讨论。     

基于稳态流体模型的齿轮箱强制润滑系统研究

强制润滑系统对于提高齿轮箱的寿命预期起较大的作用,传统的粗放估算、简单设计已经满足不了使用条件对产品的实际需求。所阐述的基于稳态流体模型的强制润滑系统设计充分利用流体仿真技术发展,对本系统采用全新的设计方法,结合试验验证,并经产品使用反馈,明显改善了齿轮箱的润滑冷却,预期对齿轮箱长期稳定运行具有较大的促进作用。     

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。     

基于多压力变温实验的缸套-活塞环摩擦因数预测研究

为探究内燃机中缸套-活塞环摩擦副在复杂工况下的摩擦因数变化规律,根据实际工况下的温度和压力,使用SRV高温摩擦试验机模拟内燃机系统缸套-活塞环之间的往复式摩擦运动,获得不同温度和压力下的摩擦因数,并测试不同温度下润滑油的黏度。以摩擦接触面温度、载荷和润滑油黏度为输入,摩擦因数为输出,构建BP神经网络预测模型。结果表明,BP神经网络具有较高的预测精度,测试集误差值稳定在1%以内,满足工程精度要求。     

基于Evans-Johnson流变模型粘塑性流体弹流润滑的数值计算

推导了基于Evans-Johnson流变模型的雷诺方程,并进行了数值求解,将数值计算结果与基于理想粘塑性流变模型的数值结果进行了比较.结果表明,基于Evans-Johnson流变模型和基于理想粘塑性流变模型所得到的油膜压力分布没有本质的区别,但基于二者的油膜厚度却有很大的不同;在大滑滚比的工况下,由前者所得的中心膜厚度比由后者所得的中心膜厚度低,表明在考虑润滑剂粘塑性的弹流润滑研究中,选用合适的润滑剂流变模型很重要。     

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。     

流体二维振动加工技术的实验研究

提出了一种基于流体二维振动的超光滑表面加工新方法。该方法是对流体在水平和垂直方向同时施加超声振动,从而实现了流体的二维高频振动,为工件加工提供抛光作用力。研制了一套实验装置,该装置由工作槽、行星机构、控制装置等组成。利用该装置对光学玻璃进行了一系列实验,分析了抛光时间、抛光液的质量分数、磨料的粒度等对加工质量的影响。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

Lubrication of Rolling Surfaces by a Ree-Eyring Fluid

Recent measurements of thicknesses of lubricant films between cylinders rolling at moderate speeds have agreed reasonably well with the predictions of Grubin's formula, but at high speeds and with high viscosity lubricants significant disagreements have been observed. Therefore, the elastohydrodynamic theory underlying that formula is reconstructed so to be based, not on a Newtonian model for the lubricant, but on the Ree-Eyring model which permits shear stress to develop at a lessening rate as shear rate increase. A formula comparable to Grubin's is derived, and it is shown that the changes in the formula are in the direction needed to explain the observed discrepancies between experimental data and the former theory. Exhaustive examination or use of this new formula is hampered by lack of data on the Rev-Eyring parameters, so further experimental work is recommended.     

液压缸活塞表面菱形织构的动压润滑性能

基于间隙密封液压缸活塞表面菱形凹坑形貌,建立单个三维菱形织构的动压润滑模型及流体力学控制方程;应用流体力学软件FLUENT,采用超松弛迭代法对该织构的表面的动压润滑性能进行数值模拟分析。求解活塞在运动时的菱形凹坑表面对油膜压力和承载力的影响。结果表明:在液压缸活塞表面加工菱形织构,能够对油膜产生附加承载力,改善活塞表面润滑性能;在菱形织构无量纲深度e保持一定时,存在最优面积比为20%。在同一面积比情况下,无量纲深度e在0.012~0.018之间最优,且存在最优角度在(60~75)°之间。     

缸套表面织构润滑性能理论及试验研究

通过将激光表面织构技术应用于发动机缸套表面,建立缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并以桶面环为例,计算缸套表面织构对摩擦副润滑摩擦性能的影响规律。计算结果表明：缸套通过激光表面织构后,其润滑摩擦性能得到改善,凹腔织构效果要优于沟槽织构效果,在各行程中部油膜厚度最大增加了29%左右,而摩擦力峰值下降30%左右。通过发动机对比台架试验发现：相对于原机,配套表面织构缸套后发动机燃油消耗率呈现出下降趋势,在低转速下改善效果最为显著,燃油消耗率最大降低了9.8 g/(kW•h),降幅为4.62%,证实了表面织构技术对于降低发动机摩擦损失是有效的;同时发动机的其他性能指标也有不同程度改善,漏气量、烟度、全损耗系统用油消耗率等参数都有所下降,烟度下降明显,漏气量最大降幅为34.6%,全损耗系统用油消耗率降低了33.8%。