内燃机缸套活塞环系统的摩擦学设计

本文在系统思想的指导下,采用理论分析与润滑计算相结合,对内燃机摩擦副缸套一活塞环系统在正常工作时的摩擦,润滑、磨损等摩擦学行为进行了探讨,并根据研究结果。以桶面环为对象,以Ｓ１９５单缸紫机机的参数为例,编掉了通用内燃机摩这设计软件,以实现对内燃机缸套一活塞环系统的摩擦学设计和使用效果的预测。     

内燃机缸套-活塞环摩擦学研究回顾与展望

内燃机缸套-活塞环摩擦副是一个典型的摩擦学系统,其中含有多种类型的摩擦和磨损,润滑、摩擦、磨损的相互作用十分显著。其摩擦学性能对提高内燃机的可靠性和耐久性,保证内燃机经济、可靠地工作具有决定性的作用。其摩擦学问题的研究一直是人们关注的热点之一。     

CrN活塞环涂层的摩擦学性能

以PVD方法在不锈钢渗氮活塞环基体上沉积了厚约30μm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。     

国外硬质膜离子镀技术及其进展

本文综合介绍国外硬质膜离子镀技术的近况,分別就硬质膜的应用、新型镀膜材料的性能及其应用等方面作了说明。     

仿生织构形态对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了提高缸套-活塞环的摩擦学性能,设计了一种仿生排布的菱形凹坑织构,并通过激光刻蚀技术在缸套表面进行加工;在同一转速和不同载荷下,在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验,以探究仿生排布的菱形织构对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,并与使用阵列排布的纹理的缸套以及未经处理的原始缸套进行比较。结果表明:织构的排布形式对油膜厚度的影响较大,尤其在重载荷工况下,合理地优化排布形式能够实现较好的动压润滑效果;仿生排布的菱形织构实现了往复运动方向上纹理特征的全覆盖,能够极大程度上限制磨屑的移动并对磨屑进行收集,有效降低磨损后的表面粗糙度,从而减少磨粒磨损;仿生排布的菱形织构在各试验工况下能够有效提高油膜厚度,提升表面承载能力,实现最佳的润滑效果。     

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。     

大功率柴油机活塞环-缸套摩擦学试验机的设计

设计适用于大功率以及重载柴油机活塞环-气缸套的摩擦性能试验机,对摩擦力测量和传递机构的纵向和横向测量两种方案进行对比,确定横向测量方案为优化的设计方案。横向测量方案对悬臂梁的设计有较高的要求,需要进行弹性悬臂梁的截面设计,通过计算以确定梁的刚度。在测试系统中引入虚拟仪器技术,并给出LabVIEW编程及其实现,提高了测量精度。该设计方案可以实现对大功率柴油机摩擦性能试验更好的技术支持。     

缸套-活塞环摩擦学性能模拟实验研究

为模拟内燃机缸套-活塞环运动,设计适用于缸套-活塞环的往复式摩擦性能试验台,由传动系统、加热系统、加载系统组成。根据系统中悬臂梁和活塞环专用夹具不同的使用要求,分别进行结构设计和有限元分析。结果表明,当实验条件达到预设极限值(加热温度130℃,摩擦力500 N)时悬臂梁和活塞环专用夹具均能满足使用要求。试验台使用二维力测力传感器,通过特殊装配设计,可同时测量摩擦力和法向负载。通过摩擦性能实验验证,缸套-活塞环在较低负荷(61.7、92.6、123.4 N)条件下,摩擦因数随转速的增大而急剧减小;在较高负荷(250.8、322.5 N)条件下,摩擦因数随转速的增大有所减小并逐渐趋于稳定状态。     

纳米金风石对内燃机缸套——活塞环摩擦学改性研究

纳米级金刚石是应用爆炸法人工合成的具有实用价值的纳米材料,它具有一系列特殊的物理和化学特性。本文针对车用内燃机缸套－活塞环摩擦副磨合期内的工作特点,利用金风石的特殊性能,对其进行摩擦学改性研究。通过内燃机的磨合与摩擦学改性的有机统一,来实现控制缸套－埋不的摩擦学行为,延长其使用寿命的目的。     

涨圈高速旋转密封失效及涨圈的表面处理

分析了涨圈高速旋转密封的主要失效形式及影响因素,在标准实验机和发动机模拟实验台架上对涨圈表面刷镀锢铟铜合金和热喷涂PTFE的减摩耐磨性能同磷化处理进行了比较.结果表明刷镀铟铜合金能够改善涨圈摩擦副的摩擦状态而热喷涂PTFE使摩擦状态恶化.     

环己氧基硼酸镧的摩擦学性能研究

以硼砂为原料合成了环己氧基硼酸镧,采用ＭＳ－８００Ａ摩擦试验机和ＨＱ－１摩擦磨损试验机研究了其抗磨减摩性,并采用Ｘ－射线光电子能谱仪（ＸＰＳ）分析了磨斑表面膜表面组成和价态。实验结果表明,环己氧基硼酸镧具有良好的抗磨减磨性。其作用机理可能是环己氧基硼酸镧在摩擦过程上分解为三氧化二和三氧化二硼等反应物膜,从而起到了抗磨减摩作用。     

几种纳米润滑剂的摩擦学特性

采用超速粉碎工艺结合抗凝聚技术研制了三种不溶于水的纳米润滑添加剂：二硫化钼（MoS2）、聚四氟乙烯（PTFE）和滑石粉（talcum）。配方侧重考察了这些纳米级固体润滑剂的摩擦学特性，尤其是针对铜－钢摩擦副的摩擦磨损特性。结果发现在铜－钢摩擦副条件下，纳米级PTFE及滑石粉具有较好的抗铜磨损和降低摩擦系数的减摩性能；含硫的添加剂（包括MoS2）反而对铜引起不良摩擦的润滑作用。     

The Tribological Properties of Oils Added with Diamond Nano-Particles

A technique of relative optical interference intensity (ROII) and a high-precision force measuring system were used to measure film thickness and friction force of the oils added with ultra-fine diamond powder (UDP) in the nano-scale. The results show that the oil containing UDP nano-particles forms a thicker film than does the pure base oil. In the rubbing process, the hard spherical UDP nano-particles plow the two surfaces and produce many smooth micro-grooves. The friction force decreases with sliding distance. The possible mechanisms for such reduction and physical model of diamond nano-particles as additives in oils are discussed.     

240组合活塞钢顶氮化及工艺优化

分析对240组合活塞钢顶实施离子氮化的原因,阐述保证氮化质量的工艺控制及优化措施,为复杂高精度零件的离子氮化提供了有益的参考。     

2-烷基硫甲基噻吩系列添加剂对菜籽油磨擦学性能的影响

利用四球摩擦磨损试验机考察了噻吩及实验室合成的2－烷基硫甲基噻吩对菜籽油摩擦学性能的影响，用X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）观察分析了磨损表面的形貌和元素存在状态。用差示扫描量热法（DSC）评价了合成添加剂对菜籽油氧化稳定性的影响，结果表明：2－烷基硫甲基噻吩系列化合物大大提高了菜籽油的承载能力，但加剧了钢－钢摩擦副的磨损。含上述添加剂的菜籽油在摩擦副表面发生摩擦化学反应，生成菜籽油和添加剂共同作用所产生的边界润滑膜，从而改变了菜籽油的润滑性能，2－烷基硫甲基噻吩可明显改善菜籽油的抗氧化性能。     

再探纳米金刚石对缸套表面摩擦学改性机理

爆炸法人工合成的纳米金刚石粉,是一种具有实用价值的新兴纳米材料,它具有一系列特殊的物理和化学特性。本针对车用内燃机缸套一活塞环摩擦副磨合期工作特点,利用超精细纳米金刚石的特殊性能,对其进行摩擦学改性机理分析。     

Tribological Properties of Arc-Evaporated NbAlN Hard Coatings

Nb_1−x Al _x N hard coatings were synthesised by cathodic arc-evaporation with different Al contents to study its influence on the tribological properties. Ball-on-disc tests at temperatures up to 700 °C were performed and the recorded coefficient of friction was generally in the range from 0.8 to 1.0. Subsequent analysis of the coating wear track and the counterpart wear scar by optical profilometry and Raman spectroscopy revealed details on the wear behaviour of the tested coatings. The best wear performance for the Nb-rich coatings was in the temperature range of 300–500 °C, whereas at the maximum testing temperature the higher oxidation resistance with increasing Al content was beneficial in terms of wear resistance.     

Wear Condition Monitoring and Working Pattern Recognition of Piston Rings and Cylinder Liners Using On-Line Visual Ferrograph

This study applies stepped loading and stepped velocity approaches to simulate the actual working conditions of gasoline engines. Accelerated wear tests were conducted for piston rings and cylinder liners under different lubricating conditions by using a self-made pin-on-disc wear machine equipped with an on-line visual ferrograph (OLVF) for wear monitoring. The wear coefficients for oil monitoring were extracted to distinguish between constant conditions and stepped changing conditions. A similarity model for oil monitoring was constructed and the monitoring data sets of similar working conditions were grouped together. Results show that the OLVF monitoring system can be used to obtain the real-time variation in debris concentration. The index of particle coverage area (IPCA) of OLVF increases abruptly after the load or speed changes. The similarity model can evaluate the similarity of the variation trend of IPCA under different operating conditions. The relationship between IPCA and working conditions was examined in this study and provides an essential support to wear monitoring and life prediction of engines.