汽车发动机缸套-活塞环摩擦副磨损及对策

本文分析了汽车发动机缸套-活塞环摩擦副的磨损特点，探讨其磨损的机理，提出了减少摩擦、控制磨损的具体措施。     

润滑油中加入纳米氧化铝对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损特性的影响

在普通CD40润滑油中加入纳米氧化铝,研究了在不同载荷条件下对缸套活塞环摩擦副摩擦磨损特性的影响;用铁谱仪对试验油样进行了磨粒分析;用原子力显微镜对缸套试样表面的微观形貌进行了测试;用LAS-3000型表面分析系统对磨损表面进行了成分分析。结果表明：缸套活塞环摩擦副在含纳米氧化铝的润滑油作用下,表现出优越的抗摩减磨性能,其效果随栽荷的增大而增强;在高载荷作用下缸套试样表面形貌有了明显的改观,减小了摩擦阻力,降低了摩擦因数。     

润滑条件与缸套材料对活塞环-缸套摩擦磨损特性的影响

在润滑油中未添加和添加质量分数0.1％MoS2润滑条件下,对YH31合金铸铁活塞环和不同材料(高硼铜铸铁和铬钼铝铸铁)缸套进行摩擦磨损试验,研究了润滑条件和缸套材料对摩擦因数、体积磨损量和磨损表面形貌的影响,分析了磨损机制.结果表明:Mo S 2的添加可以缩短活塞环与高硼铜铸铁缸套的磨合时间,延长稳定磨损时间,降低摩擦因数,减小体积磨损量;摩擦副表面磨痕较未添加MoS2润滑条件下细而浅,且未出现裂纹.在未添加MoS2润滑条件下,活塞环与铬钼铝铸铁缸套对磨比与高硼铜铸铁缸套对磨更早进入稳定磨损阶段,但稳定磨损持续时间较短,平均摩擦因数有所增大,体积磨损量大幅增加;活塞环的磨损机制均为抛光磨损,高硼铜铸铁缸套和铬钼铝铸铁缸套的磨损机制分别为磨粒磨损+疲劳磨损和磨粒磨损.     

活塞环-缸套摩擦磨损性能的实验研究

活塞环-缸套的摩擦学性能直接影响内燃机的工作性能,降低活塞环的磨损量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。文中通过实验得出活塞环-缸套在不同工况下的摩擦磨损性能,根据实验结果绘制曲线进行分析,从中找出活塞环-缸套摩擦磨损的有关规律。     

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。     

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。     

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。     

车辆发动机缸套-活塞环磨损失效分析

为实现对车辆发动机缸套-活塞环摩擦副磨损失效的全面分析和仿真计算,采用扫描电子显微镜观察大修发动机缸套-活塞环试样表面形貌,分析其磨损失效特征。依据发动机保险期实验及大修部件磨损失效检测数据,分析缸套-活塞环组件各磨损参数,采用 Pearson 相关分析方法,对缸套-活塞环组件各磨损参数与发动机功率、比油耗及其相互之间关系进行相关性分析和比较。结果表明：缸套磨损量与发动机功率变化量、比油耗变化量的相关程度高,且同其他磨损参数间的相关系数总值最大,确定缸套磨损量为缸套-活塞环组件磨损的特征参数。     

缸套-活塞环的磨损分析与寿命预测

基于Archard黏着磨损模型,建立缸套-活塞环磨损模型,并设计仿真程序,对标定工况下PA6-280柴油机缸套-活塞的黏着磨损进行仿真分析。通过样机台架试验获得缸套-活塞环磨损试验数据,对试验和仿真数据进行比较分析,验证了仿真结果的准确性。引入柴油机工况因子建立磨损寿命预测模型,对PA6-280柴油机所有活塞环和气缸套的磨损寿命进行预测,预测结果与柴油机设计要求一致。     

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%。     

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。     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

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。     

高原柴油机气缸套-活塞环磨损计算研究

为了研究高原环境对柴油机寿命的影响,以某型柴油机为对象,通过模拟高原柴油机实际工作过程,结合活塞环受力分析和缸套传热计算得到边界条件,基于雷诺方程和改进的Holm-Achard黏着磨损公式建立气缸套-活塞环润滑磨损数值计算模型;经验证气缸套径向最大磨损深度的计算值与实测值误差不超过5%。计算表明,油膜厚度随外界大气压力降低而逐渐变薄;在海拔5000 m左右时气缸平均磨损值达到最大。     

柴油机缸套磨损故障的机体振动监测研究

研究了柴油机缸套磨损故障的机体振动监测,包括缸套破坏性磨损故障时的机体振动。首先分析了活塞对气缸套的冲击,建立了活塞撞击气缸套侧推力的数学模型,探讨侧推力的大小及作用时间。分析表明,柴油机活塞撞击是机体表面振动的主要激励源。通过模拟试验得知,缸套磨损状态有4种,当缸套间隙正常或中等磨损时,机体振动的增长速度较慢;严重磨损时,振动特征参数值明显增大;如果缸套处于破坏性磨损程度时还继续工作,机体振动则呈指数式增长。这说明机体表面振动特征值的改变可以反映缸套间隙的变化,因此,基于柴油机机体振动对缸套的磨损进行监测是可行的、有效的。     

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。     

内燃机活塞裙部-缸套间润滑油输送状况*

活塞裙部-缸套间的润滑油输送情况对内燃机活塞组件摩擦副润滑状态、润滑油消耗、排放和润滑油性能退化等都有重要的影响。结合活塞二阶运动模型、流体润滑模型和润滑油流动模型等,进行不同内燃机工况下活塞裙部-缸套间润滑油输送状况的计算,主要分析活塞向下运动行程中活塞裙部运动后气缸套表面润滑油的滞留量。结果表明,在不同工况下对应行程中润滑油滞留量的变化规律基本相同,不同时刻的润滑油滞留量不相同,活塞上下止点处的润滑油滞留量基本相同。内燃机负荷相同时,随转速增加,进气行程中和膨胀行程中后期的润滑油滞留量减少,膨胀行程前期的润滑油滞留量增加。内燃机转速相同时,膨胀行程前期的润滑油滞留量一般随负荷增加而增加,膨胀行程中后期的润滑油滞留量基本不随负荷变化,不同转速下进气行程中润滑油滞留量随负荷的变化规律不一致。