活塞环组摩擦及润滑特性的综合分析

基于二维平均流量模型和微凸体接触模型，提出了一种分析内燃机活塞环组润滑的模型，同时还对油膜厚度进行了实测，理论值与实测值具有良好的一致性，并且运用这种模型求出了活塞环－缸套之间油膜厚度的三维分布，发现油膜厚度沿圆周方向存在不均匀性．在分析中还考虑了贫油的影响，而且首次探讨了活塞系统的二阶运动对活塞环组润滑特性的影响，给出了不同结构下活塞系统的摩擦力和摩擦功耗．     

内燃机活塞环－缸套摩擦功耗的设计计算方法之研究

以往在计算内燃机活塞环－缸套摩擦副的摩擦功耗时，只是计算活塞环与缸套之间流体润滑剂的粘性剪应力，这显然不能客观地反映出该摩擦副的润滑状态。实际上，活塞环－缸套间的摩擦力产生于两个方面，一是粘性流体的剪应力，二是摩擦界面相互接触峰元的剪切作用。然而截至目前，针对这两方面进行全面分析研究的报道却还很少，因此，为了给低摩擦功耗环组的设计提供科学依据，基于对活塞环在运动过程中润滑状态的分析，提出了一种适用于不同类型内燃机设计计算的活塞环－缸套摩擦功耗的计算方法，并以其对现有结构的Ｓ１９５柴油机活塞环－缸套摩擦副的摩擦功耗进行了计算，同时还对影响摩擦功耗的因素作了考察与讨论，利用台架试验测量油膜厚度的方法对这种算法进行试验验证的研究结果表明，理论值与实测值吻合得很好。     

温度对内燃机排气凸轮/挺柱润滑的影响研究

对内燃机排气凸轮/挺柱摩擦副进行了瞬态热弹性流体润滑仿真和瞬态等温弹性流体动力润滑仿真,并比较了2种仿真的结果.结果表明,尽管2种仿真得到摩擦副的接触压力、润滑油膜厚度以及摩擦系数在凸轮1个旋转周期内的变化趋势非常相近,但其参数的大小却差别较大,尤其是油膜厚度在2种数学模型下的计算结果相差5倍左右.在对此类摩擦副进行润滑研究时,不能忽略温度因素的影响.     

内燃机活塞环—缸套摩擦功耗的设计计算方法之研究

以往在计算内燃机活塞环－缸套摩擦副的摩擦功耗时，只是计算活塞环与缸套之间流体润滑剂的粘性剪应力，这显然不能客观地反映出该摩擦副的润滑状态，实际上，活塞环－缸套间的摩力产生于两个方面，一是粘性流体的剪应力，二是摩擦界面相互接触峰元的剪切作用。，然而截至目前，针对这两方面进行全面分析研究的报道却还很少，因此，为了给低摩擦功耗环组的设计提供科学依据，基于对活塞环在运动过程中润滑状态的分析，提出了一种适用     

润滑状态下球-盘点接触摩擦副的低速轻载滑滚特性研究

选用镀Cr膜的玻璃盘和GCr15球作为摩擦副,在NGY-6纳米润滑膜测量仪上开展球-盘点接触摩擦副在润滑状态下的低速轻载滑滚特性试验,研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦系数及对应油膜厚度的影响规律.结果表明:当接触应力和钢球转速一定时,摩擦系数随滑滚比的增大逐渐增加后达到稳定状态,当滑滚比较大时,滑滚比的变化对油膜厚度几乎没有影响;当滑滚比一定时,摩擦系数随接触应力的增大逐渐增大,随钢球转速的增大逐渐减小,油膜厚度随接触应力的增大逐渐减小,随钢球转速的增大逐渐增大.摩擦副在弹流润滑状态下,摩擦系数的增加幅度随接触应力的变化较小,而在薄膜润滑状态下,其增加幅度变大.摩擦副在薄膜润滑状态下,当滑滚比在0.10~0.50变化时,摩擦系数和油膜厚度基本处于稳定状态.     

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究

针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明：根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.     

孔隙度对湿式离合器局部润滑及摩擦特性影响研究

针对湿式离合器局部润滑及摩擦特性的影响因素,建立了摩擦副微观混合润滑模型.考虑了微凸峰接触和局部温升的影响,分析了孔隙度对湿式离合器局部压强分布、油膜和微凸峰承压比、实际接触面积、局部温升的影响.同时,利用摩擦磨损试验机(UMT)进行小试样销-盘试验,分析了不同孔隙度下离合器摩擦副局部摩擦系数的变化.结果表明:在混合润滑中,随着孔隙度的增大,润滑油膜动压作用减小,局部微凸峰接触压强增大,微凸峰法向压力承载比增大,摩擦副实际接触面积增加,因此摩擦系数增大.     

缸套-活塞系统润滑行为与动力学行为耦合分析

建立了缸套-活塞系统油膜润滑与动力学行为耦合分析模型，并用数值方法进行了仿真计算，用有限元法计算了缸体的结构动力响应；通过采用有限差分法求解平均雷诺方程计算了缸套和活塞间的流体润滑特性，并探讨了活塞二阶振动的影响；采用顺序耦合的方法计算了考虑缸套-活塞摩擦、润滑与缸体结构振动、活塞二阶振动耦合作用的缸套-活塞间最小油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等．同不考虑缸体振动时的相应分析和计算结果对比发现，缸体结构振动对油膜润滑特性具有重要影响．     

油-气润滑流动行为对点接触副摩擦特性的影响

油-气润滑技术已经广泛应用于常规零部件润滑设计中,通过合理制定润滑工艺方案,能有效减小接触副之间的摩擦,达到最佳润滑状态.选用45钢圆盘和GCr15球作为摩擦副材料,在MFT-3000摩擦磨损试验机上开展球-盘点接触副油-气润滑试验,同时结合油-气润滑流场数值模拟考察喷射方位、供油量和供气速度等不同润滑参数对点接触副摩擦特性的影响规律.结果表明:合理的喷射方位下点接触区域油相分布较为均匀,并有利于压缩气体将润滑油以微油滴形式喷射至摩擦副表面,润滑油滴与摩擦副表面发生碰撞、黏附和铺展等作用后形成油膜层,从而降低摩擦系数,提高润滑性能;供油量和供气速度对空间流场油相分布影响较为明显,在一定范围内,供油量的增加和适当的供气速度均能够改善油-气润滑效果.     

固体表面FAS膜转移对面接触油膜润滑影响的试验研究

利用滑块-盘面接触润滑油膜测量系统,在限量供油条件下,研究了滑块表面涂镀的疏油FAS(C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si)膜对油膜润滑的影响. 结果表明:部分FAS膜可以透过油膜自发地转移到玻璃盘上;由于FAS转移膜的反润湿作用,玻璃盘面上接触区出口的润滑油膜回流增强;润滑油在玻璃盘润滑轨道上由原来的双侧脊分布转变为离散液滴分布,并向润滑轨道中心区域聚集,增强了入口区供油,油膜厚度增加.      

内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响

根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型,在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上,分析了活塞的横向运动,考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性.结果表明:与不考虑失圆变形时相比,考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低,裙部流体压力负荷得以缓解;考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大,失圆程度越大,所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大.因此,在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响.     

Analysis of piston ring lubrication

The hydrodynamic mechanism of piston ring-cylinder liner is complex and it is difficult to predict its efficiency at the design stage. Because of the critical nature of its duty, the piston ring has been the subject of many theoretical and experimental investigations from many view points. In all these investigations a known profile is assumed for the piston ring face and the minimum oil film thickness is computed under a multitude of simplifying assumptions. The present article is an attempt to generalise the analysis and make its application physically more meaningful and design oriented. Full hydrodynamic lubrication is assumed for the piston ring lubrication and the impulse capacity concept introduced by Professor Blok is employed to analyse the lubrication process. This method provides an easy, reliable method for analysing the film behaviour. Further, it renders possible the design of an ideal ring profile fitted to the desired film behaviour.     

固体表面润湿性对滑块-盘接触润滑供油的影响

基于荧光技术，研究了固体表面润湿性对滑块-盘面接触供油的影响. 试验中以静止滑块和旋转玻璃盘构成摩擦副，润滑油围绕该面接触区构成一个供油油池. 结果表明:充分供油条件下，滑块表面的润湿性影响油池润滑剂的分布，但仍能保证接触区润滑剂的充分供给. 限量供油条件下，接触区外滑块表面润湿性影响了油池分布以及入口润滑剂的供给，低润湿性加剧接触区乏油程度，直接导致膜厚的降低. 润滑剂的高表面张力及在盘表面的低粘附都会改善润滑剂在润滑轨道上的回流；润滑剂在盘表面的反润湿现象导致了离散分布的微液滴，对润滑轨道上的回流和润滑油膜的形成起到了正面作用.      

几种内燃机磨合油的摩擦学性能评价及在缸套和活塞环摩擦副上的应用

在分析内燃机缸套和活塞环摩擦副的运行环境和运行机制的基础上,针对内燃机频繁出现的缸套和活塞环摩擦副擦伤现象,研制出了2种内燃机磨合油,在四球摩擦磨损试验机上评价了其磨合效果,采用扫描电子显微镜对磨合表面进行了形貌观察,并通过热分析考察了其热稳定性和热氧化安定性,结果表明,在物理化学指标符合内燃机油的前提条件下,所研制的2种磨合油的承载和抗磨能力较高,经其磨合后的缸套-活塞环表面光滑,磨合效果良好,两种磨合油的热稳定性和热氧化安定性亦较坑,是潜在的优良的内燃机磨合油。     

微乳化生物质燃油的往复运动摩擦学特性研究

采用发动机活塞环-缸套摩擦磨损试验台,研究了微乳化生物质燃油在活塞环-缸套摩擦副往复运动过程中的摩擦磨损特性.借助扫描电子显微镜及附带的能谱、X射线光电子能谱仪等分析测试手段考察了磨痕表面形貌及元素组成与含量、主要元素化学状态,探讨了摩擦磨损机理.结果表明,在微乳化生物质燃油润滑条件下,活塞环-缸套之间的摩擦系数和它们的磨损量均随着往复运动频率增加而增大,微乳化生物质燃油减摩性较0^#柴油好,耐磨性比0^#柴油差;摩擦磨损的机理归于微乳化生物质燃油中的极性基团如羧基（—COOH）易于吸附在摩擦副表面起到边界润滑作用,而乳化燃油中酸性物质在摩擦过程中加大了对摩擦表面的腐蚀,同时摩擦表面形成的Fe₂O₃氧化膜在摩擦力作用下脱落并充当磨粒,从而使磨损加剧.     

计及机体变形的内燃机主轴承弹性流体动力润滑分析

针对某四行程四缸内燃机曲轴主轴承,考虑机体变形因素的影响,进行了曲轴轴承弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴承表面的变形.结果表明,与不考虑机体变形影响相比,计入机体变形影响时轴承轴心轨迹基本没有改变,在1个工作循环中的大部分时间轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、端泄流量和轴颈摩擦系数几乎没有变化,仅在某些时刻附近轴承最大油膜压力略有减少,轴承最小油膜厚度略有增加.因此在计算精度要求不是非常高的情况下,曲轴主轴承润滑分析可以不考虑轴承表面因油膜压力作用产生的弹性变形的影响.     

椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

通过数值求解研究了椭圆接触弹流润滑的供油条件,分析了供油油膜厚度对乏油润滑中心膜厚和最小膜厚的影响,以及中心膜厚和最小膜厚与润滑油膜压力区形成位置的关系.结果表明:当供油油膜厚度较小时,中心膜厚和最小膜厚很小,压力区形成位置距Hertz接触区很近,处于严重乏油状态;当供油油膜的厚度达到一定数值时,中心膜厚和最小膜厚基本不变,多余的润滑油几乎不能进入接触间隙,即达到准充分供油状态;当供油油膜厚度继续增加时,乏油区最终消失,达到充分供油或过量供油状态.     

纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响

采用爆炸法合成了超精细金刚石颗粒 ,将金刚石颗粒按一定质量分数分散于普通发动机润滑油 (15W/30 )中形成固 -液二相体系 ,考察了其摩擦学特性 ,并分析了润滑剂的减摩抗磨作用机理 .结果表明 ,在边界润滑条件下 ,由于纳米尺寸效应 ,超精细金刚石颗粒较易渗透到摩擦副表面并形成极薄的固体润滑膜 ,从而使得金刚石颗粒 /发动机润滑油固 -液二相体系表现出优异的承载能力和减摩抗磨性能