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     

进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响

目前内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑分析中,活塞环与缸套之间的润滑状态一般假设为充分润滑或固定状况的贫油润滑,不是通过对实际润滑油膜形成情况的分析确定.本文中以一多缸四行程内燃机为研究对象,基于润滑油流量以及控制体体积变化方程,建立活塞环-缸套间润滑油的流动模型,进行了不同进口处润滑油膜供给量对活塞环-缸套摩擦副润滑特性的影响分析.结果表明:活塞环进口处的润滑条件对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能有显著影响;进口处润滑油供给量增加,活塞环-缸套摩擦副的最小油膜厚度增加,最大油膜压力、微凸体作用力、摩擦力和功耗均相应减小;进口处供给油膜厚度较小的情况下,增加油膜供给厚度可以明显改善活塞环-缸套摩擦副的润滑性能.     

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。     

内燃机活塞环开口重叠的摩擦机理分析

根据曲轴扭矩传递原理得到了相关数学模型,进而计算了连杆轴颈偏转和活塞往复转动;在考虑燃气压力、往复惯性力和流体摩擦力,以及转动摩擦阻力矩、转动惯性力矩和气体摩擦力矩作用的基础上,提出了活塞环随活塞同步转动的判别条件,建立了活塞环相对转动的分析模型．结果表明：在内燃机工作循环中,连杆轴颈的正、负偏转引起活塞往复转动,在燃气爆发位置附近产生最大偏转和转动幅值;在少量曲轴转角区间内附着力矩小于转动阻力矩,此时活塞环不能与活塞保持同步而是与活塞之间发生相对转动;第二气环转动角度大于第一气环,当2个气环的开口转到相同位置时,活塞环出现开口重叠．     

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。     

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.     

表面织构对内燃机缸套-活塞环系统摩擦性能的影响

设计了一种微凹坑表面织构,通过数控精密机械加工的方法制备于缸套切片表面,利用往复式摩擦磨损试验机研究了微凹坑织构在不同工况下的摩擦性能和对内燃机缸套-活塞环摩擦副摩擦性能的影响.试验数据表明:与无织构化表面相比,微凹坑织构的平均摩擦系数均有不同程度的变化,最大降幅达41.83%,最大增幅达33.68%.当微凹坑织构工作在合适的工况条件时,其摩擦性能比无织构化表面有明显的改善.对于某种具有固定几何参数的表面织构,存在一个合适工况条件使其能够最有效地改善摩擦学性能,该工况可为进一步研究提供依据并便于实际应用.此外,转速是影响表面织构改善表面润滑性能的主要因素,试样在不同转速下具有不同的接触电阻阻值变化规律和不同的摩擦系数变化趋势.而在不同转速下,载荷的变化对表面摩擦性能的影响规律也具有明显的差异性.     

润滑油及减摩剂的氧化解聚对缸套／活塞环摩擦学特性的影响

研究了阶梯升温条件下缸套/活塞环的摩擦学特性,并分别采用FT-IR、Laser-Raman谱仪及X射线光电子能谱仪对摩擦磨损过程中润滑油及减摩剂（MoDTC)的摩擦化学变化进行了分析。结果表明,基础油和含MoDTC的润滑油均可以保证摩擦副在较高温度下具有相对较低的摩擦系数,在阶梯升温过程中,摩擦系数曲线上出现μ值显著下降的峰谷,其特点与油样类型有关,分析认为墚采用含MoDTC的油样润滑时,摩擦系数曲线上出现的低温峰从主要与MoDTC在摩擦磨损过程中分解成MoS2有关;而高温峰谷的出现既取决于润滑油裂解为石墨碳的程度,也与MoDTC的存在有关。     

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.     

微凹坑织构表面对脂润滑关节轴承摩擦特性的影响

为研究脂润滑下表面织构对关节轴承摩擦特性的影响,设计和制造了4组表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、10%、15%和21%的关节轴承内圈表面形貌.使用Talysurf CCI Lite非接触式三维轮廓仪对试件表面进行测量,采用ISO25178定义的表面参数对试件表面形貌进行表征.在改造的HDM-20端面摩擦磨损试验机上,采用2#锂基脂润滑在不同载荷、转速条件下进行了一系列摩擦磨损试验,研究了表面形貌参数与摩擦系数的关系.在本试验中,选取表面高度算术平均值Sa和表面峰态Sku等表面高度参数、表面峰区平均材料体积Vmp、表面中心区平均空体体积Vvc和表面谷区平均空体体积Vvv等表面功能参数以及平均谷体积Sdv等表面特征参数对关节轴承表面形貌进行表征.结果表明:各表面参数对摩擦系数的影响不同,将表面高度参数、功能参数和特征参数这几种表面形貌参数结合对关节轴承表面形貌进行表征,更有利于脂润滑下关节轴承表面形貌的摩擦学设计.     

影响内燃机活塞环—缸套擦伤的因素及防擦伤的摩擦学设计

阐述了内燃机活塞环－缸套擦伤的机理。分析了磨合，缸套表面形貌，活塞环外形，活塞组件的热变形与机械变形，润滑油，材料和表面覆层等因素对活塞环擦伤的影响。指出可以采用内燃机强化系数ｐｅｖｍ作为活塞环防擦伤摩擦学设计的判别特征值，从而为从设计上防止活塞环擦伤提供了思路。     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.     

渗氮活塞环表面磁控溅射MoN涂层的摩擦学性能

利用磁控溅射方法在渗氮活塞环基体上沉积了厚约4btm的MoN涂层；以GF-3等级的全配方发动机油作为润滑剂，采用SRV型高温摩擦磨损试验机对比考察了沉积MoN涂层前后渗氮活塞环的摩擦学性能．结果表明，沉积MoN涂层后摩擦系数较低且较快达到稳定状态；与此同时，活塞环和缸套磨损大幅减小．其原因在于硬度很高的MoN涂层不易产生磨粒，且同缸套试样具有良好的匹配性能．     

二烷基二硫代甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼对缸套／活塞环摩擦学行为的影响

在125℃和320℃下,以全配方矿物基SJ／5W—30型发动机油作为基础润滑油,考察了油溶性有机钼添加剂MoDTC与MoDTP对灰铸铁缸套／喷钼活塞环摩擦学行为的影响。结果表明：MoDTC可以改善基础油的减摩抗磨性能,而MoDTP仅表现出一定的抗磨作用;试验温度对缸套-活塞环的摩擦磨损性能具有重要影响,X射线光电子能谱分析表明：缸套磨损表面主要含有铁氧化物、氧化钼、硫化铁、二硫化钼以及磷酸盐等,其含量与添加剂类型和摩擦磨损试验温度有关,125℃下在缸套磨损表面上减摩组分MoS2和其它耐磨组分的含量较高,这是MoDTC具有较好减摩耐磨性能的主要原因。     

高压下受限齿轮油成膜特性研究

本文揭示了在实际应用中极端工况下齿轮油的润滑特性.为了测量在高接触压力和不同温度条件下齿轮油的成膜能力,制作了高精度的膜厚测量仪,采用相对光强法实现纳米级膜厚测量.试验中共采用了5种性质不同的齿轮油,在纯滚动条件下测量接触区的油膜厚度,结果表明：随着接触压力的升高油膜厚度明显降低,但压力对润滑状态影响不大;温度的改变不但能影响油膜厚度,对润滑状态的影响也很明显;GL-5 85W/190和GL-5 85W/90齿轮油在接触压力达3 GPa温度提高到120℃时仍能形成很厚的油膜,但其余3种润滑剂在极端工况下成膜能力不足.本文最后根据试验结果还提出了含有丰富添加剂的齿轮油润滑模型.