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。     

考虑时变效应的织构缸套润滑性能分析及试验研究

内燃机缸孔内的时变效应和气压变化对活塞环受力影响不可忽略,而织构形貌参数对发动机油耗性能的影响也有待深入研究。为此,构建考虑时变效应和缸内气体压力变化的织构化缸套-活塞环摩擦副的流体动压润滑模型,采用多重网格法求解模型获得润滑油膜压力分布规律,进而获得缸套-活塞环间的最小油膜厚度和摩擦力,并针对装配织构缸套的发动机开展台架试验。计算结果表明：缸内气体压力变化影响活塞环径向受力,时变效应使缸套-活塞环受挤压效应的影响;织构化缸套能够增加润滑油膜厚度、减少摩擦力,当微凹坑深度为4~7 μm,织构面积密度较小如为5%、10%时,能够获得较佳的最小油膜厚度与摩擦力值。台架试验表明,与原发动机相比,装配织构缸套的发动机油耗性能明显改善,在中高转速下燃油耗降幅较为显著,油耗最大下降14.5%,而24 h机油耗减少26.48%。     

柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析

针对缸套表面织构微沟槽形貌,建立了缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并采用MATLAB编程计算来分析微沟槽形貌参数对其润滑摩擦性能的影响规律。结果表明：缸套表面微沟槽可以形成很好的油膜压力,有效地改善缸套-活塞环间的润滑状态;随着微沟槽角度的增大,最小膜厚比逐渐增大,其润滑效果也越来越好,综合考虑摩擦润滑性能和机油耗性能情况下,最佳的微沟槽角度为60°。在上止点附近,面积占有率变化Sp对量纲一摩擦力影响较大;在其他区域,面积占有率对摩擦力影响不大;综合考虑油膜厚度与摩擦力,当Sp=0.15时效果最好。随着微沟槽深宽比e的增大,量纲一摩擦力不断增大,当e从0.025增大到0.150时,平均量纲一摩擦力增大了2.3倍,但深宽比过大,润滑效果将会减弱。研究结果认为,最佳深宽比的范围为0.05~0.08。
     

沙尘环境对内燃机缸套磨损的影响规律

为研究含颗粒润滑油对内燃机润滑性能的影响,以内燃机中重要的摩擦副--缸套活塞摩擦副为研究对象,利用自行搭建的试验台,模拟中国西部典型的多沙尘气候条件,设计并进行沙尘环境下内燃机缸套的磨损试验.通过测量磨合后、正常条件及含颗粒条件运行后缸套内表面形貌,比较分析得出沙尘颗粒对于缸套磨损的影响规律:沙尘颗粒的存在破坏了缸套-活塞系的润滑系统,造成局部润滑不良,加剧了缸套的局部磨损,而且活塞主推力边一侧缸套的磨损异常严重,形成严重偏磨;沙尘颗粒导致缸套产生了较为严重的磨粒磨损和切削磨损,产生了较大片状和长条状颗粒.油样铁谱分析进一步表明,沙尘颗粒加剧了缸套的磨损程度,并且沙尘颗粒的存在容易导致缸套的磨粒磨损.试验结果为进一步研究沙尘环境对内燃机缸套磨损的影响规律提供实际参考.     

双辉光离子渗铜对缸套-活塞环摩擦学性能的影响*

为研究铜元素对缸套-活塞环摩擦学性能的影响,通过双辉光离子渗透技术在缸套材料表面加工出不同厚度的渗铜改性层,使用RTEC多功能摩擦磨损试验机开展不同负载、不同润滑条件下的模拟试验,采集并分析试验过程中的摩擦因数以及试验后体积磨损量和磨损表面形貌,研究渗铜改性层对缸套材料摩擦学性能的影响规律及作用机制。结果表明：渗铜处理可有效降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量;高载荷和干摩擦条件下渗铜改性层的减摩抗磨作用效果尤为显著,最高可使摩擦因数分别降低13.15%和30.86%,磨损量分别降低30.70%和38.57%;渗铜后缸套-活塞环磨损表面形貌平整,摩擦表面形成了铜含量较高的润滑膜层,该表面膜起到了减摩、耐磨的作用。     

阳极PED技术制备活塞环表面陶瓷涂层的研究

在内燃机中,由于摩擦产生的输出功率损失达到20%,可见摩擦磨损是影响内燃机燃油效率的关键因素,其中,活塞环-缸套摩擦副产生的摩擦在内燃机摩擦中占比超过50%,因此,改善活塞环组件的摩擦学性能对提高内燃机性能有着重要的意义。本文对活塞环表面改性、活塞环表面织构、润滑条件等影响活塞环摩擦学性能的因素进行了阐述,着重对利用阳极等离子体电解沉积(PED)技术制备活塞环表面涂层的技术研究进行了介绍,并给出一种利用该技术制备陶瓷涂层的方案供参考。     

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。     

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.     

内燃机缸套-活塞环微织构设计与研究进展

微织构作为一种良好的表面改性技术已经被广泛应用于改善发动机缸套-活塞环摩擦副的摩擦性能。以微织构的研究方向为依据,分析微织构改善缸套-活塞环表面润滑摩擦性能的作用机制,总结和阐述织构复合化、组合织构以及织构仿生化等方面的研究现状和进展,最后,指出表面织构研究中存在的不足和对下一步研究重点的展望。     

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。     

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。     

微凹坑分布密度对缸套摩擦润滑性能影响规律

为了探究微凹坑关键几何参数分布密度(面积占有率)对织构化缸套摩擦润滑性能的影响,采用激光冲蚀和自行设计的机械加工两种方法加工微凹坑形貌,对比分析了两种加工方式加工的微凹坑表面质量,采用加工质量较好的机械加工在缸套表面加工出面积占有率分别为5%、12%、20%、35%、50%等5种织构化缸套,对其进行台架实验和摩擦磨损性能试验,研究结果表明,缸套表面的微凹坑有一定的减摩润滑效果,且当面积占有率为12%时,缸套的综合性能最好。     

激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

脂润滑条件下表面织构对滑动表面承载性能的影响

为了研究脂润滑条件下表面织构对滑动表面承载性能的影响,设计球缺形、等边三角形、椭球缺形、圆台形、等腰梯形和直角三角形等6种不同形状的表面织构,利用CFD软件分析6种表面织构在相同深度和面积占有率下的承载性能,发现等边三角形织构的承载能力最强。针对等边三角形织构,探讨织构深度、面积占有率以及摩擦副表面间隙对其承载力的影响,结果表明:在一定的织构面积占有率范围内,承载力随着面积占有率的增加而增大;在相同面积占有率的条件下,承载力随织构深度大致呈现出先减小、后增大、再减小的变化规律;摩擦副表面间隙越小,其承载力越强。     

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。     

刀具表面微织构的设计制造及其对摩擦特性的影响

刀具的损坏形式主要有磨损和破损,研究发现,磨损损坏形式在刀具损坏中的比例高达70%。为了减缓和降低刀具的摩擦强度,延长并提升刀具寿命,本文基于仿生学原理,通过纳秒激光器在刀具表面加工沟槽织构,改变刀具表面的结构和形态。探究激光参数对微织构尺寸和形貌的影响,确定加工微织构的最优激光参数。在此基础上,分析干摩擦条件下不同面积占有率的正弦型沟槽织构刀具在不同载荷和摩擦速度条件下的减摩机理。     

表面织构化对活塞环-缸套滑动副摩擦系数的影响

活塞环-缸套滑动副的摩擦学性能对内燃机的使用效率、使用寿命等有显著影响。通过激光表面织构化技术在试件表面加工不同参数的微凹坑织构,并进行摩擦学实验,由实验结果可知:表面织构可以有效减小摩擦副的摩擦系数;微凹坑直径、微凹坑深度、微凹坑织构面积占比对摩擦系数减小有影响。     

表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

内燃机活塞环-缸套磨损研究的现状与展望

论述了内燃机活塞环-缸套摩擦副磨损的理论和试验研究现状,讨论展望了内燃机活塞环-缸套摩擦副磨损研究中进一步需要解决的问题。     

船舶发动机链条销轴表面激光微织构形状对减摩耐磨性能的影响研究

船舶发动机长期处于复杂的海洋环境中,其链条等关键零部件在高湿度与高盐度的工况下极易磨损腐蚀,严重影响发动机的工作稳定性,进而影响发动机的疲劳寿命。针对上述问题,在链条销轴上设计了方形、正弦形和圆形3种形状的表面织构;试验研究了织构形状、面积占有率和深度对减摩耐磨性能的影响规律,以期为该领域长期面临的发动机链条磨损问题提供新的解决思路和理论依据。结果表明,与光滑无织构表面相比,织构的存在使表面磨损后的Cr元素含量降低,从而提高了表面耐磨性能。在3种织构形状中,正弦形织构表现出最优的减摩耐磨性能,且在高速轻载条件下的减摩率最大,约为31.9%。正弦形织构表面磨痕最浅,磨损过程以微动磨损为主,伴随着轻微的黏着磨损。