表面处理对活塞环摩擦磨损性能影响的试验研究

活塞环与缸套的摩擦磨损对内燃机动力性、经济性及可靠性有重要影响.本研究通过圆盘式摩擦磨损试验机对活塞环与缸套的摩擦学性能进行试验,考察了未经处理表面、镀铬表面和PVD表面活塞环的摩擦特性,重点分析了摩擦系数、表面摩擦形貌以及磨损量.结果表明:相比未经处理表面,镀铬和PVD处理均能有效减小活塞环配对副摩擦系数,其中PVD环配对副摩擦系数随时间的变化稳定;未经处理表面呈现磨粒磨损特征,镀铬处理表面呈现抛光磨损特征,PVD处理表面呈现塑性变形特征;镀铬处理在减小活塞环磨损的同时增大了配合缸套的磨损,PVD处理在进一步减小活塞环磨损的同时配合缸套的磨损也较小.总体上,3种表面的活塞环中,PVD处理活塞环表现出了最优的摩擦学性能.     

发动机缸套金属陶瓷涂层高频重载摩擦磨损试验研究

为了研究金属陶瓷涂层缸套表面的抗磨性能,采用SRVⅣ摩擦磨损试验机,模拟活塞环—气缸套的工况条件,测量缸套试样的动态摩擦因数和磨损深度,并通过扫描电镜探测和金相分析,观察磨损表面形貌。结果表明,喷涂缸套的温度升高和无润滑状态都会增加摩擦因数和磨损率,在400N重载下摩擦因数能迅速趋于平稳,在80℃和99℃时,磨损率仅为3.08×10-6 mm3/(N.m)和8.76×10-6 mm3/(N.m)。干摩擦时喷涂缸套的磨损率为2.76×10-5 mm3/(N.m),而普通缸套在载荷降至200N时磨损率已达1.38×10-4 mm3/(N.m)。缸套与高铬渗碳环配对的磨损形式表现为塑性变形,而与磷化铸铁环配对时出现黏着磨损。与200N相比,在400N载荷的摩擦试验后缸套表面粗糙度Ra值下降的幅值较小,但轮廓支承长度率较大。硬度值差别过大的两种材料不适宜作摩擦副配对材料。     

车辆发动机缸套—活塞环磨损试验研究

为了实现对车辆发动机缸套—活塞环磨损失效分析和仿真计算,以缸套—活塞环摩擦副为研究对象,制作与缸套—活塞环相同材料的磨损试样,采用拉丁超立方法设计了模拟缸套上止点附近磨损的8组不同压力与速度的试样磨损试验。依据磨损试验数据,分析了缸套试样的磨损质量和磨损率的变化过程;通过试样表面电镜扫描,分析了缸套试样不同磨损阶段的表面形貌特征;采用响应面拟合方法,建立了不同工况下Archard黏着磨损模型中磨损系数K的计算公式,为发动机缸套—活塞环磨损仿真计算提供基础。     

活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响，建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型，分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现，当转速升高时，摩擦功耗升高，影响发动机效率；活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合，能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平；综合粗糙度一致时，采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合，能有效降低摩擦功耗。     

表面织构活塞环与CuO纳米润滑油协同润滑特性数值研究

建立了活塞环-缸套流体动压润滑数值模型,研究表面织构和CuO纳米润滑油对活塞环协同润滑机理。研究结果表明:CuO纳米润滑油能有效减小粗糙接触力,降低磨损,但会引起流体黏性剪切力增加;活塞环织构表面与缸套之间形成的微动压效应对动压润滑有促进作用,能有效减小流体摩擦力,减少摩擦损失,但在上下止点附近会导致粗糙接触力增加,磨损加剧;活塞环表面织构的位置会影响其摩擦性能,对比发现中间织构效果最好,与无织构活塞环相比能减小摩擦损失5.17%;表面织构和CuO纳米润滑油之间存在协同润滑作用,合适浓度的纳米润滑油和一定尺度的表面织构能在减少活塞环摩擦损失的同时降低磨损。本研究中中间织构活塞环和体积分数0.5%CuO纳米润滑油组成的协同润滑能达到最佳润滑性能。     

渗陶缸套摩擦学性能研究

利用试验室模拟方法对3组活塞环-缸套配副(CKS环-缸套、CKS环-渗陶缸套、DLC环-渗陶缸套)的摩擦磨损性能进行了试验研究。研究结果表明,缸套经渗陶处理后,磨损减少21%,摩擦系数下降14%。当采用DLC环与渗陶缸套配副时,配副的磨损进一步减小。陶瓷颗粒的高硬度及阻碍摩擦扩散效应是渗陶处理改善缸套耐磨性的主要原因。     

柴油机活塞环镀层摩擦学特性研究

对镀铬、喷钼和陶瓷复合镀铬的柴油机球墨铸铁活塞环的摩擦学性能进行了试验研究.试验结果表明,3种活塞环中,高硬度的铬层、陶瓷颗粒和储油微孔隙的存在使陶瓷复合镀铬活塞环具有最佳的耐磨性,其磨损系数仅为镀铬环的14.5%、喷钼环的0.02%;喷钼活塞环摩擦因数最低,但其磨损系数是陶瓷复合镀铬活塞环的49.6倍.     

发动机活塞环-缸套低摩擦设计仿真分析

以某直列3缸汽油机为研究对象,建立了仿真计算模型,验证了模型的正确性,利用该模型分析了活塞环结构对活塞环-缸套摩擦副润滑的影响。研究表明:过大或过小的活塞环径向桶面高度都会增加活塞环-缸套摩擦副的摩擦损失;在保证发动机平稳运行的基础上,应尽可能选择小的切向弹力;开口间隙对活塞环-缸套之间的窜气量影响很大,冷态时,该款发动机开口间隙为0.38~0.40mm时最佳。     

基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

以活塞环-缸套为研究对象,利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型,将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来,同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素,计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗,结果表明:第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高;随着油温升高,油膜厚度显著减少,同时摩擦功耗显著减少,综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80~90℃时摩擦特性较为理想;随着转速提高,油膜厚度增加,同时摩擦功耗增加,转速对油膜厚度影响较小,对摩擦功耗有显著影响。     

珩磨角和粗糙度对CuNiCr气缸套摩擦学性能的影响

研究了不同珩磨形貌的CuNiCr气缸套与Cr-Al_2O_3涂层活塞环配副时的摩擦学性能。分析了CuNiCr气缸套磨损表面形貌和元素分布,以及珩磨角和粗糙度对缸套摩擦磨损和抗拉缸性能的影响规律。结果表明,优化珩磨角和粗糙度可以有效改善气缸套的摩擦学性能。珩磨角和粗糙度不仅影响活塞环与气缸套之间的磨损机制,而且还对润滑油膜分布和油膜的保持有较大影响,进而影响其摩擦磨损以及抗拉缸性能。