活塞环摩擦磨损研究的现状

在对８０年代以来国内外大量有关研究文献进行综合分析的基础上，就活塞环的润滑理论，活塞环的磨擦磨损机理及其磨损特征等进行系统性论述，介绍最新研究成果及试验方法。     

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。     

活塞组件-缸套摩擦副润滑研究综述

活塞组件-缸套是内燃机最重要的摩擦副之一,研究活塞组件-缸套摩擦副的润滑有助于提高内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性等。针对内燃机活塞组件-缸套摩擦副的主要组成部分,论述活塞环-缸套摩擦副和活塞裙-缸套摩擦副润滑研究的主要成果。基于目前的研究现状,理论和方法不够完善,与实际情况不完全相符,讨论和展望活塞组件-缸套摩擦副润滑有待深入研究的问题。     

液相等离子制备石墨烯润滑添加剂的摩擦磨损特性

石墨烯由于其独特的层状结构与滑移特性,可以加入润滑油中作为固体润滑添加剂来改善润滑性能,满足不断强化的柴油机对高性能润滑油的需求.通过液相等离子方法制备了1 nm左右的石墨烯薄片,并运用超声振荡分散法以质量分数0.05％ 加入RP-4652D润滑油中,采用往复式活塞环-气缸套摩擦磨损试验机,研究了温度对石墨烯润滑油添加剂摩擦磨损性能的影响规律.结果表明:当试验温度为150℃,180℃,210℃时,加入石墨烯润滑油的摩擦系数比未加入石墨烯润滑油时分别降低了10.8％,6.1％,8.8％,气缸套磨损量分别降低了14.0％,7.9％,6.0％;随着试验温度升高,两种润滑油对应气缸套表面珩磨纹逐渐减少,但石墨烯润滑油对应气缸套磨损表面的珩磨纹路保持程度比未加入石墨烯润滑油对应气缸套的好;未加入石墨烯润滑油的气缸套珩磨平台和沟槽内都存在S,P,Zn等摩擦化学反应物成分,而加入石墨烯润滑油的气缸套珩磨平台存在摩擦化学反应物成分,珩磨沟槽基本不存在摩擦化学反应物成分,这可能是软质片层状的石墨烯被带至珩磨表面充当固体润滑剂,对珩磨纹起到填补作用,同时片层状材料的滑移特性减少了气缸套表面摩擦化学反应膜消耗.     

高强化柴油机活塞环-气缸套边界润滑模型研究

高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣,多处于边界润滑状态,该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响,然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型,并对其关键参数进行了试验标定,在此基础上,对典型工况下该摩擦副摩擦系数及磨损量进行预测,并与往复摩擦磨损试验机试验结果进行对比,二者偏差小于10%,验证了该模型用于工程评价的有效性。     

中磷缸套与铬钼铜活塞环的磨损机制

利用SRV高温磨损试验机模拟了缸套一活塞环在上止点区域的工作状态，研究了中磷(MP)缸套／铬钼铜(CrMoCu)环在190℃的高温环境和不同载荷下的磨损形式，分析了材料副在相应条件下的磨损机制。研究结果表明，在较轻载荷下、环、套表面主要为均匀的磨料磨损，环表面还出现了小区域的疲劳剥落；在中等载荷下，环、套表面除了磨料磨损外，还呈现了明显的粘着现象；在重裁条件下，磨损形式为磨料、疲劳、粘着、氧化和犁沟式混合磨损。     

基于润滑分析的活塞环二维磨损数值模拟研究

进行了活塞环的二维磨损分析 ,联解了二维雷诺方程、膜厚方程和载荷平衡方程 ,分析了活塞环磨损量及磨损极限 ,并以试验结果对理论分析做了验证。     

缸套-活塞环三维润滑状态模拟分析

以发动机缸套-活塞环摩擦副为对象,研究润滑表面粗糙度、润滑油的变黏度效应以及气缸套圆周方向的形变等因素对润滑状态的影响。运用三维瞬态平均Reynolds方程与微凸体接触模型,建立缸套-活塞环三维瞬态动压润滑模型,并使用Fortran语言编制了润滑状态计算程序,得出行程内的最小油膜厚度、压力分布、摩擦力等曲线。结合实际工况对计算结果进行分析,表明在活塞环圆周方向上的油膜压力及油膜厚度分布都是不均匀的,有明显变化;在压缩冲程上止点附近,微凸体摩擦力数倍于流体摩擦力,是引起摩擦磨损的主要原因。     

活塞环/气缸套磨损性能的试验研究

根据柴油机活塞环/气缸套快速磨损模拟试验结果,分析了铌铸铁活塞环的磨损性能,对比考察了活塞环外圆是否镀铬对气缸套磨损性能的影响。试验结果表明,铌铸铁活塞环的磨损性能有显著提高,外圆未镀铬的铌铸铁油环与气缸套材料有良好的匹配性能。装机使用表明,铌铸铁油环与原镀铬油环相比,具有成本低、耐磨性好和无镀铬污染等优点。     

气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响

以弹流润滑理论为基础,发展了一种活塞环三维弹性流体动压润滑数值分析模型。为了研究气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响,建立了椭圆形气缸套模型,分析了气缸套不同变形量时的油膜压力、油膜厚度和润滑表面弹性变形等性能参数。计算结果表明,气缸套径向发生变形时,油膜压力分布、最大油膜压力、油膜厚度分布、最小油膜厚度以及润滑表面弹性变形等都会发生明显变化。因此,分析活塞环弹流润滑性能时考虑气缸套径向变形的影响是非常必要的。此外,为了提高活塞环润滑性能应尽量减少气缸套和活塞环的径向变形量。     

发动机气缸套磨损谱编制方法研究

通过对气缸套-活塞环进行润滑分析,得到了不同曲轴转角位置活塞环的微凸体载荷分布及磨损速率。结合动载荷特点对Archard磨损计算模型进行了修正,同时根据载荷分级对发动机工况进行了离散,计算得到了各离散网格单元内的磨损参数,基于发动机整机载荷谱,采用时间插值方法,编制了典型任务剖面下的气缸套磨损谱。     

基于分形理论的气缸套磨损表面特征形貌表征

基于分形维数和多重分形谱理论,以不同工况下镀铬气缸套—PVD活塞环摩擦磨损试验试样为对象,通过三维共聚焦激光扫描显微镜获取磨损表面的二维灰度图像,并将其转化成黑白二值图像,采用盒维数法测算缸套磨损表面的分形维数,运用多重分形谱测算谱宽度,定量表征气缸套磨损表面的形貌特征和表面的高度均一性。结果表明,气缸套磨损表面具有明显的分形特征,且为一重分形。表面越粗糙,分形维数越小,分形谱宽度值越大。     

内燃机气缸套磨损检测与使用寿命预测

采用电容法测量了气缸套在全寿命周期内的磨损量,分析了其磨损特征,得到了气缸套磨损随使用时间的发展趋势,指出在主推力面上、下止点附近的磨损量代表了气缸套的磨损程度,该区域的磨损量超过限定值会造成气缸套漏气失效,因此,可以将该区域的磨损量作为气缸套使用寿命评估的依据。根据气缸套磨损分析结果建立了人工神经网络模型,评估其使用时间,并预测其使用寿命。检测结果表明,采用BP网络模型进行气缸套的磨损状态评估与寿命预测是有效的,检测结果与实际值相近。     

基于优化灰色神经网络模型的内燃机气缸套磨损量预测的研究

气缸套磨损量是衡量汽车发动机寿命的重要因素。针对传统灰色预测模型的缺陷,采用均值修正策略,对样本数据进行预处理,实现灰色预测模型的优化;将灰色预测模型与BP网络相结合,建立了优化灰色神经网络预测模型;实例分析结果表明,优化模型能更精确地预测发动机气缸套的磨损量,为发动机的寿命预测与维修提供了更有效的方法。     

柴油机活塞环缸套摩擦学特性研究

利用CETR摩擦磨损试验机测试分析了柴油机常用的4种表面功能层活塞环与4种合金铸铁材料缸套摩擦副的摩擦因数和磨损系数,结合摩擦界面形貌和成分分析,初步确定了不同活塞环-缸套摩擦副的磨损机制.研究结果表明,陶瓷复合镀层活塞环-缸套摩擦副具有稳定和优良的摩擦学特性,耐磨性大幅度提高;镀铬环-缸套摩擦副物理化学性质稳定,但摩擦因数和磨损系数高;喷铜环-缸套摩擦副物理化学性质不稳定,出现钼颗粒剥落和形成表面复合膜等现象,摩擦因数曲线出现拐点,缸套和活塞环都具有最大的磨损系数.