激光微織構(gòu)活塞環(huán)潤滑性能的理論與試驗研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)承擔(dān)著密封氣體、潤滑與刮油、傳熱冷卻等重要作用，又承受著缸內(nèi)高溫高壓燃?xì)獾臎_擊及腐蝕等較為惡劣服役工況的考驗。潤滑、摩擦、磨損與密封性問題一直是活塞環(huán)研究與技術(shù)發(fā)展核心問題，且隨著內(nèi)燃機(jī)節(jié)能與排放控制的不斷嚴(yán)格，對于活塞環(huán)的技術(shù)提升需求日益突出。隨著摩擦副表面織構(gòu)技術(shù)的興起，因具有改善摩擦副表面潤滑性能，并有效減小摩擦的潛在優(yōu)勢，其在活塞環(huán)上的應(yīng)用不斷受到關(guān)注。故而，對于內(nèi)燃機(jī)織構(gòu)化活塞環(huán)的潤滑摩擦理論及試驗應(yīng)用的探索研究

2、，有利于推動高性能新型活塞環(huán)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。
　　本文以某柴油機(jī)的第一道活塞環(huán)為研究對象，建立了表面織構(gòu)化活塞環(huán)-缸套系統(tǒng)混合潤滑理論模型。首先闡述了織構(gòu)化活塞環(huán)的改善潤滑降低摩擦性能的理論機(jī)理，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活塞環(huán)在缸套表面滑動時，存儲在這些織構(gòu)中的潤滑油，其流量和流向均發(fā)生突變，在微觀上產(chǎn)生局部不均勻壓力分布，從而在宏觀上累積形成流體動壓效應(yīng)，在缸套與活塞環(huán)之間產(chǎn)生具有一定厚度和承載能力的動壓潤滑油膜。進(jìn)而分析了活塞環(huán)圓形、矩

3、形、橢圓型三種典型織構(gòu)形式之間的潤滑摩擦性能差異，其中圓形織構(gòu)在整個計算循環(huán)內(nèi)都具有良好的減摩效果，而橢圓形織構(gòu)的減摩效果相對較差。
　　其次，以圓形織構(gòu)為對象，分析了不同織構(gòu)參數(shù)對活塞環(huán)潤滑性能的影響規(guī)律，并進(jìn)行了活塞環(huán)織構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各參數(shù)中，凹坑深度的影響最大，直徑次之，面積占有率的影響最小。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開變深度織構(gòu)的數(shù)值理論分析研究，與同一深度織構(gòu)相比，變深度織構(gòu)的潤滑性能頗具優(yōu)勢，可同時滿足行程中部

4、區(qū)域與上止點附近不同工作環(huán)境的潤滑摩擦要求；而“兩端深中間淺”相比“兩端淺中間深”的深度布置方式，具有更優(yōu)的潤滑摩擦性能，究其原因，系儲存于深坑中的潤滑油隨運動表面進(jìn)入了淺坑，體積從大到小形成擠壓作用，具備類似宏觀桶面環(huán)的動壓效應(yīng)。
　　在項目組激光表面織構(gòu)加工技術(shù)基礎(chǔ)上，為滿足變深度織構(gòu)型活塞環(huán)的加工要求，進(jìn)行了活塞環(huán)的激光織構(gòu)加工工藝優(yōu)化研究。首先進(jìn)行活塞環(huán)鍍鉻表面激光試加工，確定表面鍍鉻和激光加工的順序，其次進(jìn)行激光工藝試驗

5、以確定激光加工參數(shù)與織構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，其后完成變深度和同一深度方案鍍鉻表面活塞環(huán)的激光加工。
　　最后，進(jìn)行了激光微織構(gòu)活塞環(huán)的裝機(jī)倒拖摩擦學(xué)性能試驗研究，結(jié)果顯示，文中提出的變深度織構(gòu)矩形環(huán)具有更優(yōu)的綜合潤滑摩擦性能。高速條件下，同一深度織構(gòu)矩形環(huán)的倒拖摩擦扭矩低于原機(jī)桶面型活塞環(huán)，在轉(zhuǎn)速為2100r/min時降幅最大，達(dá)2.88％，而在低速工況條件下，織構(gòu)活塞環(huán)的摩擦扭矩高于原機(jī)。而變深度織構(gòu)方案矩形環(huán)，相比于原機(jī)桶面環(huán)