缸套表面復(fù)合織構(gòu)潤(rùn)滑機(jī)理與性能研究.pdf

1、隨著高效節(jié)能與超低排放要求的日益嚴(yán)苛，內(nèi)燃機(jī)低摩擦研究日益迫切，缸套-活塞環(huán)關(guān)鍵摩擦副表面織構(gòu)技術(shù)受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前針對(duì)表面織構(gòu)的研究熱點(diǎn)已由原來的對(duì)單一織構(gòu)的幾何參數(shù)優(yōu)化研究，逐漸向復(fù)雜織構(gòu)形貌的設(shè)計(jì)與優(yōu)化發(fā)展。然而對(duì)于復(fù)雜織構(gòu)的作用機(jī)理尚有待探明，優(yōu)化設(shè)計(jì)亦缺少相應(yīng)的理論指導(dǎo)，從而使得表面織構(gòu)技術(shù)難以在生產(chǎn)實(shí)踐中批量應(yīng)用。因此本文以495柴油機(jī)缸套-活塞環(huán)摩擦副為研究對(duì)象，分別對(duì)凹腔織構(gòu)和溝槽織構(gòu)兩種不同幾何形狀的表面

2、織構(gòu)耦合作用機(jī)理進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上探討了復(fù)合織構(gòu)對(duì)缸套-活塞環(huán)摩擦副潤(rùn)滑性能的影響規(guī)律，采用理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)復(fù)合織構(gòu)幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的研究不僅對(duì)表面織構(gòu)的耦合作用機(jī)理進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)復(fù)合織構(gòu)幾何參數(shù)對(duì)摩擦副潤(rùn)滑性能的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，為表面織構(gòu)技術(shù)在缸套-活塞環(huán)摩擦副的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)摩擦學(xué)性能的改善也有積極的工程實(shí)用意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 首先，針對(duì)缸套-

3、活塞環(huán)摩擦副系統(tǒng)，綜合考慮表面織構(gòu)形貌與非織構(gòu)區(qū)表面粗糙形貌及表面織構(gòu)相互之間的耦合作用，建立缸套-活塞環(huán)摩擦副的混合潤(rùn)滑理論模型，利用變異的多重網(wǎng)格法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到摩擦副整個(gè)工作循環(huán)過程中的油膜厚度、無量綱油膜壓力和無量綱摩擦力等摩擦學(xué)性能特征參數(shù)。
　　 其次，利用理論模型，分別考察了凹腔和溝槽織構(gòu)的耦合作用機(jī)理，得出隨著織構(gòu)形貌數(shù)量的增加，織構(gòu)之間潤(rùn)滑油膜相互作用，使得在流體潤(rùn)滑條件下，潤(rùn)滑油膜壓力分布漸趨均勻，油膜

4、壓力峰值逐漸減小，油膜壓力梯度減小;而在混合潤(rùn)滑條件下，即低速高載的上止點(diǎn)區(qū)域附近，相鄰織構(gòu)邊界區(qū)域相互促進(jìn)，進(jìn)一步提高了油膜壓力峰值，油膜承載能力亦進(jìn)一步提升，降低了微凸體接觸力。對(duì)于凹腔織構(gòu)，4×4凹腔組合相對(duì)于單凹腔，平均有效摩擦損失壓力(Friction MeanEffective Pressure，F(xiàn)MEP)降低了46.8％，而對(duì)于溝槽織構(gòu)，沿活塞運(yùn)動(dòng)方向上1×4溝槽組合相對(duì)于單溝槽，F(xiàn)MEP降低了18.3％。
　　

5、然后，考察了兩種復(fù)合織構(gòu)（凹腔與溝槽復(fù)合織構(gòu)和兩條溝槽交叉復(fù)合織構(gòu)）潤(rùn)滑性能進(jìn)行，并與傳統(tǒng)凹腔織構(gòu)潤(rùn)滑性能進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)對(duì)兩種復(fù)合織構(gòu)幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明:相對(duì)于凹腔織構(gòu)，交叉溝槽織構(gòu)FMEP降低了19.4％，而凹腔與溝槽復(fù)合織構(gòu)則降低了7.2％。對(duì)于凹腔與溝槽復(fù)合織構(gòu)，凹腔半徑為30μm，溝槽角度為75-90°，面積占有率為0.55時(shí)，F(xiàn)MEP最低;對(duì)于交叉溝槽織構(gòu)，面積占有率為0.1，溝槽角度為60°，溝槽深寬比為0.02