活塞環(huán)表面織構化的理論及實驗研究.pdf

1、活塞環(huán)/缸套摩擦副是內(nèi)燃機中最重要的摩擦副之一，其摩擦損失占整個內(nèi)燃機摩擦損失中的19%，因此多年來國內(nèi)外學者為改善這對摩擦副的摩擦學性能，從活塞環(huán)/缸套材料以及各種各樣的表面涂層等方面入手進行了深入而又細致的研究。表面織構技術即在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸的規(guī)則排列的幾何形貌，近些年來也得到了各國學者的關注，并廣泛應用于各種摩擦副的表面。本文從理論和實驗兩個方面對表面織構化的活塞環(huán)/缸套摩擦副的摩擦學性能進行了研究。
　　

2、 在理論研究方面，建立了在動壓潤滑條件下的二維Reynolds方程，利用有限差分法對方程進行求解，并采用多重網(wǎng)格法、超松弛迭代法加速結果的收斂，得到表面織構的直徑、深度、面積率以及部分織構率對摩擦副潤滑性能的影響。結果顯示，全織構情況下，最佳凹坑深度與工況膜厚相當；最佳面積率與凹坑深度和油膜厚度的比值有關；最佳的凹坑半徑與平均無量綱油膜壓力成正比。對于部分織構，得到最佳凹坑織構率應在60%左右，同時在部分織構下，面積率越大越好；在織構率

3、為60%時，最佳凹坑深度為工況膜厚的70%；最佳凹坑半徑也是與全織構情況下得到的結論一致即與平均無量綱油膜壓力成正比。
　　 在實驗方面，本文采用光刻微細電解的技術在實際桶形活塞環(huán)片斷表面加工表面織構，在優(yōu)化后的往復式摩擦磨損實驗機上進行試驗，研究了在充分潤滑下，不同載荷及速度條件下表面織構的直徑、深度、面積率以及部分織構率對活塞環(huán)/缸套的摩擦學性能的影響。從試驗數(shù)據(jù)中得到，在不同的工況條件下，存在一個最優(yōu)的凹坑幾何參數(shù)。直徑、