表面织构化活塞环的摩擦学性能研究

发布时间：2023-05-12 22:40

　　缸套活塞环摩擦副是内燃机中最为关键的一对摩擦副,其决定着内燃机的工作效率和使用寿命。为改善缸套活塞环摩擦副,人们将表面织构技术应用于活塞环表面,通过在活塞环表面加工出一系列规则排列的微小凹坑,来实现减小缸套活塞环摩擦副的摩擦力和磨损量,提高内燃机的工作效率和使用寿命。 本文主要从理论方面进行研究,忽略了活塞环的周向受力不均匀性、表面粗糙度及活塞环的变形等因素,建立了考虑动压效应和挤压效应的一列微单元织构的流体润滑模型。利用有限差分法对模型进行离散,采用多重网格技术求解离散后的数学模型,得出表面织构各参数对缸套活塞环油膜润滑的影响规律。以活塞环和缸套间的最小油膜厚度和无量纲摩擦力作为衡量表面织构润滑效果的标准。分析表面织构参数,如凹陷形状、面积比、深度等对润滑的影响。结果表明：不同的织构凹陷形状对润滑的影响较小；在凹陷面积比方面,凹陷面积比在5%-40%时,随着凹陷面积比的增大,其最小油膜厚度增大,同时对应的无量纲摩擦力减小；凹陷面积比在40%-60%时,其最小油膜厚度和无量纲摩擦力变化较小；而凹陷深度方面,发现对于不同面积比的凹坑最优的凹陷深度相差不大,深度为5μm左右,此时能形成良好...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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致谢
中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 缸套-活塞环摩擦副的研究进展
        1.2.1 缸套-活塞环摩擦副的理论研究
        1.2.2 摩擦副材料的研究
        1.2.3 活塞环表面处理研究
        1.2.4 润滑剂的研制
    1.3 表面织构技术的研究现状
        1.3.1 表面织构技术的实验研究
        1.3.2 表面织构技术的理论研究
    1.4 表面织构加工技术和应用现状
    1.5 本课题研究的价值和意义
    1.6 本课题的主要工作
2 数学模型的建立
    2.1 缸套-活塞环的几何模型
    2.2 活塞环表面织构模型的建立
    2.3 活塞连杆组系统运动模型
    2.4 活塞环受力分析及载荷平衡方程
    2.5 Reynolds方程及基本假设
    2.6 Reynolds方程的边界条件
    2.7 润滑油粘度和密度方程
    2.8 油膜承载量和摩擦力的计算
    2.9 本章小节
3 缸套-活塞环的润滑理论模型数值求解
    3.1 数值计算方法
    3.2 数学模型的无量纲化
        3.2.1 雷诺方程的无量纲化
        3.2.2 膜厚、粘度和密度方程的无量纲化
    3.3 多重网格法求解理论模型
        3.3.1 循环选择
        3.3.2 基本方程的离散
        3.3.3 独立方程的缺陷方程
        3.3.4 压力的松弛
        3.3.5 膜厚hoo的调整
        3.3.6 W循环的控制
    3.4 计算方案
    3.5 本章小结
4 计算结果分析
    4.1 压力分布形式
    4.2 挤压项对润滑计算的影响
    4.3 不同表面织构凹陷形状的影响
    4.4 凹坑凹陷面积比Sp的影响
    4.5 凹坑凹陷深度h_m的影响
    4.6 曲柄转速的影响
    4.7 本章小结
5 实验研究
    5.1 实验方案
    5.2 摩擦试验机
        5.2.1 SRV摩擦磨损试验机简介
        5.2.2 试验工件简介
    5.3 试样表面织构的加工
        5.3.1 试件表面织构形貌的设计
        5.3.2 光刻-湿法腐蚀工艺加工试样表面织构
        5.3.3 光刻表面织构纹理形貌
    5.4 试验结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
参考文献
学位论文数据集



本文编号：3814773