沟槽型缸套活塞环摩擦润滑性能研究

【摘要】能源危机和环境污染是当今社会面临的两大难题，考虑到汽车能量的消耗和尾气的排放与内燃机的摩擦润滑息息相关，尤其是缸套活塞环摩擦副，既要减小摩擦损失，提高润滑性能；又要控制机油消耗，满足排放要求。因此，它一直是研究的重点。缸套活塞环是内燃机最重要的摩擦副之一，它工作在高温、高压、高负荷状态下，其润滑性能的好坏直接影响着内燃机的工作效率和使用性能。随着对节能环保的要求越来越高，对内燃机的能耗和排气有了更为严格的要求，间接的体现在对缸套活塞环的摩擦润滑性能上，而缸套活塞环摩擦润滑性能在很大程度上与缸套活塞环的表面形貌特征有关。因此，研究缸套活塞环的表面形貌特征对其摩擦润滑性能的影响显得尤为重要。本文以内燃机缸套活塞环摩擦副为研究对象，利用理论分析和数值计算的方法对其摩擦润滑性能进行研究。主要研究了表面粗糙度和沟槽型织构对摩擦润滑性能的影响，建立了考虑表面粗糙度缸套活塞环摩擦润滑模型和考虑沟槽型缸套活塞环摩擦润滑模型并对模型进行数值计算，分析对比，得出沟槽储油对摩擦润滑的影响，结果表明：沟槽储油作用能够改善摩擦润滑性能，尤其是在上止点附近，大大提高了润滑性能，减少了摩擦和磨损。具体的研究分析包括以下几个方面：1.熟悉流体动压润滑的基本概念和基本方程，通过纳维-斯托克斯方程和连续性方程推导得出基本雷诺方程。2.通过对粗糙表面形貌特征的分析，结合基本雷诺方程，引入压力流量因子和剪切流量因子，建立了考虑表面粗糙度缸套活塞环摩擦润滑模型。3.通过利用有限差分法对方程进行离散，采用迭代法，结合雷诺边界条件对考虑表面粗糙度缸套活塞环润滑模型进行数值求解，得出了最小膜厚比、最大油膜压力、摩擦力及摩擦功耗与曲轴转角之间的关系。4.结合缸套的加工工艺，在表面粗糙度基础上考虑了沟槽型表面织构对摩擦润滑的影响，建立沟槽型缸套活塞环润滑模型。5.对沟槽型缸套活塞环润滑模型进行数值求解，通过与表面粗糙度润滑模型进行对比分析，得出沟槽储油作用对缸套活塞环摩擦润滑性能的影响。6.结合模型分析结果提出了一些可行性建议，从而减少摩擦磨损，达到节能环保的要求。
【作者】田承战；
【导师】陈国金；元广杰；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】缸套；活塞环；摩擦；润滑；表面粗糙度；沟槽；

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