激光微织构活塞环润滑性能的理论与试验研究

发布时间：2018-05-05 02:20

本文选题：柴油机 + 活塞环　；参考：《江苏大学》2016年硕士论文

【摘要】：内燃机的活塞环承担着密封气体、润滑与刮油、传热冷却等重要作用,又承受着缸内高温高压燃气的冲击及腐蚀等较为恶劣服役工况的考验。润滑、摩擦、磨损与密封性问题一直是活塞环研究与技术发展核心问题,且随着内燃机节能与排放控制的不断严格,对于活塞环的技术提升需求日益突出。随着摩擦副表面织构技术的兴起,因具有改善摩擦副表面润滑性能,并有效减小摩擦的潜在优势,其在活塞环上的应用不断受到关注。故而,对于内燃机织构化活塞环的润滑摩擦理论及试验应用的探索研究,有利于推动高性能新型活塞环的发展与技术进步。本文以某柴油机的第一道活塞环为研究对象,建立了表面织构化活塞环-缸套系统混合润滑理论模型。首先阐述了织构化活塞环的改善润滑降低摩擦性能的理论机理,研究发现,当活塞环在缸套表面滑动时,存储在这些织构中的润滑油,其流量和流向均发生突变,在微观上产生局部不均匀压力分布,从而在宏观上累积形成流体动压效应,在缸套与活塞环之间产生具有一定厚度和承载能力的动压润滑油膜。进而分析了活塞环圆形、矩形、椭圆型三种典型织构形式之间的润滑摩擦性能差异,其中圆形织构在整个计算循环内都具有良好的减摩效果,而椭圆形织构的减摩效果相对较差。其次,以圆形织构为对象,分析了不同织构参数对活塞环润滑性能的影响规律,并进行了活塞环织构的参数优化研究。结果发现,各参数中,凹坑深度的影响最大,直径次之,面积占有率的影响最小。在此基础上,进一步展开变深度织构的数值理论分析研究,与同一深度织构相比,变深度织构的润滑性能颇具优势,可同时满足行程中部区域与上止点附近不同工作环境的润滑摩擦要求;而“两端深中间浅”相比“两端浅中间深”的深度布置方式,具有更优的润滑摩擦性能,究其原因,系储存于深坑中的润滑油随运动表面进入了浅坑,体积从大到小形成挤压作用,具备类似宏观桶面环的动压效应。在项目组激光表面织构加工技术基础上,为满足变深度织构型活塞环的加工要求,进行了活塞环的激光织构加工工艺优化研究。首先进行活塞环镀铬表面激光试加工,确定表面镀铬和激光加工的顺序,其次进行激光工艺试验以确定激光加工参数与织构结构参数的对应关系,其后完成变深度和同一深度方案镀铬表面活塞环的激光加工。最后,进行了激光微织构活塞环的装机倒拖摩擦学性能试验研究,结果显示,文中提出的变深度织构矩形环具有更优的综合润滑摩擦性能。高速条件下,同一深度织构矩形环的倒拖摩擦扭矩低于原机桶面型活塞环,在转速为2100r/min时降幅最大,达2.88%,而在低速工况条件下,织构活塞环的摩擦扭矩高于原机。而变深度织构方案矩形环,相比于原机桶面环,中高速范围内均能呈现出更优的摩擦性能,在转速2100r/min时出现摩擦扭矩最低点,最大降幅6.12%;低速时的摩擦扭矩与原机相当。
[Abstract]:The piston ring of internal combustion engine bears the important function of sealing gas , lubrication and oil scraping , heat transfer cooling and so on . The order of surface chrome plating and laser processing is determined . Secondly , laser processing test is carried out to determine the corresponding relationship between laser machining parameters and texture parameters . The results show that the friction torque of the same depth texture rectangular ring is lower than that of the original machine . At the same time , the friction torque of the same depth texture rectangular ring is higher than that of the original machine .

【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403

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