微凹坑織構(gòu)化缸孔的摩擦學性能及其表面形貌表征研究.pdf

1、內(nèi)燃機廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，對內(nèi)燃機的節(jié)能減排提出了更高要求。世界各國相繼制定了更加嚴格的排放法律法規(guī)。缸套（孔）-活塞（環(huán)）是內(nèi)燃機的心臟，是內(nèi)燃機最重要的摩擦副之一，直接關(guān)系到內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性和排放等性能。目前，氣缸內(nèi)孔表面的制造技術(shù)一般為機械珩磨，其在改善內(nèi)燃機性能方面發(fā)揮了巨大的作用。隨著對內(nèi)燃機性能要求進一步提高，世界各國都在探尋新的氣缸內(nèi)孔表面制造技術(shù)。表面織構(gòu)技術(shù)以其可顯著改善缸孔-活塞環(huán)

2、之間摩擦學性能、降低內(nèi)燃機機油消耗以及排放性能等優(yōu)點，受到各國科研工作者日益關(guān)注。各國對織構(gòu)化缸孔-活塞環(huán)進行了大量的理論和試驗研究，得到了許多有益結(jié)論。然而，這些結(jié)論大多適用于特定的工況條件。因此，為了實現(xiàn)織構(gòu)化缸孔-活塞環(huán)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，仍需進行深入系統(tǒng)的研究。
　　 本文針對簡化的微凹坑織構(gòu)化缸孔-活塞環(huán)建立了潤滑理論模型，利用多重網(wǎng)格法對潤滑理論模型進行數(shù)值計算。研究了微凹坑個數(shù)、微凹坑的形貌參數(shù)（面積占有率、半徑和深徑比）

3、和工況條件對無量綱平均油膜壓力的影響。從計算結(jié)果可得出，微凹坑織構(gòu)可產(chǎn)生流體動壓力，改善了缸孔-活塞環(huán)之間潤滑狀態(tài);較大半徑的微凹坑可產(chǎn)生較大的流體動壓力;存在著最佳的深徑比，使得無量綱平均油膜壓力值最大。
　　 為了使缸孔在整個行程上都具有最佳的摩擦學性能和改善激光織構(gòu)的加工效率，提出分區(qū)造型方案。根據(jù)相關(guān)理論的計算結(jié)果和內(nèi)燃機的實際工況，在缸孔行程不同的區(qū)域加工出不同形狀和幾何形貌參數(shù)的織構(gòu)，使其形成與潤滑性能要求相匹配的分

4、區(qū)造型方案。
　　 根據(jù)潤滑理論數(shù)值計算結(jié)果以及內(nèi)燃機的實際工況，加工出合適的形貌參數(shù)微凹坑織構(gòu)化缸孔方案，裝機進行綜合性能臺架試驗研究。試驗在某型號單缸柴油機上進行，試驗結(jié)果表明，表面織構(gòu)技術(shù)可顯著改善內(nèi)燃機性能。與原機相比，裝有微凹坑織構(gòu)化缸孔的內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性基本不變，比油耗、機油消耗、排氣溫度和煙度均有較大幅度的降低。
　　 最后，開展了微凹坑織構(gòu)化缸孔表面微觀形貌表征的研究。將微凹坑織構(gòu)化缸孔沿徑向展開成