表面织构化活塞环的摩擦学性能研究

表面织构化活塞环的摩擦学性能研究【摘要】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,此时能形成良好的...【Abstract】Thepropertyofcylinderlinerandpistonringmating,whichisthemostcriticalfrictionpair,determinestheinternalcombustionengine'sefficiencyandservicelife.Inordertoimproveit,peoplemakeuseofsurfacetexturingtechnologybyprocessingaseriesofregulararraysofpitstoreducethefrictionandwearlossofcylinderliner-pistonringfrictionpair.Theapplicationofsurfacetexturingtechniqueinpistonlinerandringpairwasstudiedtheoreticallyinthisthesis.Thelubricationmodelofacolumnofmicrotexturingpitswasestablishedconsideringthedynamicpressureeffectandthesqueezeeffect,withoutconsideringtheunevenloadingdistribution,asperityanddeformationofcontactingarea.Theinfluenceofsurfacetextureparametersonpistonringlubricationperformancewasobtainedbysolvingthemathematicalmodelwithmulti-gridmethod.Theminimumoilfilmthicknessanddimensionlessfrictionbetweenpistonringandcylinderlinerweretakenasacriter...【关键词】表面织构;活塞环;流体润滑;多重网格法;数值模拟【Keywords】Surfacetexture;Pistonring;Hydrodynamiclubrication;Multi-gridmethod;Numericalsimulation【级别】硕士论文【索取全文（WORD版）】Q联系Q:100359168100459168【目录】中文摘要6-7ABSTRACT7-101绪论10-221.1课题背景10-121.2缸套-活塞环摩擦副的研究进展12-151.2.1缸套-活塞环摩擦副的理论研究12-131.2.2摩擦副材料的研究13-141.2.3活塞环表面处理研究14-151.2.4润滑剂的研制151.3表面织构技术的研究现状15-191.3.1表面织构技术的实验研究15-171.3.2表面织构技术的理论研究17-191.4表面织构加工技术和应用现状19-201.5本课题研究的价值和意义20-211.6本课题的主要工作21-222数学模型的建立22-362.1缸套-活塞环的几何模型22-242.2活塞环表面织构模型的建立24-262.3活塞连杆组系统运动模型26-272.4活塞环受力分析及载荷平衡方程27-282.5Reynolds方程及基本假设28-312.6Reynolds方程的边界条件31-322.7润滑油粘度和密度方程32-332.8油膜承载量和摩擦力的计算33-342.9本章小节34-363缸套-活塞环的润滑理论模型数值求解36-483.1数值计算方法36-383.2数学模型的无量纲化383.2.1雷诺方程的无量纲化383.2.2膜厚、粘度和密度方程的无量纲化383.3多重网格法求解理论模型38-453.3.1循环选择38-393.3.2基本方程的离散39-413.3.3独立方程的缺陷方程41-433.3.4压力的松弛43-443.3.5膜厚hoo的调整443.3.6W循环的控制44-453.4计算方案45-473.5本章小结47-484计算结果分析48-624.1压力分布形式48-554.2挤压项对润滑计算的影响554.3不同表面织构凹陷形状的影响55-564.4凹坑凹陷面积比Sp的影响56-574.5凹坑凹陷深度h_m的影响57-604.6曲柄转速的影响60-614.7本章小结61-625实验研究62-725.1实验方案625.2摩擦试验机62-655.2.1SRV摩擦磨损试验机简介62-635.2.2试验工件简介63-655.3试样表面织构的加工65-695.3.1试件表面织构形貌的设计655.3.2光刻-湿法腐蚀工艺加工试样表面织构65-675.3.3光刻表面织构纹理形貌67-695.4试验结果分析69-705.5本章小结70-726总结与展望72-74参考文献74-80【索取全文（WORD版）】Q联系Q:100359168100459168