摘 要

柴油机作为动力之源，其应用非常广泛，缸套-活塞环摩擦副是柴油机中最关键的摩擦副之一，其摩擦学性能在很大程度上影响着柴油机整机的性能。如果该摩擦副运行状况较差，会降低柴油机的输出功率，缩短柴油机零部件的使用寿命，甚至导致停机等严重故障。因此对缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损性能进行深入研究并找到优化方法是发动机摩擦学领域内的热点课题。

本文以柴油机缸套-活塞环摩擦副为研究对象，相同运行工况下，对V型槽、环方槽和原始缸套三种不同表面纹理结构的缸套的摩擦特性进行研究。在往复式摩擦磨损试验机上进行磨损试验，然后对数据进行相应的采集、分析与处理。基于试验结果讨论了三种不同表面纹理结构缸套的摩擦磨损性能的区别。研究结果表明：环方槽缸套和V型槽缸套相比于原始缸套，其摩擦磨损性能都有提升，并且环方槽缸套的摩擦磨损性能优于V型槽缸套。

本文的特色：通过在往复式摩擦磨损试验机上进行试验，基于摩擦系数、缸套磨损表面的三维形貌以及接触电阻值，探讨了相同运行工况下三种不同表面形貌的缸套的摩擦磨损性能。

关键词：缸套-活塞环；表面纹理；运行工况；摩擦；润滑

Abstract

As a source of power, the application of the diesel engine is very extensive. The cylinder liner-piston ring is one of the most critical friction pairs in the diesel engine. The performances of diesel engine are greatly affected by the tribological properties of cylinder liner-piston ring. The output power of diesel engine will reduce if the running state of friction pair is poor, which is shorten the life of diesel engine parts And even leaded the serious failure such as downtime. Therefore, it is a hot topic in the field of engine tribology to study the tribological properties of the cylinder liner-piston ring friction pair and find the optimization methods.

In this paper, it took the cylinder liner-piston ring friction pair in diesel engine as the research object, the friction characteristics of the cylinder liner with different surface textures of V-grooved, ring square groove and original cylinder were studied under the same running state. The wear test was carried out on a reciprocating wear tester, and then the test data was collected, analyzed and processed. The differences of the friction and wear properties for three different surface textures cylinder liners were discussed based on the experimental. The research result showed that the tribological properties of the ring square groove and V-grooved cylinder liner were better than those of the original surface cylinder liner under different loads. Further more, the tribological performances of the ring square groove cylinder liner were better than that of V-grooved cylinder liner.

The characteristics of this paper: The test was carried out on a reciprocating wear tester, the friction and wear properties of the three different surface textured cylinder liners under the same running conditions were discussed based on the friction coefficient, three dimensional morphologies of the wear surface and the contact resistance value.

Key Words：Cylinder liner-piston ring；Surface texture；Running condition；Friction；Lubrication

目录

第1章 绪论 2

1.1 课题背景及研究意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.3 论文章节安排 4

第2章 试验设备及试验设计 5

2.1 前言 5

2.2 试验设备 5

2.3 工况环境的模拟 6

2.4 试验设计 6

2.5 本章小结 7

第3章 摩擦系数的采集与分析 8

3.1 前言 8

3.2 摩擦系数的采集 8

3.3 数据处理与分析 9

3.4 本章小结 11

第4章 油膜厚度测量及润滑性能分析 12

4.1 前言 12

4.2 接触电阻法测量油膜厚度的概述 12

4.3 膜厚比与润滑状态 13

4.4 接触电阻的测量与采集 14

4.4.1 接触电阻的测量 14

4.4.2 接触电阻的采集 14

4.5 数据处理与分析 16

4.6 本章小结 18

第5章 磨损表面三维形貌分析 19

5.1 前言 19

5.2 表面形貌分析 20

5.3 本章小结 22

第6章 总结与展望 23

6.1 总结 23

6.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

绪论

1.1 课题背景及研究意义

自然界中无论何时何地，都存在着摩擦。对于摩擦和润滑现象，人类早有认识，并能将其充分利用，但在近几百年，人类才开始真正从科学的角度对其进行研究。世界上因为摩擦而消耗掉的能源量非常之大，因此尽可能地减少不必要的摩擦损耗，可以节省相当多的能源。此外，机械产品中易损零件的报废或更换，原因多是磨损过于严重，故而若能减少磨损，就能在降低维修保养费用的同时，节省制造费用。

柴油发动机属于内燃机的一种，自1892年问世以来，历经一个多世纪的发展，已广泛应用于交通运输、农业机械、工程机械、发电等各个行业，其摩擦学性能一直是专家学者们的重点研究内容^[1]。柴油机的结构相当复杂，系统中存在多种摩擦副，缸套-活塞环摩擦副则是其中最关键的摩擦副之一，其能将热能转换为机械能，同时能防止过量的滑油进入燃烧室。

柴油机中的缸套-活塞环摩擦副的工作条件时分苛刻，不仅要承受高温高压，还受到不同程度的振动，受力情况也相当复杂^[2]。为了克服摩擦副自身的摩擦力，要损失部分能量，其摩擦学性能在很大程度上影响着柴油机综合性能^[3]。研究结果表明^[4]，柴油机的摩擦损失有25%-50%来自于缸套-活塞环摩擦副。如果若缸套-活塞环摩擦副的摩擦加重，则可直接导致柴油机功率的下降及油耗的增加，降低柴油机的动力性和经济性；如果运行状况太差，甚至可能发生拉缸或停机，影响机器的正常工作运转^[5]。因此，对缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能进行深入研究并找到优化方法，不仅是一个热点课题更是一个非常有现实意义的课题。