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活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

麻凯 郭智威 缪晨炜 袁成清

麻凯, 郭智威, 缪晨炜, 袁成清. 活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1109-1117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20190042
引用本文: 麻凯, 郭智威, 缪晨炜, 袁成清. 活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1109-1117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20190042
Ma Kai, Guo Zhiwei, Miao Chenwei, Yuan Chengqing. Influence of Surface Textured Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1109-1117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20190042
Citation: Ma Kai, Guo Zhiwei, Miao Chenwei, Yuan Chengqing. Influence of Surface Textured Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1109-1117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20190042

活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20190042
基金项目: 

武汉理工大学自主创新研究基金项目 2018-ND-A1-03

湖北省自然科学基金项目 2018CFB483

详细信息
    作者简介:

    麻凯(1995-), 本科生, 研究方向为船舶动力机械摩擦学, makai@whut.edu.cn

    通讯作者:

    郭智威, 副教授, 硕士生导师, zwguo@whut.edu.cn

  • 中图分类号: TH117

Influence of Surface Textured Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring

  • 摘要: 为了改善缸套-活塞环的摩擦性能,通过激光刻蚀技术在活塞环工作面加工出不同形状的表面织构。在同一转速、不同载荷下通过微机控制的往复式摩擦磨损试验机研究不同表面织构活塞环对缸套-活塞环摩擦学性能的影响。试验结果表明:在载荷为400 N工况下,活塞环的椭圆、圆形、方形织构摩擦系数分别可以降低1.1%、18.3%、14.1%;载荷600 N工况下,3种织构分别可以降低35.3%、35.3%、19.1%;综合分析摩擦系数、表面形貌、接触电阻,圆形凹坑织构的活塞环在降低摩擦系数、提高油膜润滑状态等方面效果最优。
  • 图  1  往复式摩擦磨损试验机

    图  2  活塞环激光加工专用夹具

    图  3  活塞环表面织构

    图  4  超镜深显微镜下3种织构的单列2D、3D图

    图  5  接触电阻原理图

    图  6  不同载荷下的平均摩擦系数

    图  7  不同载荷下均方根偏差Sq的趋势图

    图  8  不同载荷下表面峰顶密度Sds的趋势图

    图  9  不同载荷下谷区液体滞留指数Svi

    图  10  不同工况下接触电阻随时间的变化关系

    表  1  大族牌激光打标机相关参数

    产品名称 光纤激光打标机
    最大输出/W 30
    脉冲持续时间/ns 100
    波长/nm 1 064
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    表  2  缸套活塞环的材料参数

    项目 缸套 活塞环
    材料 硼铸铁 球墨铸铁
    布氏硬度/HB 200~240 445~480
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    表  3  活塞环表面织构的设计参数

    活塞环织构形状 打标次数 表面占有率/% 参数名称 数值/mm
    椭圆 20 13.7 半长轴a
    半短轴b
    10.5
    圆形 20 13.7 半径r 0.5
    方形 20 13.7 边长a 1.253
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    表  4  试验后表面参数平均值

    活塞环织构形状 载荷/N Sq/μm Sds(个峰·mm-2) Svi
    原始 200
    400
    600
    2.29
    3.60
    2.34
    249.33
    167.575
    234.28
    2.80
    1.52
    2.00
    椭圆 200
    400
    600
    2.43
    2.40
    1.95
    279.02
    278.80
    278.61
    2.53
    2.71
    2.28
    圆形 200
    400
    600
    2.32
    2.37
    1.17
    271.70
    285.91
    274.95
    3.84
    2.53
    2.71
    方形 200
    400
    600
    1.24
    3.58
    2.02
    333.52
    229.40
    245.70
    2.69
    2.56
    2.08
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    表  5  缸套内表面磨损形貌图

    活塞环组结构形状 载荷/N
    200 400 600
    原始
    椭圆
    圆形
    方形
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  • 收稿日期:  2018-11-05
  • 刊出日期:  2019-07-05

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