留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

许长坤 郭智威 缪晨炜 麻凯

许长坤,郭智威,缪晨炜, 等. 活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1489-1496 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200133
引用本文: 许长坤,郭智威,缪晨炜, 等. 活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1489-1496 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200133
Xu Changkun, Guo Zhiwei, Miao Chenwei, Ma Kai. Effect of Texture Density in Surface of Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1489-1496. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200133
Citation: Xu Changkun, Guo Zhiwei, Miao Chenwei, Ma Kai. Effect of Texture Density in Surface of Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1489-1496. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200133

活塞环表面织构密度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200133
基金项目: 湖北省自然科学基金项目(2018CFB483)与国家级大学生创新创业训练计划基金项目(20191049705025)资助
详细信息
    作者简介:

    许长坤(1998−),本科生,研究方向为船舶动力机械摩擦学,xuchangkun@whut.edu.cn

    通讯作者:

    郭智威,副教授,博士生导师,zwguo@whut.edu.cn

  • 中图分类号: TH117

Effect of Texture Density in Surface of Piston Ring on Tribological Performance of Cylinder Liner-Piston Ring

  • 摘要: 为探究活塞环表面织构密度对船舶柴油机缸套-活塞环这一主要摩擦副的摩擦性能的影响,利用具有不同织构密度圆形凹坑的活塞环在MWF-10往复式摩擦磨损试验机上进行试验。通过调整试验载荷、转速获取了不同模拟工况下的测试数据,结合对应参数分析了活塞环织构密度对缸套-活塞环摩擦副的摩擦作用影响。结果表明:带有不同表面织构密度圆形凹坑的活塞环可以在不同程度上降低摩擦副的摩擦系数,提高其摩擦学性能。综合摩擦系数、表面形貌的相关分析可知:在载荷一定时,存在合适的织构密度(${S\!_p}$= 20.9%)能够显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦系数,同时可以减少摩擦副的磨损量,提高摩擦副的综合摩擦性能。
  • 图  1  MWF-10摩擦磨损试验机模型图

    图  2  活塞环激光加工专用夹具

    图  3  试验用缸套表面织构图

    图  4  试验用活塞环表面织构图

    图  5  活塞环表面织构相关参数示例

    图  6  300 N载荷下摩擦系数对比图

    图  7  600 N载荷下摩擦系数对比图

    图  8  试验后缸套表面形貌图(组合1)

    图  9  试验后缸套表面形貌图(组合2)

    图  10  试验后缸套表面形貌图(组合3)

    图  11  试验后缸套表面形貌图(组合4)

    表  1  缸套及表面织构相关参数

    参数数值参数数值
    切片长度 120 mm 织构宽度 1 mm
    切片宽度 65 mm 织构深度 150±10 μm
    织构倾斜角度 30° 织构间距 14 mm
    下载: 导出CSV

    表  2  活塞环凹坑结构的设计参数

    项目凹坑直径D/mm织构深度H/μm 表面占有率η/% 织构密度Sp/%
    原始 0 0 0 0
    X=1.5D 1 150±10 15.7 41.9
    X=2.0D 1 150±10 15.7 31.4
    X=3.0D 1 150±10 15.7 20.9
    下载: 导出CSV

    表  3  试验组合情况

    类型组合形式
    组合1 织构缸套 + 原始活塞环
    组合2 织构缸套 + 活塞环织构1
    组合3 织构缸套 + 活塞环织构2
    组合4 织构缸套 + 活塞环织构3
    下载: 导出CSV

    表  4  缸套表面相关参数平均值

    组合名称载荷/NSq/μmSds/(个峰·mm−2)Svi
    组合1 300 2.95 235.18 1.71
    600 3.94 202.96 1.45
    组合2 300 2.78 206.08 1.81
    600 3.55 198.01 1.97
    组合3 300 1.16 255.84 2.40
    600 3.58 188.72 2.05
    组合4 300 2.86 275.76 1.48
    600 1.97 253.80 1.85
    下载: 导出CSV
  • [1] 郭智威. 船舶柴油机缸套—活塞环表面纹理表征及运行状态辨识方法研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2014

    Guo Z W. Study on surface texture metrology of cylinder liner-piston ring and method of running condition identification in marine diesel engine[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2014 (in Chinese)
    [2] Segu D Z, Choi S G, Choi J H, et al. The effect of multi-scale laser textured surface on lubrication regime[J]. Applied Surface Science, 2013, 270: 58-63 doi: 10.1016/j.apsusc.2012.12.068
    [3] Tang W, Zhou Y K, Zhu H, et al. The effect of surface texturing on reducing the friction and wear of steel under lubricated sliding contact[J]. Applied Surface Science, 2013, 273: 199-204 doi: 10.1016/j.apsusc.2013.02.013
    [4] Li T Y, Lu X Q, Ma X, et al. Numerical and experimental analysis of the honing texture on the lubrication performance of piston ring-cylinder liner tribosystem[J]. Tribology Transactions, 2019, 62(6): 991-1006 doi: 10.1080/10402004.2019.1640330
    [5] 江仁埔, 郭智威, 饶响, 等. 表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响[J]. 内燃机学报, 2018, 36(5): 471-479

    Jiang R P, Guo Z W, Rao X, et al. Influences of thread grooves surface texturing on tribological properties of cylinder liner-piston ring[J]. Transactions of CSICE, 2018, 36(5): 471-479 (in Chinese
    [6] 缪晨炜, 郭智威, 袁成清. 仿生多尺度沟槽织构对表面摩擦性能的影响[J]. 中国表面工程, 2019, 32(1): 22-30

    Miao C W, Guo Z W, Yuan C Q. Effects of bionic multi-scales groove textures on surface tribological properties[J]. China Surface Engineering, 2019, 32(1): 22-30 (in Chinese
    [7] Ryk G, Etsion I. Testing piston rings with partial laser surface texturing for friction reduction[J]. Wear, 2006, 261(7-8): 792-796 doi: 10.1016/j.wear.2006.01.031
    [8] 胡勇, 屈盛官, 李彬, 等. 不同表面织构对柴油机缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响[J]. 润滑与密封, 2013, 38(4): 57-62

    Hu Y, Qu S G, Li B, et al. Effects of different surface textures on friction and wear performance of diesel cylinder liner-piston ring[J]. Lubrication Engineering, 2013, 38(4): 57-62 (in Chinese
    [9] 常铁, 郭智威, 饶响. 不同角度凹槽织构对缸套-活塞环摩擦性能的影响[J]. 热加工工艺, 2017, 46(16): 45-48, 52

    Chang T, Guo Z W, Rao X. Influence of groove textures with different angles on tribological performances of cylinder liner-piston ring[J]. Hot Working Technology, 2017, 46(16): 45-48, 52 (in Chinese
    [10] 夏禹, 孙韶, 汪博文, 等. 缸套表面环槽织构润滑性能数值分析[J]. 机械设计与制造, 2017,(S1): 59-62

    Xia Y, Sun S, Wang B W, et al. Numerical analysis on lubrication performance of surface ring-groove texturing on cylinder liner[J]. Machinery Design & Manufacture, 2017,(S1): 59-62 (in Chinese
    [11] 饶响, 盛晨兴, 郭智威. 不同表面纹理结构对柴油机缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(2): 356-363

    Rao X, Sheng C X, Guo Z W. Research on the friction and wear properties of diesel engine cylinder liner with different surface textures[J]. Acta Armamentarii, 2018, 39(2): 356-363 (in Chinese
    [12] Kovalchenko A, Ajayi O, Erdemir A, et al. The effect of laser surface texturing on transitions in lubrication regimes during unidirectional sliding contact[J]. Tribology International, 2005, 38(3): 219-225 doi: 10.1016/j.triboint.2004.08.004
    [13] 孙造. 活塞环表面织构化的理论及实验研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2011

    Sun Z. A theoretical and experimental study on surface texturing piston ring[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2011 (in Chinese)
    [14] 万轶, 李建亮, 熊党生. 活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究[J]. 表面技术, 2018, 47(6): 195-201

    Wan Y, Li J L, Xiong D S. Tribological property of textured-coating on piston ring surface[J]. Surface Technology, 2018, 47(6): 195-201 (in Chinese
    [15] 麻凯, 郭智威, 缪晨炜, 等. 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

    Ma K, Guo Z W, Miao C W, et al. 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 (in Chinese
    [16] Badu P V, Syed I, Beera S B. Influence of positive texturing on friction and wear properties of piston ring-cylinder liner tribo pair under lubricated conditions[J]. Industrial Lubrication and Tribology, 2019, 71(4): 515-524 doi: 10.1108/ILT-07-2017-0203
    [17] 文怀兴, 任锐锐, 宋浩杰. 仿生织构对材料表面的摩擦学性能影响研究现状与展望[J]. 工程塑料应用, 2018, 46(5): 130-133

    Wen H X, Ren R R, Song H J. Current situation and prospect of study on effect of surface texture on tribological properties of materials[J]. Engineering Plastics Application, 2018, 46(5): 130-133 (in Chinese
    [18] 卢男. 铸造表面粗糙度三维评价体系建立及检测方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2014

    Lu N. The three-dimension evaluation system establishment and detection method research of casting surface roughness[D]. Harbin: Harbin University of Science and Technology, 2014 (in Chinese)
  • 加载中
图(11) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  279
  • HTML全文浏览量:  129
  • PDF下载量:  33
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-17
  • 网络出版日期:  2020-10-12
  • 刊出日期:  2020-10-05

目录

    /

    返回文章
    返回