摘 要

柴油机工作过程中会产生大量的摩擦损失，其中，占据主要部分的是缸套-活塞环之间的摩擦磨损。另外，面对资源紧缺和环境污染两大现实问题，如何提高柴油机性能、降低能耗成为现如今研究的重点。而缸套-活塞环的摩擦润滑性能直接影响柴油机性能。因此，研究表面纹理结构对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响显得尤为重要。

本文以柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象，研究了不同角度凹槽对柴油机缸套摩擦磨损性能的影响。试验前首先设计加工三种不同角度凹槽的缸套表面；接下来进行试验得到无加工表面和不同角度凹槽表面在磨损过程中的动态摩擦系数，并对其进行定性分析；然后利用接触电阻法分析其润滑状态，对其润滑效果进行比较；最后对各个缸套的磨损表面进行形貌观测，定量分析其表面粗糙度。

论文主要研究了不同载荷下不同角度凹槽的缸套表面对其摩擦学性能的影响。旨在为柴油机缸套-活塞环表面凹槽角度的选取提供依据，实现柴油机缸套-活塞环系统的润滑、减磨以及降耗等。

研究结果表明：在低载荷与中载荷时，加工有30°凹槽的缸套表面摩擦学性能优于其余缸套表面；在高载荷时，无加工原始缸套表面摩擦学性能优于加工有凹槽的缸套表面。

本文的特色：通过试验的方法探究了加工有不同角度凹槽的缸套表面的摩擦学性能，综合比较分析摩擦系数、接触电阻及表面形貌从而得到摩擦学性能最优的凹槽角度。

关键词：缸套；角度；凹槽；润滑；摩擦

Abstract

A large amount of friction loss can be produced in the diesel engine working process, and the main part is the friction between the cylinder liner and piston ring. In addition, in the face of resource shortage and environmental pollution problems, it becomes the focus of research on how to improve the performance and reduce energy consumption of the diesel engine. Moreover, the performance of the diesel engine is directly affected by the friction and lubrication performance of cylinder liner and piston ring . Therefore, it is very important to study the influence of surface texture on the friction and wear properties of cylinder liner-piston rings.

In this paper, The cylinder liner of diesel engine was taken as the object to study the influence of different angle grooves on the friction and wear behaviors. Three kinds of different angle grooves of the cylinder surface were designed before the test. Then, the dynamic friction coefficients of machined surface and different angles of the grooves were obtained and qualitatively analyzed. The contact resistance method was used to analyze the lubrication state and compare the lubricating effect between the cylinder liner and piston ring. Finally, the worn surface morphologies of each cylinder liner were observed and the surface roughness was quantitative analyzed after the test.

The tribological properties of different angles cylinder liner surface were studied in this paper. it aimed to provide the basis for the groove angle selection of cylinder liner surface on the diesel engine, so as to realize the lubrication, wear reduction and consumption reduction of the cylinder piston ring system.

The results showed that: the cylinder liner with 30 degree groove has better tribological properties then others during the low load condition. While the tribology performance of original cylinder surface is better than that of the other processed cylinders during the high load state.

The characteristics of this paper, the experimental methods were used to explore the tribological properties of cylinder liner with different groove angles. The optimal tribological performance of groove angle was obtained through comprehensive comparing and analyzing the friction coefficients, contact resistances and surface morphologies of cylinder liner-piston ring.

Key word: Cylinder liner, Angle, Groove, Lubrication, Friction

目 录

第1章 绪论 0

1.1 引言 0

1.2 摩擦磨损性能研究方法 1

1.2.1 凹槽结构的摩擦学特性 1

1.2.2 凹槽结构的润滑原理 2

1.3 本文选题的意义 2

1.4 本文主要研究内容及目标 3

第2章 试验采用装置及试验方法介绍 4

2.1 试验材料选取及制备 4

2.2 试验装置及使用方法介绍 4

2.2.1 试验机主机 4

2.2.2 缸套-活塞环夹具 5

2.2.3 计算机控制系统 6

2.3 试验设计 6

2.3.1 试验方案设计 6

2.3.2 润滑方式的选择 6

2.4 实验过程控制及数据处理 7

2.5 本章小结 7

第3章 不同角度凹槽缸套表面的摩擦磨损试验研究 8

3.1 试验条件 8

3.2 试验动态摩擦系数分析 8

3.2.1 载荷200N时摩擦系数分析 8

3.2.2 载荷400N时摩擦系数分析 9

3.3 接触电阻法表征润滑状态 13

3.3.1 万能试验卡概述 13

3.3.2 LabVIEW在试验中的应用 13

3.3.3 接触电阻结果与讨论 14

3.4 本章小结 16

第4章 不同角度凹槽缸套表面的形貌表征 17

4.1 测量仪器介绍 17

4.1.1 LI型激光干涉式表面轮廓测量仪工作原理 17

4.1.2 技术参数 18

4.1.3 仪器主要特点 18

4.2 测量软件介绍 18

4.3 表面粗糙度三维评定参数介绍 19

4.4 三维评定结果分析 20

4.5 本章小结 21

第5章 总结与展望 22

5.1 论文主要结论 22

5.2 论文展望 22

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 引言

随着柴油机各方面性能的提高，功率的不断提高，使用寿命的不断延长，不得不要求机内部件的强度质量随之提高，而柴油机内，气缸套与活塞环是摩擦的最主要承载体之一，承受着强大的热力负荷与机械负荷，是柴油机中工作环境最为恶劣的部分，而且往往受到润滑条件的制约。所以缸套与活塞环的摩擦学性能很大程度上影响着柴油机的功率输出、使用寿命、燃油和润滑油的消耗以及燃料排放等重要指标。

近年来，越来越多的国内外学者关注表面凹槽结构对内燃机缸套的摩擦磨损性能。表面凹槽结构是决定活塞环-缸套摩擦的一个重要性能。