活塞环_气缸套润滑摩擦研究

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船用柴油机气缸套摩擦磨损机理及减磨措施分析

干摩擦
边界摩擦
流体摩擦
混合摩擦
围介质间的化学或电化学反应而造成的磨损。化
学反应或电化学反应和机械作用交替进行并且相图１摩擦分类（润滑状态）互促进。２．１．１干摩擦２．２．４疲劳磨损从图中可以看出干摩擦是摩擦副直接接触，摩擦副表面不存在在交变接触应力的作用下因疲劳使摩擦副不断损失的现象。其任何润滑，接触面积小进而产生塑性变形，氧化膜被压碎或剪切，分故障机理是：交变负荷一组织变化一裂纹形成一扩展一磨屑脱落一子溶合形成冷焊，随着摩擦副的相对运动焊点被剪切。此种摩擦形表面上造成麻点的缺陷（麻点是形成滚动轴承、齿轮失效的主要形式摩擦系数极高可以达到Ｏ．１ — １．５，在船上应该避免干摩擦的存在。式）。２．１．２边界摩擦２．２．５微动磨损在摩擦副的表面间，存在一层极薄边界膜时的摩擦，称为边界两接触表面在载荷的作用下，由于微幅（＜０．２５微米）振动而引摩擦。边界膜的厚度很小（０．１微米），但仍可使摩擦系数大大降低起的机械化学磨损，是一种复合（粘着、腐蚀、磨粒、疲劳）磨损形式。（０．０５ — ０．５）。边界膜与机体的结合形式分为物理吸附膜、化学吸附膜其故障机理：粘着一由于振动发生剪切一氧化膜脱落一形成磨粒一和化学反应膜。船用柴油机的活塞环与气缸套直接就是这种摩擦形磨粒不能外排而加剧磨损。式。３活塞与缸套摩擦磨损２．１．３流体摩擦３．１活塞与缸套摩擦摩擦副表面有一层由边界膜和流体膜组成的润滑剂，摩擦表面活塞与缸套之间是一对相对运动的运动副。由于活塞与缸套都不直接接触。这种摩擦形式的摩擦系数最小，柴油机主轴与轴瓦之是燃烧室的重要组成部分，所以活塞与缸套表面必将受到高温、高间，连杆大端轴承与连杆瓦之间就是此种摩擦形式。压、燃气冲刷的作用。气缸内的润滑条件及其恶劣，现代船舶大型二冲程主柴油机大多采用注油器将气缸润滑油通过气缸内壁的注油２．１．４混合摩擦混合摩擦是多种摩擦形式同时存在的摩擦现象。主要有半干摩孔注入到活塞与缸套之间。随着二者的相对运动将气缸油均匀的分擦、半液体摩擦。不到摩擦副之间形成边界润滑。但是由于活塞在上止点和下止点时２．２磨损活塞与缸套之间的相对速度为０，所以此处难以形成稳定的润滑油摩擦副的表面物质，在摩擦的过程中逐渐损失，使其尺寸、形状膜。一３．２活塞与缸套磨损磨正常工作状态下柴油机气缸套与活塞间的磨损是不可避免的，但是其耐磨性却是影响柴油机使用寿命的重要因素。一般柴油机缸套的磨损量只要在允许的范围之内（最大磨损量为０．４％一０．８％缸套内径），即可视为正常状态。气缸套的磨损最大磨损部位在气缸套上部，通常是活塞位于上止点时第１、２道活塞环对应的缸壁处，并沿缸壁向下磨损量逐渐减小如图３中的（ａ）。气缸套左右舷方向的磨损大于首尾方向的磨损。根据气缸套材质的不同其磨损率为：铸铁气缸套＜０．１ｍｍ／ｋｈ，镀铬气缸套在０．Ｏ１ — ０．０３ｍｍ／ｋｈ之间。气缸套正常工作表面清洁光滑，无明显划痕。如果气缸套出现异常磨损其纵截面形状和磨损量将会发生改变。图３中（ｂ）（ｃ）（ｄ）属于异常磨损中的磨粒磨损。（ｂ）中的磨粒主要来自气缸上部燃烧室中空气和燃烧产物带来的磨粒。（ｅ）中磨图２磨损率曲线粒主要来自气缸下部的润滑油。（ｄ）属于气缸上部下部皆有磨粒。

YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究的开题报告

YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究的开题报告题目：YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究一、研究背景和意义活塞环-缸套摩擦磨损是内燃机的一个重要课题，对内燃机的性能和寿命有着重要的影响。

YH31合金因其优异的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性等性能，在发动机的活塞环和缸套材料中被广泛应用，但其有效使用寿命仍存在问题。

因此，对YH31活塞环-缸套摩擦磨损进行试验研究，能够为内燃机的性能和寿命提供参考依据。

二、研究内容和方法1. 磨损试验方案的设计：设计摩擦磨损试验的装置和方案，包括试验的载荷、转速、温度、润滑、试验时间等参数的设置。

2. YH31合金的性能测试：采用光电直接读数式万能试验机或气动万能试验机，测试YH31合金的基本力学性能和耐热性，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度、抗热膨胀等。

3. 摩擦磨损试验的实施：使用自行设计的装置进行摩擦磨损试验，通过测量磨损量、摩擦系数等参数，探究YH31活塞环-缸套材料在不同载荷、转速、温度等条件下的磨损规律。

4. 结果分析与总结：对试验结果进行数据分析和统计，并结合前人研究成果，探讨YH31活塞环-缸套材料的磨损机理和影响因素，为内燃机的优化设计及材料选择提供依据。

三、研究进度安排本次研究拟于明年三月开始，到次年三月底完成，具体安排如下：1. 第一阶段（一个月）：撰写开题报告、文献调研、研究方案制定。

2. 第二阶段（六个月）：样品制备、YH31合金性能测试、摩擦磨损试验的实施。

3. 第三阶段（两个月）：摩擦磨损试验的结果分析与处理。

4. 第四阶段（三个月）：撰写研究报告、准备相关论文。

四、预期成果1.研究YH31活塞环-缸套摩擦磨损的试验方法和方案，为相关领域的研究提供新思路和技术支持。

2.获得YH31合金的力学性能、耐热性能等基础性的测试数据，为材料的应用和改良提供参考。

3.对YH31活塞环-缸套材料在不同条件下的摩擦磨损性能进行研究，解析其磨损机理及影响因素。

2.3活塞环与气缸套的摩擦磨损解析

二、活塞环与气缸套的磨损 3.活塞环与气缸套的异常磨损（3）异常磨损的原因 ②冷却水温的管理【6】壁温出口冷却水温过低 H2SO4露点低于
低温腐蚀
出口冷缸壁冷却不良粘着导致却水温粘度下降，油膜破坏磨损过高油氧化严重，炭垢增加适当提高冷却水温，有利于防止酸腐。一般冷却水温度控制在85～90℃
练习：柴油机正常运转时气缸套-活塞环的摩擦表面间可能出现的摩擦类型有______ B 。 Ⅰ.边界摩擦，Ⅱ.液体摩擦，Ⅲ.干摩擦，Ⅳ.半干摩擦，Ⅴ.半液体摩擦 A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ B．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅴ C．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅴ D．Ⅰ＋Ⅳ＋Ⅴ 为了提高柴油机气缸油在高温下保持油膜的能力，在气缸油中加入了______ D 。 A．极压添加剂 B．油性添加剂 C．抗腐蚀剂 D．抗氧化添加剂
二、活塞环与气缸套的磨损 2.活塞环与气缸套的正常磨损【2】 (3)气缸套正常磨损的参数： ①圆度误差、圆柱度误差，内径增量（缸径最大增量）小于说明书或有关标准的规定值。 ②缸套正常磨损率：铸铁＜0.1mm/kh；镀铬在0.01～0.03mm/kh。
(4) 气缸套的正常磨损原因【3】
（1）处于边界润滑部位的局部金属直接接触引起的黏着磨损。或因过薄的油膜被工作表面的尖锋刺破，或因高温、速度低等使油膜未能形成或遭破坏。（2）进入气缸的新鲜空气中的灰尘，燃油或滑油燃烧生成的各种氧化物、炭粒和灰分，润滑油中的机械杂质及运动副的摩擦产物等均会引起磨粒磨损，且以气缸上部最为严重。（3）燃油中硫分的燃烧产物对缸壁的硫酸腐蚀。由于活塞在上止点时第一道环对应缸壁处含酸量最大，为缸套下部的4倍，造成缸套上部严重的腐蚀磨损。气缸上部燃气温度与压力对硫酸露点的影响，使上部凝结较多的酸。
Байду номын сангаас

2-3第三节活塞环与气缸套的摩擦磨损

第三节活塞环与气缸套的摩擦磨损一、摩擦形式活塞环—气缸套是柴油机中一对重要的具有往复运动的运动副。

活塞环与气缸套受到高温、高压燃气的作用和冲刷，产生很大的机械应力与热应力。

工作表面受到腐蚀与严重的摩擦。

活塞往复运动速度在行程中点最大、止点位置为零。

所以，在恶劣的工作条件和低的运动速度下难于形成理想的液体动压润滑。

一般来说，活塞行程的中部工作表面易于实现液体摩擦，形成液体动压润滑，在上、下止点附近工作表面间形成极薄的边界油膜，实现边界润滑。

气缸中的高温不利于液体油膜建立。

因为高温，使润滑油粘度降低或氧化变质，使活塞头部变形影响正常配合间隙，使缸壁上已形成的油膜蒸发、氧化和烧损。

形成油膜的有利条件是：行程中点运动速度最大；己形成的油膜在下一个行程被更新之前暴露在高温中的时间极短，仅有几分之一秒；现代气缸油中的添加剂使润滑油的抗氧化安定性大大提高，增强了高温下保持油膜的能力。

二、气缸套的正常磨损柴油机的技术状态和使用寿命很大程度上取决于气缸套的磨损情况。

在正常工作条件下气缸套磨损是不可避免的。

一般只要气缸套的磨损量在允许范围之内(最大允许磨损量为0.4%～0.8%缸套内径)，气缸套就处于正常工作状态。

1．气缸套正常磨损的标志气缸套正常运转工况下正常磨损的特征是最大磨损部位在气缸套上部，即活塞位于上止点时第1、2道活塞环对应的缸壁处，并沿缸壁向下磨损量逐渐减小，气缸内孔呈喇叭状。

气缸套左右舷方向的磨损大于首尾方向的磨损。

图2-7为气缸套正常磨损后缸壁纵向形状和磨损量示意图。

正常磨损的参数:：圆度误差、圆柱度误差、内径增量(缸径最大增量)小于说明书或有关标准的规定值；缸套磨损率：铸铁缸套< 0.1mm/kh，镀铬缸套在0.01～0.03mm/kh之间；气缸工作表面清洁光滑，无明显划痕、擦伤等磨损痕迹。

2．正常磨损原因(1)处于边界润滑部位的局部金属直接接触引起的粘着磨损，或因过薄的油膜被工作表面的尖锋刺破，或因高温、速度低等使油膜未能形成或遭破坏。

YH31活塞环缸套摩擦磨损试验研究

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论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。

本学位论文属于不保密口。

学位论文作者签名：十７将岛劲ｔ≥年‘只／ｚ－Ｈ指导教师签名：矽ｆ）年‘月ｆ加ＹＨ３１活塞环一缸套摩擦磨损试验研究擦产生磨损后，引起的润滑、密封及表面擦伤等影响着发动机的机械效率【３】ｏ活塞环与缸套摩擦副对发动机的动力性、可靠性、耐久性也有着较大的影响。

活塞环与缸套的磨损对内燃机的工作有一定影响，该摩擦副的磨损后，造成燃油不完全燃烧后排出，使内燃机排放污染物增加。

内燃机中活塞环与缸套磨损后，对活塞环及缸套的修复困，若直接对活塞环及缸套组件进行更换，更换过程复杂，且大大增加了附加费用，更换组件会降低内燃机性能，甚至造成内燃机报废【４１。

内燃机向低油耗、大升功率、低排放方向发展，这使得活塞环与缸套间摩擦磨损增大。

要求提高活塞环、缸套的耐磨性，降低它们由于摩擦而损失的功率，延长发动机耐久性、提高动力性，经济性，可靠性具有重要意义【５】。

如何降低活塞环一缸套的摩擦磨损所带来的问题是众多学者和工程技术人员一直以来致力研究的重要课题。

由于活塞环缸套系统工作环境恶劣，监测困难等因素，国内外关于活塞环．缸套摩擦磨损过程研究的方法、性能评价指标和试验设备很多【６１。

不同内燃机，所选用活塞环、缸套以及润滑油都不同，合适的活塞环缸套配合、润滑条件，能降低活塞环与缸套的摩擦磨损，提高内燃机的寿命。

而活塞环材质选择，从保证其强度出发，尽可能提高其耐磨损性、经济性、工艺性进行选择。

发动机缸套活塞环摩擦磨损特性试验研究

活塞内设计三个通孔安装弹簧 , 通过换装不同刚度的
弹簧来改变缸套2活塞环之间的载荷[2] ; 用以测量摩
擦力信号的力传感器安装在发兰盘和机架之间 ; 用以
测量速度信号的速度传感器安装在活塞顶部中央位
置。
(5) 测试和数据采集系统 : 力传感器和速度传感
器将测量信号传输到终端 , 通过编制程序实现对信号
提出了考虑双电层作用的电化学边界润滑模型。此模型可用于分析许多机电结合领域中的摩擦学问题 , 并用于指导实践。
参考文献 1 石庚辰 1 微机电系统技术 1 国防工业出版社 , 20021 2 温诗铸 1 纳米摩擦学 1 清华大学出版社 , 19981 3 P A Rehbinder , E K Venstrem1Electrocapillary Effects in the Re2
duction of the Rigidity and Hardness of Metal1Acta1 Physicochim , URSS , 1944 (19) : 36～501 4 F P Bowden , L Young1Influence of Interfacial Potential on Friction and Surface Damage1 Research , 1950 , 3 : 2351 5 J O’M Bockris , S D Argade1Dependence of Friction at Wet Con2 tacts upon Interfacial Potential J1 of Chem1 Phys1 , Vol150 , (4) : 1622～16231 6 Y Y Zhu , G H Kelsall , H A Spikes1The Influence of Electrochemi2

气缸的摩擦机理与研究分析

气缸的摩擦机理与研究分析气缸是内燃机中的一个重要组成部分，负责容纳活塞，并通过活塞运动将压缩空气与燃油混合物推入燃烧室，再将产生的燃烧气体排出。

气缸的摩擦机理是指在活塞运动过程中由于接触面之间存在相对滑动而产生的摩擦力和磨损现象。

研究和分析气缸的摩擦机理对于改善发动机性能、延长发动机寿命具有重要的意义。

气缸的摩擦机理主要包括气缸套与活塞环、活塞与气缸套、活塞环与活塞之间的摩擦。

首先是气缸套与活塞环之间的摩擦机理。

气缸套内壁表面经过高精度的加工，以提供足够的密封效果和摩擦力。

活塞环则通过压力差和气压的作用下与气缸套表面产生适当的接触压力，从而形成一定的摩擦力。

气缸套与活塞环之间的摩擦力大小取决于气缸套的材料、润滑方式以及工作环境等因素。

其次是活塞与气缸套之间的摩擦机理。

活塞与气缸套之间产生的接触压力主要是由于工作过程中活塞的往复运动而产生的。

在摩擦力的作用下，活塞与气缸套之间的接触面会产生摩擦磨损，从而导致气缸套表面的磨损。

根据工作条件不同，气缸套表面可能会出现磨损和热蚀现象，这会影响机械密封性能，增加冷却液和机油的消耗。

另外是活塞环与活塞之间的摩擦机理。

活塞环是一种安装在活塞槽中的环形密封件，主要作用是防止高温燃烧气体进入曲轴箱，并提供润滑油膜。

活塞环与活塞之间的接触压力往往比活塞与气缸套之间的接触压力更大，所以活塞环在工作过程中会受到更大的摩擦力和磨损。

活塞环的磨损不仅会增加机械噪音和液压噪音，还会增加油耗和污染排放。

在气缸的摩擦机理研究分析中，需要考虑的因素有很多，如润滑方式、表面处理、材料选用等。

合理选择润滑油的黏度、添加剂的类型和浓度等对降低活塞与气缸套之间的摩擦力和磨损起到重要的作用。

通过采用有效的表面处理技术，如电火花加工、喷涂等，可以提高气缸套表面的硬度和光洁度，从而减少摩擦力和磨损。

气缸的摩擦机理研究分析对于提高发动机性能、延长发动机寿命具有重要的意义。

只有深入了解气缸摩擦机理，并采取相应的措施，才能有效减少摩擦力和磨损，提高发动机的可靠性和经济性。

浅谈发动机活塞环-气缸表面润滑状态的影响因素

10.16638/ki.1671-7988.2019.16.050浅谈发动机活塞环-气缸表面润滑状态的影响因素*孙长勇（山东华宇工学院，山东德州253034）摘要：活塞环是汽车发动机的核心部件之一，其与气缸表面的润滑程度是否良好直接影响发动机的运行性能，因此分析活塞环—气缸之间润滑油膜的影响因素，对今后汽车发动机活塞气环润滑性能和结构改良的研究打好良好的基础。

关键词：结构改良；影响因素；润滑性能中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)16-138-02Discussion on the Influencing Factors of Engine Piston Ring-Cylinder SurfaceLubrication Film*Sun Changyong( Shandong Huayu Institute of Technology, Shandong Dezhou 253034 )Abstract: Piston ring is one of the core parts of automobile engine. Whether the lubrication degree of piston ring and cylinder surface is good directly affects the performance of engine. In the future, a good foundation is laid for the study on the lubrica -tion performance and structural improvement of piston rings of automobile engines.Keywords: structural improvement; Impact factors; Lubrication performanceCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)16-138-021 活塞环—气缸表面润滑油膜在运行中的影响活塞环是汽车发动机的核心部件之一，其工作的好坏直接影响发动机的运行性能，并且活塞环又是易损坏的部件。

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杆长度 , n 是转速。
·74 · 内燃机学报第 23 卷第 1 期
1. 2 润滑油膜温度在活塞组 —润滑油膜 —气缸套传热过程中 ,
活塞环和气缸套的热状态是润滑油膜重要的边界
条件 ,同时润滑油膜的状态也影响活塞组 —气缸套间的传热 ,他们互为边界。 1. 2. 1 润滑油膜的能量方程
白敏丽 ,丁铁新 ,董卫军
(大连理工大学动力系 ,辽宁大连 116023)
摘要 :活塞环与气缸套间的润滑、摩擦直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。在内燃机实际运行过程中 ,缸内工作过程循环变动及活塞气缸套间动接触导热直接影响到润滑油膜的状态 ,因而活塞环在缸套中的不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。在传统的活塞环组稳态热混合润滑的基础上 ,考虑到活塞组 —气缸套动接触系统瞬态传热 ,建立了活塞环组的非稳态热混合润滑、摩擦数理模型及数值方法。运用该方法可模拟出活塞环组润滑、摩擦特性 ,并可预测出不同瞬时润滑油膜的温度场、压力分布、油膜厚度、摩擦功和摩擦热等重要参数。关键词 :活塞环 ;润滑油膜 ;非稳态 ;热混合润滑中图分类号 : T K407. 9 文献标识码 :A
(3)
其中 , tm 是油膜平均温度 ;ρ为润滑油密度。
考虑到表面粗糙度的实际油膜厚度 h T 为[4 ]
h T =
h 2
1 + erf
h
2σ
式中 :erf ( x ) 是误差函数。
+
σ 2πe
2
h/
2σ2
(4)
名义油膜厚度定义为
h ( x ) = hs ( x ) + hmin ( t)
(5)
qp2L
=
λoil δoil
(
Tp
-
TL )
(11)
式中 :λoil 和 δoil分别为活塞环与气缸套间润滑油
膜的导热系数和厚度 , T P 和 TL 分别表示活塞和
的 , 并且 U 1 = U 、U 2 = 0 ,方程 (3) 就可以写成一
维形式[4 ] ,即
d dx
φx h3
dp dx
= 6μU
d hT dx
+
σ
dφs dx
+
12μ
dhT dt
(2)
式中 :μ是润滑油的黏度 ,mPa·s ;黏温关系可整理
为 Sloote 黏度方程[2 ] 为
μ =
5. 662 5 E + 4 ρ ( t m + 40) 4. 507 6
Ξ 收稿日期 :2004203201 ;修订日期 :2004205225 。基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50276007) ;辽宁省自然科学基金资助项目 (2001101058) 。作者简介 :白敏丽 (1962 - ) ,女 ,教授 ,主要研究方向为传热与内燃机 CAE。
2005 年 1 月白敏丽等 :活塞环 —气缸套润滑摩擦研究
1 非稳态热混合润滑模型的建立
活塞在气缸中的运动过程中 ,活塞环、润滑油膜和气缸套构成了一个复杂的摩擦副 ,如图 1 所示。影响其润滑摩擦状态的因素有 :活塞运动的速度、缸内压力、活塞环和气缸套的温度、表面粗糙度等等。因为活塞环 —气缸套是轴对称的 ,我们可以只研究其在一个轴截面上的情况。对于润滑油的黏度 ,由于压力不是很高 ,并且变化不是太剧烈 ,所以只考虑黏度随温度的变化。对于润滑油的密度受温度和压力的影响都忽略不计 ,认为密度为常量。由于考虑到包括润滑油膜外界环境温度和自身摩擦热的影响 ,在建立和求解能量方程的时候需要考虑到在各个时刻与润滑油膜相接触的活塞环和气缸套的温度 ;而且 ,摩擦热的生成包括由于表面粗糙度而引起的凸峰接触产生的部分和由于油膜黏性剪切产生的部分。
引言
活塞环组 —气缸套的润滑、摩擦的分析研究一直是内燃机界关注的重要领域。自从 Eilon 将流体润滑理论用于活塞环 —气缸套的润滑分析以来 ,国内外学者对这一对摩擦副的润滑状态及影
响因素做了大量的研究。上世纪 70 年代后人们将活塞环润滑的研究扩展到混合润滑 ,通过结合平均流量模型和微凸体接触模型 ,在研究活塞环润滑问题时开始考虑到表面粗糙度的影响。国内以桂长林为代表的研究工作者在这方面也开展了大量研究工作[1 ] 。以往活塞环气缸套间润滑、摩擦的
式中 :活塞环外表面轮廓函数 hs ( x ) 是由直线和
x 的二次方程曲线确定的。
U 是活塞的运动速度 ,由式 (6) 确定为
U = Λsin θ 1 -
cos θ λ2 - sin2θ
bω
(6)
式中 :Λ = R/ b , R 为曲柄半径 , b 为活塞环的厚
度 ,λ = L / R ,θ = ωr ,ω = ( n/ 60) ·2π, L 为连
部分分配给了活塞环和气缸套。由于活塞环、气缸
套的材料不同 ,所以摩擦热在它们之间的分配不是均匀的 ,分配关系与材料的物性有关[2 ] 。 1. 2. 2 活塞组 —气缸套的导热方程
活塞的导热方程为
55τtp
=
αp
(
52 tp 5 y2
+
1 y
·5 tp 5y
+
52 tp 5 x2
)
(9)
气缸套的导热方程为
·73 ·
研究大都忽略了活塞组气缸套导热的影响。活塞环还是缸内重要的导热元件 ,缸内燃气传给活塞的大部分热量经活塞环 —润滑油膜 —气缸套动接触系统传给冷却介质[2 ] 。另外缸内工作过程的瞬态变化 ,活塞组气缸套不同相对位置也是影响活塞环气缸套润滑摩擦的重要方面。本文在上述已有的润滑摩擦研究工作基础上 ,进一步考虑缸内工作过程循环变动及活塞气缸套间动接触导热对缸内润滑摩擦的影响 ,建立了活塞环组的非稳态热混合润滑、摩擦数理模型及数值方法 ,使润滑油膜的润滑、摩擦特性更具真实性。
φs 代表了除了粗糙表面间的滑动以外的流动。流
量因子可以通过膜厚比 ,即实际油膜厚度、表面粗
糙度的比值 ( Hσ = h/σ) 和表面粗糙度方向因子
(γ) 的函数求得。
油膜厚度非常薄 (μm 量级) ,相对于其他尺寸
相差几个数量级 , 所以沿油膜厚度方向的压力变
化可以忽略不计。沿着缸套的轴线方向是轴对称
件给出冷却水的温度和换热系数 ; 润滑油的冷却
边界条件由经验公式确定 ; 而对于活塞组和气缸
套的相对运动边界 ,则采用它们之间的耦合传热
关系 ,通过迭代算法 ,确定其边界条件。具体做法
是将润滑油膜的传热简化成导热热阻 ,以此来完
成活塞组与气缸套间的热联系。由以上假设 ,活塞
和气缸套间的换热关系为
55τtL
=
αL
(
52 tL 5 y2
+
1 y
·5 tL 5y
+
52 tL 5 x2
)
(10)
式中 α: p 、αL 分别为活塞、气缸套的热扩散率。
采用耦合研究方法确定微分方程 (9) 和式
(10) 的边界条件[6 ] : 燃烧室内由 GT2Power 软件
给出燃气的温度和换热系数 ;冷却水由 Star2CD 软
子的平均雷诺方程 ,其中压力和流量因子都是表
面粗糙度的函数[3 ] ,则
5 5x
φx
h3
12μ
·55
P x
+
5 5y
φy
h3
12μ
·55
P y
=
U 1 + 2
U 2 ·55hxT +
U1 2
U2
·σ55φxs
+
5hT 5t
(1)
其中压力、流量因子分别来源于 φx 、φy 随机产生表面粗糙度的数值模型解决方案。剪切流量因子
对能量方程沿 y 方向在 (0 , h) 上积分 , 考虑到摩擦热的影响 ,平均形式的能量方程为
∫ ∫h
ρcV
h 0
U
5 5
T x
d
y
=
k
52 T 5 y2
d
y
+
0
∫h
τx y
5U 5y
d
y
+
S
(8)
0
式中 : S 是单位时间、单位面积上产生的摩擦热中
分配给润滑油膜的部分 ,由于热传导作用其他的
Abstract : L ubrication and friction on Piston2Ring Pack in IC Engine will directly influence t he engine power , t he fuel economy and t he reliability. During engine operation , t he cyclic variation of working process in cylinder and t he heat transfer under dynamic contacting between t he piston and cylinder bore influence t he state of oil film. Thus , t he state of lubrication and friction for t he piston2ring Pack is variable in different positions. This paper concentrated on t he mat hematic and p hysical model as well as its numerical calculation for t his transient , t hermal and mixed lubrication and friction between piston ring and cylinder bore based on t he steady , t hermal and mixed lubrication properties of t he conventional piston ring pack t hrough introducing t he instantaneous heat transfer under dynamic contacting between piston sets and cylinder liner. The lubrication and friction properties of piston ring pack , and parameters such as t he temperature fields of piston and liner , film t hickness , film temperature , friction force and friction heat etc. can be simulated by t he met hod. Keywords :Piston ring ;Oil film ; Transient ;Mixed lubrication