活塞环与缸套的润滑
内燃机活塞环-缸套润滑状态分析
平均油 膜 压力 ； ｈ —— 名义油 膜厚 度 ，即不考 虑 表面粗糙 度 时 活 塞 环 和 气 缸 套 两 表 面 之 间 的油 膜 厚
一
度； Ｊ —— 润滑油 的 密度 ； ０ 润滑 油 的黏度 ； 活塞 速度 。
一 一 — —
定义 一 无量纲 参数 膜厚 比为名 义油 膜厚 度与综 合 粗糙 度 比值 ，其表 达 式如下 ：
关 键词 ：活 塞 环 ；缸 套 ；润 滑 状 态
中 图分 类 号 ：Ｔ １ ． ： Ｋ４ ３３ ． Ｋ４ ３ ２ Ｔ １ ． ’ ３
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
式 中：
—— 在 方 向上 的压 力流量 因子 ；
一
活塞 环 一缸 套是 内燃 机 中最 重要 的摩 擦 副之 一 ， 既要 防止燃 烧室气 体 窜入 曲轴箱 中造成 燃 气泄漏 ，又 要避 免 曲轴箱 中的润 滑油进 入燃烧 室燃 烧 。为 了保 证 良好 的密 封作用 ， 活塞 环被 设计成 具有 径 向弹力 的环 ， 在 自身 弹性 力 的作 用 下 ，活塞环 被紧 紧地 压在气缸 套 内壁表 面起密封 作用 。所 以活塞 环 长期受 自身 弹力 和
ｆｘ（ ．９ ２ ０７２ － ．ｏＨ ＋ ．４ Ｉ 。 ０ ｐ－Ｏ６１ ＋ ．８／ ０３４ Ｏ００ Ｈ ） ≤Ｈ＜３ ｅ － ／
Ｉ １
Ｈ３ ≥
收稿 日期 ：２ ０ —５２ ；修 回 日期 ：２ ０—７ ２ ０ ６０— ２ ０ ６０ —７
作者简介 ；朱代根（ ９ ９） 男， 建南平 人， 士研究生 。 １７ 一 ， 福 硕
＝
１ １ 活塞环径 向平衡 方 程 ．
活 塞环径 向受力 的平 衡条件 为 ；
5-6第六节气缸润滑
第六节气缸润滑柴油机气缸润滑是一个复杂而重要的问题。
在大型十字头式柴油机中，气缸润滑是一个独立的润滑系统，其润滑设备、滑油品质以及运转管理均需特殊考虑。
在当代柴油机高强化、燃油劣质化的发展中，对气缸润滑提出了更加苛刻的要求。
一、气缸润滑的工作条件气缸润滑的特殊性首先在于高的工作温度。
通常，气缸套上部表面温度约为180~220℃，气缸套下部表面温度约为90~120℃，活塞环槽表面温度根据测量点位置和活塞顶的设计在100~200℃之间。
高温会降低滑油粘度，加快滑油氧化变质速度，并使缸壁上的部分油膜蒸发。
其次，活塞在往复运动时的速度在行程中部最大，在上、下止点处为零。
因此只有在活塞行程中部才有可能实现液体动压润滑，而在上、下止点处则不可能。
特别在上止点处，气缸中的温度最高，活塞环对缸壁的径向压力最大，即使滑油能承受这样的高温，也只能保证边界润滑条件。
柴油机使用劣质燃油后给气缸润滑带来了新的问题。
这主要是由于劣质油的高硫分、高灰分、高残炭值和高沥青值引起的。
如前所述，此时会对气缸造成低温腐蚀、固体颗粒磨损、结炭增多以致引起活塞环粘着和气口堵塞等故障。
另外，活塞顶与环带部分变形也使气缸润滑的难度增加。
由于上述原因气缸套特别是其上部，很难形成连续完整的油膜，因而一般在气缸套的上部第一道活塞环上死点对应的位置磨损特别严重。
图 5-6-1所图 5-6-1 气缸套磨损量随行程变化规律示为一台二冲程直流扫气柴油机的气缸套磨损量随行程变化的规律。
该柴油机使用劣质含硫燃油。
上限曲线表示使用低碱值气缸油，下限曲线表示使用高碱性气缸油。
由图可见，气缸套最大磨损量均发生在缸套上部。
采用高碱性气缸油可大大降低缸套腐蚀量，上、下限曲线间的影线部分可认为系由酸性腐蚀所引起的磨损。
二、气缸润滑的作用和润滑方式1．气缸润滑的作用（1）减少摩擦损失和防止气缸套及活塞的过度磨损；（2）带走燃烧残留物和金属磨粒等杂质；（3）帮助密封燃烧室空间；（4）在金属表面形成油膜，可防止燃气与金属接触，以免产生腐蚀；（5）减轻噪声。
活塞环与气缸套的配合及活塞环开口位置
活塞环与气缸套的配合及活塞环开口位置一、活塞环与气缸套的配合活塞环是内燃机活塞上的一个重要部件，用来密封气缸、减少气缸内压力泄漏和减少摩擦损失。
活塞环与气缸套的配合必须严密，才能确保发动机正常工作。
1.活塞环的种类活塞环一般分为顶环、第二环和油底环三种。
顶环是最靠近活塞头部的环，其主要功能是防止发动机工作时高温高压气体泄漏，同时能够传导热量，起到降温作用。
第二环位于顶环下方，主要作用是防止机油进入燃烧室，同时起到降低气缸内摩擦力的作用。
油底环位于第二环下方，主要作用是防止机油进入燃烧室和减少气缸内摩擦。
2.活塞环的材质活塞环一般采用合金材料，如铝合金、铸铁合金等，其硬度高、耐磨损性强，且具有较好的导热性能，能够适应高温高压的工作环境。
3.活塞环与气缸套的配合要求活塞环与气缸套的配合要求严密，一般要求活塞环与气缸套之间的间隙不能过大，也不能过小。
过大的间隙会导致气体泄漏和燃油消耗增加，过小的间隙会导致活塞环卡死，影响活塞的正常运动。
4.活塞环的安装要求在安装活塞环时，必须保证活塞环的开口位置与气缸套的开口位置错开，以防止气缸内压力过大时产生漏气现象。
二、活塞环开口位置的重要性1.活塞环开口位置的作用活塞环开口位置的主要作用是用于连接活塞环的两端，让活塞环能够灵活地扭曲和伸缩，以适应气缸内气体的压力变化。
同时，活塞环开口也可以帮助活塞环更好地固定在活塞上，防止活塞环在工作时脱落。
2.活塞环开口位置的设计原则活塞环开口位置的设计原则是要确保活塞环的两端开口位置错开，以避免在气缸内工作时同时暴露于气缸内的高温高压气体，从而导致活塞环变形和失效。
同时，活塞环开口位置还需要考虑活塞运动时对活塞环的冲击和磨损，确保活塞环的寿命和密封性能。
3.活塞环开口位置的检测方法在实际生产和维修过程中，活塞环开口位置的设计和安装必须严格按照标准操作规程进行。
在安装活塞环时，必须仔细检查活塞环的开口位置是否正确，确保活塞环的两端开口位置错开，以及与气缸套的开口位置错开，以避免发动机工作时出现泄漏和损坏。
主机汽缸油使用中应注意的几个问题
主机汽缸油使用中应注意的几个问题楼主发表于 2010-6-17 13:03 | 只看该作者 | 倒序看帖 | 打印近年来，随着高增压、长冲程船用柴油机的广泛应用，以及高粘度、低质和高硫份的燃料油大量使用，使得主机气缸润滑和汽缸油的使用问题，成为我们轮机人员必须面对和认真处理的重要课题。
要使处在高温、高压和高速运动部件之间获得良好润滑，主机气缸润滑本来就比较困难。
加之气缸内工作环境的特殊性：首先是工作表面高温（根据厂家技术资料显示，缸套表面温度一般介于100°C至260°C之间不均匀分布），导致汽缸油黏度降低，氧化变质加快，并使缸壁上的部分油膜蒸发；其次是因活塞在缸套中的往复运动，使得仅在活塞行程的中部才有可能形成液体动力润滑，而在上、下死点处是不可能的。
特别是在上死点处，此处温度最高，气压最大，一般仅能吸附一层油膜来保证边界润滑。
同时重油的使用对气缸润滑产生了更加不利的影响，这主要是由于低质重油中的高硫份、高灰份、高残碳及高沥青值所引起的。
高硫份会对汽缸造成酸性腐蚀；高灰份则会形成更多的固体磨料；高残碳及高沥青值将使气缸中的结碳增多，造成粘环及堵塞气口；这都是我们在主机的日常保养工作中经常遇到的问题。
因此，我们对于气缸油的选择及使用就有着较为严格的要求。
一、气缸油的选择1．一般情况下，我们是根据所用燃油的含硫量来选择气缸油的总碱值TBN。
由于我公司历来供船使用的均为品牌气缸油，其各项指标参数均符合国际标准，在此就不一一累述；但作为轮机长，应有一基本概念就是当燃油的含硫量高于2.5%时气缸油的总碱值TBN一般要大于60，而在一些工作条件严酷的高增压柴油机上已采用了总碱值为100的气缸油；否则就不能完全中和气缸中燃烧生成的硫酸。
2．结合笔者的实际工作经验，当船舶在南非及南美加装重油后，要特别注意气缸油的工况；在不可能获得更大总碱值的气缸油时，使用该重油时应考虑适当加大气缸油。
二、气缸油的使用1．在日常保养工作中较为重要的便是检查气缸油的总碱值是否足够。
柴油机活塞与缸套的匹配研究现状
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ｐｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｄｉ ｅ ｓ ｅ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ
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（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ９ ３ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
塞组 匹配具 有很 重要的作 用 。本文从 缸 套 与活 塞组
宋炳等［ ： １ 利用缸套 一活塞环摩擦磨损试验 台研 究了速度 、温度 、载荷 、供油等因素对缸套 一 活塞 环 系统摩擦 磨损 特性 的影 响 。结 梁表 明气 缸 活塞环
摩擦 副在发 动机 工作 循环 中润 滑状态 在不 断发 生变
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ０ ｆ ｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ａ ｒ ｉ ｄ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ： ： ￣ ｍ。 ｆ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｏ ｆ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ，
汽车构造(一)思考题答案分析解析
思考题总论1．汽车是如何分类的？答:（1）、按用途分类。
可分为普通运输车（轿车、客车、货车）、专用汽车（运输型专用汽车、作业型专业汽车）、特殊用途汽车（娱乐汽车、竞赛汽车）。
（2）、按动力装置类型分类。
内燃机汽车（活塞式内燃机汽车、燃气轮机汽车）、电动汽车（蓄电池电动汽车、燃料电池汽车、复活车）、喷气式汽车（3）、按行驶道路条件分类。
道路用车、非道路用车（4）、按行驶机构的特征分类。
轮式汽车、其他类型行驶机构的汽车。
2．轿车、客车、货车和越野汽车分别依据什么分类？各分为哪几个等级？答：轿车的分类依据是发动机工作容积，分为微型轿车、普及型轿车、中级轿车、中高级汽车、高级汽车。
客车的分类依据是车辆总长度，分为微型客车、轻型客车、中型客车、大型客车、特大型客车。
货车的分类依据是汽车的总质量，分为微型汽车、轻型汽车、中型汽车、重型汽车。
越野车按总质量分级，分为轻型越野车、中型越野车、重型越野车。
3．汽车是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？答：发动机，使输进气缸的燃料燃烧而发出动。
底盘，底盘接受发动机的动力，是汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操作正常行驶。
车身，车身是驾驶员的工作场所，也是装载乘客和货物的地方。
电气设备，电气设备包括电源组、发动机启动系统和点火系统、汽车照明和信号装置、仪表、导航系统、电视、音响、电话等电子设备、微处理机、中央计算机及各种人工智能的操作装置等。
4. 汽车的布置型式有哪几种？各有何特点？分别用于哪种汽车？答：发动机前置后轮驱动（FR）---是传统的布置形式。
大多数货车、部分轿车和部分客车采用这种形式。
发动机前置前轮驱动（FF）---是在轿车上盛行的布置形式、具有结构紧凑、减小轿车质量、降低地板高度、改善高速行驶时的操作稳定性等优点。
发动机后置后轮驱动（RR）---是目前大、中型客车盛行的布置形式，具有降低室内噪声、有利于车身内部布置等优点。
少数轿车也采用这种形式。
发动机中置后轮驱动（MR）---是目前大多数跑车及方程式赛车所采用的形式。
船用润滑油简析
船用柴油机分类●大型低速长冲程十字头式柴油机●中-高速筒形活塞式柴油机在大型船舶中，前者一般作为船舶的主动力推进装置的动力源，一般常称为主机，后者作为为辅助动力设备提供电力的发电机的原动机，一般常称为副机，也有称为辅机。
船用润滑油种类船用润滑油品种很多，主要有下列几大类：●主机气缸油用于低速十字头式柴油机中活塞环与气缸套之间的润滑。
低速十字头式柴油机都是二冲程型柴油机，由于发动机很大，活塞直径500-1000MM，活塞的行程约为缸径的2.5-3.5倍甚至更大，所以它装有横隔板和活塞杆填料函箱，把气缸与曲轴箱有效的分隔开，因此曲轴箱油（系统油）对活塞没有润滑作用，活塞环与气缸之间完全依靠机械注油器（目前较先进的船舶主机为电子注油器）将气缸油供至气缸套周围许多注油点，通过汽缸油本身扩散来进行润滑汽缸油是一次性使用的润滑油●主机系统油即船用主动力柴油机曲轴箱润滑油，对主机曲轴箱内曲柄连杆机构之间的摩擦副进行润滑●副机系统油即船用中-高速筒形活塞式柴油机润滑油。
由于中-高速筒形活塞式柴油机活塞直径较小，在150-500MM之间，它跟一般车用柴油机结构很相似，只是比车用柴油机大，所以它多靠连杆大端把油底壳润滑油甩出飞溅到气缸壁来经行润滑活塞气缸部位，又同时润滑曲轴箱内活动件。
对于新式的大功率大直径的中-高速筒状活塞式柴油机，也设有机械注油器作为飞溅润滑的补充。
（对于一些内河，小型沿海船舶，渔船等船舶，广泛使用“中-高速筒形柴油机+减速齿轮箱”组合做为船舶的主动力推进装置，此类船舶主机系统油即为大型船舶的副机系统油）船舶在船针对主机，副机系统油会标配专用分油机，对其系统油经行连续分离作用，对系统油中混入的水分，燃烧后产物，杂质经行高速离心分离，对主，副机系统油进行自清作用，延长系统油使用时间，减少系统油更换次数。
●船用其他小品种润滑油主机透平油，空调用冷冻机油，齿轮润滑油，空压机润滑油，尾轴管油等。
使用量较少船用各润滑油特点●气缸油船用气缸油用于低速十字头式柴油机活塞环与缸套之间的润滑，低速十字头式柴油机是二冲程，正常营运转速介于90-160（目前已有低至60）转/分，通常是直接跟推进器链接。
第四章 几种激光微凹坑表面的比较实验
第四章激光微造型表面摩擦特性的实验研究4.1实验条件与试样参数介绍物体的摩擦性能主要指的是摩擦力(摩擦力矩)、承载能力、抗磨损能力等。
本章主要是实验结果进行分析，考察具有不同几何参数的规则微凹坑对表面摩擦特性的影响。
与第二章的模拟分析结果相对照，试图找到不同尺寸微凹坑对面接触摩擦副间摩擦性能的改变与表面功能形貌之间的联系，为表面功能形貌的分析与设计提供参考。
虽然规则凹坑只占摩擦副表面的很小一部分面积，但是由于凹坑微单元分布的规则性，承载区域内部的各个微单元附近的油膜厚度和压力分布会随着凹坑的大小及分布规律而变化，反映出来就是凹坑对表面摩擦特性的影响有一定的规律。
目前，过内外学者对这种规则凹坑表面的研究主要考虑以下几个参数：凹坑深度、凹坑直径、凹坑的深径比、凹坑间距和凹坑的表面积占有率。
这些参数不是独立的，例如知道凹坑直径和凹坑深度就可以算出凹坑的深径比。
由于加工与检测仪器的功能和精度有限，本次实验主要考察凹坑直径和凹坑间距对缸套表面摩擦学性能的影响。
由于对比实验时缸套试样表面加工的凹坑比较浅，磨损实验结束后，表面的规则凹坑已经变的非常的模糊，不便于观察和测量。
比较实验时使用的激光加工功率为9瓦，是对比实验的3倍。
试样的具体参数如表4-1所示，凹坑直径加工了4个系列，每个系列加工5种凹坑间距，总共20个试样。
为了保证结果的准确性，选择十个不同参数的试样作了重复实验。
表4-1比较实验的激光微结构参数本次实验的条件和操作过程与对比实验时的基本一样，有两个地方需要说明：一是载荷的变化，由对比实验结果所画出的曲线可以看出，各个尺寸的凹坑表面在摩擦学特性上区别不是很明显。
本次实验严格了操作和外界温度情况，在实验进行的最后70分钟将载荷增加到350牛顿，使得实验结果的差别更加明显。
二是增加了摩擦力的测量，采用前面所述的检测设备，直接保存了摩擦力曲线和对应的数值，使得实验结果更加成分。
4.2对表面形貌的影响为了考察凹坑对表面摩擦性能的影响与表面形貌变化之间的联系，对实验前后的规则凹坑缸套表面进行了形貌测量和凹坑区域附近的图像信息采集。
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活塞环与缸套的润滑
1.内燃机润滑的特殊性
内燃机与其它机械相比，润滑的特殊性有：
①快速往返运动；
②小型、轻量，为达到大的输出功率且滑动面负荷大；
③滑动面温度高，由于输出功率的限制，润滑油要有耐热性；
④受温度分布变化，热应力限制；
⑤缸壁供油过多油耗过大；
⑥尽量减少摩擦面高温燃气产生有害成分含量的排放。
2.润滑摩擦及磨损机构
2.1固体摩擦图1固体磨擦面的实际接触面积
图1为固体摩擦面的实际接触情况，它是凸出部分相互接触，在接触面A处造成非常大的应力，开始摩擦付双方可能产生塑性变形，当应力大时也可能折断，当温度升高至低熔点一方的熔点时，两面会产生胶粘。
……结果是固体摩擦刚一出现，虽然速度，载荷一定（没有变化），摩擦系数发生了变化。
……铸铁材料石墨多孔性可含油，熔点高的材料耐磨性高。
图1固体摩擦面的实际接触面积
2.2滑动面的液体润滑
W正压力（载荷）；μ油黏度
P油压； U相对运动速度
H1油膜厚；d W正压力负荷
F 摩擦力
图3强力附着在金属面上脂肪饱和酸的分子与极性原子团的模型
2.3边界润滑（略）
2.4实际摩擦状态
图4为各种摩擦状态的摩擦系数，图中W正压力，μ
粘度，U相对运动速度。
图中曲线1-2：液体润滑摩擦状
态，摩擦系数低。
直线3-4：摩擦付之间润滑油流失。
但
摩擦面上吸附一层极性原子团COOH1，其上粘有饱和脂肪
酸，此时摩擦系数介于液体摩擦与固体干摩擦之间，是
由液体润滑摩擦变成固体干摩擦的中间边界摩擦状态。
直线5-6；固体干摩擦，摩擦面在边界摩擦状态下，由
于油膜的破坏，继续摩擦造成摩擦力增大，温度升高，
使得极性原子团COOH1，及粘有饱和脂肪酸脱离摩擦面，
完全形成干摩擦，使摩擦付双方金属直接接触，摩擦系
数变成摩擦付的最大值。
3.活塞环油膜的形成
3.1活塞环润滑的特殊性
图3.5活塞环动面磨合过程（轴向放大）图3.6作用于环的力
图3.5活塞环滑动面磨合过程，图3.6作用于环的力。
3.2滑动面的形成。
e = B′/1000
式中e塌边量（译者注；指磨合后波峰被磨去部分出现的凸度高，参见图3.5磨合完全部分，e指图中尺寸c）B′实际幅度（译注：此处不宜译为厚度，以免与径向厚度相混，参见图3.5，图3.6指测量处实际磨合的轴向环高尺寸，图3.5中B′=3mm。
）
环与缸套滑动接触面中央的最小油膜厚h2，楔形油两端进出口处油膜厚h1。
h1/h2=2
3.3滑动面的做用力
作用在活塞环上的力参见图6
W=B(P 1+ Pe)
式中W 为总载荷 ；B 工作状态环外圆面对缸壁的力，分两部分：P 1及Pe ； P 1油压
Pe 环的弹力 3.4滑动的效果
活塞环润滑模型参见图7，图中油的入口①，W 总载荷，A 油膜内任意点，其坐标X 、Y 、Z ，h 1油膜进口处厚度，h 2油膜最小厚度，此处为出口处油膜厚，B ′实际幅度、B 有效幅度、U 相对运动速度(上、下死点位置u=0)
()⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂∂∂=∂∂u h
y h x h y y x p x y u μ2
3.5油膜厚度和摩擦力的过程
活塞环在一定压力P 于气缸套中运动时的摩擦力经测定后显示于图8，图中转速分为4组，表示了转速对摩擦力的影响。
图10为新产品磨合30分钟后的摩
擦力线图。
图11为汽车汽油机环油膜厚度计
算实例。
图8活塞环在一定 图9转速的影响 压力P 于汽缸套中运动时 的摩擦力图、转速的影响。
D 环基本直径
S 行程
rpm 转/分
μ黏度
图11汽车用汽油机活塞环油膜厚度计算。