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缸套活塞摩擦学性能试验机的设计研究 【摘要】缸套-活塞环是内燃机中不可缺少的摩擦副，它是一个典型的摩擦学系统，其工作环境并不良好，经常在高温、高压、高速和重载状态下工作，包含了多种类型的摩擦和磨损。缸套-活塞环这一摩擦副之间的相互作用十分显著，主要是由摩擦、磨损和润滑引起的，能直接影响内燃机的动力性、排放性、稳定性以及燃油经济性。因此研究内燃机缸套-活塞环摩擦磨损问题，不仅可以提高缸套-活塞环的工作性能，而且能够延长缸套-活塞环的使用寿命，这对于改善内燃机整机的工作性能具有重大意义。 本文设计了一种立式缸套-活塞环摩擦磨损试验机，提供了一种由直线电机传动、测量准确、能够模拟实际工况的试验机。该试验机以研究缸套-活塞环在内燃机中的实际摩擦磨损情况为研究目的，采用大众 POLO 的缸套-活塞环作为研究对象，通过模拟缸套-活塞环之间的载荷变化、温度变化等测试其摩擦和润滑性能。 35723
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【毕业论文关键词】缸套-活塞环；摩擦磨损；试验机
The design of the cylinder liner piston tribological performance tester
[Abstract] Cylinder liner- piston ring friction pair is a typical tribological system in internal combustion engine, its working environment is very harsh, often working at high temperature， high pressure, high speed and heavy load conditions, including a variety of types of friction and wear. The interaction of friction, wear and lubrication between cylinder liner- piston ring friction pair is very significant, it can directly influence the performance , emissions and fuel economy, stability of the internal combustion engine. Therefore, the research of cylinder liner - piston ring friction and wear in internal combustion engine . It not only can improve the working perfomance of cylinder liner - piston ring, but also can prolong the service life of cylinder liner - piston ring , which is of great significance for improving the performance of the engine. This paper introduces a vertical cylinder piston ring fiction–abrasion testing machine, providing a testing machine which can make an accurate measurement and simulate the actual condition. The research purpose of this testing machine is the actual fiction-abrasion condition of cylinder piston ring in internal combustion engine, the research object is the cylinder piston ring working conditions of the Volkswagen POLO. Through simulate the variation of changes between load, temperature and ect. and then test the friction and lubrication performance.
[Key words] cylinder liner - piston ring; Fiction-abrasion; Testing machine
目录
摘要..I
Abstract..II
第一章绪论..1
1.1课题研究背景.1
1.2摩擦磨损试验机的分类及国内外现状..2
1.3研究摩擦副机构摩擦磨损的试验方法..3
1.4论文的主要研究内容4
第二章试验机的设计..6
2.1缸套-活塞环的工作环境6
2.2缸套-活塞环摩擦副的磨损分析6
2.3试验机的设计准则7
2.4试验机的整体设计思路.8
第三章试验机系统.10
3.1试验件的组成10
3.2音圈直线电机.13
3.3温度控制系统.14
3.4润滑油供给系统..16
3.5径向压力测量部分..17
3.6摩擦力测量部分19
3．7数据采集部分..20
第四章内燃机实际工况下的运动分析..22
4.1内燃机动力件学理论.22
4.2内燃机机身表面振动信号产生机理.24
第五章结论.27
参考文献28
后记..30
1 第一章 绪论
1.1 课题研究背景 自内燃机诞生以来便在国家经济和人民生活中取得了举足轻重的地位，这主要归结于其结构紧凑转速，功率范围广，操作方便等的优势才赢取了如此之高的地位。现在，在农业、工业、交通运输、国防建设等领域各个领域中内燃机都已经得到了广泛的应用。特别是在中国进入21世纪以来，随着科技的发展和进步，我国的工业化水平已跻身于世界水平并已然成为内燃机生产应用的大国。每年制造的内燃机总量超过6000万台，总功率更是达到惊人的H.3亿千瓦。但是在内燃机的使用过程中，随着时间的流逝，摩擦磨损这一状况不可避免，因此，这也造成了巨大的经济损失。有研究指出，全世界大约有1/3-1/2的一次能源消耗在摩擦磨损上[1]。在内燃机工作的时候其部件的磨损状况将直接影响到它的机械效率，与此同时，部件的使用寿命也决定着内燃机整体的使用寿命。因此，在如今倡议节能、环保、高效的社会大环境下，减少内燃机内部部件之间的摩擦磨损已经成为当前十分重要的研究课题。 内燃机的缸套-活塞环是影响着内燃机的动力性、耐久性、可靠性的一种占比很大的摩擦副。内燃机工作时受到缸套-活塞环的摩擦磨损的直接影响，一部分燃油气体未经充分燃烧便直接排放到空气中，增大了内燃机自身的能耗、对大气的污染程度、以及 PM2.5的排放量。查阅资料发现，有 10%-20%的内燃机燃量损耗在机械损失中，且正是以下的 5部分组成了这些机械损失 [2]： （1） 活塞、活塞环及气缸套之间的摩擦损失； （2） 曲轴连杆系统及液体摩擦损失； （3） 配气机构摩擦损失； （4） 驱动附属机构的功率损失； （5） 泵损失。 内燃机中主要的摩擦损耗比例如表 1.1所示。其中，活塞、活塞环与缸套的摩擦损耗占据了整个摩擦损耗的主要部分，高达 45%-65%[2]。而且，缸套-活塞环这一摩擦副的摩擦磨损带来的影响十分显著且不乐观，因为这不仅仅会影响到内燃机的工作效率也大大影响了它的使用年限，这是我们所不希望发生的，另外，内燃机的工作稳定性和可靠性也被大大的削弱了。 众所周知，在内燃机的工作过程中，缸套的表面时刻与高温、高压的燃气相接触，此时，活塞做高速往复运动，使得活塞环与缸套内壁不停摩擦。由于摩擦会产生磨损，会损坏内部部件，所以，对缸套-活塞环这一对摩擦副的刚度、强度、耐磨性则便有了更高的要求。 在内燃机各器件进行组装之前，先对所要采用的活塞环和气缸套进行模拟实验，模拟研究备选的缸套-活塞环在工作状态下的摩擦磨损特性，并根据结果选择耐磨性最好的摩擦副，这显然是一种经济有效的方法。而且，先期的模拟实验结果也能为内燃机的整体设计和进一步改进提供参考。