一种分区微造型缸套及其区域划分和分区微造型设计方法技术

本发明专利技术公开了一种分区微造型缸套，包括缸套，缸套沿其轴向从上至下依次划分为边界润滑区域一、混合润滑区域一、流体润滑区域、混合润滑区域二、边界润滑区域二，并公开了缸套区域划分及分区微造型设计方法，包括1)确定发动机的型号及基本参数。2)确定发动机的工作转速、曲柄长度、连杆长度。3)活塞环径向载荷分析。4)对照缸套

【技术实现步骤摘要】
一种分区微造型缸套及其区域划分和分区微造型设计方法


[0001]本专利技术涉及微微造型减摩领域，尤其是涉及一种分区微造型缸套及其区域划分和分区微造型设计方法。

技术介绍

[0002]内燃机中活塞环～缸套摩擦磨损是最常见的工业设备磨损现象，并且其也决定着内燃机的寿命。有学者指出，活塞环～缸套摩擦副消耗摩擦功占内燃机摩擦总功的25％～50％。活塞环～缸套摩擦副的异常磨损会导致内燃机的噪音和振动增大，燃气泄露严重，润滑油消耗增加，功率下降，燃油消耗加大等现象。
[0003]表面微造型技术是指在摩擦副的一个表面加工出一定阵列分布的微小沟槽或点坑等微造型图案，在干摩擦情况下，可以容纳磨屑；在贫油润滑条件下可以存储润滑油；在流体润滑和混合润滑条件下可以产生动压润滑的压力。因此微微造型可以减少摩擦，提高内燃机的寿命。由于缸套面积大，易于加工，因此选择缸套作为微微造型的加工对象。
[0004]现有的专利技术技术中微造型缸套没有考虑润滑状态的影响，如专利技术专利202023015076.1一种复合润滑结构的内燃机缸套中微微造型类型为圆形凹坑均匀分布，这种均匀微造型忽略了润滑状态的影响，减阻效果欠佳。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种分区微造型缸套，并提供了其区域划分和分区微造型设计方法，以减小缸套活塞环之间的摩擦阻力，达到减阻效果，改善柴油机的摩擦、润滑等特性。
[0006]技术方案：一种分区微造型缸套，包括缸套，缸套沿其周向从上至下依次划分为边界润滑区域一、混合润滑区域一、流体润滑区域、混合润滑区域二、边界润滑区域二，相邻两个区域之前的界限分别为边界S1、边界S2、边界S3、边界S4，边界润滑区域一和边界润滑区域二上均分布有多个圆形微造型盲孔一，混合润滑区域一和混合润滑区域二均分布有多个圆形微造型盲孔二，流体润滑区域上分别有多个椭圆形微造型盲孔。
[0007]进一步的，边界S1、边界S2、边界S3、边界S4与边界润滑区域一的上边界之间的间距分别为0.4～1.5mm、2～5mm、122～124mm、124.5～125mm。
[0008]进一步的，圆形微造型盲孔一的半径R1为0.005mm～0.125mm，深度HP1为0.005mm～0.04mm，多个圆形微造型盲孔一在边界润滑区域一和边界润滑区域二的面积占比为10％～25％。
[0009]最佳的，多个圆形微造型盲孔一呈等距矩阵型分布，横向相邻两个圆形微造型盲孔一之间的间距与纵向相邻两个圆形微造型盲孔一之间的间距相等。
[0010]进一步的，圆形微造型盲孔二的半径R2为0.05mm～0.125mm，深度HP2为0.005mm～0.04mm，多个圆形微造型盲孔二在混合润滑区域一和混合润滑区域二的面积占比为10％～25％。
[0011]最佳的，多个圆形微造型盲孔二呈等距矩阵型分布，横向相邻两个圆形微造型盲孔二之间的间距与纵向相邻两个圆形微造型盲孔二之间的间距相等。
[0012]进一步的，椭圆形微造型盲孔的倾角θ为0
°
～90
°
，椭圆短轴a与椭圆长轴b的比值为1:(1～4)，深度HP3为0.005mm～0.04mm，多个椭圆形微造型盲孔在流体润滑区域的面积占比为10％～25％。
[0013]最佳的，多个椭圆形微造型盲孔呈阵型分布，横向相邻两个椭圆形微造型盲孔之间的直线距离与纵向相邻两个椭圆形微造型盲孔之间的直线距离相等，均为L3，每行椭圆形微造型盲孔的倾角θ倾向同向，相邻两行椭圆形微造型盲孔的倾角θ倾向相反。
[0014]一种缸套表面润滑状态区域划分和分区微造型设计方法，包括以下步骤：
[0015]第一步：发动机基本参数的确定，确定发动机的型号及基本参数；
[0016]第二步：发动机工况的确定：确定发动机的正常工作转速、曲柄长度、连杆长度；确定做功行程缸套位置与活塞环速度的变化规律：
[0017]发动机活塞环位移随曲柄角度的关系式为：
[0018][0019]其中，S是活塞的位移，单位为m；r是曲柄半径，单位为m，L是连杆长度，单位为m；α是曲柄与气缸中心线的夹角，单位为
°
；
[0020]发动机活塞环速度随曲柄角度的关系：
[0021][0022]其中，v是活塞运动速度，单位为m/s；ω是发动机怠速转速，rad/s；
[0023]第三步：发动机活塞环径向载荷分析：确定发动机不同行程下的径向受力变化，确定做功行程下活塞环的径向载荷变化规律：
[0024]根据受力情况建立平衡方程：
[0025]F
Z
+F
a
+F
r
＝F
e
+F
g
；
[0026]其中，F
Z
为油压产生的径向作用力；Fa为缸套与活塞环接触产生的径向压力，Fr为活塞环下表面与槽之间的静摩擦力；Fe为活塞环的径向弹性力，Fg为活塞环背部压力气体作用力；
[0027]活塞环的弹力计算公式为：
[0028][0029]其中，S0为活塞环的开口端距，D为活塞环半径，T为活塞环径向厚度，E为活塞环弹性模量。
[0030]活塞环面压的计算公式为：
[0031][0032]其中，H为活塞环环高；
[0033]第四步：对照缸套
‑
活塞环做功行程在不同缸套位置的速度、载荷，进行摩擦试验，获得做功行程不同位置的摩擦系数；
[0034]第五步：基于销盘摩擦磨损实验确定发动机缸套润滑状态区域：根据摩擦系数确定边界润滑区域、混合润滑区域和流体润滑区域位置并进行分区微造型。
[0035]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术利用摩擦磨损机找到不同润滑状态区域的临界位置，不同润滑状态采用不同的微造型尺度，再通过激光冲击技术在缸套表面加工出微微造型，通过凹坑储存磨屑和润滑油或者产生动压润滑效果从而达到减阻的目的。在缸套贫油润滑区域表面加工微米级微微造型，不仅可以提高材料表面的硬度和强度，还可以最大程度储存磨屑和润滑油。在混合润滑区域表面加工微米级微微造型，可以增强表面的动压润滑性能。在流体润滑区域表面加工毫米级微微造型，可以增强表面的动压润滑性能能够有效减少活塞环与缸套之间的磨损。采用分区缸套微微造型以后可以大幅度提高缸套活塞环之间的摩擦磨损性能。
附图说明
[0036]图1为本专利技术流程图；
[0037]图2为活塞环(顶环、第二道环、油环)型线图；
[0038]图3为缸套轴向位置划分示意图；
[0039]图4为发动机活塞环位移图；
[0040]图5为发动机活塞环速度图；
[0041]图6为做功行程速度与缸套位置的关系图；
[0042]图7为活塞环径向受力分析图；
[0043]图8为发动机燃烧室压力示意图；
[0044]图9为做功行程径向载荷与缸套位置的关系图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分区微造型缸套，包括缸套，其特征在于：缸套沿其周向从上至下依次划分为边界润滑区域一(1)、混合润滑区域一(2)、流体润滑区域(3)、混合润滑区域二(4)、边界润滑区域二(5)，相邻两个区域之前的界限分别为边界S1、边界S2、边界S3、边界S4，边界润滑区域一(1)和边界润滑区域二(5)上均分布有多个圆形微造型盲孔一，混合润滑区域一(2)和混合润滑区域二(4)均分布有多个圆形微造型盲孔二，流体润滑区域(3)上分别有多个椭圆形微造型盲孔。2.根据权利要求1所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：边界S1、边界S2、边界S3、边界S4与边界润滑区域一(1)的上边界之间的间距分别为0.4～1.5mm、2～5mm、122～124mm、124.5～125mm。3.根据权利要求1所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：圆形微造型盲孔一的半径R1为0.005mm～0.125mm，深度HP1为0.005mm～0.04mm，多个圆形微造型盲孔一在边界润滑区域一(1)和边界润滑区域二(5)的面积占比为10％～25％。4.根据权利要求3所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：多个圆形微造型盲孔一呈等距矩阵型分布，横向相邻两个圆形微造型盲孔一之间的间距与纵向相邻两个圆形微造型盲孔一之间的间距相等。5.根据权利要求1所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：圆形微造型盲孔二的半径R2为0.05mm～0.125mm，深度HP2为0.005mm～0.04mm，多个圆形微造型盲孔二在混合润滑区域一(2)和混合润滑区域二(4)的面积占比为10％～25％。6.根据权利要求5所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：多个圆形微造型盲孔二呈等距矩阵型分布，横向相邻两个圆形微造型盲孔二之间的间距与纵向相邻两个圆形微造型盲孔二之间的间距相等。7.根据权利要求1所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：椭圆形微造型盲孔的倾角θ为0
°
～90
°
，椭圆短轴a与椭圆长轴b的比值为1:(1～4)，深度HP3为0.005mm～0.04mm，多个椭圆形微造型盲孔在流体润滑区域(3)的面积占比为10％～25％。8.根据权利要求7所述的一种分区微造型缸套，其特征在于：多个椭圆形微造型盲孔呈阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊玉杰，许成成，夏晶，苏宇，刘志强，刘芳华，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：