论文总字数：24082字

摘 要

缸套-活塞环磨合运转是船舶柴油机在投产前的重要工序。然而磨合质量取决于表面纹理结构，其是影响磨合运转可靠性的直接因素。然而，表面纹理结构对柴油机缸套-活塞环摩擦副的润滑性能有着非常重要的影响，良好的纹理结构，可以在磨合运转中降低其摩擦力，进一步减少船用柴油机的摩擦功率消耗。研究表明，因此以柴油机缸套-活塞环摩擦副为研究对象，设计其切片复合纹理结构，并研究其摩擦性能，是十分必要的。

试验研究了船舶柴油机气缸套-活塞环摩擦副在磨合过程中的摩擦学和的运动行为，更进一步帮助我们了解、探讨其摩擦副的摩擦传递规律。本试验采用激光表面织构技术制备表面结构，因此在柴油机缸套-活塞环上制备了三种表面纹理结构：活塞环上的凹坑织构、缸套上的沟槽织构和两侧的耦合织构，然后采用负载300N，50rpm的转速，在切片测试仪上进行一系列的测试，利用摩擦系数、接触电阻和表面形貌三种表征方法来描述柴油机缸套-活塞环的摩擦性能。

试验结果表明，与无纹理结构表面相比，三种表面织构均改善了磨合过程中的摩擦性能。活塞环上的凹坑纹理结构结构作为移动油箱，润滑油的供给能力高于缸套上的沟槽纹理结构作为静态油箱的润滑油供给能力。相反，作为气缸套上可移动的碎屑捕集器，凹坑织构的磨合质量低于沟槽织构。结果表明，复合纹理结构综合了凹坑织构和沟槽织构的优点。通过耦合效应在止点处优化这些影响因素，使表面具有更好的磨合质量、减摩能力、磨合效率、承载能力和储油能力。综合实验研究，我们发现复合纹理结构在减摩降摩方面具有良好的效果，改善和优化船舶柴油机的缸套和活塞环之间的摩擦副的摩擦传递性能，降低柴油发动机的摩擦效率消耗。为设计、制造和优化船舶柴油发动机的气缸套-活塞的摩擦能力提供了一种新的途径，达到减摩减摩的效果。

关键词：船舶柴油机；缸套-活塞环；复合纹理结构；磨合期；摩擦性能

Abstract

Cylinder liner - piston ring running-in operation is an important process of Marine diesel engine before putting into production. However, the running in quality depends on the surface texture structure, which is the direct factor affecting the running in reliability. However, the surface texture structure has a very important influence on the lubrication performance of the cylinder jacket-piston ring friction pair of the diesel engine. A good texture structure can reduce the friction force in running-in operation and further reduce the friction power consumption of the Marine diesel engine. The results show that it is necessary to design the laminated texture structure and study the friction performance of the piston ring and cylinder liner.

The tribological and motion behavior of the friction pair between cylinder liner and piston ring in the running in process of Marine diesel engine is experimentally studied, which helps us to understand and discuss the friction transfer rule of the friction pair. This experiment adopts laser fabrication of surface structure, surface texture so on diesel engine cylinder liner - piston ring three surface texture structure was prepared, pit texture on the piston ring and cylinder liner on the grooved coupling on either side of the texture and texture, and then USES the load of 300 n, 50 RPM speed, a series of tests on the slice tester, using the coefficient of friction, contact resistance and three methods of characterization of surface topography to describe the friction performance of diesel engine cylinder liner - piston ring

The experimental results show that compared with the textured surface, the three textures all improve the friction performance in the running-in process.The pit texture structure on the piston ring is used as the moving oil tank and the lubricating oil supply capacity is higher than the groove texture structure on the cylinder liner as the lubricating oil supply capacity of the static oil tank.In contrast, as a moveable debris trap on the cylinder liner, the running-in mass of the pit texture is lower than that of the groove texture.The results show that the composite texture structure combines the advantages of pit texture and groove texture.The coupling effect is used to optimize these factors at the dead point, so that the surface has better running-in quality, friction reduction capacity, running-in efficiency, bearing capacity and oil storage capacity.Based on the comprehensive experimental study, we find that the composite texture structure has a good effect on friction reduction and friction reduction, which can improve and optimize the friction transfer performance of the friction pair between the cylinder liner and piston ring of the Marine diesel engine and reduce the friction efficiency consumption of the diesel engine.It provides a new way to design, manufacture and optimize the friction capacity of cylinder liner and piston in Marine diesel engine

Key Words：Marine diesel engine; cylinder liner piston ring; running in period; co- texture; friction performance

目 录

第1章 绪论 1

1.1目的及研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1表面纹理技术在柴油机缸套上的应用研究 2

1.2.2表面纹理技术在柴油机活塞环上的应用研究 3

1.3主要研究内容 4

第2章 试验设备、表面织构的制备与分析方法 7

2.1往复式摩擦磨损试验机 7

2.2表面纹理结构的切割加工与参数的选择 8

2.3分析方法 10

2.3.1摩擦系数分析 10

2.3.2接触电阻分析 10

2.3.3表面形貌分析 10

2.4实验方案及设计 11

2.5本章小结 12

第3章 基于表面纹理技术的缸套-活塞环摩擦磨损性能比较 13

3.1各摩擦副纹理结构摩擦系数的比较 13

3.2各摩擦副纹理结构接触电阻的比较 16

3.3各摩擦副纹理结构表面形貌的比较 19

3.4本章小结 22

第4章 结论与展望 23

4.1总结 23

4.2展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1目的及研究意义

柴油机是一个高效的机械能设备，柴油发动机应用广泛，如海运、发电、机械工程等各行业，经过长期的发展，极大地推动了工业革命，使世界社会的经济进一步的发展。船舶柴油机对于船舶来说是非常重要、不可或缺的，船舶柴油机是船舶的核心动力、动力心脏^[1]。船用柴油机的缸套-活塞环总成是主要摩擦副之一，从柴油机的功率、经济性、稳定性和寿命等方面分析，其摩擦副的摩擦润滑性能对柴油机性能有着很大的影响。相关试验、文献结果指出，其摩擦副大约占整个船用柴油机摩擦功率消耗的四分之一至二分之一，而且在船舶机械器件的故障统计中，由缸套-活塞环所产生的损坏故障也是很多的，比较常见的。在柴油机运转过程中，缸套-活塞环经受着高温、高压以及运动速度的快慢，具有各种严格而艰苦的工作条件，如活塞运动方向的重复性，润滑条件的不断适应和变化等，其运转状态对船舶柴油机的工作状态起到直接决定性的作用。

缸套-活塞环摩擦副良好的运行状态和精密的配合能够充分保证使船舶柴油机高效、可靠与稳定的工作。在密封条件下的燃烧室，缸套-活塞环组件的润滑性能对于其摩擦副间的摩擦功率消耗，甚至对船舶柴油机的摩擦功率消耗都是有着非常大的影响。此外，气缸套-活塞摩擦副的润滑性能对船舶柴油机的动力消耗和排放有着至关重要的影响。因此其之间的摩擦副的摩擦力变小则其摩擦副之间的润滑性能就会更高效，对缸套与活塞环的磨损量也会变得比较小，因此其缸套-活塞环摩擦副的摩擦功耗也相应减小；反之，当缸套-活塞环摩擦副之间的摩擦力增大时，摩擦副之间的润滑摩擦性能也会相应的变得比较差，与此同时润滑能力差也会造成使船舶柴油机运行的状态变得不稳定，使其摩擦功耗增多，进一步会造成加大缸套-活塞环的磨损量，并且其使用寿命会大大缩短。所以，更深入的研究分析船用柴油机缸套-活塞环摩擦副的摩擦润滑性能等问题，都是具有极其重要的现实性的意义，在提高柴油机的工作性能和工作效率、延长缸套-活塞环组件的工作寿命，还有以及节省燃油、节约燃料经济性等方面上。

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