內(nèi)燃機(jī)軸瓦―曲軸軸頸摩擦副摩擦學(xué)性能研究

內(nèi)燃機(jī)軸瓦―曲軸軸頸摩擦副摩擦學(xué)性能研究摘要：

內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副是內(nèi)燃機(jī)工作中重要的部件之一，其摩擦學(xué)性能對(duì)內(nèi)燃機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副摩擦學(xué)性能的研究，深入分析了摩擦副的摩擦、磨損機(jī)理及其對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響。研究表明，優(yōu)化摩擦副材料的選擇、設(shè)計(jì)與潤(rùn)滑方案可有效提升內(nèi)燃機(jī)的性能表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；軸瓦-曲軸軸頸摩擦副；摩擦學(xué)性能；材料；設(shè)計(jì)；潤(rùn)滑

Abstract：

Thefrictionpairofenginebearing-crankshaftjournalisoneoftheimportantcomponentsintheworkingoftheinternalcombustionengine.Itstribologicalperformancehasasignificantimpactonthereliabilityandeconomyoftheengine.Inthispaper,thetribologicalperformanceofthefrictionpairofenginebearing-crankshaftjournalwasstudied,andthefrictionandwearmechanismofthefrictionpairanditsimpactontheengineperformanceweredeeplyanalyzed.Thestudyshowsthatoptimizingtheselectionofmaterials,designandlubricationschemeofthefrictionpaircaneffectivelyimprovetheperformanceoftheinternalcombustionengine.

Keywords:internalcombustionengine;bearing-crankshaftjournalfrictionpair;tribologicalperformance;material;design;lubrication

一、引言

內(nèi)燃機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的動(dòng)力設(shè)備之一。在內(nèi)燃機(jī)的工作中，軸瓦-曲軸軸頸摩擦副是一個(gè)關(guān)鍵部件，它直接影響著整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的性能表現(xiàn)。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，摩擦副的工作環(huán)境復(fù)雜，受到高溫、高壓、高速、高負(fù)荷等多種因素的影響，其磨損和故障頻繁發(fā)生，因此，對(duì)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的摩擦學(xué)性能進(jìn)行深入研究，對(duì)于提高內(nèi)燃機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。

二、摩擦副的摩擦學(xué)性能

（一）摩擦學(xué)理論模型

實(shí)際內(nèi)燃機(jī)摩擦副摩擦學(xué)性能的研究需要基于摩擦學(xué)理論模型。目前常用的摩擦學(xué)模型主要有Coulomb摩擦模型、Amontons（瑞利）摩擦模型、Cattaneo-Mindlin彈塑性接觸模型等。其中Cattaneo-Mindlin模型能夠模擬接觸區(qū)域的應(yīng)力分布以及微觀的接觸變形和熱變形，與實(shí)際摩擦副情況更為接近。

（二）材料選擇與設(shè)計(jì)優(yōu)化

摩擦副的材料選擇和設(shè)計(jì)優(yōu)化是影響摩擦副摩擦學(xué)性能的重要因素。材料通常選擇具有高的硬度、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能的合金材料，如銅基合金、鋁銻青銅、銅鋁合金等。設(shè)計(jì)方面，適當(dāng)增加軸瓦厚度，加大軸瓦徑向間隙和曲軸徑向間隙，采用雙極數(shù)軸瓦設(shè)計(jì)等可提高軸瓦-曲軸軸頸摩擦副摩擦學(xué)性能。

（三）潤(rùn)滑方案優(yōu)化

潤(rùn)滑方式、壓力和溫度對(duì)摩擦副的摩擦學(xué)性能有著重要影響。油膜潤(rùn)滑是目前內(nèi)燃機(jī)摩擦副中應(yīng)用最為廣泛的潤(rùn)滑方式，它能夠切斷實(shí)際接觸，并且增加了機(jī)件的自潤(rùn)滑功能。合理的潤(rùn)滑方案應(yīng)包括油膜形成、油膜厚度、油膜承載能力、油膜結(jié)構(gòu)和油膜中潤(rùn)滑油的選擇等。

三、摩擦副的磨損機(jī)理

內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的磨損主要包括磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。其中，磨粒磨損是最常見(jiàn)的一種磨損方式，主要是由于異物進(jìn)入潤(rùn)滑油中，使得油膜中混入硬質(zhì)顆粒而引起的。疲勞磨損則是由于軸瓦-曲軸軸頸摩擦副長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)高負(fù)荷或高速度運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸瓦材料表面疲勞破裂形成的磨損。腐蝕磨損則是油中活性物質(zhì)對(duì)軸瓦表面腐蝕而引起的局部磨損。

四、結(jié)論

軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的摩擦學(xué)性能對(duì)于整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的工作性能表現(xiàn)具有重要影響。優(yōu)化摩擦副材料的選擇和設(shè)計(jì)與潤(rùn)滑方案，可有效提升摩擦副的性能表現(xiàn)。因此，在內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中，摩擦學(xué)性能的研究應(yīng)得到更加關(guān)注和重視。為了提高軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的性能表現(xiàn)，需要進(jìn)行材料和設(shè)計(jì)的優(yōu)化。其中，材料的選擇是非常關(guān)鍵的一環(huán)。合適的材料應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能，以及較低的摩擦系數(shù)和磨損率。此外，在設(shè)計(jì)方面，可以采用雙極數(shù)軸瓦設(shè)計(jì)，增加軸瓦厚度和徑向間隙，以及加大曲軸徑向間隙等措施來(lái)優(yōu)化摩擦副的設(shè)計(jì)。

對(duì)于潤(rùn)滑方案的優(yōu)化，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。通常采用油膜潤(rùn)滑的方式，利用潤(rùn)滑油在軸瓦與曲軸軸頸之間形成潤(rùn)滑油膜，減少實(shí)際接觸，同時(shí)增加自潤(rùn)滑功能。潤(rùn)滑方案的優(yōu)化應(yīng)包括油膜形成、油膜厚度、油膜承載能力、油膜結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑油的選擇等要素。

此外，摩擦副的磨損機(jī)理也需要深入研究。了解磨損機(jī)理可以為優(yōu)化材料、設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑方案提供指導(dǎo)，進(jìn)一步提高摩擦副的性能表現(xiàn)和壽命。

總之，內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的摩擦學(xué)性能是內(nèi)燃機(jī)性能的重要組成部分，對(duì)整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的影響。在內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中，需要重視摩擦學(xué)性能的研究和優(yōu)化。除了上述提到的優(yōu)化措施外，進(jìn)一步研究潤(rùn)滑油的特性對(duì)于提高軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的性能也非常關(guān)鍵。例如，潤(rùn)滑油的黏度、粘度指數(shù)、溶解性、氧化安定性、清凈性等特性都與潤(rùn)滑效果和壽命有密切關(guān)系。因此，需要選用具備良好潤(rùn)滑特性、高品質(zhì)的潤(rùn)滑油，并進(jìn)行潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在實(shí)際工程中，還需要進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，以評(píng)估不同優(yōu)化措施對(duì)于摩擦副性能的影響，并得出最優(yōu)方案。同時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)也是保證摩擦副性能和壽命的關(guān)鍵，包括定期更換潤(rùn)滑油、檢查軸瓦和曲軸軸頸的磨損情況，并及時(shí)進(jìn)行維修和更換。

需要注意的是，摩擦副的優(yōu)化也需要平衡不同因素之間的相互關(guān)系。例如，為了提高潤(rùn)滑效果，增加潤(rùn)滑油的黏度可能會(huì)增加摩擦損失，導(dǎo)致功率損失和過(guò)熱現(xiàn)象。因此，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能表現(xiàn)和壽命。

總而言之，軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的優(yōu)化是內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)合理的材料選擇、設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑方案優(yōu)化，以及加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能表現(xiàn)和壽命，并為內(nèi)燃機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提供保障。除了上述的優(yōu)化措施之外，還可以采用表面涂覆技術(shù)對(duì)軸瓦和曲軸軸頸進(jìn)行處理，以提高摩擦副的性能表現(xiàn)。表面涂覆技術(shù)主要包括熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，該技術(shù)可以使軸瓦和曲軸軸頸的表面硬度、抗磨性能、抗腐蝕性等性能得到提高，從而能夠有效地提高摩擦副的性能和壽命。

另外，內(nèi)燃機(jī)在使用過(guò)程中，由于燃燒和摩擦以及塵土等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生大量的沉積物和碎屑，進(jìn)而影響摩擦副的潤(rùn)滑效果和壽命。因此，需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)和清洗，保持摩擦副的清潔和潤(rùn)滑狀態(tài)。此外，合理的操作和駕駛習(xí)慣也對(duì)摩擦副的壽命和性能有著至關(guān)重要的影響，應(yīng)注意避免超負(fù)荷和過(guò)度加速等操作方式，同時(shí)還需注意內(nèi)燃機(jī)在低溫啟動(dòng)、急速變道等情況下的使用。

最后，隨著科技的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)以及先進(jìn)制造技術(shù)和潤(rùn)滑技術(shù)的不斷進(jìn)步，內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的性能和壽命得以不斷提升，能夠更好地適應(yīng)汽車發(fā)展趨勢(shì)和環(huán)境要求。因此，未來(lái)的研究和發(fā)展方向應(yīng)該繼續(xù)深入探索新材料、新潤(rùn)滑方案和新技術(shù)，為摩擦副的優(yōu)化和發(fā)展提供新思路和新方法。此外，內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)也對(duì)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副的要求提出了新的挑戰(zhàn)。隨著汽車電動(dòng)化、輕量化和智能化的不斷提升，內(nèi)燃機(jī)的功率密度、燃燒效率和可靠性要求也越來(lái)越高。在這種情況下，軸瓦-曲軸軸頸摩擦副需要能夠適應(yīng)高效、可靠和低能耗的要求，同時(shí)還需要具備耐用性、環(huán)保性等特點(diǎn)。

因此，當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)軸瓦-曲軸軸頸摩擦副技術(shù)的發(fā)展方向是繼續(xù)優(yōu)化摩擦配對(duì)結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑和冷卻技術(shù)，以提升效率、降低損失和減少摩擦學(xué)噪音，并通過(guò)多源數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。另外，開發(fā)適用于新能源車輛的新型軸瓦-曲軸軸頸摩擦副技術(shù)也成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)