内燃机活塞环_缸套摩擦磨损过程性能研究
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本试验装置是在原有设计装置的基础上进行改 进的。原有的传感器安装在 ２ 个缸套之间。因为活 塞在缸套中的运动是不均匀的， 即存在加速度， 因 而传感器中测出的力除了摩擦力以外， 还有惯性 力， 而活塞在缸套中每一点的加速度值都不一样， 这样惯性力就很难计算。为了克服这个问题， 经过 反复研究改进， 最终决定采用如图 ２ 所示的装置。 本装置通过 ４ 个传感器把上半部分托住， 这样活塞 环与缸套之间的摩擦力就可以完全传到传感器上， 而不会受惯性力的影响。该装置中， 传感器受到垂 直方向力的作用， 通过理论计算， 重力对传感器的 变形影响很小， 可以忽略不计， 或者通过后面安装 电阻应变片把它抵消掉。为了在装配过程中， 保证 ２ 个活塞能够同轴， 在垂直方向通过加工精度进行 控制， 在水平方向通过在底板开腰子孔， 使其能够 进行自动调节。
在上述试验条件下， 进行活塞环－ 缸套之间摩 擦力随磨损时间的变化情况， 试验结果如图 ６ 所 示。
由曲线图可以看出， 在跑合磨损阶段， 摩擦力 起伏较大， 采样数值也偏大； 在稳定磨损阶段， 摩 擦力较平稳， 数值也不大； 在剧烈磨损阶段， 摩擦
（ ３６３） － ２７ －
图 ６ 摩擦力变化的对比曲线图
图 ７ 国产活塞环工况 － 载荷 － 磨损曲线图
图 ８ 进口活塞环工况 － 载荷 － 磨损曲线图 － ２８ － （ ３６４）
图 ９ 国产活塞环转速 － 载荷 － 磨损曲线图
由图中曲线可以看出， 在低载荷下， 转速变化 对活塞环－ 缸套磨损的影响较小， 当载荷超过 ３００ Ｎ 时， 这种影响逐渐加剧。这是因为在高载荷下， 活塞环－ 缸套磨损率增加， 那么在相同情况下， 转 速越高， 它的磨损量自然也就越大。 ４ 结论
表 ３ 试验条件
转速／ｒ·ｍｉｎ－ １ （线速度）／ｍ·ｓ－ １
２１０ （１．７５）
２８５ （２．３３）
润滑条件
干摩擦 全浸油 机油＋氧化铁 （Ｆｅ２Ｏ３）
载 荷 ／Ｎ
５０， １００， １５０， ２００， ４００
试验样品 ＊
国产活塞环－ 缸套 进口活塞环－ 缸套
３．２ 试验结果和分析 ３．２．１ 活塞环－ 缸套磨损过程测试
柴油机设计与制造 Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ
２００６ 年第 ３ 期 第 １４ 卷（总第 １１６ 期）
内燃机活塞环－ 缸套摩擦磨损过程性能研究
刘伟达 （ 潍柴动力股份有限公司， 山东 潍坊 ２６１００１）
摘要 利用钻铣床作为试验台和动力源， 自行设计了活塞环 － 缸套磨损的试验装置， 利用它 可以设计进行载荷、转速、润滑条件对磨损的试验。通过比较分析， 得出了活塞环 － 缸套在不 同条件下的摩擦磨损特性。该试验装置对设计改进有一定的参考价值。
擦偶件， 一是国产活塞环－ 缸套， 二是进口活塞 环－ 缸套。将 ２ 种活塞环－ 缸套分别在不同的工况 条件下进行摩擦磨损试验。实时采集每组试验中摩 擦力的值， 用高精度天平测量活塞环磨损量的大 小， 观测表面形貌变化。
３） 试验结果分析。 通过试验可以得到在不同工况条件下活塞环－ 缸套的摩擦力、摩擦系数及其磨损量的大小， 根据 试验数据绘制各种工况下的分析曲线， 比较不同条 件下活塞环－ 缸套的摩擦磨损特点， 分析影响活塞 环－ 缸套摩擦过程的有关因素， 从中找出活塞环－ 缸套摩擦过程的有关规律， 为活塞环－ 缸套的摩擦 学设计提供有参考价值的建议。 ２ 试验装置的设计 ２．１ 设计要求 研究对象为内燃机活塞环－ 缸套摩擦副， 主要 研究这对摩擦副作往复运动时的摩擦过程， 要求达 到以下目标。 １） 试验中摩擦副的运行工况尽可能地模拟内 燃机中的实际工况； ２） 试验中拟测量的数据为活塞环－ 缸套作往 复运动时产生的摩擦力以及活塞环的磨损量； ３） 能够实时连续测量摩擦力变化数据； ４） 试验中能够对摩擦副进行定量加载， 变换 运行速度； ５） 试验摩擦副元件拆装方便， 便于添加润滑 油。 ２．２ 试验装置设计 ２．２．１ 动力来源 基于试验成本及充分利用实验室资源的考虑， 该装置的动力来源确定为实验室已有的 Ｚ７０３０ 小型
通过以上在不同转速、载荷及润滑条件下进行 的各种对比性试验， 可以得出以下关于活塞环－ 缸 套磨损的一些规律。
１） 对于相同材料的活塞环－ 缸套， 润滑油是 否充分是关乎活塞环－ 缸套磨损性能的一个重要条 件， 润滑充分则磨损量微小， 一旦乏油， 则会使活 塞环－ 缸套的磨损急剧增加。
２） 载荷是关系活塞环－ 缸套磨损性能好坏的 另一个重要参量， 在稳定载荷内， 活塞环磨损量 小， 载荷超出工作限度， 则会造成磨损迅速增加。
图 １ 试验测量装置示意图 ２．２．２ 摩擦副
由于本试验要求尽可能模拟内燃机活塞环－ 缸 套的实际工况， 故经多方考虑， 确定用内燃机活塞 环和缸套作为该试验装置的两个摩擦元件。这样既 使用了实际的摩擦副元件， 增加了试验数据的真实 性， 又简化了试验装置， 节省了加工费用。 ２．２．３ 润滑条件
每间隔 １ ｍｉｎ 进行一次油润滑， 润滑油型号为 ＣＤ４０。 ２．２．４ 测量方案
９０～３８０
主轴变速级数和转速范围
９级， ２７０￣２ ４５０ ｒ／ｍｉｎ
电机
１．１ ｋＷ， ３８０ Ｖ， ５０ Ｈｚ
－ ２６ － （ ３６２）
立式钻铣床， 其主要技术参数见表 ２。 考虑到试验装置的动力来自钻铣床， 又因为该
装置的整体尺寸不会太大， 故设想将整个装置固定 于钻铣床的工作台面上， 这样既解决了试验台面基 础的问题， 又很好的利用了钻铣床的动力装置。设 计方案最终确定后证明这是完全可行的。试验测量 装置工作图如图 １。
１） 试验装置。 针对活塞环－ 缸套摩擦副的特殊性和复杂性， 研究试验方案， 设计往复式的试验装置， 确定利用 钻铣床提供的动力作为试验动力来源， 钻铣床的工 作台作为试验台进行改造， 保证能够进行不同缸径 的对比试验。 ２） 研究对象和试验方案。 采用 ２ 种不同的活塞环－ 缸套作为试验中的摩
（ ３６１） － ２５ －
与磨损过程试验相比较， 在不同转速及不同载 荷情况下， 对活塞环的磨损情况进行比较。试验结 果见图 ９。
力随着磨损加剧突然增加。 ３．２．２ 活塞环缸套工况－ 载荷－ 磨损测试
在相同的工作转速及磨损时间内 （ 已达到稳定 磨损） ， 活塞环在不同润滑条件下的变载荷磨损情 况。
取 连 续 磨 损 时 间 为 ２５ ｍｉｎ。 全 浸 油 的 加 油 润 滑 时 间 间 隔 为 １ｍｉｎ， 乏 油 润 滑 的 时 间 间 隔 为 ５ ｍｉｎ， 油＋氧化铁润滑的时间间隔为 １ ｍｉｎ。其中， 取油＋氧化铁混合物的质量比为 １１０：２４。图 ７ 和图 ８ 分别为国产和进口活塞环在不同润滑条件下的磨 损过程曲线。
由于实际使用中， 各种各样的工况条件交织在 一起， 非常的繁琐复杂， 试验中只能有选择性的进 行一部分测试， 其它情况可以类似处理。本试Biblioteka Baidu， 选择了 ２ 种转速、３ 种润滑条件、４ 种载荷以及 ２
图 ５ 两种活塞环磨损过程对比曲线
由磨损过程曲线可以看出， 整个磨损过程大致 分为 ３ 个阶段： 跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损。 在 ２０ ｍｉｎ 以 前 活 塞 环－ 缸 套 基 本 上 处 于 跑 合 磨 损 阶段， 磨损率较大， 但随时间的延长而降低； 在 ２０￣４０ ｍｉｎ 内 ， 活 塞 环－ 缸 套 处 于 稳 定 磨 损 阶 段 ， 这时的磨损率较小， 随时间变化的起伏也小； 在磨 损 ４０ ｍｉｎ 以后， 活塞环－ 缸套进入剧烈磨损阶段， 磨损迅速增加。
关键词： 内燃机 活塞环 缸套 磨损 Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： Ｉ．Ｃ． ｅ ｎｇｉｎｅ ， ｐｉｓ ｔｏｎ ｒｉｎｇ， ｌｉｎｅ ｒ， ｗｅ ａ ｒ
１ 前言 活塞环－ 缸套作为内燃机中一对最重要的摩擦
副， 对发动机的动力性、可靠性、耐久性有着极大 的影响。活塞环－ 缸套的磨损直接影响着发动机的 工作， 也影响着发动机的机械效率。资料表明内燃 机 的 燃 烧 能 量 中 有 １０％～２０％消 耗 在 机 械 损 失 ， 而 内燃机的机械损失主要由五部分组成 ： ［１￣２］ 活塞及 活塞环与气缸套之间的摩擦损失； 曲轴连杆系及液 体摩擦损失； 驱动附属机构的功率损失； 气门机构 摩擦损失和泵损失。损失比例见表 １。
由此可见， 内燃机机械损失中活塞及活塞环与 缸套间的摩擦损失所占比例最大， 几乎达到全部机
表 １ 内燃机机械损失分配
摩擦副名称 活塞、活塞环与气缸套
机 械 损 失 百 分 比 ／％ ４５￣６５
曲轴连杆系统 气门机构 泵损失 附属机构
１５￣２５ ２￣３
１０￣２０ １０￣２０
械损失的一半以上， 因此该摩擦副的摩擦磨损直接 影响发动机的性能、可靠性和耐久性。采用具有较 好的摩擦磨损性能的活塞环－ 缸套是一种经济有效 的 方 法［３］。
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ａ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｗｅａｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｉｓｔｏｎ ｒｉｎｇｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ａ ｄｒｉｌｌ－ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｓ ａ ｔｅｓｔ ｂｅｄ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ． Ａｎｄ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｕ－ ｂｒｉｃａｎｔｓ， ｌｏａｄｓ ａｎｄ ｓｐｅｅｄｓ ｃａｎ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ． Ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｉｓ－ ｔｏｎ ｒｉｎｇｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｉｔｓ ｖａｌ－ ｕｅ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎ．
在转速、载荷及润滑条件 （ 每间隔 １ ｍｉｎ 进行 一次油润滑） 相同的情况下， 活塞环的磨损随时间 变化情况， 其为同一试块运行不同时间来测量的磨 损量。图 ５ 为两种活塞环－ 缸套的磨损过程曲线， 试验条件为充分润滑， 负载为 ２００ Ｎ。
图 ３ 胀套加载
图 ４ 弹簧加载装置
好再往里面拧了。第 ３ 种为弹簧加载， 如图 ４ 所 示， 采用此装置， 加工简单， 安装方便， 加载力容 易测量。因而采用第 ３ 种加载方案。 ３ 活塞环 － 缸套材料摩擦磨损试验 ３．１ 试验条件
种样品分别进行了试验， 具体参见表 ３。
图 ２ 改进的试验装置
２．２．５ 加载方案 对活塞环和缸套之间进行加载有 ３ 种方案， 第
一加载方案为液压加载， 它可以实现精确加载的要 求， 但从安装角度考虑， 因为活塞是运动的， 油管 的密封性很难保证， 而且加工难度比较大， 装配精 度不好保证， 因而不宜采用。第 ２ 种为胀套加载， 如图 ３ 所示。由于胀套本身重力， 会影响活塞环与 缸套之间的摩擦力， 当螺母拧到一定程度时， 就不
活塞环－ 缸套的工作环境比较严酷。由于高温 高压作用和润滑状态不良， 在活塞环顶所在的上止 点难以维持润滑油膜的连续性， 活塞环实际上是在 边界润滑和半干摩擦状态下工作。因此， 缸套和活 塞环， 尤其是在活塞速度为零的上止点区的摩擦磨 损显得相当突出和复杂。
本文以内燃机活塞环－ 缸套摩擦副为研究对 象， 对其在实际使用中的摩擦磨损过程进行试验和 理论研究， 本文主要的工作任务和研究内容包括以 下 ３ 个方面：
从图中看出油润滑对于活塞环－ 缸套的正常工 作起着至关重要的作用， 润滑好则磨损小， 一旦缺 油则磨损显著增加。当油中掺有氧化铁粉末时， 活 塞环－ 缸套的磨损受到一定影响， 但这种影响远不 及乏油的情况。而且随着载荷的增大， 乏油情况下 对活塞环－ 缸套磨损的影响也越来越大。 ３．２．３ 活塞环缸套转速－ 载荷－ 磨损测试
表 ２ 钻铣床的主要参数
工 作 台 尺 寸 ／ｍ ｍ
７３０×２２０
工 作 台 纵 向 行 程 ／ｍ ｍ
４４０
工 作 台 横 向 行 程 ／ｍ ｍ
１５０
主 轴 中 心 至 立 柱 表 面 距 离 ／ｍ ｍ
２４５
主 轴 行 程 ／ｍ ｍ
９０
主 轴 箱 行 程 ／ｍ ｍ
２９０
主 轴 端 面 至 工 作 台 距 离 ／ｍ ｍ
在上述试验条件下， 进行活塞环－ 缸套之间摩 擦力随磨损时间的变化情况， 试验结果如图 ６ 所 示。
由曲线图可以看出， 在跑合磨损阶段， 摩擦力 起伏较大， 采样数值也偏大； 在稳定磨损阶段， 摩 擦力较平稳， 数值也不大； 在剧烈磨损阶段， 摩擦
（ ３６３） － ２７ －
图 ６ 摩擦力变化的对比曲线图
图 ７ 国产活塞环工况 － 载荷 － 磨损曲线图
图 ８ 进口活塞环工况 － 载荷 － 磨损曲线图 － ２８ － （ ３６４）
图 ９ 国产活塞环转速 － 载荷 － 磨损曲线图
由图中曲线可以看出， 在低载荷下， 转速变化 对活塞环－ 缸套磨损的影响较小， 当载荷超过 ３００ Ｎ 时， 这种影响逐渐加剧。这是因为在高载荷下， 活塞环－ 缸套磨损率增加， 那么在相同情况下， 转 速越高， 它的磨损量自然也就越大。 ４ 结论
表 ３ 试验条件
转速／ｒ·ｍｉｎ－ １ （线速度）／ｍ·ｓ－ １
２１０ （１．７５）
２８５ （２．３３）
润滑条件
干摩擦 全浸油 机油＋氧化铁 （Ｆｅ２Ｏ３）
载 荷 ／Ｎ
５０， １００， １５０， ２００， ４００
试验样品 ＊
国产活塞环－ 缸套 进口活塞环－ 缸套
３．２ 试验结果和分析 ３．２．１ 活塞环－ 缸套磨损过程测试
柴油机设计与制造 Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ
２００６ 年第 ３ 期 第 １４ 卷（总第 １１６ 期）
内燃机活塞环－ 缸套摩擦磨损过程性能研究
刘伟达 （ 潍柴动力股份有限公司， 山东 潍坊 ２６１００１）
摘要 利用钻铣床作为试验台和动力源， 自行设计了活塞环 － 缸套磨损的试验装置， 利用它 可以设计进行载荷、转速、润滑条件对磨损的试验。通过比较分析， 得出了活塞环 － 缸套在不 同条件下的摩擦磨损特性。该试验装置对设计改进有一定的参考价值。
擦偶件， 一是国产活塞环－ 缸套， 二是进口活塞 环－ 缸套。将 ２ 种活塞环－ 缸套分别在不同的工况 条件下进行摩擦磨损试验。实时采集每组试验中摩 擦力的值， 用高精度天平测量活塞环磨损量的大 小， 观测表面形貌变化。
３） 试验结果分析。 通过试验可以得到在不同工况条件下活塞环－ 缸套的摩擦力、摩擦系数及其磨损量的大小， 根据 试验数据绘制各种工况下的分析曲线， 比较不同条 件下活塞环－ 缸套的摩擦磨损特点， 分析影响活塞 环－ 缸套摩擦过程的有关因素， 从中找出活塞环－ 缸套摩擦过程的有关规律， 为活塞环－ 缸套的摩擦 学设计提供有参考价值的建议。 ２ 试验装置的设计 ２．１ 设计要求 研究对象为内燃机活塞环－ 缸套摩擦副， 主要 研究这对摩擦副作往复运动时的摩擦过程， 要求达 到以下目标。 １） 试验中摩擦副的运行工况尽可能地模拟内 燃机中的实际工况； ２） 试验中拟测量的数据为活塞环－ 缸套作往 复运动时产生的摩擦力以及活塞环的磨损量； ３） 能够实时连续测量摩擦力变化数据； ４） 试验中能够对摩擦副进行定量加载， 变换 运行速度； ５） 试验摩擦副元件拆装方便， 便于添加润滑 油。 ２．２ 试验装置设计 ２．２．１ 动力来源 基于试验成本及充分利用实验室资源的考虑， 该装置的动力来源确定为实验室已有的 Ｚ７０３０ 小型
通过以上在不同转速、载荷及润滑条件下进行 的各种对比性试验， 可以得出以下关于活塞环－ 缸 套磨损的一些规律。
１） 对于相同材料的活塞环－ 缸套， 润滑油是 否充分是关乎活塞环－ 缸套磨损性能的一个重要条 件， 润滑充分则磨损量微小， 一旦乏油， 则会使活 塞环－ 缸套的磨损急剧增加。
２） 载荷是关系活塞环－ 缸套磨损性能好坏的 另一个重要参量， 在稳定载荷内， 活塞环磨损量 小， 载荷超出工作限度， 则会造成磨损迅速增加。
图 １ 试验测量装置示意图 ２．２．２ 摩擦副
由于本试验要求尽可能模拟内燃机活塞环－ 缸 套的实际工况， 故经多方考虑， 确定用内燃机活塞 环和缸套作为该试验装置的两个摩擦元件。这样既 使用了实际的摩擦副元件， 增加了试验数据的真实 性， 又简化了试验装置， 节省了加工费用。 ２．２．３ 润滑条件
每间隔 １ ｍｉｎ 进行一次油润滑， 润滑油型号为 ＣＤ４０。 ２．２．４ 测量方案
９０～３８０
主轴变速级数和转速范围
９级， ２７０￣２ ４５０ ｒ／ｍｉｎ
电机
１．１ ｋＷ， ３８０ Ｖ， ５０ Ｈｚ
－ ２６ － （ ３６２）
立式钻铣床， 其主要技术参数见表 ２。 考虑到试验装置的动力来自钻铣床， 又因为该
装置的整体尺寸不会太大， 故设想将整个装置固定 于钻铣床的工作台面上， 这样既解决了试验台面基 础的问题， 又很好的利用了钻铣床的动力装置。设 计方案最终确定后证明这是完全可行的。试验测量 装置工作图如图 １。
１） 试验装置。 针对活塞环－ 缸套摩擦副的特殊性和复杂性， 研究试验方案， 设计往复式的试验装置， 确定利用 钻铣床提供的动力作为试验动力来源， 钻铣床的工 作台作为试验台进行改造， 保证能够进行不同缸径 的对比试验。 ２） 研究对象和试验方案。 采用 ２ 种不同的活塞环－ 缸套作为试验中的摩
（ ３６１） － ２５ －
与磨损过程试验相比较， 在不同转速及不同载 荷情况下， 对活塞环的磨损情况进行比较。试验结 果见图 ９。
力随着磨损加剧突然增加。 ３．２．２ 活塞环缸套工况－ 载荷－ 磨损测试
在相同的工作转速及磨损时间内 （ 已达到稳定 磨损） ， 活塞环在不同润滑条件下的变载荷磨损情 况。
取 连 续 磨 损 时 间 为 ２５ ｍｉｎ。 全 浸 油 的 加 油 润 滑 时 间 间 隔 为 １ｍｉｎ， 乏 油 润 滑 的 时 间 间 隔 为 ５ ｍｉｎ， 油＋氧化铁润滑的时间间隔为 １ ｍｉｎ。其中， 取油＋氧化铁混合物的质量比为 １１０：２４。图 ７ 和图 ８ 分别为国产和进口活塞环在不同润滑条件下的磨 损过程曲线。
由于实际使用中， 各种各样的工况条件交织在 一起， 非常的繁琐复杂， 试验中只能有选择性的进 行一部分测试， 其它情况可以类似处理。本试Biblioteka Baidu， 选择了 ２ 种转速、３ 种润滑条件、４ 种载荷以及 ２
图 ５ 两种活塞环磨损过程对比曲线
由磨损过程曲线可以看出， 整个磨损过程大致 分为 ３ 个阶段： 跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损。 在 ２０ ｍｉｎ 以 前 活 塞 环－ 缸 套 基 本 上 处 于 跑 合 磨 损 阶段， 磨损率较大， 但随时间的延长而降低； 在 ２０￣４０ ｍｉｎ 内 ， 活 塞 环－ 缸 套 处 于 稳 定 磨 损 阶 段 ， 这时的磨损率较小， 随时间变化的起伏也小； 在磨 损 ４０ ｍｉｎ 以后， 活塞环－ 缸套进入剧烈磨损阶段， 磨损迅速增加。
关键词： 内燃机 活塞环 缸套 磨损 Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： Ｉ．Ｃ． ｅ ｎｇｉｎｅ ， ｐｉｓ ｔｏｎ ｒｉｎｇ， ｌｉｎｅ ｒ， ｗｅ ａ ｒ
１ 前言 活塞环－ 缸套作为内燃机中一对最重要的摩擦
副， 对发动机的动力性、可靠性、耐久性有着极大 的影响。活塞环－ 缸套的磨损直接影响着发动机的 工作， 也影响着发动机的机械效率。资料表明内燃 机 的 燃 烧 能 量 中 有 １０％～２０％消 耗 在 机 械 损 失 ， 而 内燃机的机械损失主要由五部分组成 ： ［１￣２］ 活塞及 活塞环与气缸套之间的摩擦损失； 曲轴连杆系及液 体摩擦损失； 驱动附属机构的功率损失； 气门机构 摩擦损失和泵损失。损失比例见表 １。
由此可见， 内燃机机械损失中活塞及活塞环与 缸套间的摩擦损失所占比例最大， 几乎达到全部机
表 １ 内燃机机械损失分配
摩擦副名称 活塞、活塞环与气缸套
机 械 损 失 百 分 比 ／％ ４５￣６５
曲轴连杆系统 气门机构 泵损失 附属机构
１５￣２５ ２￣３
１０￣２０ １０￣２０
械损失的一半以上， 因此该摩擦副的摩擦磨损直接 影响发动机的性能、可靠性和耐久性。采用具有较 好的摩擦磨损性能的活塞环－ 缸套是一种经济有效 的 方 法［３］。
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ａ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｗｅａｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｉｓｔｏｎ ｒｉｎｇｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ａ ｄｒｉｌｌ－ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｓ ａ ｔｅｓｔ ｂｅｄ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ． Ａｎｄ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｕ－ ｂｒｉｃａｎｔｓ， ｌｏａｄｓ ａｎｄ ｓｐｅｅｄｓ ｃａｎ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ． Ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｉｓ－ ｔｏｎ ｒｉｎｇｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｉｔｓ ｖａｌ－ ｕｅ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎ．
在转速、载荷及润滑条件 （ 每间隔 １ ｍｉｎ 进行 一次油润滑） 相同的情况下， 活塞环的磨损随时间 变化情况， 其为同一试块运行不同时间来测量的磨 损量。图 ５ 为两种活塞环－ 缸套的磨损过程曲线， 试验条件为充分润滑， 负载为 ２００ Ｎ。
图 ３ 胀套加载
图 ４ 弹簧加载装置
好再往里面拧了。第 ３ 种为弹簧加载， 如图 ４ 所 示， 采用此装置， 加工简单， 安装方便， 加载力容 易测量。因而采用第 ３ 种加载方案。 ３ 活塞环 － 缸套材料摩擦磨损试验 ３．１ 试验条件
种样品分别进行了试验， 具体参见表 ３。
图 ２ 改进的试验装置
２．２．５ 加载方案 对活塞环和缸套之间进行加载有 ３ 种方案， 第
一加载方案为液压加载， 它可以实现精确加载的要 求， 但从安装角度考虑， 因为活塞是运动的， 油管 的密封性很难保证， 而且加工难度比较大， 装配精 度不好保证， 因而不宜采用。第 ２ 种为胀套加载， 如图 ３ 所示。由于胀套本身重力， 会影响活塞环与 缸套之间的摩擦力， 当螺母拧到一定程度时， 就不
活塞环－ 缸套的工作环境比较严酷。由于高温 高压作用和润滑状态不良， 在活塞环顶所在的上止 点难以维持润滑油膜的连续性， 活塞环实际上是在 边界润滑和半干摩擦状态下工作。因此， 缸套和活 塞环， 尤其是在活塞速度为零的上止点区的摩擦磨 损显得相当突出和复杂。
本文以内燃机活塞环－ 缸套摩擦副为研究对 象， 对其在实际使用中的摩擦磨损过程进行试验和 理论研究， 本文主要的工作任务和研究内容包括以 下 ３ 个方面：
从图中看出油润滑对于活塞环－ 缸套的正常工 作起着至关重要的作用， 润滑好则磨损小， 一旦缺 油则磨损显著增加。当油中掺有氧化铁粉末时， 活 塞环－ 缸套的磨损受到一定影响， 但这种影响远不 及乏油的情况。而且随着载荷的增大， 乏油情况下 对活塞环－ 缸套磨损的影响也越来越大。 ３．２．３ 活塞环缸套转速－ 载荷－ 磨损测试
表 ２ 钻铣床的主要参数
工 作 台 尺 寸 ／ｍ ｍ
７３０×２２０
工 作 台 纵 向 行 程 ／ｍ ｍ
４４０
工 作 台 横 向 行 程 ／ｍ ｍ
１５０
主 轴 中 心 至 立 柱 表 面 距 离 ／ｍ ｍ
２４５
主 轴 行 程 ／ｍ ｍ
９０
主 轴 箱 行 程 ／ｍ ｍ
２９０
主 轴 端 面 至 工 作 台 距 离 ／ｍ ｍ