[发明专利]一种可提升综合性能的气缸套表面织构及其设计方法

说明书

本发明提供一种可提升综合性能的气缸套表面织构，包括分布在缸套内表面的螺纹型凹槽，螺纹型凹槽的横截面为矩形，螺纹型凹槽的宽度为缸套内圆表面周长的0.33％～1.34％；螺纹型凹槽的深度为缸套厚度的0.67％～2.67％；螺纹型凹槽沿缸套轴向规则分布，且螺纹型凹槽在缸套内表面的占有率为1.96％～7.84％。本发明通过规则的螺纹型凹槽纹理设计，可采用精密机械加工技术，在缸套内表面加工连续的螺纹型凹槽用于储油、储屑，不仅具有简便的加工程序，还可通过润滑油液的流动将部分磨屑排出，螺纹型凹槽可实现部分油压密封代替机械密封，满足缸套‑活塞环减摩、耐磨条件的同时，在综合密封性能上给予更大的优化。

技术领域

本发明涉及船舶柴油机零部件领域，具体涉及一种可提升综合性能的气缸套表面织构及其设计方法。

背景技术

我国作为世界航运大国，航运业的发展与我国的经济发展紧密相关。但是，船舶的摩擦损耗一直限制着航运业的发展，据研究表明，我国摩擦磨损方面造成的损失约占国民经济总值的4.5％，其中船舶机械中70％左右的失效与其内部摩擦磨损有关，缸套-活塞环作为船舶柴油机中最重要的摩擦副之一，其摩擦功耗约占柴油机的25％-50％，即在船舶摩擦损耗中占据较大的比例，缸套-活塞环严重的摩擦磨损现象不仅会降低自身使用寿命和运行可靠性，造成经济方面的损失，对柴油机也会产生巨大的影响，一方面使柴油机机械效率下降，柴油机机体振动增加，另一方面对燃烧室密封性能造成损坏，燃烧室内气体泄漏，燃料燃烧不充分，积碳、复燃等现象使船舶柴油机的经济性进一步下降，严重影响航运业前景，因此，利用合理的方式优化缸套-活塞环的综合工作性能对航运业的发展具有重大的意义。

表面纹理技术的应用是减少缸套-活塞环摩擦磨损的有效方式之一，其原理是利用一些加工工艺(模电加工、平台衍磨、机械加工、蚀刻加工等)在缸套表面加工出一定的织构，从而提升缸套-活塞环的摩擦学性能。表面纹理的研究自上世纪80年代后期开始，Hamilton对微凸体表面织构进行理论和试验研究分析，微凸体的存在并不能有效优化摩擦表面摩擦磨损性能，后期学者深入研究表明，在缸套内表面加工规则凹坑对摩擦副的减磨效果较为明显。但是表面纹理的不同、缸套-活塞环的工况不同、表面纹理参数的不同，对优化缸套-活塞环的性能不尽相同。华南理工大学通过试验研究衍磨网纹、微凹槽相和原始缸套的摩擦磨损性能，结果表明微凹槽的综合减摩效果较优。武汉理工大学通过整缸试验机研究不同角度螺纹槽对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响，结果表明合理角度的螺纹槽结构不仅能有效提升缸套-活塞环的摩擦磨损性能，对燃烧室的密封性能也有显著提高，而不合理的表面纹理也会造成摩擦副气体的泄露，影响燃烧室的燃烧和气体排放。因此，一种合理的表面纹理结构能有效提高缸套-活塞环的综合表面性能。

目前，对于利用缸套表面纹理进行减少摩擦磨损的专利不多，而涉及到缸套-活塞环密封性能的专利更是少之又少。专利文献《一种低摩擦轴向不等角度平台珩磨气缸套》(公开号CN102278225A)介绍了一种不同角度的网纹沟槽设计机理，气缸套内壁的中间部位具有与缸套中心轴线方向夹角为160°～180°的沟槽型网纹，气缸套内壁两端部位具有与缸套中心轴线方向夹角为0°～20°的沟槽型网纹，能够有效减少缸套-活塞环摩擦系数。专利文献《一种新型低速发动机缸套》(公开号CN204627766U)介绍了一种缸套内表面布置多个正方形凹坑组，凹坑组储存润滑油液和杂质的能力，可有效减少缸套磨损量。专利文献《一种新型发动机缸套》(公开号CN204627768U)介绍了缸套内侧面布设多个略小于活塞环宽度的储油凹坑结构，实现缸套-活塞环减磨和增强气密性的目的。

以上发明在减摩、耐磨或气密性方面均有涉猎，但均为斑点状凹坑结构，为保证其精密度和分布规律性，其加工方式较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可提升综合性能的气缸套表面织构及其设计方法，在满足缸套-活塞环减摩、耐磨的同时，增加其综合密封性能。