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本文在考虑到影响活塞环-气缸套摩擦副润滑状态的多种因素,如表面粗糙度、贫油润滑、混合润滑、润滑剂的粘温粘压效应、紊流效应、润滑剂的变密度效应和2维气缸套变形等因素影响的基础上,建立了活塞环-气缸套摩擦副的2维瞬态流体动力润滑分析模型,得到了各种因素对润滑油承载能力的影响以及中心油膜厚度。在活塞环-气缸套的2维润滑特性分析模型的基础上,建立了适合于工程实际应用的磨损模型,气缸套磨损后,气缸套表面形状发生变化,包括径向和轴向的变化。因此活塞环运动时的收缩楔面的角度也发生了相应的改变,从而影响了各个冲程中润滑油膜的厚度。在做功冲程时,磨损的气缸套表面形状不利于摩擦副润滑油膜的形成,更进一步加剧了气缸套的磨损过程,这是一个恶性循环。在考虑到决定活塞环-气缸套摩擦副润滑状态的以上各种因素的基础上,着重分析润滑油的关键品质参数-粘度和颗粒污染物对内燃机最重要摩擦副活塞环-气缸套磨损和寿命的影响,计算了一些关于润滑油中磨粒的大小,浓度对磨损速率的影响。研究结果显示,润滑油粘度比较重要,且有一个最佳范围；而颗粒污染物对内燃机活塞环-气缸套摩擦副磨损的影响主要不在上止点产生,活塞环-气缸套摩擦副可以在高浓度的颗粒污染物环境下正常工作,润滑油的选择和更换策略关系到内燃机摩擦副的经济性、可靠性和寿命,对内燃机的正常工作有重大意义。润滑油的选择和更换,都首先要确定润滑油品质,特别是润滑油粘度和颗粒污染物等关键参数对内燃机主要摩擦副的影响。最后得出了一系列的直观图像,研究结果可以作为发动机寿命预测的一个比较精确的参考。在此基础上,提出了一个新型气缸套修形方案,采用倒锥形气缸套,改变润滑油的承载能力从而改变其厚度,改善润滑效果,以减缓气缸套的磨损进程,实现长寿命的设计要求。本文的计算采用了动态修正计算过程,随着变形的不断变化,油膜厚度以及汽缸各向变形的公式都随之变化,修正计算公式,这样得到的结果更接近实际情况。由以上方案计算结果可以得出,倒锥形的改进方案是非常有实用价值。
本文的分析结果表明,活塞环-气缸套的润滑磨损状态受多种因素的影响,对设计参数的适当选择,可以有效地改善活塞环-气缸套的润滑特性。同时为今后活塞环-气缸套的设计和润滑磨损特性分析提供了有益的参考。本文的摩擦学分析虽然是针对活塞环-气缸套进行的,但其分析理论和计算程序对其它摩擦学系统也有普遍的意义。