第2期（总第235期） 2018年4月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 2(Serial No 235)
Apr2018
基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究
刘建敏，康琦，王普凯，刘艳斌，何盼攀（陆军装甲兵学院车辆工程系，北京100072）
摘要：以活塞环-缸套为研究对象，利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型，将摩擦、润滑和动力学三
者耦合起来，同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗超度等固素计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和厚擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩功耗，结果表明：第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高；随着油温升高，油膜厚度显著减少，同时摩擦功耗显著减少，综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80～90℃时摩擦特性较为理想；随着转速提高，油膜厚度增加，同时摩擦功耗增加，转速对油膜厚度影响较小，对摩擦功耗有显著影响。
关键词：活塞环；气缸套；摩擦特性；仿真 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 02 005
中图分类号：TK4219
文献标志码：B
文章编号：1001-2222（2018)02-0028-07
活塞环是柴油机工作条件最为苛刻的零件之一，它不仅承受高温、高压气体的作用，而且在缸套中作高速往复滑动，限制了重型柴油机向高功率、高
密度方向发展。活塞环-缸套摩擦副是柴油机的典型摩擦副，直接影响整机的工作性能。因此，研究活基环缸套摩擦特性对于提高柴油机的可靠性和便用寿命具有指导意义。国内外学者-8对活塞环-缸套的摩擦、磨损和润滑方面进行了深入研究，分析模型中涵盖了动力学、摩擦、结构参数、摩擦副表面形貌、润滑油、非轴对称性等因素。
本研究综合考虑了缸套和活塞环的变形、接触
面表面粗糙度和活塞环燃气泄漏等因素，利用GT Sute软件建立了活塞环-缸套摩擦模型将摩擦、润滑和动力学行为耦合起来。通过建立精确模型来研究标定工况下活塞环-缸套摩擦特性规律，并进一步
分析了油温、转速对其摩擦特性的影响规律 1理论分析
1.1活塞环动力学分析 1.1.1活塞环力平衡分析
忽略活塞环与环槽之间的摩擦力，则活塞环径向受力4见图1。
收稿日期：2017-10-25；修回日期：2017-12-08
P 活塞环
w
活
WK
L
F F
下气缸套
图1活塞环受力示意
由于活塞环的径向位移可忽略不计，则活塞环径向受力平衡方程式为
d' M.
p
=W,+p1B-Wr-W~O。(1)
式中：W，为活塞环自身弹力；P1为活塞环侧方气体作用力；W为油膜反力；W、为峰元载荷。
轴向受力平衡方程式为
Fa + Fh=R。
(2)
式中：F为峰元摩擦力；F为流体摩擦力；R为活塞环与环槽间的作用力。
1.12活塞环力矩平衡分析
活塞环截面在工作期间可能会经历高达05°～ 10°的环形扭曲,这改变了环面的“有效”轮廓，对活塞环-缸套间的油膜厚度和摩擦产生影响。为了描
基金项目：国防“973"项目（201697301）；军队科研计划项目（2016ZB07）
作者简介：刘建敏（1963一），男，教授，博士，主要研究方向为军用车辆动力系统状态监测与故障诊断jxxaafel①163com。