汽车设计中的摩擦学设计精要.ppt

汽车摩擦学应用展望 随着我国汽车工业的飞速发展，新工艺和新材料纷纷涌现，展望未来汽车摩擦学研究，主要集中在以下几个方面： 1）研究新一代汽车，尤其是牵引越野车轮胎，进一步提高车辆机动性和越野性。 2）研制开发抗高温、耐磨金属基，如铝基复合材料（MMC）、或非金属基陶瓷纤维等环保、节能型汽车摩擦副配对材料，尤其是在汽车离合器摩擦片和制动蹄片中应用。 3）研究固体润滑剂，如石墨、聚四氟乙烯（PT-FE）以及新兴纳米技术等在汽车关键摩擦副，如轴承中的应用。 4）探讨汽车发动机缸套—活塞环磨损及失效机理，寻找新材料和新工艺，从而进一步提高影响汽车发动机使用性能的这对关键摩擦副的使用寿命和工作可靠性。 5）研究新型高效、节能、无污染的绿色生物降解环保型润滑油或润滑脂。 6）利用仿生学知识，改进设计摩擦副表面形态，提高摩擦副表面耐磨性和使用寿命。 7）利用油液光谱分析技术，实现汽车发动机技术状态的在线检测、预报及故障预防，指导车辆合理使用。 汽车设计中的摩擦学设计 方舟 引言 汽车有发动机、底盘、车身、电气设备。发动机包括了燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、起动系，底盘包括了行驶系、转向系、制动系、传动系。 内容 1. 摩擦学与汽车设计和使用的关系 2. 汽车设计中的摩擦学问题 2.1 发动机中的摩擦学设计 2.2 汽车底盘中的摩擦学设计 2.3 汽车润滑材料 3. 汽车摩擦学应用展望 摩擦学与汽车设计和使用的关系 摩擦消耗大量能量，摩擦产生磨损，造成机械效率降低、燃料消耗增加、零件精度下降，导致汽车的早期损坏。 为了提高汽车的使用寿命和可靠性，延长汽车大修里程，应当运用摩擦学知识从汽车的设计、制造以及使用和维修工作中，充分控制摩擦，尽量减少磨损。 汽车有些零部件是靠摩擦工作的，如汽车的离合器和制动器，其安全性和可靠性是通过增大摩擦副的摩擦系数达到的，因此增加摩擦的技术研究也是十分重要的。 发动机中的摩擦学设计 ——对发动机进行摩擦学设计，目的是减少磨损、摩擦导致的排放和燃油损耗，力图延长零部件寿命、提高能源利用效率。 内燃机中的主要能量消耗，其中活塞的能量消耗占30％。由此可见，发动机能耗的关键是活塞环组—缸套的磨耗问题。 图1 内燃机中主要的燃料能量消耗 活塞环与缸套 活塞环是发动机中的重要组成部件。活塞中一般装有2～4道活塞环，分气环与油环2种（如图3）。它们紧贴气缸壁，主要起气密和布油作用。 这就对活塞环的材料提出了很高的要求，它必须具有良好的导热性和高温机械性能；具有足够的储油能力；既要具有良好的跑合性以保证气密，又要具有良好的耐磨性。 活塞环与缸套 为了减少活塞环与缸孔之间的摩擦损耗，现有的方法有以下几种： （1）减少活塞环根数 汽油机只采用一根油环和一根压缩环。柴油机采用两根压缩环一根油环。油环采用窄单轨油环（NSOR—narrow single rail oil ring）。压缩环厚度减薄，通过减少活塞环与缸孔的接触面积来降低摩擦损失。 活塞环尺寸趋于减薄，而所承受的负荷却有增大的倾向。因而活塞环的工作应力增加，传统的活塞环材料——合金灰铸铁已有强度不足之虞。这样便促使活塞环材料由合金灰铸铁向钢转变，据悉现代高性能发动机的上压缩环已大半由不锈钢制造。 通过采用两根活塞环和减小压缩环厚度等措施，可使摩擦阻力减小50％，燃油消耗下降5％。 活塞环与缸套 （2）降低活塞环弹力 弹力降低可能引起机油消耗增加。但是，机油消耗增加是排气污染物——颗粒增加的主要因素，是应当极力避免的。为此对压缩环的设计进行了改进。在两根环的结构中。把压缩环的滑动面设计成刮油能力强的的锥形，环的开口部位设计成密封和强度方面都最适宜的特殊合口形状。 特殊合口形状 锥形压缩环 活塞环与缸套 （3）活塞环表面镀层 通过活塞环的表面镀层，可以改善摩擦副的摩擦特性，降低二者的摩擦和磨损。通常采用的活塞环表面镀层方法有镀Cr、喷Mo等。 (a) Cr环 (b) Mo环 (c) CKS环 图为带有球墨铸铁基体的镀铬环（Cr环）、喷钼环（Mo环）和陶瓷复合镀铬环（CKS环）表面镀层 活塞环与缸套 活塞环—汽缸壁磨损试验装置示意图 活塞环和汽缸壁的耐磨性用磨损系数来评价，磨损系数由下式得到 活塞环与缸套 K/10-8mm3/(N·m)-1 实验表明，Mo环和与匹配的缸套的汽缸壁均具有相对较大的磨损系数，Mo环的磨损系数分别是Cr环和CKS环磨损系数的6.88倍和49.6倍；CKS环具有很低的磨损系数。 因此，从此试验中我们