内燃机轴瓦―曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能研究

内燃机轴瓦―曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能研究摘要：

内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副是内燃机工作中重要的部件之一，其摩擦学性能对内燃机的可靠性和经济性有着重要影响。本文通过对内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能的研究，深入分析了摩擦副的摩擦、磨损机理及其对内燃机性能的影响。研究表明，优化摩擦副材料的选择、设计与润滑方案可有效提升内燃机的性能表现。

关键词：内燃机；轴瓦-曲轴轴颈摩擦副；摩擦学性能；材料；设计；润滑

Abstract：

Thefrictionpairofenginebearing-crankshaftjournalisoneoftheimportantcomponentsintheworkingoftheinternalcombustionengine.Itstribologicalperformancehasasignificantimpactonthereliabilityandeconomyoftheengine.Inthispaper,thetribologicalperformanceofthefrictionpairofenginebearing-crankshaftjournalwasstudied,andthefrictionandwearmechanismofthefrictionpairanditsimpactontheengineperformanceweredeeplyanalyzed.Thestudyshowsthatoptimizingtheselectionofmaterials,designandlubricationschemeofthefrictionpaircaneffectivelyimprovetheperformanceoftheinternalcombustionengine.

Keywords:internalcombustionengine;bearing-crankshaftjournalfrictionpair;tribologicalperformance;material;design;lubrication

一、引言

内燃机是现代工业中应用最为广泛的动力设备之一。在内燃机的工作中，轴瓦-曲轴轴颈摩擦副是一个关键部件，它直接影响着整个内燃机的性能表现。在内燃机运转过程中，摩擦副的工作环境复杂，受到高温、高压、高速、高负荷等多种因素的影响，其磨损和故障频繁发生，因此，对轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的摩擦学性能进行深入研究，对于提高内燃机的可靠性和经济性有着重要意义。

二、摩擦副的摩擦学性能

（一）摩擦学理论模型

实际内燃机摩擦副摩擦学性能的研究需要基于摩擦学理论模型。目前常用的摩擦学模型主要有Coulomb摩擦模型、Amontons（瑞利）摩擦模型、Cattaneo-Mindlin弹塑性接触模型等。其中Cattaneo-Mindlin模型能够模拟接触区域的应力分布以及微观的接触变形和热变形，与实际摩擦副情况更为接近。

（二）材料选择与设计优化

摩擦副的材料选择和设计优化是影响摩擦副摩擦学性能的重要因素。材料通常选择具有高的硬度、强度、热稳定性和导热性能的合金材料，如铜基合金、铝锑青铜、铜铝合金等。设计方面，适当增加轴瓦厚度，加大轴瓦径向间隙和曲轴径向间隙，采用双极数轴瓦设计等可提高轴瓦-曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能。

（三）润滑方案优化

润滑方式、压力和温度对摩擦副的摩擦学性能有着重要影响。油膜润滑是目前内燃机摩擦副中应用最为广泛的润滑方式，它能够切断实际接触，并且增加了机件的自润滑功能。合理的润滑方案应包括油膜形成、油膜厚度、油膜承载能力、油膜结构和油膜中润滑油的选择等。

三、摩擦副的磨损机理

内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的磨损主要包括磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。其中，磨粒磨损是最常见的一种磨损方式，主要是由于异物进入润滑油中，使得油膜中混入硬质颗粒而引起的。疲劳磨损则是由于轴瓦-曲轴轴颈摩擦副长时间经过高负荷或高速度运转，导致轴瓦材料表面疲劳破裂形成的磨损。腐蚀磨损则是油中活性物质对轴瓦表面腐蚀而引起的局部磨损。

四、结论

轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的摩擦学性能对于整个内燃机的工作性能表现具有重要影响。优化摩擦副材料的选择和设计与润滑方案，可有效提升摩擦副的性能表现。因此，在内燃机的设计和工程应用中，摩擦学性能的研究应得到更加关注和重视。为了提高轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的性能表现，需要进行材料和设计的优化。其中，材料的选择是非常关键的一环。合适的材料应具有高的硬度、强度、热稳定性和导热性能，以及较低的摩擦系数和磨损率。此外，在设计方面，可以采用双极数轴瓦设计，增加轴瓦厚度和径向间隙，以及加大曲轴径向间隙等措施来优化摩擦副的设计。

对于润滑方案的优化，需要根据具体情况进行选择。通常采用油膜润滑的方式，利用润滑油在轴瓦与曲轴轴颈之间形成润滑油膜，减少实际接触，同时增加自润滑功能。润滑方案的优化应包括油膜形成、油膜厚度、油膜承载能力、油膜结构和润滑油的选择等要素。

此外，摩擦副的磨损机理也需要深入研究。了解磨损机理可以为优化材料、设计和润滑方案提供指导，进一步提高摩擦副的性能表现和寿命。

总之，内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的摩擦学性能是内燃机性能的重要组成部分，对整个内燃机的可靠性和经济性有着至关重要的影响。在内燃机的设计和工程应用中，需要重视摩擦学性能的研究和优化。除了上述提到的优化措施外，进一步研究润滑油的特性对于提高轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的性能也非常关键。例如，润滑油的黏度、粘度指数、溶解性、氧化安定性、清净性等特性都与润滑效果和寿命有密切关系。因此，需要选用具备良好润滑特性、高品质的润滑油，并进行润滑系统的优化设计。

在实际工程中，还需要进行一系列实验和数值模拟，以评估不同优化措施对于摩擦副性能的影响，并得出最优方案。同时，加强监测和维护也是保证摩擦副性能和寿命的关键，包括定期更换润滑油、检查轴瓦和曲轴轴颈的磨损情况，并及时进行维修和更换。

需要注意的是，摩擦副的优化也需要平衡不同因素之间的相互关系。例如，为了提高润滑效果，增加润滑油的黏度可能会增加摩擦损失，导致功率损失和过热现象。因此，需要根据具体情况进行综合考虑，以实现最优的性能表现和寿命。

总而言之，轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的优化是内燃机设计和工程应用中的关键问题。通过合理的材料选择、设计和润滑方案优化，以及加强实验和监测，可以实现最优的性能表现和寿命，并为内燃机的可靠性和经济性提供保障。除了上述的优化措施之外，还可以采用表面涂覆技术对轴瓦和曲轴轴颈进行处理，以提高摩擦副的性能表现。表面涂覆技术主要包括热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积等技术，该技术可以使轴瓦和曲轴轴颈的表面硬度、抗磨性能、抗腐蚀性等性能得到提高，从而能够有效地提高摩擦副的性能和寿命。

另外，内燃机在使用过程中，由于燃烧和摩擦以及尘土等因素的影响，会产生大量的沉积物和碎屑，进而影响摩擦副的润滑效果和寿命。因此，需要对内燃机进行定期维护和清洗，保持摩擦副的清洁和润滑状态。此外，合理的操作和驾驶习惯也对摩擦副的寿命和性能有着至关重要的影响，应注意避免超负荷和过度加速等操作方式，同时还需注意内燃机在低温启动、急速变道等情况下的使用。

最后，随着科技的发展，新材料的出现以及先进制造技术和润滑技术的不断进步，内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的性能和寿命得以不断提升，能够更好地适应汽车发展趋势和环境要求。因此，未来的研究和发展方向应该继续深入探索新材料、新润滑方案和新技术，为摩擦副的优化和发展提供新思路和新方法。此外，内燃机发展的趋势也对轴瓦-曲轴轴颈摩擦副的要求提出了新的挑战。随着汽车电动化、轻量化和智能化的不断提升，内燃机的功率密度、燃烧效率和可靠性要求也越来越高。在这种情况下，轴瓦-曲轴轴颈摩擦副需要能够适应高效、可靠和低能耗的要求，同时还需要具备耐用性、环保性等特点。

因此，当前内燃机轴瓦-曲轴轴颈摩擦副技术的发展方向是继续优化摩擦配对结构、材料、润滑和冷却技术，以提升效率、降低损失和减少摩擦学噪音，并通过多源数据分析和预测技术实现智能化的监测和维护。另外，开发适用于新能源车辆的新型轴瓦-曲轴轴颈摩擦副技术也成为当前的研究热点