一种仿生分布的气缸套表面织构结构的制作方法

本发明涉及的是一种气缸套表面织构结构，尤其涉及一种仿生分布的气缸套表面织构结构，属于工程机械领域。

背景技术：

内燃机是汽车、船舶和工程机械等领域应用最广泛的动力装置。内燃机运行时，燃料在气缸内燃烧，推动活塞组做往复运动，并驱动曲轴旋转输出动力。活气缸套-活塞环是内燃机最重要的摩擦副之一，其工作状况直接影响内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性等，摩擦损耗约占内燃机总耗能的6％。润滑研究是气缸套-活塞环摩擦副研究的重要方面，有利于减小摩擦功耗，提高内燃机的综合性能。

传统摩擦学理论认为，摩擦副表面一般越光滑性能越好，但受材料性质和加工精度的影响，对表面进行抛光、研磨等表面精加工技术获得的表面粗糙度始终受到限制。而且理论研究和大量工程实践表明，摩擦副表面并非越光滑越好，一定的表面粗糙度或表面纹理反而有利于润滑油膜的形成从而减小摩擦磨损。近年来，摩擦副表面织构由于能够有效改善表面摩擦学性能而受到了国内外学者的广泛重视，其中对表面织构的设计、加工以及织构表面的摩擦学性能试验和理论分析已成为研究的热点问题。因此，应用表面织构改善内燃机气缸套-活塞环摩擦副的润滑特性是提高内燃机运行可靠性、经济性的有效方法。

技术实现要素：

本发明的目的是在一定程度上解决气缸套摩擦副存在的摩擦学问题。因此，本发明提出一种在油润滑环境里，在高速、重载工况下具有润滑效果好、机械损失小、容积效率高优点的表面织构仿生分布的气缸套摩擦副。本发明基于流体动压原理，在内燃机气缸套内表面加工沟槽织构。

本发明是这样实现的：

一种仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，包括气缸套本体，所述气缸套本体内表面开设有类似菠萝表面凹坑分布的沟槽，所述沟槽几何形状相同，轮廓为椭圆形，横截面为矩形。

本发明还包括这样一些特征：

所述沟槽沿所述气缸套本体轴向按照螺旋线分布，所述螺旋线的螺距在1.0～4.0mm之间；

所述沟槽在所述气缸套本体内表面的占有率为10％～35％；

所述沟槽沿活塞运动方向的尺寸为长度b，与活塞运动方向垂直的尺寸为宽度a，且b大于a；

所述沟槽长度b在2.0～5.0mm之间，宽度a在1.0～3.0mm之间，深度在10～60μm之间。

本发明有益效果：

自然界中大量生物，如植物中的菠萝、竹子，山地与沙漠地带的蜥蜴、蛇类，海洋中的贝类和鱼类等，普遍具有优良的脱附、减阻和耐磨的功能，这些功能与其体表非光滑表面形态有关。本发明依据仿生非光滑效应，将气缸套内表面设计为具有类似菠萝表面凹坑分布沟槽的表面，由流体动压润滑原理可知，阶梯平面与其他形状的平面相比，其产生的动压能力较强；在阶梯效应的作用下，可较好的保证油膜压力场产生的抗倾覆力矩，增强气缸套的工作可靠性。此外，沟槽能够储存一部分润滑油，增大油膜承载力，减小粘性摩擦力和端泄，表面织构的存在一定程度上降低了微凸体密度，从而降低接触摩擦力，提高机械效率，对指导气缸套摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

本发明未增加零件，仅通过结构设计改善了气缸套摩擦副的润滑性能，具有结构简单、经济性好的优点。此外，该结构还具有适用性广的特点，可以针对不同的工况，选用不同分布和尺寸的沟槽，从而保证气缸套具有优异的工作性能。

附图说明

图1是本发明的局部俯视图；

图2是本发明的左视剖面图；

图3是本发明的装配局部状态图。

图中：1-气缸套本体；2-沟槽；3-活塞环；4-活塞；5-活塞环环槽。

具体实施方式

以下结合具体实施案例，对本发明进行详细说明。

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清晰，结合附图以及实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不是用于限定本发明。

本实例提供了一种仿生分布的气缸套表面织构设计，包括气缸套本体1，所述气缸套1内表面开设有类似菠萝表面凹坑分布的沟槽，所述沟槽2几何形状相同，轮廓为椭圆形，横截面为矩形。

所述沟槽2沿所述气缸套1轴向按照螺旋线分布，所述螺旋线的螺距在1.0～4.0mm之间。

所述沟槽2在所述气缸套1内表面的占有率为10％～35％；

所述沟槽2沿活塞运动方向的尺寸为长度b，与活塞运动方向垂直的尺寸为宽度a，且b大于a。

所述沟槽2长度b在2.0～5.0mm之间，宽度a在1.0～3.0mm之间，深度在10～60μm之间。

图3为本发明的一种装配局部状态图。在气缸套本体1使用过程中与活塞环3形成摩擦配副，活塞环3安装在活塞环环槽5中，工作过程中，气缸套本体1固定，活塞环3在活塞环环槽5中与活塞4沿气缸套本体1做往复运动，由于气缸套本体内表面加工有沟槽，其能够提高油膜承载力、降低机械损失，减少泄漏，改善润滑状态。

以上所述仅为本发明较好的实例，并不用于限定本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

综上所述：本发明涉及一种仿生分布的气缸套表面织构设计，包括气缸套本体，所述气缸套内表面开设有类似菠萝表面凹坑分布的沟槽，所述沟槽几何形状相同，轮廓为椭圆形，横截面为矩形，且沿所述气缸套轴向按照螺旋线分布，由于表面织构出现在上下止点附近时，会在一定程度上降低气缸套摩擦副的润滑性能，所述沟槽在气缸套内表面的占有率为10％～35％。本发明通过在气缸套内表面加工仿生分布的沟槽，能够储存一部分润滑油，增大油膜承载力，减小粘性摩擦力和端泄，表面织构的存在一定程度上降低了微凸体密度，从而降低接触摩擦力，提高机械效率，对指导缸套摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

技术特征：

1.一种仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，包括气缸套本体(1)，所述气缸套本体(1)内表面开设有类似菠萝表面凹坑分布的沟槽，所述沟槽(2)几何形状相同，轮廓为椭圆形，横截面为矩形。

2.根据权利要求1所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)沿所述气缸套本体(1)轴向按照螺旋线分布，所述螺旋线的螺距在1.0～4.0mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)在所述气缸套本体(1)内表面的占有率为10％～35％。

4.根据权利要求1或2所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)沿活塞运动方向的尺寸为长度b，与活塞运动方向垂直的尺寸为宽度a，且b大于a。

5.根据权利要求3所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)沿活塞运动方向的尺寸为长度b，与活塞运动方向垂直的尺寸为宽度a，且b大于a。

6.根据权利要求4所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)长度b在2.0～5.0mm之间，宽度a在1.0～3.0mm之间，深度在10～60μm之间。

7.根据权利要求5所述的仿生分布的气缸套表面织构结构，其特征是，所述沟槽(2)长度b在2.0～5.0mm之间，宽度a在1.0～3.0mm之间，深度在10～60μm之间。

技术总结
本发明一种仿生分布的气缸套表面织构结构，包括气缸套本体，所述气缸套本体内表面开设有类似菠萝表面凹坑分布的沟槽，所述沟槽几何形状相同，轮廓为椭圆形，横截面为矩形，所述沟槽沿所述气缸套本体(1)轴向按照螺旋线分布，所述螺旋线的螺距在1.0～4.0mm之间，所述沟槽(2)在所述气缸套本体(1)内表面的占有率为10％～35％，所述沟槽(2)沿活塞运动方向的尺寸为长度B，与活塞运动方向垂直的尺寸为宽度A，且B大于A。本发明未增加零件，仅通过结构设计改善了气缸套摩擦副的润滑性能，具有结构简单、经济性好的优点。此外，该结构还具有适用性广的特点，可以针对不同的工况，选用不同分布和尺寸的沟槽，从而保证气缸套具有优异的工作性能。

技术研发人员：马旋;孟祥旭;卢熙群;李彤阳;焦博文;孙文;王永强
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2020.05.07
技术公布日：2020.08.11