一种具有共同微织构表面的活塞缸

本发明属于微织构减摩领域，具体涉及一种具有共同微织构表面的活塞缸。

背景技术：

1、活塞缸工作过程中，缸套-活塞环作为活塞缸内最为重要的摩擦副，具有密封、润滑等不可替代的功能。但该摩擦副在工作中所产生的摩擦损失大约占活塞缸总摩擦损失的26％，其性能会影响活塞缸的寿命、稳定性等。

2、表面微织构技术作为一种表面改性技术，利用物理、化学等方法在材料表面加工出规则有序排列的微小结构阵列，微织构作为一种减摩的手段已经在发动机部件、刀具、计算机硬盘、水下潜器等多个领域都有应用。目前表面微织构已经用在改善缸套-活塞环的摩擦磨损方面。

3、现有关于缸套-活塞环减摩耐磨的发明设计，大多数是从单一表面微织构进行减摩发明设计，很少考虑到缸套-活塞环会经历不同阶段的摩擦状态，而分别将缸套和活塞环表面微织构相结合应用到活塞环-气缸套运动副上的设计比较少。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种具有共同微织构表面的活塞缸，以解决现有技术中只采用单一表面微织构的技术问题。

2、本发明提供了一种具有共同微织构表面的活塞缸，包括：缸套、活塞；缸套内壁延缸套轴向依次划分成五段区域，分别为：边界润滑区域、混合润滑区域、流体润滑区域、混合润滑区域、边界润滑区域，五段区域的表面均设有表面微织构；活塞的活塞环与缸套内壁接触的一面上设有表面微织构。

3、进一步地，所述边界润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.055～0.080；混合润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.045～0.055；流体润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.003～0.045。

4、进一步地，所述五段区域的划分比例为：1.68：3.52：91.68：2：1.12。

5、进一步地，所述边界润滑区域的表面微织构包括：数条正弦波填充沟槽微织构，数条正弦波填充沟槽微织构延缸套轴向等间距分布，一条正弦波填充沟槽微织构绕缸套内壁一周圈；所述混合润滑区域的表面微织构包括：数条正弦波填充沟槽微织构、数个圆形凹坑微织构，数条正弦波填充沟槽微织构延缸套轴向等间距分布，一条正弦波填充沟槽微织构绕缸套内壁一周圈，数个圆形凹坑微织构成阵列错位排布，一行中的圆形凹坑微织构位于正弦波填充沟槽微织构的波峰中与波峰同轴，相邻错位的一行中的圆形凹坑微织构位于正弦波填充沟槽微织构的波谷中与波谷同轴；所述流体润滑区域的表面微织构包括：数个多边形凹坑微织构或数个圆形凹坑微织构，数个多边形凹坑微织构或数个圆形凹坑微织构成阵列排布；活塞环上的表面微织构包括：数个多边形凹坑微织构或数个圆形凹坑微织构，数个多边形凹坑微织构或数个圆形凹坑微织构成阵列排布。

6、进一步地，所述边界润滑区域的正弦波填充沟槽微织构的宽度范围为0.19mm～0.22mm；正弦波填充沟槽微织构的一个周期范围为：1.8mm～2.1mm；相邻正弦波填充沟槽微织构的间距范围为：1.4mm～1.6mm；正弦波填充沟槽微织构的沟槽深度范围为：0.03mm～0.05mm。

7、进一步地，所述混合润滑区域的正弦波填充沟槽微织构的宽度范围为0.13mm～0.16mm；正弦波填充沟槽微织构的一个周期范围为：1.8mm～2.1mm；相邻正弦波填充沟槽微织构的间距范围为：1.4mm～1.6mm；正弦波填充沟槽微织构的沟槽深度范围为：0.03mm～0.05mm；

8、圆形凹坑微织构的半径范围为：0.14mm～0.16mm；圆形凹坑微织构的深度范围为：0.05mm～0.07mm；圆形凹坑微织构与正弦波填充沟槽微织构的间距范围为：0.18mm～0.22mm；阵列错位排布的圆形凹坑微织构的横向错位范围为：0.9mm～1.1mm，纵向错位范围为：0.4mm～0.6mm，行间距范围为：1.4mm～1.5mm，列间距范围为：1.9mm～2.1mm。

9、进一步地，所述流体润滑区域的微织构的半径范围为：0.13mm～0.16mm；微织构的深度范围为：0.04mm～0.06mm；微织构的行间距范围为：1.3mm～1.6mm，列间距范围为：1.3mm～1.6mm。

10、进一步地，活塞环上的圆形凹坑微织构的半径范围为：0.09mm～0.11mm；圆形凹坑微织构的槽深度范围为：0.07mm～0.09mm；圆形凹坑微织构的行间距范围为：0.2mm～0.4mm，列间距范围为：0.2mm～0.4mm。

11、进一步地，所述正弦波填充沟槽微织构中填充物为二硫化钼。

12、进一步地，所述表面微织构均通过激光烧蚀形成。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明采用将缸套内壁划分成五个区域，设置了不同的微织构表面以及摩擦系数，不同的微织构表面会具有不同的效果，可以满足缸套内部压强和活塞环速度的周期性变化情况，不同的微织构表面摩擦系数可以满足缸套表面各区域润滑摩擦性能的需求。

15、本发明设置了五个区域划分的范围比例，有效的对缸套表面各摩擦区域进行划分，可以适应各种的不同缸套表面的划分，来达到缸套不限于工作行程长短的效果。

16、本发明采用不同形式的共同微织构表面，与单一表面微织构相比，共同微织构可以结合活塞环表面微织构和缸套表面微织构槽所具有的效果，共同微织构的耦合作用为表面提供了最佳的油膜厚度和最高的碎屑捕获效率，提高了缸套和活塞环之间的磨合质量、承载能力和储油能力，最终获得更好的减磨效果。

技术特征：

1.一种具有共同微织构表面的活塞缸，包括：缸套、活塞，其特征在于，缸套内壁延缸套轴向依次划分成五段区域，分别为：边界润滑区域、混合润滑区域、流体润滑区域、混合润滑区域、边界润滑区域，五段区域的表面均设有表面微织构；活塞的活塞环与缸套内壁接触的一面上设有表面微织构。

2.如权利要求1所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述边界润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.055～0.080；混合润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.045～0.055；流体润滑区域的表面微织构的摩擦系数范围为：0.003～0.045。

3.如权利要求1所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述五段区域的划分比例为：1.68：3.52：91.68：2：1.12。

4.如权利要求1所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，

5.如权利要求4所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述边界润滑区域的正弦波填充沟槽微织构的宽度范围为0.19mm～0.22mm；正弦波填充沟槽微织构的一个周期范围为：1.8mm～2.1mm；相邻正弦波填充沟槽微织构的间距范围为：1.4mm～1.6mm；正弦波填充沟槽微织构的沟槽深度范围为：0.03mm～0.05mm。

6.如权利要求4所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述混合润滑区域的正弦波填充沟槽微织构的宽度范围为0.13mm～0.16mm；正弦波填充沟槽微织构的一个周期范围为：1.8mm～2.1mm；相邻正弦波填充沟槽微织构的间距范围为：1.4mm～1.6mm；正弦波填充沟槽微织构的沟槽深度范围为：0.03mm～0.05mm；

7.如权利要求4所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述流体润滑区域的微织构的半径范围为：0.13mm～0.16mm；凹坑微织构的深度范围为：0.04mm～0.06mm；微织构的行间距范围为：1.3mm～1.6mm，列间距范围为：1.3mm～1.6mm。

8.如权利要求4所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，活塞环上的圆形凹坑微织构的半径范围为：0.09mm～0.11mm；圆形凹坑微织构的深度范围为：0.07mm～0.09mm；圆形凹坑微织构的行间距范围为：0.2mm～0.4mm，列间距范围为：0.2mm～0.4mm。

9.如权利要求4所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述正弦波填充沟槽微织构中填充物为二硫化钼。

10.如权利要求1-9中任一所述的具有共同微织构表面的活塞缸，其特征在于，所述表面微织构均通过激光烧蚀形成。

技术总结
本发明公开了一种具有共同微织构表面的活塞缸，包括：缸套、活塞，其特征在于，缸套内壁延缸套轴向依次划分成五段区域，分别为：边界润滑区域、混合润滑区域、流体润滑区域、混合润滑区域、边界润滑区域，五段区域的表面均设有表面微织构；活塞的活塞环与缸套内壁接触的一面上设有表面微织构。本发明采用将缸套内壁划分成五个区域，设置了不同的微织构表面以及摩擦系数，不同的微织构表面会具有不同的效果，可以满足缸套内部压强和活塞环速度的周期性变化情况，不同的微织构表面摩擦系数可以满足缸套表面各区域润滑摩擦性能的需求。

技术研发人员：樊玉杰,郝梦杰,杜宇辰,王苏扬,管小燕,刘芳华,夏晶
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22