一种带有平行凹坑织构的内燃机活塞环的制作方法

本发明涉及的是一种内燃机活塞环，具体涉及一种带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，属于工程机械领域。

背景技术：

内燃机具有工作效率高、可靠性强、经济性好等优点，其广泛应用于交通、国防、农渔业等领域。当前，市场对内燃机的性能提出了更高的要求，衍生出高强化技术。随着内燃机的强化指标不断提高，尤其是内燃机的转速、爆发压力及结构件承受的能量密度大幅度提髙，内燃机出现了摩擦功耗显著升高、磨损加剧、拉缸倾向严重等摩擦学问题，这已经成为制约我国新一代先进动力发展的瓶颈问题。

活塞环-缸套摩擦副是内燃机的关键摩擦副之一，是影响内燃机经济性、动力性和可靠性的重要部件，其工作性能的好坏直接影响内燃机的性能。近年来，随着内燃机朝着高转速和高负载的方向发展，活塞环在缸内的工作环境越来越恶劣，对活塞环的性能要求也越来越严苛。研究表明：内燃机活塞环-缸套摩擦副是内燃机摩擦功耗损失的主要部分，并且当活塞环-缸套磨损严重时，会导致缸内高温高压气体下窜，严重者甚至会造成曲轴箱爆炸等事故。在压缩、燃烧、膨胀过程中，缸套和活塞环在高机械负荷和高热负荷下经历流体动压润滑、混合润滑、边界润滑、干摩擦等各种摩擦状态，是内燃机各摩擦配副中摩擦磨损问题的典型代表，内燃机强化系数提高以后这些问题表现更加突出。因此需要采用合理的结构设计来增强活塞环的耐磨性及润滑性能，延长活塞环-缸套工作的寿命和可靠性，对于提高内燃机整体的工作性能和可靠性以及经济性有着十分重大的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是在一定程度上解决活塞环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、容积效率高优点的带有平行凹坑织构的内燃机活塞环摩擦副。本发明基于流体动压原理，在内燃机活塞环表面加工平行凹坑织构。

本发明是这样实现的：

一种带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，包括活塞环本体，所述活塞环本体具有上、下环岸和内、外周面，且上、下环岸设有倒角，用于减小活塞环与气缸套的接触面积，所述活塞环本体外周面上开设有两列正方形凹坑织构，所述两列正方形凹坑织构沿所述活塞环本体厚度方向的中面对称，凹坑序列ⅰ和凹坑序列ⅱ与所述活塞环本体外周面边缘平行。

本发明还包括这样一些特征：

所述凹坑序列ⅰ、凹坑序列ⅱ沿周向等距分布，间距l在2～5mm之间，数量在20～50之间；

所述凹坑序列ⅰ距活塞环本体外周面边缘长度为lt，活塞环本体宽度为w，用lt/w的比值表示沟槽的位置，所述凹坑序列ⅰlt/w的范围是0.2～0.8；

所述凹坑序列ⅰ，凹坑序列ⅱ宽度在0.05～0.20mm之间，深度在0.3～3μm之间。

本发明有益效果：

本发明依据流体动压原理，将活塞环表面设计为具有平行凹坑织构的表面，由流体力学的知识可知，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，增强活塞环的工作可靠性。此外，凹坑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，对指导活塞环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活塞环摩擦副的润滑性能，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平行凹坑织构，从而保证活塞环具有优异的工作性能。

附图说明

图1是本发明的局部立体图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的装配局部状态图

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。

本实例提供了带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，包括活塞环本体1，所述活塞环本体具有上、下环岸和内、外周面，且上、下环岸设有倒角4，用于减小活塞环与气缸套的接触面积，所述活塞环本体1外周面上开设有两列正方形凹坑织构，所述两列正方形凹坑织构沿所述活塞环本体厚度方向的中面对称，凹坑序列ⅰ2和凹坑序列ⅱ3与所述活塞环本体(1)外周面边缘平行。

所述凹坑序列ⅰ2、凹坑序列ⅱ3沿周向等距分布，间距l在2～5mm之间，数量在20～50之间；

所述凹坑序列ⅰ2lt/w的范围是0.2～0.8。

所述凹坑序列ⅰ(2)，凹坑序列ⅱ(3)宽度在0.05～0.20mm之间，深度在0.3～3μm之间。

图3为本发明的一种装配局部状态图。在活塞环本体1使用过程中安装在活塞环环槽6中，同时活塞环本体1外周面与缸套7内周面形成摩擦配副，工作过程中，活塞环本体1在活塞环环槽6中与活塞5沿缸套7做往复运动，由于活塞环本体1外周面加工有平行凹坑织构，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：本发明涉及带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，包括活塞环本体，所述活塞环本体具有上、下环岸和内、外周面，所述上、下环岸设有倒角，用于减小活塞环与气缸套的接触面积，所述活塞环本体外周面上开设有两列正方形凹坑织构，所述两列正方形凹坑织构沿所述活塞环本体厚度方向的中面对称，凹坑序列ⅰ和凹坑序列ⅱ与所述活塞环本体外周面边缘平行。本发明通过在活塞环外周面加工平行正方形凹坑织构，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，对指导活塞环摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

技术特征：

1.一种带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，包括活塞环本体(1)，所述活塞环本体(1)具有上、下环岸和内、外周面，且上、下环岸设有倒角(4)，用于减小活塞环与气缸套的接触面积，所述活塞环本体(1)外周面上开设有两列正方形凹坑织构，所述两列正方形凹坑织构沿所述活塞环本体(1)厚度方向的中面对称，凹坑序列ⅰ(2)和凹坑序列ⅱ(3)与所述活塞环本体(1)外周面边缘平行。

2.根据权利要求1所述的带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，所述凹坑序列ⅰ(2)、凹坑序列ⅱ(3)沿周向等距分布，间距l在2～5mm之间，数量在20～50之间。

3.根据权利要求1或2所述的带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，所述凹坑序列ⅰ(2)距活塞环本体(1)外周面边缘长度为lt，活塞环本体(1)宽度为w，用lt/w的比值表示沟槽的位置，所述凹坑序列ⅰ(2)lt/w的范围是0.2～0.8。

4.根据权利要求1或2所述的带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，所述凹坑序列ⅰ(2)，凹坑序列ⅱ(3)宽度在0.05～0.20mm之间，深度在0.3～3μm之间。

5.根据权利要求3所述的带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，其特征是，所述凹坑序列ⅰ(2)，凹坑序列ⅱ(3)宽度在0.05～0.20mm之间，深度在0.3～3μm之间。

技术总结
本发明一种带有平行凹坑织构的内燃机活塞环，包括活塞环本体，所述活塞环本体具有上、下环岸和内、外周面，且上、下环岸设有倒角，所述活塞环本体外周面上开设有两列正方形凹坑织构，所述两列正方形凹坑织构沿所述活塞环本体厚度方向的中面对称，凹坑序列Ⅰ和凹坑序列Ⅱ与所述活塞环本体外周面边缘平行，所述凹坑序列Ⅰ、凹坑序列Ⅱ沿周向等距分布，间距L在2～5mm之间，数量在20～50之间；本发明通过在活塞环外周面加工平行正方形凹坑织构，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，对指导活塞环摩擦副的低摩擦设计具有重要意义。

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