本节选择沟槽型织构以研究其对径向密封片摩擦损失的影响，织构类型如图4.27所示。图4.28 显示，径向密封片引导弧一侧的油膜压力总是较大，跟随弧一侧的油膜压力较小，表明织构能够减少空化区域。由上式可知，在上述织构区域，径向密封片和气缸之间高度发生了变化。由于径向密封片和气缸之间发生混合润滑，织构改变径向密封片和气缸之间的厚度，这会影响油膜厚度和综合粗糙度的比值，即膜厚比。......
2023-06-23
DLC膜对摩擦损失的影响分析
【摘要】：图4.34DLC膜混合润滑损失的影响关系图4.34DLC膜混合润滑损失的影响关系图4.35镀膜对油膜厚度的影响由图4.35可以看出，对于DLC镀膜表面，油膜厚度要小于未镀膜的油膜厚度。其中一个主要原因是镀膜后微凸体接触载荷在平衡径向压作用力的作用减少，另外一个原因是DLC在边界润滑条件下表面摩擦系数仅是未镀膜表面摩擦系数的68%。镀膜对油膜摩擦力影响较小，镀膜对微凸体摩擦力较大。
DLC膜具有优异的耐磨性能、较低的摩擦系数和自润滑特性，是一种理想的表面抗磨损改性膜。DLC膜中含有硬度较高的金刚石相和石墨相，在摩擦副下，金刚石相可以向石墨相转化，这种转化可以降低摩擦副表面摩擦系数。此外，DLC镀膜会改变表面形貌和表面弹性模量。表面形貌和弹性模量的改变会影响径向密封片和气缸之间的混合摩擦状态，其影响关系如图4.34所示。
由图4.34可以看出，在混合润滑状态下，摩擦系数较低的DLC膜能够直接降低微凸体相互接触产生的摩擦力。此外，DLC膜能够改变摩擦副表面相貌，这会直接影响接触状态。
本节研究在转速为11 000r/min下的混合润滑情况，DLC镀膜对各参数随偏心轴转角变化趋势的影响，得出了径向密封片与气缸之间油膜厚度的变化，如图4.35所示镀膜对油膜厚度的影响。
图4.34 DLC膜混合润滑损失的影响关系
图4.35 镀膜对油膜厚度的影响
由图4.35可以看出，对于DLC镀膜表面，油膜厚度要小于未镀膜的油膜厚度。其原因是镀膜后，气缸型面粗糙度降低，微凸体承载载荷降低，油膜承载载荷有所增大。油膜载荷增大有助于油膜厚度降低。此外，镀膜后，气缸型面微凸体弹性模量增大，进而增大了气缸与径向密封片之间的刚度，有助于油膜厚度增大。在粗糙度和弹性模量综合作用下，油膜厚度降低。由图4.35可以看出，镀膜后，径向密封片和气缸之间厚度降低。
微凸体载荷变化如图4.36所示。从图4.36可知，在一个循环之内，无论气缸是否镀膜，微凸体接触压力和油膜力的变化趋势相同，在665°和1 018°偏心轴转角处取得两个局部极大值，在270°和860°偏心轴转角处取得两个局部极小值，这主要是由于径向压作用力受气体压力、惯性力和弹簧力的影响。对于未镀膜和镀膜的表面，径向压作用力相同。结果表明镀膜表面油膜力会大于未镀膜表面油膜力。由于在混合情况下，径向压作用力主要由微凸体接触压力和油膜力共同承担，所以对于镀膜表面，径向微凸体接触压力要大于未镀膜的微凸体接触压力。与油膜力相比，单位载荷的微凸体接触压力摩擦力较大，所以镀膜后微凸体接触压力下降对于摩擦损失降低具有重要意义。
图4.36 镀膜对微凸体接触压力和油膜力的影响
微凸体接触压力和油膜力引起的摩擦力变化如图4.37所示。图4.37中显示，与未镀膜表面相比，镀膜表面油膜摩擦力有所上升，镀膜后油膜力上升幅度较小。镀膜对油膜摩擦力影响较小，镀膜对微凸体摩擦力较大。对于未镀膜表面和镀膜表面，镀膜后微凸体摩擦力仅是未镀膜表面摩擦力的50%。其中一个主要原因是镀膜后微凸体接触载荷在平衡径向压作用力的作用减少，另外一个原因是DLC在边界润滑条件下表面摩擦系数仅是未镀膜表面摩擦系数的68%。
图4.37 镀膜对油膜压力所占比重的影响
摩擦损失功率随曲轴转角变化如图4.38所示。由图4.38可知，与未镀膜相比，镀膜表面油膜摩擦损失功率出现轻微上升，镀膜能够使微凸体摩擦损失大幅度低，镀膜后表面摩擦损失功率仅为未镀膜表面摩擦损失功率的56%～64%。
图4.38 摩擦损失功率随曲轴转角变化
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