電容法測量汽缸套磨損簡介

摘 要：我國軍用動力正朝著高功率，高可靠性，高經濟性發展，發動機活塞環—氣缸套摩擦副的工作狀況直接影響其壽命、可靠性、經濟性和排放特性。因此有必要對發動機活塞環——氣缸套摩擦副的摩擦狀態進行深入的研究。現已開展的氣缸套活塞環間的磨損故障診斷研究，雖對磨損機理做了一定的研究，卻很難對磨損程度做出定量分析，無法對其壽命進行有效的評估。本文介紹的電容法測量發動機氣缸套磨損狀況，不僅能分析磨損機理，還能對磨損程度進行定量的分析。

關鍵詞：發動機氣缸套 電容法 摩擦副

內燃機氣缸套的磨損是一種非均勻的三維表面磨損。測量出其磨損圖，除了可對目前摩擦學界所研究的氣缸套材料、潤滑油品質及發動機的結構等進行綜合評價外，還可以對發動機的壽命進行有效的預測。

一、采用電容法測量的必要性

內燃機氣缸套的磨損是相當復雜、緩慢而且非常微小的磨損。其復雜性是由于內燃機活塞副的運動特點和動力特性造成的。在整個工作過程中，不僅活塞的運動速度和受力的方向及大小是瞬時變化的，而且活塞的兩側（主推力邊和次推力邊）所受的力的大小也是不同的。也就是說，不僅沿氣缸套母線方向的速度和力的大小是變化的，而且沿氣缸套的圓周方向其值也是變化的。這就使得氣缸套的內表面形成了三維不均勻磨損，即沿氣缸套母線方向形成了錐度，而沿圓周方向則造成了失圓。以往所用的測量方法，如稱重法、刻痕法和放射性同位素法以及現在所用的鐵譜法和光譜法，都無法滿足氣缸套磨損狀態的測量要求。電容法是基于氣缸套為三維磨損的特點，有較好的重復性，并且測點多、位置確定。

磨損具有兩個明顯的特征：一是其量值是一個與原始狀態相比的相對量，二是其外在表現使零件的實體減少，使摩擦副配合間隙加大。因此，摩擦副配合間隙量的大小，基本上可以反映出磨損量的大小。而間隙的大小可以用電容量的多少反映出來。

三、測量原理及方法

測量、分析系統主要包括：電容測微儀、數據采集儀、傳感器、采集軟件及計算機。

應用電容傳感器測量磨損量的工作原理是：把氣缸套的內表面看作電容的一個極板，而電容傳感器的有效端面面積S被看作另一個極板。兩極板之間的距離（間隙）h發生變化時，就會引起極板間電容量的變化，因而就把磨損量變成了電信號（如圖1所示）。以軍用發動機12V150為例，因活塞行程為160mm，所選取的磨損測量行程為從氣缸套凸沿端面下10mm—210mm，之間除第1、2點間隔為20mm外，其余均選為10mm間隔，每條母線共取20個測量點。在圓周方向以均勻間隔18€襖慈〔飭康悖懇緩嶠孛婀踩？0個測量點。這樣對氣缸套形成了三維測量。

采用電容測量法分別對發動機在使用0小時、50小時、100小時、150小時、200小時、250小時、300小時、350小時、400小時、450小時、500小時后的磨損量進行測量。這樣得到了發動機汽缸討每一個測量點在使用壽命內的間隔磨損量，可繪制發動機氣缸套在整個壽命周期內的磨損圖。

四、測量時應注意的事項

在應用電容法測量氣缸套的磨損量時，由于傳感器的安裝位置很難精確保證。因此，往往會產生傾斜誤差和偏心誤差。⑴ 傾斜誤差的產生主要是由于傳感器導桿間隙和傳感器安裝架與導桿不垂直等原因造成的，為了盡量減小這部分誤差，可采用增大導路長度和減小導桿和導路之間的配合間隙等措施。⑵ 測量儀的偏心誤差是由于鏜缸機的加工誤差和安裝定位裝置用力不適當造成的。為了減少該項誤差的產生，應對測量時的條件進行較嚴格的控制，如盡量使缸肩處的初始值保持一致。

因氣缸套磨損是一種微量磨損，且電容法所測數值為微米級，故可采取實際所測的數值加上一個固定數值進行相對比較（例如取固定數值為氣缸套的理論半徑75mm）。

（作者單位：裝甲兵技術學院基礎部）