基于超聲波技術的活塞銷潤滑研究

基于超聲波技術的活塞銷潤滑研究

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作者：Akitoshi Takeuchi et al

編譯：羅濤

采用超聲波技術,研究了發動機在低轉速下活塞銷與銷座之間的潤滑條件及油膜層的形成過程。發射到潤滑表面的超聲波在油膜中進行多次反射，表面邊界的反射波回波高度取決于油膜厚度以及與固體的接觸面積。試驗所用的筒狀活塞銷為22mm，其表面的粗糙度很低,活塞銷中有一個用于放置超聲探頭的通孔,徑向活塞銷與銷座之間的間隙約為4.5μm,超聲探頭的中心頻率為5MHz。試驗所用的4缸發動機曲軸由一臺5.5kW的電動機驅動,驅動轉速分別為100r/min和300r/min,電渦流位移傳感器用來檢測活塞的上止點,熱電偶用于測量氣缸溫度,試驗裝置如圖1所示。

試驗結果表明,在電渦流位移傳感器轉速為100r/min時,做功沖程中探頭位置在300°處的油膜厚度大于30°處的油膜厚度,這是由于連桿的右側拉力造成的。但是,這兩處的油膜厚度均高于靜態試驗下的油膜厚度,即油膜最薄的區域在活塞銷座的右側。活塞從上止點到下止點的過程中,在30°處的油膜厚度不斷增加,同時300°處的油膜厚度不斷減小。電渦流位移傳感器轉速為300r/min時,油膜在30°處的厚度幾乎沒有改變,但在300°處的油膜厚度明顯異常,高出活塞銷和銷座徑向距離的2倍以上,這可能是受到油膜中溶解氣體的影響，氣體空腔的聲阻小于潤滑油，同時，300°處,壓縮、排氣沖程存在負擠壓,進氣、做功沖程存在正擠壓，當氣泡被截留于油膜內時反射波的波幅將會增大,由此可以觀察到活塞銷和銷座之間的氣蝕。