车辆发动机载荷变化对缸套磨损的影响

若载荷大小、速度不随工作循环而变化，则为稳定载荷条件。若随着发动机工作循环，载荷大小、速度等发生变化，则为动载荷条件。根据活塞式内燃机的缸套活塞环工作特点，每隔一个工作循环，对应于缸套某点位置来讲，载荷、速度的大小和方向都可能发生变化。

从装甲车辆发动机的实际使用情况来看，发动机功率指标在其大部分寿命时间里得不到充分利用，统计数据显示，在车辆使用过程中，出现概率最高的负荷工况仅是其最大工况的30%～60%，且负荷在大部分工作时间里不稳定，即变工况工作条件。对于发动机主要失效部件而言，变工况过程引起摩擦副间的载荷、速度等条件的动态变化是其主要原因。

1.载荷变化对磨损的影响

动载荷对发动机零件寿命有重要影响。特别是对缸套活塞环部件而言，许多功能部件（如缸套、活塞裙、各道环及环槽）在工作中更易受到动载荷作用，材料磨损往往要比稳定载荷工况下的磨损高1～4倍。其原因在于，变工况工作过程中，缸套材料经常处于复杂应力、变速度状态，受到脉动热流、活性废气介质、振动等作用，摩擦副表面发生不同于稳态过程的更加复杂和频繁的物理化学过程，造成材料摩擦磨损性能的强烈变化，引起磨损加剧。

在对磨损后试样摩擦表面的宏观结构所进行的金相分析表明，当负荷不高且变化强度不大时，材料表面形貌和轮廓特点具有稳定的变化，磨损表面显示出条纹，其结构呈现定向排挤的特点，表面结构为细散性和紧密性且与基础金属的结构不同，这证明在摩擦区域引起了物理化学过程。当摩擦表面负荷增加，就会引起强烈的破坏过程，这种破坏会打乱稳态磨损过程形成的定向排挤细密条纹的结构，而显现为某些大的材料凸起的剥落。滑动摩擦副在动载荷条件下，随着负荷变化强度的增加，在材料表面的个别区域发现有疲劳特点的变化，其表面的破坏过程伴随有较硬部分的剥蚀，形成较深的坑，露出下层金属。同时表面产生微小裂纹发展现象，微小裂纹的“分支”数随着载荷变化强度的增加而显著增加。由于在摩擦表面上很小的裂纹也能引起很大的应力集中，因此裂纹周围的应力状况往往会促使金属疲劳破坏过程强化，这也是非稳定载荷会加剧磨损的一个主要因素。(www.xing528.com)

动载荷条件下，负荷的增加导致润滑层剧烈减薄，并伴有磨粒磨损和微弱的黏着磨损。除引起表面塑性变形速度增加外，还使得润滑油从基体上冲下更软的合金组分，并出现局部的疲劳现象，磨损程度加强。之所以出现润滑油强烈冲洗基体结构的现象，主要是因为基体受到突然的交替变化的变形作用，这种变形是液体动压力在间隙中作用的结果，微小缝隙中的润滑油容易产生强烈的楔作用。负荷的脉冲变化使得间隙中的润滑油以高速从缝隙中流出，引起了基体各个微小体积区域的增塑，金属结构发生膨胀，此时，处在润滑油中的活性成分的氧化过程加强，加剧了材料磨损。

2.速度变化对磨损的影响

速度的动态变化对磨损有重要影响。速度大小发生动态变化时，某些表面结构挤出并且氧化过程强烈发展，微小体积在接触区域发生了塑性和弹性的流动，这种现象在加速度增大时变得更加明显。进行X射线图形分析可知，加速工况中，通过磨损试验测量其微量畸变引起的射线宽度比该稳定载荷的微量畸变值引起的射线宽度约大1.4倍。加速度会引起表面层塑性变形强化，使微量畸变增加，同时引起应力集中状况强化，疲劳过程加强，微裂纹大量产生和发展，微小体积因此产生剥落，造成磨损加剧。

对试样进行的加速和减速试验结果表明，在同样的加速度大小条件下，摩擦面上发生的磨损现象类似。并且，与加减速混合作用的条件相比，分别作用的条件对微量畸变的影响不如混合条件的影响大，这说明后者对磨损的影响要更大一些。加速条件相比减速条件而言，在同样的速度范围以相同的加速度变化时，前者结晶格子的微量畸变要稍小一些。单独加减速条件或者混合条件的摩擦副结晶格子的微量畸变都是随加速度增加而提高的，这主要是材料孔隙或者润滑油的楔作用而引起的基体变形造成的，而且变形量随着加速的增加和表面温度的提高而增加，材料的疲劳剥落加剧。