CN101749138A - 一种摩托车气缸套激光表面微造型构造 - Google Patents

Abstract

一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，包括活塞1、气缸套2和活塞环3，其特征在于气缸套2缸孔表面采用非均匀阵列的布局进行激光表面微造型，其中在上止点附近的C区微造型的陈列密度比D区微造型的阵列密度大，C区面积与D区面积之比的最佳比值范围为10％～25％，C区微造型陈列密度与D区微造型陈列密度之最佳比值为3∶1至2∶1，由于采用非均匀阵列表面微造型加工策略，能对摩托车气缸套按需进行表面微造型，因而能在较大范围内改善活塞环、活塞、缸套运动副的摩擦特性，由此可以最大程度地减少摩托车发动机的摩擦损耗。

Description

一种摩托车气缸套激光表面微造型构造

技术领域

本发明涉及一种摩托车气缸套的表面形貌的处理，特别涉及一种摩托车气缸套激光表面微造型构造。

背景技术

发动机是摩托车的心脏，其工作性能的好坏直接影响到摩托车整车质量的高低。在摩托车发动机的众多零部件当中，有一个零件对发动机来说至关重要，这就是气缸套。众所周知，气缸套与活塞及活塞环一起构成了发动机中最为重要的运动副，它起到密封、导向和承载的作用，其工作环境非常恶劣，特别是现代摩托车发动机，转速普遍高达9000r/min以上，由此造成的高速、高温、高压对气缸来说是严峻的考验。资料表明，活塞连杆系统的摩擦功耗可占到整个发动机机械损失的75％，而活塞环、活塞、缸套的摩擦功耗又占活塞连杆系统的75％，由此可见，改进上述运动副的摩擦性能对于提高发动机的性能至关重要。当前，减少活塞和缸套摩擦损失的着眼点是改善气缸套的表面形貌，主要措施为对气缸套的缸孔表面进行珩磨处理或微造型处理，使其具有一定的纹路、凹坑等，这些微观纹路和凹坑可以储存润滑油，能得到较好的动润滑油膜，对减少摩擦非常有利。珩磨技术主要为机械珩磨，是目前最普遍采用的技术，它通过油石在一定的耦合运动下在气缸套缸孔面得到交叉状的纹路，特点是加工设备简单成本低，但获得的纹路不能根据需要进行调控，且不能加工独立凹坑；表面微造型技术是借助激光在工件表面造出纹路或凹坑，是近十年来发展起来的先进制造技术，其特点是能精确快捷地在摩擦副表面精细地加工出各种纹路和凹坑，是一种非常有前途的表面处理技术。迄今为止，激光表面微造型之用于发动机缸套处理，其策略是在气缸与活塞环发生摩擦的整个工作表面均匀地加工出一定的纹路或凹坑，其优点是加工程序简单，但这样做的不足之处是不能根据发动机的工作特点设置纹路与凹坑，亦即不能按需对气缸套进行微造型。事实上，摩托车发动机的特点是转速高，活塞在工作行程范围内与缸套的相对运动速度变化幅度极大，特别是在上止点附近，工作温度高、相对速度慢，对形成动润滑油膜十分不利，此时若采用“均匀微造型”的策略显然不妥。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其目的在于根据摩托车气缸套的工作特点改进其表面微造型的形貌，以获得最佳的摩擦副动态润滑油膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其特征在于根据摩托车气缸套的工作特点，通过激光加工，在气缸套缸孔表面造出非均匀阵列的微观纹路或凹坑，具体地说在活塞行程上止点附近，在气缸套缸孔表面造出较密的纹路或凹坑，而在活塞行程的中部则可以造出较疏的纹路或凹坑。

本发明由于采用非均匀阵列表面微造型加工策略，能对摩托车气缸套按需进行表面微造型，因而能在较大范围内改善活塞环、活塞、缸套运动副的摩擦特性，由此可以最大程度地减少摩托车发动机的摩擦损耗。

附图说明

图1是本发明一种摩托车气缸套激光表面微造型构造的全局分布状态示意图；

图2是本发明一种摩托车气缸套激光表面微造型构造的一个实施例的形貌俯视图；

图3是图2所示一种摩托车气缸套激光表面微造型构造的单个造型的剖面图。

附图的图面上的字母、数字说明如下：

A——活塞上止点线

B——活塞下止点线

S——活塞行程，即A线与B线的距离

H——活塞高度

C——上止点附近气缸套缸孔表面

D——在S+H的范围内除去C区的气缸套缸孔表面

r——微造型凹坑的半径

h——微造型凹坑的深度

Lh——微造型凹坑的行宽

Lp——微造型凹坑的坑距

1——活塞

2——气缸套

3——活塞环

具体实施方式

图1示出了本发明一种摩托车气缸套激光表面微造型构造的全局分布状态示意图。图中，活塞1相对于气缸套2的上止点的位置线为A线、下止点的位置线为B线，A线与B线的距离S即为活塞的行程，另外，活塞的高度为H；由于在上止点附近时活塞1相对于气缸套2的相对运动速度很小，根据摩擦副形成润滑油膜的三大条件之一即运动副必须有一定数值的相对运动速度、以及试验结果的实证，加上此位置正处在发动机的高温区，因此活塞1、活塞环3与气缸套2在上止点附近较难形成良好的润滑油膜。为此，本发明利用激光技术对上止点附近的区域(图中所示为C区)微造型出较密的纹路或凹坑，以便能储存更多的润滑油以形成良好的动润滑油膜，而在其他区域如D区则加工出相对于C区为较疏的纹路或凹坑，其中D区为在沿着轴线方向S+H的范围内除去C区的气缸套缸孔表面；就区域面积而言，C区面积与D区面积之比的最佳比值范围为10％～25％，就微造型的阵列密度程度而言，C区微造型陈列密度与D区微造型陈列密度之最佳比值为3∶1至2∶1，以微造型形貌为凹坑为例，即单位面积上C区微造型凹坑的个数与D区微造型凹坑的个数之比为3∶1至2∶1；显然，由于在C区的微造型密度大，储存的润滑油多，故有利在该区域形成良好动态润滑油膜。

图2给出的是本发明一种摩托车气缸套激光表面微造型构造的一个实施例的形貌俯视图，图3是其单个造型的剖面图。在该实施例中，微造型的特点是凹坑的形状为碗状，采用错位阵列布局，即相邻两行的凹坑在轴向方向亦即行宽方向呈错位状态，这样布局的优点是凹坑整体布局为网状阵列，当活塞、活塞环扫过其上面时，每个凹坑的油膜状态因为相对独立而不受干扰，各个坑的几何、物理、相对运动等条件十分接近，故得到的动态油膜效果较佳。就数值而言，微造型凹坑的最佳参数范围为：r为20μm～40μm，h为1μm～20μm，Lh为1mm～3mm，Lp为40μm～80μm.。

Claims (5)

1.一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，包括活塞[1]、气缸套[2]和活塞环[3]，其特征在于气缸套[2]缸孔表面采用非均匀阵列的布局进行激光表面微造型，其中在上止点附近的[C]区微造型的陈列密度比[D]区微造型的阵列密度大。

2.根据权利要求1或2所述的一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其特征在于[C]区面积与[D]区面积之比的比值范围为10％～25％。

3.根据权利要求2所述的一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其特征在于在[C]区进行的微造型的陈列密度与[D]区进行的微造型的陈列密度之比值为3∶1至2∶1。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其特征在于微造型的陈列为错位阵列布局。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种摩托车气缸套激光表面微造型构造，其特征在于微造型凹坑的参数范围为：r为20μm～40μm，h为1μm～20μm，Lh为1mm～3mm，Lp为40μm～80μm.。

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