活塞组摩擦是内燃机机械摩擦损失的重要组成部分,开展活塞组润滑研究,降低摩擦、减小磨损,对于提高内燃机机械效率和可靠性具有重要意义。本文采用理论分析、模拟仿真和试验研究等手段,进行了活塞裙部-缸套、活塞销孔-活塞销和活塞环-缸套活润滑研究及润滑边界条件下的活塞顶疲劳失效分析。利用硬度塞法测量活塞温度,发现进气过程中冷空气对活塞顶进、排气门侧冷却不均造成活塞顶排气门侧温度明显高于进气门侧。为了考虑这一因素的影响,利用CFD分析计算了进气过程中活塞顶进、排气门侧冷却量,并以此修正活塞顶热边界条件,提高了活塞温度场分析精度。建立活塞裙部弹性流体动力润滑模型和用于活塞二阶运动分析的柔性多体动力学模型,求解得到活塞裙部油膜压力和干接触压力、流体摩擦功率和干接触摩擦功率等润滑特性参数以及活塞二阶运动特性参数,研究活塞间隙、活塞销偏置、裙部椭圆、裙部型线、裙部波纹度等设计参数对裙部-缸套润滑特性和活塞二阶运动特性的影响。建立活塞销孔弹性流体动力润滑模型和相应的柔性多体动力学模型,求解得到活塞销孔最大油膜压力、干接触压力和最小油膜厚度等润滑特性参数,分析活塞销与销孔弹性变形、活塞销刚度、销孔间隙和销孔几何形状对其润滑特性的影响。建立包含油膜空穴的活塞环弹性流体动力润滑模型和动力学模型,研究活塞环的润滑特性,分析活塞环桶面度、活塞环切向弹力、活塞环轴向高度等参数对其流体摩擦功率和干接触摩擦功率等润滑特性参数的影响。在摩擦试验机上进行活塞环-缸套摩擦试验,研究活塞环法向载荷、往复运动频率、往复运动行程对摩擦系数的影响。针对活塞开发过程中出现的活塞顶裂纹情况,考虑活塞销孔油膜、裙部油膜对相应部位受力的影响,进行活塞热机耦合分析。结合裂纹面扫描电镜(SEM)观察与能谱分析(EDS)、活塞材料化学成分分析和金相组织分析、硬度测试等技术手段,研究活塞顶裂纹的产生和扩展机理。