活塞环技术汇总.docx

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活塞环技术汇总

活塞环技术

第一节活塞环的作用和工作条件

活塞环是内燃机中关键零件之一，安装在活塞的环槽上。

工作在发动机的心脏部位。

活塞环的完善与否，直接影响发动机的性能，关系发动机的使用寿命。

一.活塞环的作用

活塞环与活塞.汽缸套相互联系在一起,组成发动机动力源组件。

.活塞环与活塞是保证发动机功率的关键零件。

活塞环有气环与油环两种,其作用有以下四点;

1保持密封保持活塞与气缸壁之间的密封，控制漏气到最低限度，以提高发动机燃气作功的效率。

主要由气环承担。

2调节滑油发动机在高速运转时，活塞与活塞环均处于高压，高温的燃气中，进行高速滑动，一方面不断提供滑油加以润滑，一方面对附着于气缸壁上的滑油又要不断适当的刮落，不使滑油进入燃烧室，增大发动机油耗。

这就要求油环所起的控油作用。

3导热燃气产生的高热，通过活塞环传递给气缸壁，经由气缸壁散发出去，以保证气缸组件处于一定的工作温度下，不致过热而损毁。

一般散出的热量可达活塞顶部受热量的70%-80%。

4支承作用活塞略小于气缸内径，要保证活塞正常运动，防止活塞与气缸套直接接触，活塞环要支承活塞。

总之，活塞环在内燃机中的作用，是与活塞配合的密封件，将燃料的化学能转变为机械能。

二.活塞环的工作条件

活塞环在发动机中是处于极其恶劣条件下工作的，具体来说，就是；

1高温内燃机气缸中燃气温度很高，经散热和冷却后，活塞环特别是一道气环的工作温度始终保持在300℃左右。

2高压汽油机中能产生30-40kg/cm2的压力，柴油机中能产生80-150kg/cm2的压力，活塞环必须在这样的高压条件下保持密封工作。

3高速现代汽油机最高转速为11000转/分，活塞环运动线速度为11-16m/秒。

柴油机的最高转速为4500转/分，活塞环运动线速度为10-14M/秒。

4变负荷活塞环在发动机中受燃气爆发力的冲击，活塞环在活塞环槽中上下运动，产生径向振动和扭曲等交变应力。

5润滑困难活塞环运动时处于在高温，变压条件下，润滑油膜难于保持完整，不能完全润滑而经常处于临界润滑状态下工作。

第二节活塞环的材料要求及种类

一.活塞环的材料要求

活塞环在极其恶劣的条件下工作，从本质上分析所用材料，应具有下列条件。

1良好的耐磨性，主要指材料要滑动性能好，咬合倾向小，良好的初期磨合性能，在润滑不足时，有一定的“自润”储备能力，磨损后表面不产生塑性变形（形成毛刺或飞边）。

2足够的机械性能，活塞环是一种弹性零件，弹性模量应当高，残留变形应当小，有相应的弯曲疲劳强度及适当的硬度。

3足够的弹性。

4良好的抗腐蚀性能。

5良好的热稳定性，在热负荷下能保持机械性能和疲劳强度。

比重应尽可能小。

7材料供应方便，成本低。

8材料应有良好的机械加工性能。

以上提出的理想的活塞环材料要求，在实际上只尽可能最大限度综合满足这些要求。

因此在汽车，拖拉机中的活塞环大多数采用合金铸铁，在重型车辆中的第一道环采用球墨铸铁。

第三节活塞环材料的成份及性能

下面仅介绍几种主要材料的成份及性能。

1灰铸铁；其化学成份按活塞环尺寸大小，铸造方法而变化。

含C;3.5-3.75%，Si2.2-2.75%，Mn;0.6-0.8%，P;0.3-0.8%，S小于0.10%。

含少量铬，钼或钒等合金元素，其性能，抗弯强度30kg/cm2以上，硬度HRB98-107,弹性系数8000-11000kg/mm2,弹性衰减率（300°C×2小时）在10%以下。

2合金铸铁；为了改进铸铁的基体组织，在铁水中另加铬.钛.钨.钼.铜.镍等元素即为合金铸铁。

其硬度比灰铸铁高，耐热性好，弹力衰退小等优点。

3球墨铸铁；是将超共晶组织铁水，经镁，铈或钙处理而制成，主要优点是抗弯强度高达80-120kg/mm2,比比普通铸铁高一倍以上。

弹性系数高达15000-17000kg/mm，受冲击不易破坏。

活塞环材料之所以以铸铁为主，主要是因铸铁中含有石墨是优良的固体润滑剂，当活塞环处于临界磨擦或干磨擦的状态下，铸铁材料就显示出其优越的自身润滑性能。

如磨擦或润滑问题，能充分解决的话，钢材也可用来制造活塞环，近年来还发展半可煅铸铁材料。

第四节活塞环运动和密封机理

活塞环包括气环和油环两种。

气环的作用是保证

活塞与气缸壁间的密封，防止气缸套的高温高压

燃气漏入曲轴箱，同时使活塞顶部吸收的热量通

过活塞环传给缸壁，使活塞得于散热，油环是防

止机油窜入燃烧室，并在缸壁上部以均匀油膜以

利润滑。

为了给活塞环受热膨胀留有余量，防止

环被卡死，造成拉缸现象，活塞环应根据缸不同

留有相应的开口间隙。

为了防止经开口间隙窜气

，各环开口必须相互错开，二道环呈180°，三

道环呈120°，形成“迷宫式”密封。

以使缸套

受热和磨损达到最低限度的目的。

活塞环在缸套内运动方式有三种，活塞环轴向运

动,径向运动与回转运动。

活塞环轴向运动-活塞

环同活塞往复运动的基础上，同时在惯性力.气体

压力及磨擦力的共同作用下，活塞环相对于环槽

进行横向移动；活塞环径向运动-活塞环在轴向

运动的同时，因缸套径向尺寸沿轴向的微小变化

，引起的收缩和扩张运动；回转运动—活塞环在

轴向.运动的基础上进行周向蠕动。

这种周向运动对防止环与缸套内表面间偏磨和局部过热均是有利的，但易引起环‘对口’的恶劣现象。

活塞环密封功能；一是由气环体现的，防止高压，高温气体从燃烧室漏入曲轴箱；二是由油环适量地向气缸分配润滑油，防止过量机油窜入燃烧室。

气环应具有良好的密封作用，首先应以一定的弹力与缸套壁压紧，形成第一密封面，使气体不易通过环周与气缸壁之间窜入环与环槽空隙，轴向不平衡力将环压入环槽侧向，形成第二密封面，而在环槽侧径向不平衡力将环压入环槽侧向，形成第二密封面，而在环槽侧径向不平衡力则大大加强了第一密封面的压力，高压.高温的气体只有通过环口间隙的通道窜入第二道气环和第三道气环组成的迷宫通道，使气缸内的燃气通过节流后压力迅速降低，正常情况下，第一道环的压力/第二道环的压力/第三道环的压力=4/1/0.3，使正常的漏气量较小。

活塞环部存在三个窜气及机油通道，其中第一通道在活塞环外圆与缸套内壁间；第二通道在活塞环端面侧隙，背隙间，第三通道在活塞环开口部。

第五节活塞环的种类及各部份名称　

一.活塞环的种类

活塞环一般成组使用，根据作用要求不同可分成为两类，平环（压缩环或称气环）.油环（刮油环）。

其断面形状有以下几种。

1平环主要起密封和导热作用。

依断面形状，在如下几种；

（1）矩形平环，是活塞环的最基本形状。

矩形环外锥环桶面环

（2）扭曲平环，在矩形环上，切除某一部份使环断面形成不对称截面，受变形弯矩作用，产生平面扭曲的环称为扭曲环。

内倒角平环内台肩平环外台阶平环

（3）特种平环基本断面

平面楔形环梯形环

2油环，主要起调节滑油作用。

油环又可分为自张式油环，外张式油及钢带组合油环，其本断面形状如下；

（1）自张式油环；依靠自身弹力张开，紧贴缸壁。

（2）外张式油环；环本身不具备足够弹力，依靠另外弹性件获的张力，方能紧贴缸壁。

螺旋衬环组合油环内钢带衬环组合油环

1铸铁油环1铸铁油环

2内张螺旋衬环2内张钢带衬环

外张式油环

3）钢带组合油环

3活塞环分组排列随着内燃机向高速.高负荷方向发展，对活塞环使用性能要求也就越来越高，除了从材质，表面处理等手段外，合理改变断面形状.合理配组对提高活塞性能也有着重要作用。

例如；

汽油发动机活塞环配组断面

一道平环二三道平环钢带组合油环

大功率柴油机活塞环配组断面图

一道梯形桶面环二道梯形内台外锥环三道梯形外锥环四道内涨式油环

二.活塞环各部份名称及代号

代号D；公称直径表示标准缸径的活塞环工作直径。

h;环高，表示上.下端面间的轴向距离。

S;自由开口尺寸.

S．开口间隙，表示在工作状态下开口间的距离。

三内燃机型号的排列及符号

第六节刀具

1刀具的材料；

常用的硬质合金材料分成两大类；即钨钴类硬质合金（YG）和钨钴钛类硬质合金（YT）

钨钴类硬质合金的强度.韧性较好，红硬性较差，在高温下不耐磨，故适合车削轻合金.脆性材料或冲击性大的材料。

钨钴钛类硬质合金红硬性好，但抗弯强度降低性能变脆.帮适合于车削钢件。

YG3YG6YG8表示含钴3%.6%.8%

故一般YG8适合于粗加工，YG6适用于半精加工YG3适用于精加工。

2车刀的构造

车刀是由刀头和刀杆（刀体）组成，刀头起切削作用，刀杆装在车床的刀架上，起支承刀头的作用。

前面—与切削相接触的那个面，切削时铁屑顺此流出。

主后面—与工件切削表面相对的表面。

副后面—与工件的加工表面相对的表面。

主切削刃—前面与主后面的交线，担负主要切削工件。

副切削刃—前面与副后面的交线，也起一定的切削工作的作用。

3车铸铁时；

前角；前角的大小，可以反映出刀具刃口是否锋利，是否强固，排屑是否顺利，对切削过程影响

很大，一般为0°。

后角；用来减小刀具后面与加工表面磨擦，后角过小，磨损加剧，加工表面质量变坏，过大，刀刃

强度减弱，散热条件变坏。

一般为8°—12°。

主副偏角；主副偏角减小时会使刀尖角增大，主刀刃参加切削的长度增加，散热面积增大，对刀具

耐用度在利，但容易引起振动，对光洁度不利，特别是容易引起工艺系统（机床.夹具.工件）的振

动和变形,所以主偏角.副偏角的大小由刚性来确定。

过渡刀刃的选择；作用，用来增加刀尖的强度和散热能力，过渡刀刃不能选得太大，一般为0.5-2。

其副偏角为主偏角的一半。

如用圆弧过渡刀刃半一般不大于1MM。

主偏角与切削厚度和宽度关系主偏角对切削分力的影响

建议（硬质合金车刀）；靠模外圆车刀 ;前角0°。

后角8-12°主偏角55°左右，副偏角15-

20°　粗车内圆车刀；前角0°后角（采用双重后角）靠主切削刃边8-12°第二后角10-15°主偏角25°，副偏角20°　精车外圆；前角0°后角8-12°主偏角30-45°副偏角20°左右，精车内圆与精车外圆一样但后角与粗车内圆相同。

4车刀的刃磨

（1）磨刀步骤

A先磨主后面，把主偏角和主后面磨正确。

B后磨副后面，把副偏角和副后角磨正确。

C磨刀尖圆弧（因我车间是车削铸铁，故不磨前面）

D研磨刀刃，车刀在砂轮上磨好后，再用油石加些机油来研磨车刀的前面及后面，使刀刃锐利和光洁，这样就可以增加车刀寿命。

（2）刃磨车刀时应注意的事项；

1握刀姿势要正确，手不能抖动。

2要轻轻地把车刀压在砂轮上，以免发生高热退火而失去硬度。

3磨硬质合金时一般不用冷却液，因间断冷却会使刀头产生裂纹。

4不要把车刀放在一个地方刃磨，这样会使砂轮产生凹槽，所以磨时要左右移动。

第七节活塞环的生产特点

汽车.拖拉机.船舶.机车和各种内燃机是国民经济中的一大支柱产业,发展迅速，社会保有量极大。

活塞环又是内燃机中的重要易损件，生产批量很大，可想而知，必须高度专业化，组织生产大批量。

一.活塞环生产组织应具备的条件；

1活塞环的结构和工艺相对稳定。

当发动机定型后，其发动机上的零件也基本定型，设计不易更改，使生产活塞环的工艺及相应的工艺装备和专用设备相对而言稳定，基本可以典型化。

2活塞环是形状简单的弹性零件，整个加工生产的工艺过程可以简单的地分为许多简单的生产工序，在各生产工序给予适当的机床配备后能基本做到同期化，所谓同期化，就是各工序的加工时间与产品出产的“节拍”相同或成倍关系。

3活塞环生产批量很大，如每批生产批量三十万片左右，即按这种批量轮翻作业。

活塞环的生产过程有高度连续性.平行性.比例性.节奏性和封闭性,必须组织流水生产作业线.

二.流水生产的特点

流水生