活塞环的设计 - 图文(2)

1.2 活塞环的种类 活塞环按功能分类，可以分为以气密功能为主导的气环和以控油功能为主导的油环。 1 气环 气环以安装位置分，有第一道压缩环、第二道压缩环和第三道压缩环。 气环以结构形状分，有矩形环、桶面环、锥面环、梯形环和扭曲环。其中扭曲环又包括内倒角环、内台阶环、外台阶环、鼻形环和楔形环等。 （1） 矩形环 剖面是矩形的气环。几何形状简单，在正常工 作条件下具有足够的密封性，便于加工，曾为中小 功率柴油机经常采用，但随着发动机的日益强化， 活塞热负荷增加，热变形加大，活塞头摇摆加剧等 原因，致使矩形环在工作中失去与气缸壁的良好贴 合，其上缘与气缸壁接触，而下缘离开缸壁，就起 不到刮油作用，反而向上泵油，增大滑油耗量，因 此矩形环的使用受到限制，在低速十字头发动机中 还广泛采用。 （2） 桶面环 桶面环的表面形状多呈凸圆弧形。一般取公称 直径的一半作桶形面的半径（即桶面半径等于气缸 半径）。它主要用作第一道气环（通常经镀铬处理）， 常与锥面环串联使用。其优点如下： a 因桶面环的两面均是楔形，机油的入口间隙大， 则机油以楔形进入并产生一个使环浮起的油压形成 图 液体润滑，因此磨损可以减小； b 桶面环与气缸之间是线接触，能适应活塞的晃动，因改善接触情况，减少粘着磨损的发生； c 磨合性能好，桶面环实质上是双向微锥面环，所以易于磨合； d 密封性能好。环与气缸线接触，即使表面发生变形时仍能保持良好的接触。 （3） 锥面环 锥面环的外圆呈锥形，锥度一般为8.7～26.2mＲ (0.5o～1.5o)采用镀层或非镀层结构。锥面环是在活塞 环外圆面上加工一个很小的斜角，由于减少了环与气 缸壁接触面，从而提高表面接触压力，有利于磨合和 气密，同时，活塞下行时，易于刮油；活塞上行时， 由于斜角的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去， 图 不会引起熔着磨损。 锥面环斜角选取必须恰当，一般在20ˊ～60ˊ范 围内。安装时注意斜面角不能倒装，否则会引起很大的窜油现象。一般用于中间环。 （4） 梯形环 两侧面倾斜的气环。由于梯形剖面，环在径向运动时，侧隙将不断变化，因而能使燃烧室积碳减到最低程度。 为了提高气环的抗结胶能力，梯形环结构应运而生了。当活塞受侧压力的作用而改变位 置时，环的侧隙发生变化，能将环槽中的结焦挤出，从而使活塞环槽处的许用工作温度比矩形环高20℃左右，能使活塞环在240～250℃ 下长期工作而不结焦。梯形环的夹角一般为15o，也有用10o，20o的。 梯形环又分直角梯形环（环截面为直角梯形）和等腰梯形环（环截面为等腰梯形）。梯形环在第一道环中使用最广，也可以用于第二、第三道环。梯度可以是一边或两边都有，环槽也有相应的梯度。选择一定的环槽和环的锥角和公差，使内外底面匹配良好，以优化窜气和机油控制。环和环槽间的相对运动可避免积碳形成，以防止环在环槽中卡死现象。 直角梯形环适合于烧重油柴油机或航空发动机，等腰梯形环多用于烧重油强载柴油机，近年来，小功率柴油机和二冲程汽油机也开始采用。 角环； (h)—鼻形环 （5） 扭曲环 扭曲环的扭转角度一般为径向厚度上的扭曲量为环径向厚度的0.5～1.5% ，而扭曲的斜角为15ˊ～30ˊ。 但倒角环[图（g）]和锥面环[图（f）]的斜角度比较大，倒角环可达 10o～20o；锥面环为2.5o～5o。 2 油环 a) 直角梯形 b) 等腰梯形 油环具有回油孔或等效结构，能从缸壁上刮下机油的活塞环。主要用来调节（或控制）气缸壁上润滑油并带有回油通道的活塞环。 油环又分外阶梯倒角环、鼻形环、开槽油环，弹簧胀圈油环、钢片组合环等。（见图1-7） 外阶梯倒角环 鼻形环 开槽油环 弹簧胀圈油环 钢片组合环 a b 图 （1） 外阶梯倒角油环 广泛应用于大缸径发动机，作为向下刮油和布油环。 （2） 鼻形环 切台呈鼻形外切扭曲环。 作为中速发动机的向下刮油环。钩形切口保证了刮油边尖角的竖实性和不变形侧面接触宽度。 （3） 开槽油环 侧面平行，具有两个接触环岸，并有回油孔的油环。由于环岸狭窄，可得到高的比压是最常见的一种油环。它通过回油槽或油孔把刮油带一分为二，根据实际应用需要，通过控制刮油带的宽度，来改变油环表面接触压力和刮油效率。 （4） 弹簧胀圈油环 在油环背面加有各种形式的衬簧，称作弹簧胀圈油环，其结构型式很多。螺旋弹簧由方形或圆形截面的钢丝制作，环的接触压力通过弹簧扩胀作用而获得。 衬簧可以使环的压力增高，环压均匀和弹性稳定，从而使油膜均匀、磨损下降，机油消耗下降。 为了减小油环背面与螺旋胀圈接触表面的磨损，可以将衬簧与环背面设计成面接触并镀铬抗磨。该环广泛用于高速发动机。 （5） 钢带组合油环 钢带组合油环是一种较新的结构形式，在发动机上已得到广泛运用。 这种环有二种结构型式：组合式刮片和胀圈以及分离式刮片和胀圈。它与缸套变形有良好的适应性和较高的接触压力。主要优点： a 接触压力高，压力分布均匀，普通铸铁油环比压为0.15～0.3MPa，组合油环为1.0～1.5MPa； b 刮油能力好，有效防止窜油。由于钢片具有柔软性，各个刮片独立工作，能很好地适应气缸的不均匀磨损和活塞晃动及变形的影响，达到良好地密封； c 回油通路大。通路开口的比率：铸铁油环为10～15%，组合油环为30～50%，不但降低机油消耗，而且有效防止结胶积渣； d 质量小。比铸铁油环减轻一半以上，因为端面之间没有撞击，环槽磨损大为减少； e 制造工艺简单，适合于大量生产。 当然，组合油环需使用高级钢材（如65Mn钢），而且需要有一系列加工设备，刮片表面要镀铬等，对于大规模推广使用，尚需努力。 1.3 活塞环的工作条件 活塞环在发动机中处于极其恶劣条件下工作的，具体是： 1 高温 内燃机气缸中燃气温度很高，经散热和冷却后，活塞环特别是第一道气环的工作温度始终保持在300℃左右。 222 高压 柴油机能产生80～150㎏/㎝的压力，汽油机能产生30～40㎏/㎝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11～16米/秒，柴油机的最高转速为4500转/分，活塞环运动线速度为10～14米/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 活塞环运动时处在高温、高压条件下，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。 1.4 活塞环各部份名称及代号 式中： d1—公称直径表示标准缸径的活塞环工作直径； h1—环高，表示上、下端面的轴向距离自由开口尺寸； S1—闭口间隙，表示在工作状态下开口间的距离。 图 1活塞环各部分名称

第二章 活塞环的结构尺寸 2.1 径向厚度 a1 d1/a1 d1 1—汽车拖拉机发动机 d1 mm） 2—强化发动机 图 3-2 活塞环d1/a1变化曲线 图 3-3 活塞环 d1/a1的推荐值 径向厚度指环内、外圆之间的径向距离。一般由缸径和活塞环槽底深度而定，此参数的大小直接影响活塞环的弹力、应力以及内燃机的性能。总的说径向厚度α1小，则平均弹力就小，散热比较困难，显然对高速发动机是不利的。近来，随发动机的高速化，环的径向厚度趋向于加大，对改善活塞传热，提高环的弹力、刚度是有利的，但若径向厚度过大，工作和安装时应力大，易折断，同时对气缸横向变形的适应性较差。因此规定缸径d1与径向厚度α1的比值应在一定的范围内，一般d 1/α1=22～28。（图3-2、3-3）汽油机环宜取小，柴油机环宜取大。 2.2 环高 h1 环高是环两端面沿其轴线方向的最大公称尺寸。 活塞环的高度不宜过高，因为： 1 能较好地适应气缸的不均匀磨损和变形，可以避免棱缘集中负荷，从而提高环的抗粘着能力； 2 使活塞组往复质量和结构尺寸减少，活塞环槽磨损减少； 3 使环背和环槽间的空间变小，环背压力容易建立起来，提高了二次密封效能； 4 发动机摩擦功率损失小，气缸套的磨损将显著下降； 5 磨合快。 事物都是一分为二。环高过小， 将使活塞工作稳定性变差，从而可能引 起活塞环与气缸壁之间表面接触应力集 中，破坏缸壁油膜导致拉缸的可能。还 可能导致磨料磨损增加（见右图）易 于折断、散热能力差等。这些都是要在 设计时加以权衡的。 图 3-4 环高与抗粘着能力关系 但是，对于高速发动机而言，减 少环高是活塞环发展的总趋势，存在问 d1/a1

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库活塞环的设计 - 图文(2)在线全文阅读。