【文章內容簡介】 縮環(huán)，均要起密封和刮油雙重作用，所以在組合時要考慮它們之間的配合。不同結構和功能的活塞環(huán)通過適當?shù)慕Y合，安裝在活塞各環(huán)槽內，以適應不同的用途。活塞環(huán)數(shù)目實際上是按照發(fā)動機的型式，缸徑大小和轉速高低等不同情況來確定。就內燃機而言，汽車發(fā)動機以三環(huán)組結構為主，農(nóng)用柴油機以三環(huán)或四環(huán)結構為主，摩托車二沖程發(fā)動機以兩環(huán)結構，四沖程為三環(huán)結構，中速發(fā)動機一般采用四道環(huán)。從發(fā)展而言，以三環(huán)結構為主要方向，也就是流行結構“一桶二錐三內撐”。 活塞環(huán)的計算 徑向壓力P活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是圓形，其曲率半徑沿環(huán)周各點是變化的，且大于氣缸半徑，只有當裝入氣缸后方成為正圓形。環(huán)裝入氣缸前的形狀稱為自由狀態(tài)，環(huán)的自由狀態(tài)決定環(huán)裝入氣缸后的徑向壓力分布。徑向壓力分布大致可分為：均勻分布（等壓環(huán)）、梨形分布（高點環(huán)）和蘋果型分布（低點環(huán)）三種。1 等壓環(huán)等壓環(huán)從自由狀態(tài)變到工作狀態(tài)后，沿環(huán)周的徑向壓力是均勻分布，即P0=const。等壓環(huán)由于使用后磨損等原因，環(huán)周壓力分布惡化，在開口處的徑向壓力急劇下降，所以使用壽命短，一般使用于二沖程中速發(fā)動機。2 高點環(huán)高點環(huán)開口處的徑向壓力P高于平均徑向壓力P0，P：P0 可達3：1。能提高環(huán)開口端的減震能力，耐磨性和氣密封好。現(xiàn)代高速四沖程柴油機和汽車發(fā)動機廣泛應用高點環(huán)。3 低點環(huán)低點環(huán)主要用于二沖程柴油機和大型柴油機，開口處的徑向壓力低于平均徑向壓力，以防止環(huán)端跳入氣口使環(huán)折斷，或者是為了矯正熱變形的影響，以保證均勻貼合。 閉口間隙一般按GB/T1149選取，或按產(chǎn)品圖紙要求而定，但最小間隙必須大于下式計算值 。S1 = πd1αΔt ( mm) 式中：d1—缸徑，mm； α—熱膨脹系數(shù)，合金鑄鐵按α= 10—5/℃； Δt—溫差，氣環(huán)為100℃，油環(huán)為80℃切向彈力是在環(huán)的切口處徑向厚度中點上沿切線方向施加力，使環(huán)從自由開口尺寸壓縮到閉口間隙時所需的力。尺寸系列的切向彈力值僅適用于平均彈性模量E=100000 N/mm2材料（即非調質鑄鐵環(huán)），其它材料則按彈性模量E由表37修正系數(shù)乘以尺寸系列表的切向彈力值即可。表37活塞環(huán)材料平均彈性模量N/mm2切口彈力修正系數(shù)調質鑄鐵球墨鑄鐵鋼1127761569061962002切向彈力 FtEh1（mS1）Ft = ────────— K1K2（kgf）(d1/α11)3 式中：E—彈性模量，kgf / mm2；h1—環(huán)高，mm；m—自由開口，mm；S1—閉口間隙，mm；d1—缸徑，mm；α1—徑向厚度，mm；K1——斷面減弱系數(shù)；K2—表面處理對彈力減弱系數(shù)。鍍鉻環(huán)一般取8%～11%，球鐵環(huán)取8%， mm，徑向彈力小于3㎏f的取11%，其余均取10%?；钊h(huán)設計時，首先確定切向彈力，然后再決定環(huán)的自由開口尺寸。高速發(fā)動機活塞環(huán)設計通常用改變環(huán)的徑向厚度方法來調節(jié)環(huán)的彈力。 P0比壓P0是活塞環(huán)設計的重要參數(shù)之一，比壓選擇適合與否，將直接影響活塞環(huán)的密封性、摩擦損失、耐磨性。比壓過高，磨損加劇導致缸套磨損嚴重；比壓過低，環(huán)密封性差，最終導致燒機油，加劇磨損，抗振性差，易產(chǎn)生斷環(huán)。 一般選擇原則：～2㎏f/㎝2，～㎏f/㎝2。 2 FtP0 = ─── MPa ｈ0 d1 式中：ｈ0—環(huán)外圓面與氣缸壁的接觸高度，等于刮片數(shù)量與刮片高度的乘積，mm Ft—切向彈力，N d1—缸徑，mm Eα1（mS1）工作應力σ1 = ─────── ㎏f/ mm2 （d1α1）2 Eα1 (8α1 m)安裝應力σ2 = ──────── ㎏f/ mm2 （d1α1）2 式中：E—彈性模量，㎏f/ mm2 ； α1—徑向厚度，mm； m—自由開口尺寸，mm； S1—閉口間隙，mm； d1—缸徑，mm。按有關標準規(guī)定，合金鑄鐵σ1＜25㎏f/ mm2，球墨鑄鐵σ1＜40㎏f/ mm2， 但實際σ1值可大于上述值，合金鑄鐵為30㎏f/ mm2， 球墨鑄鐵為50㎏f/ mm2。 合金鑄鐵σ2≤50㎏f/ mm2，球墨鑄鐵σ2≤80㎏f/ mm2 課程設計中活塞環(huán)的主要參數(shù)選擇 第三章 活塞環(huán)的制造工藝 活塞環(huán)的性能對整臺發(fā)動機系統(tǒng)的良好工作運轉是十分重要的，活塞環(huán)組件必須有較長的使用壽命?，F(xiàn)在通過改進材料和表面制造工藝，活塞環(huán)已能滿足這樣的壽命要求。 活塞環(huán)的生產(chǎn)特點 活塞環(huán)是內燃機中的重要易損件，生產(chǎn)批量很大，可想而知，必須高度專業(yè)化，組織流水生產(chǎn)作業(yè)線?；钊h(huán)流水生產(chǎn)具有下列特點：1 工作地專業(yè)化程度高。每個工作地固定完成一道或幾道工序，而每一道工序都在固定的工作地加工。如活塞環(huán)粗磨兩端面統(tǒng)一在粗磨組進行加工。2 產(chǎn)品在流水線上按單向運輸路線移動，生產(chǎn)過程具有良好的連續(xù)性?；钊h(huán)單向運動移動路線為：粗磨→去油→熱處理→細磨→去油→半成品檢查→切削流水工作線→表面處理→成品檢查→配組入庫。3 在整個加工過程中，產(chǎn)品按平行移動方式在各工序的工作地之間移動，生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性；4 工藝過程是封閉的，產(chǎn)品的所有工序在流水線內全部完成，如活塞環(huán)切削流水線在兩端面加工完成后，內圓、外圓、開口間隙等加工全部在切削生產(chǎn)線上完成，加工過程象流水一樣從上一工序轉到下一工序，連續(xù)生產(chǎn)。 活塞環(huán)的加工方法 依照活塞環(huán)成型的方法不同，制造活塞環(huán)的方法主要有兩種： 1 熱定型法（整體正圓法）：即澆鑄出圓筒形活塞環(huán)毛坯，然后在普通車床上切削加工，切割成單環(huán)；按工作間隙尺寸銑出切口，最后擴張至所需要的自由切口間隙尺寸，并在此狀態(tài)下熱處理定型，即成所需尺寸的活塞環(huán)。 2 單體橢圓法：即澆鑄出單個的橢圓形活塞毛坯，然后在靠模車床上切削加工，并按自由切口間隙尺寸切口，就成為所需尺寸的活塞環(huán)。這兩種方法都獲得廣泛采用，但有幾點需指出：（1）單體橢圓法屬于機械定型。既可用于制造等壓環(huán)，又可用于制造非等壓環(huán)；但主要用于制造非等壓環(huán)。它在造型過程中，設計橢圓形狀時就考慮了彈力和環(huán)的結構尺寸等方 面的關系。熱定型法，環(huán)自由形狀的形成主要靠熱定型，因此在高溫下會發(fā)生回火，促使環(huán)的彈力消失。由于定型性質不同，所以在用前一種方法制成的活塞環(huán)壽命比較長。熱定型法主要用于制造等壓環(huán)。 （2）從加工過程看，單體橢圓法在鑄造和機械加工時要用專用模具和靠模車床，設備復雜，而熱定型法無論從鑄造或機械加工看都比前法簡單，所以它的生產(chǎn)率高，成本低。前一種方法適用于大批量生產(chǎn)，后一種方法大、中、小批量生產(chǎn)均可。圖4 活塞環(huán)熱定型加溫曲線（3）單體橢圓法節(jié)省金屬材料，因為它的切削加工裕量可以留得很少。 活塞環(huán)的加工工藝規(guī)程 為了進行科學管理，將工藝過程的各項內容寫成文件，用來指導生產(chǎn)和組織生產(chǎn)，工廠的各種工藝規(guī)程是將有關內容編寫成各種文件圖紙和表格等形式來表達的，這些文件統(tǒng)稱為工藝文件。零件生產(chǎn)所用的工藝文件的種類很多，也沒有統(tǒng)一的規(guī)定格式，由各工廠自行規(guī)定。主要的工藝文件有工藝過程卡片、工序卡片、調整卡片、檢驗卡片等。1 工藝過程卡片：也稱綜合卡片或工藝流程卡片。在卡片上規(guī)定了制造該零件所經(jīng)過的各個車間，經(jīng)過的全部工藝過程。按照零件工藝過程的加工順序列出所有的工序，表示零件的生產(chǎn)路線。以及對每個工序所使用設備，工藝參數(shù)等作出簡要說明，表示零件加工完整的工藝過程。在單件、小批生產(chǎn)中一般只用工藝過程卡。2 工序卡片：這種卡片也稱操作卡片，用來具體指導工人進行生產(chǎn)，這是為零件生產(chǎn)過程中的每一道工序編寫的，是工藝過程卡上每一道工序的詳細規(guī)定。在工藝過程上繪有工序簡圖，注明定位基準和加工表面的工序尺寸，光潔度、技術要求等，并分出工步的次序和內容、切削規(guī)范和工時定額以及使用的設備工、夾、量、輔具的具體情況等。對于大批量生產(chǎn)的零件和小批量生產(chǎn)的關鍵零件，除了工藝卡片，還要詳細編制工藝裝備明細表。3 調整卡片：對于在自動和半自動機床上完成的工序，往往不用工序卡片，而要編制調整卡片，供機床操作人和調整人使用。4 檢驗卡片：它是檢查人員使用的主要文件，其中對檢驗對象、檢驗項目、檢查方法及使用檢具均有具體規(guī)定。零件加工完畢按檢驗卡檢收。對于成批大量產(chǎn)品，一般需要檢驗卡。 確定毛坯的制造方法與加工余量 活塞環(huán)的制造方法目前活塞環(huán)的鑄造方法主要有單體疊箱鑄造、雙片疊箱鑄造、筒體砂型鑄造和筒體離心鑄造，按毛坯的形狀來分又可分為正圓和橢圓兩種。正圓的優(yōu)點是型板制造簡單、加工設備簡單。缺點是要進行熱定形、開口對面應力大，開口處徑向壓力低，熱穩(wěn)定性差，彈力消失厲害。橢圓環(huán)的優(yōu)缺點與正圓環(huán)的相反。為了很好的滿足活塞環(huán)的特殊要求，以及批量化的工作效率的要求，我們選擇毛坯的形狀為正圓。 加工余量的確定確定內外斷面上的總余量為 mm 確定上下兩個平面上的總余量為 mm 定位基準的選擇（1）定位基準的選擇活塞環(huán)的兩端面是一切加工尤其是外圓和內圓加工的基準面。同時，兩端面的加工質量對活塞環(huán)的性能影響很大。因此，有必要將兩端面的加工作為活塞環(huán)加工工藝中的最初工序，并且要求盡可能提高加工精度。這就符合統(tǒng)一基準原則。在后續(xù)工序中，除了使用兩端面為定位基礎外，根據(jù)各工序的特點，再選擇內圓或外圓定位，實現(xiàn)各工序的定位。▽活塞環(huán)兩端面的加工是以其自身作定位基準的，以外圓的導向反復加工。加工精度高， mm，表面粗糙度 。保證這些精度要求，對以后疊放成組加工時減小環(huán)高