活塞環(huán)廣泛地用在各種動力機(jī)械上,如蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)、壓縮機(jī)、液壓機(jī)等,廣泛用于汽車,火車,輪船,游艇等。一般活塞環(huán)安裝在活塞的環(huán)槽里,它和活塞、缸套、缸蓋等元件組成腔室做功 。

意義

活塞環(huán)是燃油發(fā)動機(jī)內(nèi)部的核心部件,它和汽缸,活塞,汽缸壁等一起完成燃油氣體的密封。常用汽車發(fā)動機(jī)有柴油和汽油發(fā)動機(jī)兩種,由于其燃油性能不同,其使用的活塞環(huán)也不盡相同,早期的活塞環(huán)靠鑄造形成,但隨著技術(shù)的進(jìn)步,鋼制的高功率活塞環(huán)誕生,且隨著對發(fā)動機(jī)功能,環(huán)境要求的不斷提高,各種先進(jìn)的表面處理應(yīng)用其中,如熱噴涂,電鍍,鍍鉻,氣體氮化,物理沉積,表面涂層,鋅錳系磷化處理等,使活塞環(huán)的功能大大提高。

功能

活塞環(huán)作用包括密封、調(diào)節(jié)機(jī)油(控油)、導(dǎo)熱(傳熱)、導(dǎo)向(支承)四個作用。 密封:指密封燃?xì)?不讓燃燒室的氣體漏到曲軸箱,把氣體的泄漏量控制在最低限度,提高熱效率。漏氣不僅會使發(fā)動機(jī)的動力下降,而且會使機(jī)油變質(zhì),這是氣環(huán)的主要任務(wù); 調(diào)節(jié)機(jī)油(控油):把氣缸壁上多余的潤滑油刮下,同時又使缸壁上布有薄薄的油膜,保證氣缸和活塞及環(huán)的正常潤滑,這是油環(huán)的主要任務(wù)。在現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)上,特別重視活塞環(huán)控制油膜的作用;導(dǎo)熱:通過活塞環(huán)將活塞的熱量傳導(dǎo)給缸套,即起冷卻作用。據(jù)可靠資料認(rèn)為,非冷卻活塞中活塞頂所受的的熱量中有70~80%是通過活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的,冷卻活塞中有30~40%是通過活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的;支承:活塞環(huán)將活塞保持在氣缸中,防止活塞與氣缸壁直接接觸,保證活塞平順運動,降低摩擦阻力,而且防止活塞敲缸。一般汽油發(fā)動機(jī)的活塞采用兩道氣環(huán),一道油環(huán),而柴油發(fā)動機(jī)通常采用兩道油環(huán),一道氣環(huán)。

作用在活塞環(huán)的力有氣體壓力、環(huán)自身彈力、環(huán)往復(fù)運動的慣性力、環(huán)與氣缸及環(huán)槽的摩擦力等。由于這些力的作用,環(huán)將產(chǎn)生軸向運動、徑向運動、回轉(zhuǎn)運動等基本運動。此外,活塞環(huán)由于它的運動特點,伴隨著不規(guī)則運動,不可避免地出現(xiàn)軸向不規(guī)則運動引起的浮懸和軸向振動、徑向不規(guī)則運動和振動、扭曲運動等。這些不規(guī)則運動常常妨礙活塞環(huán)發(fā)揮作用。設(shè)計活塞環(huán)時,要充分發(fā)揮有利運動,控制不利的一面。

導(dǎo)熱性

將燃燒產(chǎn)生的高熱,通過活塞環(huán)傳遞給氣缸壁,所以能起到冷卻活塞的作用。通過活塞環(huán)向氣缸壁散出的熱量,一般可達(dá)到活塞頂部承受熱量的 30-40%

氣密性

活塞環(huán)的第一個作用是保持活塞與氣缸壁之間的密封,控制漏氣到最低限度。這種作用主要由氣環(huán)來承擔(dān),即發(fā)動機(jī)在任何運轉(zhuǎn)條件下,其壓縮空氣和燃?xì)獾男孤┚�要控制到最�?以提高熱效率;防止因漏氣而引起氣缸與活塞或氣缸與環(huán)之間咬死;防止?jié)櫥�油的劣化而引起的故障等�?/P>

控油性

活塞環(huán)的第二個作用是適當(dāng)?shù)毓温涓街�于氣缸壁上的滑�?并保持正常的油耗量。當(dāng)供給的潤滑油過多時將被吸至燃燒室,使油耗量增大,而且由于燃燒產(chǎn)生的積炭,對發(fā)動機(jī)性能影響極壞。

支撐性

因活塞略小于氣缸內(nèi)徑,如無活塞環(huán),則活塞在氣缸內(nèi)不穩(wěn)定,就不可能運動自如。同時,環(huán)還要防止活塞直接與氣缸接觸,起到支撐作用。因此,活塞環(huán)在氣缸內(nèi)上下運動,其滑動面全靠環(huán)來承擔(dān)。

A、整體結(jié)構(gòu):通過鑄造或整體成型的工藝。

B、組合環(huán):在一個環(huán)槽中裝配兩個或兩個以上零件組成的活塞環(huán)。

C、開槽油環(huán):側(cè)面平行,具有兩個接觸環(huán)岸,并有回油孔的油環(huán)。

D、開槽螺旋撐簧油環(huán):在開槽油環(huán)內(nèi)加置螺旋撐簧的油環(huán)。撐簧能提高徑向比壓,其對環(huán)體內(nèi)表面的作用力均等。常見于柴油機(jī)環(huán)。

E、鋼帶組合油環(huán):由襯環(huán)和兩片刮環(huán)組合而成的油環(huán)。襯環(huán)的設(shè)計隨生產(chǎn)廠而異,常見于汽油機(jī)環(huán)。

斷面形狀

桶面環(huán)、錐面環(huán)、內(nèi)倒角扭曲環(huán)、楔形環(huán)和梯形環(huán)、鼻形環(huán)、外臺肩扭曲環(huán)、內(nèi)倒角扭曲環(huán)、鋼帶組合油環(huán)、異向倒角油環(huán)、同向倒角油環(huán)、鑄鐵螺旋撐簧油環(huán)、鋼質(zhì)油環(huán)等。

按材料分

鑄鐵、鋼質(zhì)。

表面處理

氮化環(huán):氮化層硬度達(dá)950HV以上,脆性1級,具有良好的耐磨性和耐蝕性。鍍鉻環(huán):鍍鉻層結(jié)晶細(xì)致緊密光滑,硬度達(dá)到850HV以上,耐磨性能非常好,縱橫交錯的微裂紋網(wǎng)絡(luò),利于儲存潤滑油。磷化環(huán):通過化學(xué)處理的方法,使活塞環(huán)表面產(chǎn)生一層磷化膜,對產(chǎn)品起到防銹作用的同時,也可提高環(huán)的初期磨合性。氧化環(huán):在高溫和強氧化劑的條件下,鋼鐵材料表面生成一層氧化膜,具有耐腐蝕性,減磨潤滑及良好的外觀。還有PVD等。

按作用來

活塞環(huán)包括氣環(huán)和油環(huán)兩種。氣環(huán)的作用是保證活塞與氣缸間的密封。防止氣缸中的高溫、高壓燃?xì)獯罅柯┤肭�軸箱,同時還將活塞頂部的大部分熱量傳導(dǎo)到氣缸壁,再由冷卻水或空氣帶走。

油環(huán)用來刮除氣缸壁上多余的機(jī)油,并在氣缸壁上涂一層均勻的機(jī)油膜,這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸燃燒,又可以減小活塞、活塞環(huán)與氣缸的磨損、減輕摩擦阻力。

活塞環(huán)的工作表面不得有刻痕、擦傷、剝落,外圓柱面和上下端面應(yīng)有-定的光潔度,曲度偏差不應(yīng)大于0.02-0.04毫米,環(huán)在槽中的標(biāo)準(zhǔn)下沉量不得超過0.15- 0.25毫米,活塞環(huán)的彈力、間隙符合規(guī)定。此外,還應(yīng)檢查活塞環(huán)的漏光度,即將活塞環(huán)平放在氣缸內(nèi),在活塞環(huán)下邊放一個小燈炮,上面放一塊遮光板,然后觀察活塞環(huán)與氣缸壁之間的漏光縫隙,由此可知活塞環(huán)與氣缸壁的接觸是否良好。在一般情況下,用厚薄規(guī)測量活塞環(huán)漏光縫不應(yīng)超過0.03毫米。連續(xù)漏光縫的長度不應(yīng)大于氣缸直徑的1/3,若干處漏光縫隙長度不應(yīng)大于氣缸直徑的1/3,若干漏光總長度不應(yīng)超過氣缸直徑的1/2,否則,應(yīng)更換。

標(biāo)記規(guī)定

活塞環(huán)標(biāo)記 GB/T 1149.1-94規(guī)定:所有要求有安裝方向的活塞環(huán)應(yīng)在上側(cè)面,即接近燃燒室的側(cè)面加以標(biāo)志。在上側(cè)面標(biāo)志的環(huán)包括:錐面環(huán)、內(nèi)倒角、外切臺環(huán)、鼻形環(huán)、楔形環(huán)和要求安裝方向的油環(huán),環(huán)的上側(cè)面均有標(biāo)記。

注意事項

安裝活塞環(huán)時應(yīng)注意

1、活塞環(huán)平裝入氣缸套內(nèi),接口處要有一定的開口間隙。

2、活塞環(huán)應(yīng)裝在活塞上,在環(huán)槽中,沿高度方向要有一定的邊間隙。

3、鍍鉻環(huán)應(yīng)裝在第一道,開口不要對著活塞頂部的渦流凹坑方向。

4、各活塞環(huán)開口在互相錯開120℃,均不準(zhǔn)對著活塞銷孔。

5、錐形斷面活塞環(huán),安裝時錐面應(yīng)向上。

6、一般扭轉(zhuǎn)環(huán)安裝時,倒角或切槽應(yīng)向上;錐面反扭轉(zhuǎn)環(huán)安裝時,仍保持錐面向上。

7、安裝組合環(huán)時,應(yīng)先裝軸向襯環(huán),再裝扁平環(huán)和波形環(huán)。波形環(huán)上、下各裝一片扁平環(huán),各環(huán)開口應(yīng)相互錯開。

材料功能

1、耐磨性

2、貯油性

3、硬度

4、耐蝕性

5、強度

6、耐熱性

7、彈性

8、切削性能

其中尤以耐磨性及彈性最重要。大功率柴油機(jī)活塞環(huán)材料主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

活塞連桿組裝配

柴油發(fā)電機(jī)活塞連桿組裝配的幾大要點如下:

一、壓裝連桿銅套。安裝連桿銅套時最好用壓力機(jī),也可借助虎鉗進(jìn)行,切忌用鐵錘猛打;銅套上的油孔或油槽與連桿上的油孔要對正,以保證其潤滑

二、裝配活塞及連桿。裝配活塞及連桿時,應(yīng)注意它們的相對位置和方向。

三、巧裝活塞銷。活塞銷與銷孔為過盈配合。安裝時,應(yīng)先將活塞放在水或機(jī)油中均勻加熱至90℃~100℃,取出后,把拉桿放在活塞銷座孔之間適當(dāng)位置,然后將涂有機(jī)油的活塞銷按既定方向裝入活塞銷孔和連桿銅套內(nèi)

四、活塞環(huán)的安裝。安裝活塞環(huán)時,要注意各環(huán)位置和順序。

五、裝入連桿組。