活塞环常识.pdf

仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 第二章活塞环常识 9 2 1 活塞环的功能 2 1 1 密封功能密封功能密封功能密封功能密封功能 在压缩和膨胀冲程 活塞环对由上而下的气体起密封 作用 其中第一道环密封约80 90 的气体 第二道环 密封约 10 20 的气体 油环密封约5 的气体 图2 1 2 1 2 导热功能导热功能导热功能导热功能导热功能 活塞上约70 的热量是经活塞环端面导入缸套的 其 中 第一道及第二道环对导热起主导作用 从而确保活塞 热平衡 图 2 2 图2 2 图2 1 气 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 第二章活塞环常识 2 1 4 支撑功能 活塞 活塞环作同步往复运动时 活塞对活塞环施加 一较大的正压力 即往复惯性力 当曲柄连杆对活塞产生 侧压力而欲使活塞偏摆时 活塞环因正压力作用对活塞施 加一摩擦反作用力 从而对活塞起支撑作用 图2 5 2 1 3 控油功能 将飞溅或喷射到缸壁上的机油均匀地布在气缸壁上 并将多余的机油刮下 刮下的机油经活塞与缸套间隙 活 塞油槽泄油孔回流至曲轴箱 其中油环控制约70 90 的 机油 气环控制约 10 20 的机油 图2 3 图2 4 图 2 5 图 2 4图 2 3 10 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 第二章活塞环常识 11 2 2 活塞环相关参数及性能 2 2 1 弹力 图 2 6 活塞环实现自张并建立密封面的关键参数 弹力过小则密封面不易建立 压缩气体 高温燃气易 泄漏造成整机功率下降 另一方面 弹力过小还会造 成机油上窜 导致较高的机油消耗 弹力过大易导致摩擦面机油过少 油膜厚度过小 甚 至油膜破裂 导致磨损加剧 另一方面 弹力过大其摩 擦功损耗大 导致整机功率下降 活塞环弹力有径向和切向弹力两种 二者互为关联 且 一一对应 2 2 2 闭口间隙 图 2 6 活塞环在名义缸径中两开口端之间的距离 在考虑热膨胀因素基础上 较小的闭口间隙有利于密 封气体和降低机油消耗 闭口间隙过小将导致环卡死而失去功效 闭口间隙过大将导致较大的气体泄漏和机油消耗 图2 6 闭口间隙 径向弹力 闭口间隙 活塞环 气缸 切向弹力 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 第二章活塞环常识 12 2 2 3 自由开口 图 2 7 活塞环自由状态下开口两端间的距离 自由开口过小 其安装应力大 不利于活塞环安装 自由开口过大 其工作应力大 不利于活塞环工作 2 2 4 环高 图 2 8 较大的环高其刚性好 但惯性力大 但不利于实现环的 理想运动 较小的环高惯性力小 但其刚性较差 环高偏大则其侧隙小 因热膨胀或积碳作用 易造成环 卡死而失去功效 环高偏小则其侧隙大 易造成气体泄漏和机油上窜 2 2 5 径向厚度 图 2 8 径向厚度过大 背隙变小 环作径向振动时易与活塞 槽干涉 同时环体柔性下降 对缸套的顺应性降低 径向厚度过小 背隙增大 泄漏通道面积增大 密封性 能降低 同时热流通道面积变小 不利于热传导 图 2 7 图 2 8 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 13 第二章活塞环常识 2 2 6 锥度 图 2 9 环外圆与气缸线接触 接触压力大 有利于初期磨合 由于锥角的存在 上行时有利于布油 下行时有利于刮油 锥度过大 接触压力过高 其磨损加快 另一方面背压作用 变小 不利于密封 锥度过小 接近于矩形环 起不到锥面环应有的作用 2 2 7 桶面度 图 2 10 在轴向一定测量范围内 环外圆最高点至最低点之间的径向 距离 桶面环外圆与缸套内圆呈线接触状态 接触压力高 密封能 力强 并可加快初期磨合 以及适应活塞的摆动 桶面形状有利于形成油楔 大大提高了润滑性能 桶面度过小则接近于矩形环 起不到桶面环应有的作用 桶面度过大则不易形成油楔润滑 并导致向上刮油 加大机 油消耗 图2 9 图2 10 桶面度 测量宽度 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 14 2 3 活塞环常见截面形状及功用 图 2 11 图 2 14 图 2 12 图 2 13 2 3 1 矩形平环 图 2 11 最基本的压缩环 特点是结构简单 用于低速 低负 荷发动机 空气压缩机 2 3 2 桶面环 图 2 12 能适应活塞的摆动 运动中能有效形成动压润滑 由 于与气缸接触面积小而能有效缩短初期磨合 密封能力强 用于各种中 高速发动机压缩环 2 3 3 梯形环 图 2 13 梯形环的径向运动可将环槽中的积碳挤出 有效防止 环结胶卡死 用于各种高速 高负荷 大功率发动机压缩环 2 3 4 矩形锥面环 图 2 14 锥面与气缸接触面积小 能缩短初期磨合 向上运动 能有效布油 向下运动能有效刮油 具有良好的控油性能 用于各种型号的发动机 空气压缩机 第二章活塞环常识 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 15 第二章活塞环常识 图2 15 图2 16 图2 17 2 3 5 内倒角 止口 正扭曲环 图 2 15 装入气缸后因内力矩不平衡而产生正扭曲 外圆面下 侧与缸壁接触 具有锥面环功效 上端面外侧与上环槽接 触 下端面内侧与下环槽接触 对由上而下的气体具有良 好的密封作用 2 3 6 内倒角 止口 反扭曲环 图 2 16 装入气缸后因内力矩不平衡而产生反扭曲 下端面外 侧与下环槽接触 上端面内侧与上环槽接触 对由下而上 的机油控制效果较好 2 3 7 鼻形 止口 锥面环 图 2 17 综合了锥面环与正扭曲环的优点 同时鼻形 止口 在刮油时具有泄压作用 刮油能力强 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 16 图 2 19 图 2 18 图 2 20 2 3 8 普通油环 图 2 18 最基本的油环 用于低速 低负荷发动机 空气压 缩机 2 3 9 螺旋撑簧油环 图 2 19 弹力主要由螺旋弹簧提供 其面压较高 持久性强 同时 环体具有良好的柔性 因而螺旋撑簧油环有较强 的控油能力 用于各种中 高速发动机 2 3 10 钢带组合油环 图 2 20 接触压力高 密封能力强 回油通畅 重量轻 具 有良好的控油能力 广泛应用于中 高速四冲程汽油机 第二章活塞环常识 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 17 第二章活塞环常识 2 4 典型活塞环材料 2 4 1 合金铸铁 图2 21 铸铁加入钨 钒 钛或铬 铜等合金成份 提高了材 料的机械性能和耐磨性 同时 合金铸铁中的片状石墨类 似于固体润滑剂 抗拉缸能力强 该材料广泛应用于各种 型号的发动机 空气压缩机 2 4 2 多元合金铸铁 图2 22 铸铁加入钨 镍 钼 铬等十几种合金元素 大大提 高了材料的耐磨性和机械性能 该材料广泛应用于各种 中 高速发动机 图2 22 图2 21 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 18 图 2 23 图 2 24 2 4 3 球墨铸铁 图 2 23 铸铁中的石墨呈球状 材料的机械性能 如弹性模量 抗弯强度得到较大提高 该材料广泛应用于各种中 高速 发动机 2 4 4 钢质 图 2 24 具有很高的弹性模量和抗弯强度 对其表面进行镀 铬 喷钼 氮化等处理 其耐磨性得到大幅度提高 可广 泛应用于各种中 高速发动机 第二章活塞环常识 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 19 第二章活塞环常识 2 5 活塞环的成型加工 2 5 1仿形成型法 图 2 25 用靠模仿形方法进行椭圆加工 其特点是热稳定性 好 易于实现规模化 大批量生产 2 5 2绕制成型法 图 2 26 在绕环机上将钢质型材直接绕制成形 其特点是工艺 流程短 无切削余量 图2 26 图2 25 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 20 2 6 表面处理 图 2 27 2 6 1 镀铬 金属铬的维氏硬度达到800 1000 其熔点为 1800 摄氏度 因而经镀铬处理的活塞环具有很高的抗磨料磨损 能力 抗粘着磨损能力 耐磨性能优良 是目前活塞环应 用最为广泛的表面处理之一 目前 CYPR已开发出具有 国际水平的铬 陶瓷复合镀铬技术 并率先在国内建立复 合镀铬生产线 满足各种先进机型的需求 2 6 2 喷钼 图 2 27 钼层的的熔点为2600摄氏度 且其表面及基体具有 多孔性 经喷钼处理的活塞环具有很强的抗粘着磨损能 力 因而喷钼处理活塞环被广泛应用于各种高强度 高负 荷发动机上 第二章活塞环常识 仪征双环用户手册 CUSTOMER MANUAL 21 第二章活塞环常识 图2 28 2 6 3 氮化 图 2 28 氮化一般应用于钢质活塞环上 氮化层与铬层相比 其硬度更高 摩擦系数更小 因而氮化环具有更高的耐磨 性 另外 由于氮化是采用离子渗透与铁基结合方式生成 因而不存在因结合力差而脱落 崩缺问题 目前 CYPR 已建立了钢环气体氮化 盐浴氮化 铸铁环辉光离子氮化 生产线 用于满足各种不同机型的需求 2 6 4 渗陶 通过等离子体化学气相沉积 陶瓷材料渗入金属表 层 发生双向扩散 形成网络与超微粒并存的金属 陶瓷 复合薄膜 其特点是硬度 韧性高 摩擦系数低