第一章 活塞环压力曲线.doc

第一章 活塞环压力曲线活塞环的径向压力指活塞环外圆对气缸壁的作用力，又称接触压力、面压、壁压。从径向压力分布来看，活塞环主要分以下几种：等压环、非等压环；非等压环又分高点环、低点环。等压环指活塞环环体上各点的径向压力大小相等。等压环磨损特点：活塞环开口处(即=180时)磨损最小，=120160时磨损最大，磨损到一定程度后，开口不再与气缸壁接触，容易引起活塞环在环槽中震动，当发动机提高转速后，环端面在环槽中震动加强，加剧活塞环上下端面和环槽的磨损，也容易引起断环发生。因此在中、高速四冲程发动机上早己不再使用。高点环指活塞环开口处的径向压力比环体的平均压力高。这种环磨损特点是：克服均压环开口处压力急剧下降，而避免在开口左右30范围内首先漏光。失去密封作用。在四冲程发动机上大量采用高点环。高点环压力曲线常见有二种形式：公司目前普遍采用梨形分布-阿诺德压力曲线，压力比为1.21.6，其压力型线分布如下图：低点环指活塞环开口处的径向压力比环体的平均压力低。一般来说，低点环主要用于二冲程发动机上，因为在二冲程发动机上，活塞环通过气口时，环开口端容易刮碰气口而造成断环，因此降低开口处压力，使其成为低点环。因为二冲程发动机用活塞环上通常有防转定位装置，公司经过大量装机实践证明，对于这类发动机上的活塞环几乎全部采用高点环。在四冲程发动机上有时采用低点环，目的是为了防止开口处压力过高而引起拉缸。第二章活塞环机械加工工艺编制方法。活塞环机械加工工艺编制时，设计原则一般是从成品向前推导，注意环高、径向厚度、闭口间隙三个尺寸链，保证各道工序加工余量合理，既不能余量太大，又不能余量不足，合理的加工余量必须经过生产实践反复验证，下面对几道关键工序的工艺尺寸的来由加以介绍。2.1仿形加工工艺尺寸及凸轮计算金加工车间有10多道工序，其中最重要的工序是仿形加工。因为成品活塞环外轮廓形状主要由本道工序来保证，若仿形加工严重失真，后道工序将不能弥补，反而更加明显，起放大作用，如精车外圆时黑皮环较多、珩磨时珩不圆比例大、修口后环漏光。仿形加工时质量控制到位，上述缺陷会少得多，因此仿形加工是十分关键的。仿形加工主要目的是为了保证活塞环外轮廓形状与设计的压力曲线索一致。编制仿形车外圆加工工艺时，关键是仿形加工后活塞环长径尺寸及仿形凸轮的设计，目前公司已用VBA语言编译为“CAM”程序，界面见附一，可直接用于设计，快捷而准确，使用方法如下：在图示黄色区域内输入基本参数，D、H、T、Fs、E、S、DT、K1、K2、K3、I；上述参数含义如下表。将鼠标移至空白区，然后按“确认”按钮，即能计算出结果。关于理论推导，其解题过程如下：已知：D、H、T、Fs、E、S、DT、K1、K2、K3、I求解：P0、S0、SE、DF、DS、DR、FA、FG、O计算公式及含义如下：参 数含 义D活塞环缸径尺寸，单位mmH活塞环环高尺寸，单位mmT活塞环径向厚度尺寸，单位mmI活塞环压力比，Pmax/P0=IFs活塞环径向弹力值，油环环体弹力取组合弹力的10%左右，其余情况下一般取弹力中值，单位KgfE活塞环弹性模量值，单位GpaS活塞环闭口间隙值，单位mmDT活塞环外圆加工余量值，单位mm参 数参数值适 用 结 构参 数参数值适 用 结 构K11桶面环K20.9镀铬环1矩形环0.85喷钼环1锥面环1磷化环0.9楔形环0.88氮化环0.85梯形环K30.85WVTi平环0.85内止口环0.90QT平环0.65普油环0.75油环0.45勾R槽油环参 数含 义K1活塞环截面形状系数K2活塞环表面处理系数K3活塞环材料收缩率系数P0活塞环面压值，单位Kgf/mm2S0活塞环自由于开口长度值，单位mmSE活塞环剖口长度理论值，单位mmDF活塞环长径，单位mmDS活塞环短径，单位mmDR活塞环仿形加工凸轮扁度值，单位mmFA活塞环安装应力值，单位Kgf/mm2FG活塞环工作应力值，单位Kgf/mm2O活塞环椭圆度值，单位mm序 号公 式含 义程序号1P0=0.76Fs/HD计算活塞环面压202L=(I-1)/2.0399计算系数L403N1=1-2.89493L计算系数N1404R=(D-T)/2计算活塞环中性轴半径1005J=HT3/12计算活塞环惯性矩806O=1.0375955R4P0HL/EJ计算活塞环椭圆度2807P1=P0/K1K2K3计算活塞环表面压力90序 号公 式含 义程序号8R1=R2DP1H/2EJ计算环径向位移、角位移的系数1009SE=(D-T-2U5)/SinY5 计算环理论开口长度14010U5=R1RN1(1+/2Sin+LH2)计算活塞环径向位移76011Y5=R1N1(-/2Cos+Sin/2)+LH1计算活塞环角位移71012FA=ET(8T-S0)/2.35(D-T)2计算活塞环安装应力16013FG=ET(S0-S)/2.35(D-T)2计算活塞环工作应力17014DF=D+2B(90)+DT计算活塞环长径21015DS=D+DT+B(0)+B(180)计算活塞环短径21016DR=DF-DS计算凸轮扁度25017Y180=Y5180/计算活塞环开口角26018U=A1+A2+A32计算活塞环开口部位各点半径91019H1=(52/8+3/4)Sin+3/6-(3+2)Cos/470020Y=R1N1(-0.5Cos+0.5Sin)+LH171021H2=0.252Sin+2/2+0.25Sin+(32Cos)/8-0.252Cos-3/4+Cos2/1275022U=R1RN1(1+0.5Sin)+LH276023C1=L(32Cos)/8+0.52+0.25(1+2)Sin-3/4+(Cos2)/12-0.252Cos81024Y6=R1N1(1+0.5Sin)+C182025C2=L(2-2)Sin(1/8)+(2-1)Cos(1/4)+2Sin(1/4)-Sin2(1/16)83026U6=R1R0.5N1(Sin+Cos)+C284027A3=-U6/2Y5(1-Y6)85028A2=-2A385029A1=U5-A2(-Y5)-A3(-Y5)2850普 通 合 金 铸 铁 环参 数含 义数 值备 注FG活塞环工作应力25Kg/mm2实际可取30Kg/mm2FA活塞环安装应力50Kg/mm2实际可取60Kg/mm2QT 活 塞 环参 数含 义数 值备 注FG活塞环工作应力50Kg/mm2实际可取62.5Kg/mm2FA活塞环安装应力100Kg/mm2实际可取125Kg/mm2TJ-12仿形车床(泰兴产)内外仿(无锡环洋产)剖口长度计算公式L=SE-0.75L=SE-0.4环规尺寸d1+1.15d1+0.65凸轮图纸见附5，凸轮代号含义如下：凸轮代号根据凸轮系数表计算结果而命名的，例如：A16104-3.24代号含义详见下述说明，其它代号依次类推。A表示活塞环压力曲线形式为阿诺德型线，阿诺德第一个汉语拼音字母的缩写。16-表示比压为1.6。104-表示活塞环开口角度为10.4，用三位数字表示。3.24-表示仿形车凸轮扁度为3.24，用三位数字表示。铣开口时确定剖口长度及环规尺寸公式如下：注：以下d1均为活塞环基本尺寸。例如：CS195桶面环凸轮系数表：D=95 H=3 T=3.5 Fs=4 E=9600 J=10.71875 S=0.45 DT=0.4 K1=1 K2=0.9 K3=0.85 P0=1.06666E-0.2 S0=14.65833 SE=17.24509 DF=101.5887 DS=99.04419 DR=2.544487 Y180=10.41994 FA=22.78449 FG=24.26455P(Q)-ARNOLD I=1.6 N1=0.1485083 L=0.2941321 O=0.4157856PRINT PISTON RING DATA,Y/N?PISTON RING CAM DATAQ U Q U Q U0 54.5888405 60 53.2585373 120 51.96082692 54.5871048 62 53.1853333 122 51.98606874 54.5818977 64 53.1119919 124 52.01787956 54.5732307 66 53.0387230 126 52.05637368 54.5611229 68 52.9657478 128 52.101661710 54.5455933 70 52.8932953 130 52.153831512 54.5266800 72 52.8215942 132 52.212959314 54.5044136 74 52.7508774 134 52.279110016 54.4788399 76 52.6813812 136 52.352317818 54.4500122 78 52.6133575 138 52.432605720 54.4179916 80 52.5470467 140 52.519981422 54.3828392 82 52.4826927 142 52.614429524 54.3446274 84 52.4205551 144 52.715919526 54.3034363 86 52.3608780 146 52.824401928 54.2593536 88 52.3039207 148 52.939804130 54.2124710 90 52.2499313 150 53.062034632 54.1628876 92 52.1991653 152 53.190986634 54.1107140 94 52.1518707 154 53.326545736 54.0560684 96 52.1083031 156 53.468555538 53.9990616 98 52.0687065 158 53.616851840 53.9398346 100 52.0333252 160 53.771259342 53.8785172 102 52.0023994 162 53.931575844 53.8152504 104 51.9761620 164 54.097587646 53.7501907 106 51.9548416 166 54.269058248 53.6834908 108 51.9386597 168 54.445739750 53.6153145 110 51.9278297 170 54.621315052 53.5458374 112 51.9225616 172 54.757640854 53.4752312 114 51.9230461 174 54.863674256 53.4036865 116 51.9294701 176 54.939411258 53.3313866 118 51.9420090 178 54.9848518 180 55.0000000锡柴6110A/K桶面环凸轮系数表：CALCULATE PISTON RING DATA D=110 H=2.965 T=4.3 Fs=8.5 E=16000 J=19.64486 S=0.55 DT=0.4 K1=0.9 K2=0.9 K3=0.9 P0=1.980684E-0.2 S0=17.45334 SE=19.3926 DF=117.3609 DS=114.5064 DR=2.854485 Y180=10.15108 FA=44.40733 FG=44.29383P(Q)-ARNOLD I=1.6 N1=0.1485083 L=0.2941321 O=0.4448579PRINT PISTON RING DATA,Y/N?PISTON RING CAM DATAQ U Q U Q U0 54.5478020 60 53.0538483 120 51.58799742 54.5458527 62 52.9716072 122 51.61566164 54.5400047 64 52.8892021 124 51.65067296 54.5302734 66 52.8068695 126 51.69316868 54.5166779 68 52.7248611 128 51.743267110 54.4992409 70 52.6434250 130 51.801075012 54.4780045 72 52.5628204 132 51.866676314 54.4530029 74 52.4833107 134 51.940143616 54.4242897 76 52.4051628 136 52.021522518 54.3919220 78 52.3286476 138 52.110843720 54.3559647 80 52.2540398 140 52.208110822 54.3164940 82 52.1816216 142 52.313320224 54.2735863 84 52.1116638 144 52.426429726 54.2273369 86 52.0444565 146 52.547393828 54.1778336 88 51.9802780 148 52.676132230 54.1251907 90 51.9194145 150 52.812557232 54.0695190 92 51.8621483 152 52.956535334 54.0109329 94 51.8087578 154 53.107948336 53.9495697 96 51.7595215 156 53.266628338 53.8855591 98 51.7147217 158 53.432395940 53.8190460 100 51.6746254 160 53.605052942 53.7501907 102 51.6395073 162 53.784381944 53.6791458 104 51.6096268 164 53.970142446 53.6060791 106 51.5852356 166 54.162078948 53.5311737 108 51.5665894 168 54.359912950 53.4546051 110 51.5539207 170 54.561161052 53.3765717 112 51.5474663 172 54.719142954 53.2972679 114 51.5474434 174 54.842018156 53.2169037 116 51.5540619 176 54.929786758 53.1356888 118 51.5675201 178 54.9824448 180 55.0000000验证该系数表结果的准确性，要根据活塞环漏光、弹力、自由开口等情况判定，根据检测结果进行调整。合理选择切削用量，切削用量过大，会增大切削变形和残余应力。TJ-12活塞环仿形车外圆加工主轴转速、走刀量如下表：2.2铸铁环机械加工工艺编制(QT楔形镀铬桶面环)序 号工 序 名 称工 艺 尺 寸 计 算示 意 图1粗磨端面毛坯高度尺寸： 割片前环高+粗磨余量；粗磨余量一般取0.70.8（双片)2割片割片前环高尽尺寸： 割刀宽度+2(中磨后环高+中磨余量)；割刀宽度一般取1.82.2，中磨余量一般取0.18（双面)3中磨端面半精磨高度+半精磨余量；半精磨余量一般取0.160.20(双面)缸径(d)范围（mm)参 数 项 目材 质QTWVTiF14d70主轴转速(转/分)7575走刀量(毫米/分)0.20.470d155主轴转速(转/分)11075110走刀量(毫米/分)0.20.40.2序 号工 序 名 称工 艺 尺 寸 计 算示 意 图4半精磨端面精磨高度+精磨余量；合金环精磨余量一般取0.030.035(双面)；球铁环一般取0.05(双面)5精磨端面依据加工工艺决定是否要穿磨、返磨6仿形车长径尺寸(根据凸轮系数表计算结果而定)7铣切口剖口长度(根据凸轮系数表计算结果而定)8粗镗内圆径向厚度的确定： 精镗内圆径向厚度+精镗内圆余量+精车外圆余量。精镗内圆、精车外圆加工余量一般取0.2mm9粗修开口闭口间隙一般取0.150.35，环规内径一般为(d1+0.65)10精车外圆成品基体径向厚度+精镗内圆余量+外圆珩磨余量；精镗内圆余量一般为0.2mm，外圆珩磨余量一般为0.030.05mm。闭口间隙确定： 在粗修口尺寸基础上，上下各放0.0511精镗内圆成品径向厚度-铬层厚度+镀前珩磨余量；铬层厚度根据工艺确定，而不能仅参照产品图。镀前珩磨余量一般取0.0512倒外角一般取0.245，目的是防止镀铬掉铬序 号工 序 名 称工 艺 尺 寸 计 算示 意 图13镀前精修口根据中磨后闭口间隙确定，开口单边余量为0.1014镀前检验15镀前珩磨单边余量取0.0516镀前检外观17镀铬成品铬层厚度+镀后珩磨余量18退磁19中磨开口根据成品尺寸确定，前提条件是保证精磨口有余量，但不能太大，一般单边余量取0.050.10mm20镀后珩磨单边余量0.0521镀后检外观22精磨开口根据产品图纸要求确定闭口间隙23返磨根据产品图纸要求确定环高序 号工 序 名 称工 艺 尺 寸 计 算示 意 图2割片中磨高度+中磨余量+割片后环高； 中磨余量一般取0.18(双面)1.46+0.18=1.64，割片后环高尺寸圆整为1.650.05，Ra12.53中磨端面中磨高度：半精磨高度+半精磨余量；半精磨余量一般取0.160.22(双面)，1.24+0.22=1.46 Ra6.34半精磨端面半精磨高度：精磨高度+半精磨余量；球铁环精磨余量一般取0.04(双面) Ra3.25精磨端面精磨端面高度： 因为是镀铬环，需要返磨，高度1.18+0.02=1.20 Ra0.86返磨端面1