活塞环

活塞环广泛地用在各种动力机械上,如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等,广泛用于汽车,火车,轮船,游艇等。一般活塞环安装在活塞的环槽里,它和活塞、缸套、缸盖等元件组成腔室做功 。

意义

活塞环是燃油发动机内部的核心部件,它和汽缸,活塞,汽缸壁等一起完成燃油气体的密封。常用汽车发动机有柴油和汽油发动机两种,由于其燃油性能不同,其使用的活塞环也不尽相同,早期的活塞环靠铸造形成,但随着技术的进步,钢制的高功率活塞环诞生,且随着对发动机功能,环境要求的不断提高,各种先进的表面处理应用其中,如热喷涂,电镀,镀铬,气体氮化,物理沉积,表面涂层,锌锰系磷化处理等,使活塞环的功能大大提高。

功能

活塞环作用包括密封、调节机油(控油)、导热(传热)、导向(支承)四个作用。 密封:指密封燃气,不让燃烧室的气体漏到曲轴箱,把气体的泄漏量控制在最低限度,提高热效率。漏气不仅会使发动机的动力下降,而且会使机油变质,这是气环的主要任务; 调节机油(控油):把气缸壁上多余的润滑油刮下,同时又使缸壁上布有薄薄的油膜,保证气缸和活塞及环的正常润滑,这是油环的主要任务。在现代高速发动机上,特别重视活塞环控制油膜的作用;导热:通过活塞环将活塞的热量传导给缸套,即起冷却作用。据可靠资料认为,非冷却活塞中活塞顶所受的的热量中有70~80%是通过活塞环传给缸壁而散掉的,冷却活塞中有30~40%是通过活塞环传给缸壁而散掉的;支承:活塞环将活塞保持在气缸中,防止活塞与气缸壁直接接触,保证活塞平顺运动,降低摩擦阻力,而且防止活塞敲缸。一般汽油发动机的活塞采用两道气环,一道油环,而柴油发动机通常采用两道油环,一道气环。

作用在活塞环的力有气体压力、环自身弹力、环往复运动的惯性力、环与气缸及环槽的摩擦力等。由于这些力的作用,环将产生轴向运动、径向运动、回转运动等基本运动。此外,活塞环由于它的运动特点,伴随着不规则运动,不可避免地出现轴向不规则运动引起的浮悬和轴向振动、径向不规则运动和振动、扭曲运动等。这些不规则运动常常妨碍活塞环发挥作用。设计活塞环时,要充分发挥有利运动,控制不利的一面。

导热性

将燃烧产生的高热,通过活塞环传递给气缸壁,所以能起到冷却活塞的作用。通过活塞环向气缸壁散出的热量,一般可达到活塞顶部承受热量的 30-40%

气密性

活塞环的第一个作用是保持活塞与气缸壁之间的密封,控制漏气到最低限度。这种作用主要由气环来承担,即发动机在任何运转条件下,其压缩空气和燃气的泄漏均要控制到最少,以提高热效率;防止因漏气而引起气缸与活塞或气缸与环之间咬死;防止润滑油的劣化而引起的故障等。

控油性

活塞环的第二个作用是适当地刮落附着于气缸壁上的滑油,并保持正常的油耗量。当供给的润滑油过多时将被吸至燃烧室,使油耗量增大,而且由于燃烧产生的积炭,对发动机性能影响极坏。

支撑性

因活塞略小于气缸内径,如无活塞环,则活塞在气缸内不稳定,就不可能运动自如。同时,环还要防止活塞直接与气缸接触,起到支撑作用。因此,活塞环在气缸内上下运动,其滑动面全靠环来承担。

A、整体结构:通过铸造或整体成型的工艺。

B、组合环:在一个环槽中装配两个或两个以上零件组成的活塞环。

C、开槽油环:侧面平行,具有两个接触环岸,并有回油孔的油环。

D、开槽螺旋撑簧油环:在开槽油环内加置螺旋撑簧的油环。撑簧能提高径向比压,其对环体内表面的作用力均等。常见于柴油机环。

E、钢带组合油环:由衬环和两片刮环组合而成的油环。衬环的设计随生产厂而异,常见于汽油机环。

断面形状

桶面环、锥面环、内倒角扭曲环、楔形环和梯形环、鼻形环、外台肩扭曲环、内倒角扭曲环、钢带组合油环、异向倒角油环、同向倒角油环、铸铁螺旋撑簧油环、钢质油环等。

按材料分

铸铁、钢质。

表面处理

氮化环:氮化层硬度达950HV以上,脆性1级,具有良好的耐磨性和耐蚀性。镀铬环:镀铬层结晶细致紧密光滑,硬度达到850HV以上,耐磨性能非常好,纵横交错的微裂纹网络,利于储存润滑油。磷化环:通过化学处理的方法,使活塞环表面产生一层磷化膜,对产品起到防锈作用的同时,也可提高环的初期磨合性。氧化环:在高温和强氧化剂的条件下,钢铁材料表面生成一层氧化膜,具有耐腐蚀性,减磨润滑及良好的外观。还有PVD等。

按作用来

活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸间的密封。防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱,同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁,再由冷却水或空气带走。

油环用来刮除气缸壁上多余的机油,并在气缸壁上涂一层均匀的机油膜,这样既可以防止机油窜入气缸燃烧,又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损、减轻摩擦阻力。

活塞环的工作表面不得有刻痕、擦伤、剥落,外圆柱面和上下端面应有-定的光洁度,曲度偏差不应大于0.02-0.04毫米,环在槽中的标准下沉量不得超过0.15- 0.25毫米,活塞环的弹力、间隙符合规定。此外,还应检查活塞环的漏光度,即将活塞环平放在气缸内,在活塞环下边放一个小灯炮,上面放一块遮光板,然后观察活塞环与气缸壁之间的漏光缝隙,由此可知活塞环与气缸壁的接触是否良好。在一般情况下,用厚薄规测量活塞环漏光缝不应超过0.03毫米。连续漏光缝的长度不应大于气缸直径的1/3,若干处漏光缝隙长度不应大于气缸直径的1/3,若干漏光总长度不应超过气缸直径的1/2,否则,应更换。

标记规定

活塞环标记 GB/T 1149.1-94规定:所有要求有安装方向的活塞环应在上侧面,即接近燃烧室的侧面加以标志。在上侧面标志的环包括:锥面环、内倒角、外切台环、鼻形环、楔形环和要求安装方向的油环,环的上侧面均有标记。

注意事项

安装活塞环时应注意

1、活塞环平装入气缸套内,接口处要有一定的开口间隙。

2、活塞环应装在活塞上,在环槽中,沿高度方向要有一定的边间隙。

3、镀铬环应装在第一道,开口不要对着活塞顶部的涡流凹坑方向。

4、各活塞环开口在互相错开120℃,均不准对着活塞销孔。

5、锥形断面活塞环,安装时锥面应向上。

6、一般扭转环安装时,倒角或切槽应向上;锥面反扭转环安装时,仍保持锥面向上。

7、安装组合环时,应先装轴向衬环,再装扁平环和波形环。波形环上、下各装一片扁平环,各环开口应相互错开。

材料功能

1、耐磨性

2、贮油性

3、硬度

4、耐蚀性

5、强度

6、耐热性

7、弹性

8、切削性能

其中尤以耐磨性及弹性最重要。大功率柴油机活塞环材料主要有灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、蠕墨铸铁。

活塞连杆组装配

柴油发电机活塞连杆组装配的几大要点如下:

一、压装连杆铜套。安装连杆铜套时最好用压力机,也可借助虎钳进行,切忌用铁锤猛打;铜套上的油孔或油槽与连杆上的油孔要对正,以保证其润滑

二、装配活塞及连杆。装配活塞及连杆时,应注意它们的相对位置和方向。

三、巧装活塞销。活塞销与销孔为过盈配合。安装时,应先将活塞放在水或机油中均匀加热至90℃~100℃,取出后,把拉杆放在活塞销座孔之间适当位置,然后将涂有机油的活塞销按既定方向装入活塞销孔和连杆铜套内

四、活塞环的安装。安装活塞环时,要注意各环位置和顺序。

五、装入连杆组。