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

意義

活塞環是燃油發動機內部的核心部件,它和汽缸,活塞,汽缸壁等一起完成燃油氣體的密封。常用汽車發動機有柴油和汽油發動機兩種,由于其燃油性能不同,其使用的活塞環也不盡相同,早期的活塞環靠鑄造形成,但隨著技術的進步,鋼制的高功率活塞環誕生,且隨著對發動機功能,環境要求的不斷提高,各種先進的表面處理應用其中,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,使活塞環的功能大大提高。

功能

活塞環作用包括密封、調節機油(控油)、導熱(傳熱)、導向(支承)四個作用。 密封:指密封燃氣,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。漏氣不僅會使發動機的動力下降,而且會使機油變質,這是氣環的主要任務; 調節機油(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的正常潤滑,這是油環的主要任務。在現代高速發動機上,特別重視活塞環控制油膜的作用;導熱:通過活塞環將活塞的熱量傳導給缸套,即起冷卻作用。據可靠資料認為,非冷卻活塞中活塞頂所受的的熱量中有70~80%是通過活塞環傳給缸壁而散掉的,冷卻活塞中有30~40%是通過活塞環傳給缸壁而散掉的;支承:活塞環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。一般汽油發動機的活塞采用兩道氣環,一道油環,而柴油發動機通常采用兩道油環,一道氣環。

作用在活塞環的力有氣體壓力、環自身彈力、環往復運動的慣性力、環與氣缸及環槽的摩擦力等。由于這些力的作用,環將產生軸向運動、徑向運動、回轉運動等基本運動。此外,活塞環由于它的運動特點,伴隨著不規則運動,不可避免地出現軸向不規則運動引起的浮懸和軸向振動、徑向不規則運動和振動、扭曲運動等。這些不規則運動常常妨礙活塞環發揮作用。設計活塞環時,要充分發揮有利運動,控制不利的一面。

導熱性

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

氣密性

活塞環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來承擔,即發動機在任何運轉條件下,其壓縮空氣和燃氣的泄漏均要控制到最少,以提高熱效率;防止因漏氣而引起氣缸與活塞或氣缸與環之間咬死;防止潤滑油的劣化而引起的故障等。

控油性

活塞環的第二個作用是適當地刮落附著于氣缸壁上的滑油,并保持正常的油耗量。當供給的潤滑油過多時將被吸至燃燒室,使油耗量增大,而且由于燃燒產生的積炭,對發動機性能影響極壞。

支撐性

因活塞略小于氣缸內徑,如無活塞環,則活塞在氣缸內不穩定,就不可能運動自如。同時,環還要防止活塞直接與氣缸接觸,起到支撐作用。因此,活塞環在氣缸內上下運動,其滑動面全靠環來承擔。

A、整體結構:通過鑄造或整體成型的工藝。

B、組合環:在一個環槽中裝配兩個或兩個以上零件組成的活塞環。

C、開槽油環:側面平行,具有兩個接觸環岸,并有回油孔的油環。

D、開槽螺旋撐簧油環:在開槽油環內加置螺旋撐簧的油環。撐簧能提高徑向比壓,其對環體內表面的作用力均等。常見于柴油機環。

E、鋼帶組合油環:由襯環和兩片刮環組合而成的油環。襯環的設計隨生產廠而異,常見于汽油機環。

斷面形狀

桶面環、錐面環、內倒角扭曲環、楔形環和梯形環、鼻形環、外臺肩扭曲環、內倒角扭曲環、鋼帶組合油環、異向倒角油環、同向倒角油環、鑄鐵螺旋撐簧油環、鋼質油環等。

按材料分

鑄鐵、鋼質。

表面處理

氮化環:氮化層硬度達950HV以上,脆性1級,具有良好的耐磨性和耐蝕性。鍍鉻環:鍍鉻層結晶細致緊密光滑,硬度達到850HV以上,耐磨性能非常好,縱橫交錯的微裂紋網絡,利于儲存潤滑油。磷化環:通過化學處理的方法,使活塞環表面產生一層磷化膜,對產品起到防銹作用的同時,也可提高環的初期磨合性。氧化環: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

活塞環包括氣環和油環兩種。氣環的作用是保證活塞與氣缸間的密封。防止氣缸中的高溫、高壓燃氣大量漏入曲軸箱,同時還將活塞頂部的大部分熱量傳導到氣缸壁,再由冷卻水或空氣帶走。

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

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

標記規定

活塞環標記 GB/T 1149.1-94規定:所有要求有安裝方向的活塞環應在上側面,即接近燃燒室的側面加以標志。在上側面標志的環包括:錐面環、內倒角、外切臺環、鼻形環、楔形環和要求安裝方向的油環,環的上側面均有標記。

注意事項

安裝活塞環時應注意

1、活塞環平裝入氣缸套內,接口處要有一定的開口間隙。

2、活塞環應裝在活塞上,在環槽中,沿高度方向要有一定的邊間隙。

3、鍍鉻環應裝在第一道,開口不要對著活塞頂部的渦流凹坑方向。

4、各活塞環開口在互相錯開120℃,均不準對著活塞銷孔。

5、錐形斷面活塞環,安裝時錐面應向上。

6、一般扭轉環安裝時,倒角或切槽應向上;錐面反扭轉環安裝時,仍保持錐面向上。

7、安裝組合環時,應先裝軸向襯環,再裝扁平環和波形環。波形環上、下各裝一片扁平環,各環開口應相互錯開。

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。大功率柴油機活塞環材料主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

活塞連桿組裝配

柴油發電機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,也可借助虎鉗進行,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,應先將活塞放在水或機油中均勻加熱至90℃~100℃,取出后,把拉桿放在活塞銷座孔之間適當位置,然后將涂有機油的活塞銷按既定方向裝入活塞銷孔和連桿銅套內

四、活塞環的安裝。安裝活塞環時,要注意各環位置和順序。

五、裝入連桿組。