单件小批大型活塞环(涨圈)粗加工尺寸的确定

1、单件小批大型活塞环（涨圈）粗加工尺寸的确定季泉生 李翀 摘要：利用极坐标微分方程、弹性力学曲杆挠曲变形计算大型活塞环加工的有关尺寸。传统的计算方法有错误，由此解决了生产中出现大量废品的生产关键。关键词：大型活塞环加工，极坐标微分方程，挠曲变形 Determination of the mini-batch piston rings rough sizeJi Quansheng Li ChongJinan （1：Iron & Steel Group Corporation 250101；:2：Beijing forestry university ,the college of tech

2、nology 100083）Abstract: Use polar differential equation and the elastic deformation curved lever round to get the relevant sizes of large rings processing. The traditional calculation method is wrong, thus solving the production key of large quantitative waste product.Key words: Large piston rings p

3、rocessing polar differential equation curve deformation 121概述活塞环（涨圈）广泛应用于各种机械设备中。其制作除内燃机、柴油机有专门方法外，对单件小批大型活塞环（涨圈），一般的方法是采用筒形铸坯。第一次加工（粗加工）成环形断面，切成单体开口合并，再在压缩状态下进行第二次加工（精加工），显然粗加工尺寸将会影响开口合并后环的内应力，因此粗加工尺寸之确定成为问题的关键。原苏联教科书和传统的方法都是按圆环开口合并后仍按圆形考虑，其直径的减少量为，按此公式计算，精加工的余量留得过大开口合并后造成弯曲折断，若留得过小，则开口合并后精加工有一部分加工

4、余量不够，不能保证整圆度，活塞环装进汽缸后不能保证气密性、相同径向力和受相同径向力磨损均匀等工作条件，故造成大量活塞环废品。采用下列公式计算后就解决了大量废品的问题。通过工作实践和理论探讨，初步得出如下计算公式：其中： 需指出的是，开口合并时，要在开口两端加切向力（尽量靠近开口两端的近似切向力），或用钢带一齐收紧。2应用取例现就某工厂高炉泥炮机活塞环M415（400kg空气锤）垂头活塞环为例说明：1：泥炮机活塞环尺寸如图1所示：图1 泥炮机活塞环经合并后，内孔尺寸如图2（粗加工后）根据上述公式得：mmmmmmmm根据实测得：mmmm图2 泥炮机活塞环开口合并后内孔图（粗加工后）误差：长轴变化误

5、差为：短轴变化误差为：2：锤头活塞环尺寸（如图3所示）：图3 空气锤活塞环合并后，内孔尺寸如图4（粗加工后）。根据公式得： 根据实测得：误差：长轴变化误差为：短轴变化误差为：另外将泥炮机活塞环做自由状态开口31.5的试验：根据公式计算：图4 空气锤活塞环开口合并后内孔图（粗加工后）长轴变化y=6.58,短轴变化x=11.75实测：误差：长轴变化误差6.5-6.58=-0.08短轴变化误差12.5-11.75=0.75由上述实例，证实了公式的精确程度，其误差出现的原因将在下面说明。3公式的推导活塞环根据工作情况，考虑到开口处丧失弹性，工作条件恶劣，需较高的径向压力，即形成所谓的梨形曲线分布。但对

6、一般用途的活塞环，认为只需满足装入汽缸后成圆形（整圆度）和受均匀压力（气密性，磨损均匀）即可。根据推导：开口圆环受均匀压力p与单在开口处受切向力P可产生相等的弯矩，只需满足会产生相同的变形效果。图5 活塞环受力图（一） 图6 活塞环受力图（二）由图5图6可知，活塞所受弯矩为：上述推导的目的在于开口加力合并的变形只需要简单切向力P来计算即可。利用曲杆挠曲变形微分方程推导公式：由材料力学得曲杆弯矩：图7 活塞环受力变形图 ？弯曲应力？数学符号小增量E弹性模量S断面静矩y纵轴坐标T切向上加的力F断面积“”rr"式中uR与r之差，即径向位移。 为方便清楚起见，把变形后的曲线上移（即变形后的曲

7、线的对称中心与原来圆心重合），设完全径向位移为，根据下图不难看出：图8 活塞环受力变形图上移图力P的确定：根据材料力学可知，曲杆弯曲变形能： 设为自由开口与压缩开口之差，即切口处切向变形量，利用卡斯齐梁诺法： 4误差分析1.测量不够准确，由于变形后非圆形，不易找准长、短轴位置。2所加的力并非真正的切向力，而是开口两端夹持后使其合并的近似切线方向力。3.公式的推导过程中，有某些忽略和近似，特别是开口端位移和力P的推导而非切向力， 4.公式之推导都是属于材料在弹性极限之内服从虎克定律，而一般活塞环使用高级铸铁（或合金铸铁），其应力应变曲线没有明显的直线部分，不完全服从虎克定律，但是相差不大，合并放

8、松后，多少还留有残留变形。5几个问题的提出和讨论1.并合（合并）加力时，一定要设法加切向力，除夹子夹住开口两端加力外，也可用钢带或钢绳包住外圆，一齐收紧并合，否则如随便加力（如在中部加力），则开口端距加力处段未受弯矩，曲率未有变化，精加工后，该处将不能产生对壁的压力，不利于气密性，同时加力部位不同，并合变形后，长短轴的变化也与加切向力的不同。2.关于开口处断面的转角问题：因为考虑不当，很可能形成并合后外圆处接触，内孔处敞开，或内孔处接触，外圆处敞口，对此做如下推导：由马尔-马克斯维尔法：图9 活塞环受力变形开口端转角图由于左右，较R比甚小，上式可近似化为：6结束语原来按传统的方法加工造成大量废品，经研究分析推到两个新的计算公式，经过实践验证，正确有效，由此解决了生产中出现大量废品的关键因素。参考文献1