曲柄连杆机构第三节孙潇鹏64课件

主讲人：孙潇鹏曲柄连杆机构第三节二、活塞环具有弹性的开口环，分为气环和油环。平均寿命：6万公里二、活塞环（一）气环1、作用(1)密封：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气。(2)传热：将活塞顶部吸收的大部分热量传给缸壁。(3)辅助刮油、布油二、活塞环（一）气环2、工作条件高温、高压、高速(径向、轴向)、极难润滑。气环切口二、活塞环（一）气环3、活塞环的间隙（1）端隙(开口间隙)Δ1：是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm~0.50mm。Δ1二、活塞环（一）气环(2)侧隙(边隙)Δ2：是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm~0.10mm；其它气环0.03mm~0.07mm;

油环一般侧隙较小，0.025mm~0.07mm。(3)背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。通常为0.5mm~1mm。Δ2Δ3二、活塞环（一）气环二、活塞环（一）气环4、材料与表面处理合金铸铁（优质灰铸铁+铜、铬、钼等）；球墨铸铁钢片环粉末冶金的金属陶瓷、聚四氟乙烯第一道环：镀多孔性铬其余环：镀锡、磷化、喷钼二、活塞环（一）气环5.气环的密封原理(1)第一密封面的建立：活塞环弹力的作用。

环在自由状态下，环外径＞缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第一密封面P0二、活塞环（一）气环5.气环的密封原理(2)第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。PjFP1第二密封面V二、活塞环（一）气环5.气环的密封原理(3)气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。二、活塞环（一）气环气环的密封原理1-第一密封面；2-第二密封面；PA-第一密封面的压紧力；PB-第二密封面的压紧力；P-气缸内气体压力；P1-环侧气体压力；P2-背压力；P0-环的弹力；Pj-环的惯性力；F-环与缸壁的摩擦力二、活塞环（一）气环5.气环的密封原理(4)气环的布置开口位置相互错开成“迷宫式”；在保证密封的前提下，尽量减少气环数目。二、活塞环（一）气环6、气环的切口(0.25~0.80mm)形状：直角形(a)：工艺性好，密封性差。阶梯形(b)：密封形好，工艺性差。斜口形(c)：介于上二者之间。带防转销钉槽形(d)：用于二行程发动机。二、活塞环（一）气环7、气环断面形状形状特点示意图矩形环结构简单、制造方便、易于生产、应用面广。扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲。锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。梯形环加工困难，精度要求高。桶面环外圆为凸圆弧形。二、活塞环（一）气环气环断面形状二、活塞环（一）气环(1)矩形环：断面为矩形优点：结构简单，制造方便，易于生产，与缸壁接触面积大，散热好，应用最广。缺点：矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中。这种现象称为“气环的泵油作用”。二、活塞环（一）气环(2)锥形环：断面呈锥形1）特点：在环的外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5°～1.5°)，减小了环与气缸壁的接触面(线接触)，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，有布油作用，可形成楔形油膜，减小磨损。二、活塞环（一）气环2）安装：(不能装反，否则会引起机油上窜)锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）传热性差，常装在第二、三道环槽上二、活塞环（一）气环（3）扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角，断面呈不对称形状。内切环：在环的内圆部分切槽或倒角。外切环：在环的外圆部分切槽或倒角。二、活塞环（一）气环扭曲原理当活塞环装入气缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。（环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F和F不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。）二、活塞环特点及安装特点A、具有锥形环的特点线接触，改善磨合和密封。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减小磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。B、减小了泵油作用由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻"泵油"的副作用。C、作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。二、活塞环特点及安装安装(广泛应用于第2道活塞环槽上,必须注意断面形状和方向。)(内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。)内切口朝上，外切口朝下。二、活塞环（一）气环有利于清除积炭，延长使用寿命加强了密封作用：气体压力的水平分力强化了背压力。(4)梯形环：断面呈梯形优点上下面精磨，精度要求高，工艺复杂，加工困难。缺点梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。应用二、活塞环（一）气环梯形环工作情况梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。二、活塞环（一）气环(5)桶形环是近年来兴起的一种新型结构。其特点为：1）环的外圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷，对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封；3）环上下运动时，均能形成楔形油膜：当桶面环上下运动时，均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损；4）凸圆弧表面加工较困难。二、活塞环（一）气环8、气环的泵油作用及危害（1）原因：存在侧隙和背隙；环在环槽中上下运动。二、活塞环（一）气环8、气环的泵油作用及危害（2）现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞带着环上行（压缩行程）时，环靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上方；如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。气环的泵油作用演示二、活塞环（一）气环8、气环的泵油作用及危害（3）危害：A增加了润滑油的消耗；B火花塞沾油不跳火；C燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；D环槽内形成积炭，挤压活塞环，甚至使环在环槽内卡死而失去密封性；E加剧了气缸的磨损。二、活塞环（一）气环8、气环的泵油作用及危害（4）措施：采用扭曲环；采用组合式油环；油环下设减压腔。二、活塞环（二）油环1.作用将气缸壁上多余的润滑油刮下来。活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。二、活塞环（二）油环2.类型普通油环组合油环刮油片轴向衬环刮油片径向衬环二、活塞环（二）油环(1)普通油环(整体式油环)其外圆圆柱面中间加工有环形凹槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。二、活塞环（二）油环(1)普通油环(整体式油环)有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜。二、活塞环（二）油环(2)组合油环由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。二、活塞环（二）油环(2)组合油环组合式油环由上下两片侧轨环与中间的扩胀器组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩胀器的周边比气缸内圆周略大一些，可装侧轨环紧紧压向气缸壁。右侧所示的组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成。二、活塞环（