第一章活塞环压力曲线

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θ=180°时)磨损最小，θ=120°~160°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1.2~1.6，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：Ⅰ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。Ⅱ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=R1R[N1(1+θ/2Sinθ+LH2)]计算活塞环径向位移76011Y5=R1[N1(θ-θ/2Cosθ+Sinθ/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/π计算活塞环开口角26018U=A1+A2θ+A3θ2计算活塞环开口部位各点半径91019H1=(5π2/8+3/4)Sinθ+θ3/6-[θ(3+π2)Cosθ]/470020Y=R1[N1(θ-0.5θCosθ+0.5Sinθ)+LH1]71021H2=0.25π2θSinθ+θ2/2+0.25θSinθ+(3π2Cosθ)/8-0.25θ2Cosθ-3/4+Cos2θ/1275022U=R1R[N1(1+0.5θSinθ)+LH2]76023C1=L[(3π2Cosθ)/8+0.5θ2+0.25(1+π2)θSinθ-3/4+(Cos2θ)/12-0.25θ2Cosθ81024Y6=R1[N1(1+0.5θSinθ)+C1]82025C2=L[(2-π2)Sinθ(1/8)+(π2-1)θCosθ(1/4)+θ2Sinθ(1/4)-Sin2θ(1/16)83026U6=R1R[0.5N1(Sinθ+θCosθ)+C2]84027A3=-U6/[2Y5(1-Y6)]85028A2=-2πA385029A1=U5-A2(π-Y5)-A3(π-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-0.75πL=SE-0.4π环规尺寸φd1+1.15φd1+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φd1均为活塞环基本尺寸。例如：CS195桶面环凸轮系数表：D=95H=3T=3.5Fs=4E=9600J=10.71875S=0.45DT=0.4K1=1K2=0.9K3=0.85P0=1.06666E-0.2S0=14.65833SE=17.24509DF=101.5887DS=99.04419DR=2.544487Y180=10.41994FA=22.78449FG=24.26455P(Q)-ARNOLDI=1.6N1=0.1485083L=0.2941321O=0.4157856PRINTPISTONRINGDATA,Y/N?PISTONRINGCAMDATAQUQUQU054.58884056053.258537312051.9608269254.58710486253.185333312251.9860687454.58189776453.111991912452.0178795654.57323076653.038723012652.0563736854.56112296852.965747812852.10166171054.54559337052.893295313052.15383151254.52668007252.821594213252.21295931454.50441367452.750877413452.27911001654.47883997652.681381213652.35231781854.45001227852.613357513852.43260572054.41799168052.547046714052.51998142254.38283928252.482692714252.61442952454.34462748452.420555114452.71591952654.30343638652.360878014652.82440192854.25935368852.303920714852.93980413054.21247109052.249931315053.06203463254.16288769252.199165315253.19098663454.11071409452.151870715453.32654573654.05606849652.108303115653.46855553853.99906169852.068706515853.61685184053.939834610052.033325216053.77125934253.878517210252.002399416253.93157584453.815250410451.976162016454.09758764653.750190710651.954841616654.26905824853.683490810851.938659716854.44573975053.615314511051.927829717054.62131505253.545837411251.922561617254.75764085453.475231211451.923046117454.86367425653.403686511651.929470117654.93941125853.331386611851.942009017854.984851818055.0000000锡柴6110A/K桶面环凸轮系数表：CALCULATEPISTONRINGDATAD=110H=2.965T=4.3Fs=8.5E=16000J=19.64486S=0.55DT=0.4K1=0.9K2=0.9K3=0.9P0=1.980684E-0.2S0=17.45334SE=19.3926DF=117.3609DS=114.5064DR=2.854485Y180=10.15108FA=44.40733FG=44.29383P(Q)-ARNOLDI=1.6N1=0.1485083L=0.2941321O=0.4448579PRINTPISTONRINGDATA,Y/N?PISTONRINGCAMDATAQUQUQU054.54780206053.053848312051.5879974254.54585276252.971607212251.6156616454.54000476452.889202112451.6506729654.53027346652.806869512651.6931686854.51667796852.724861112851.74326711054.49924097052.643425013051.80