发动机第一道环不同结构的设计应用.pdf

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1、刘启春刘海鸥：发动机第一道环不同结构的设计应用发动机第一道环不同结构的设计应用ApplicationandDesignofTheFristPistonRing刘启春刘海鸥(仪征亚新科双环活塞环有限公司)[关键词]活塞环设计结构形状材料选择表面处理方式0引言随着国内发动机行业的发展，整体零部件设计水平经过引进消化有大幅提高，国内主机厂家对新开发产品活塞环委托有设计能力的供方设计制造，在活塞环行业中形成了国内相应设计规范，提升了活塞环设计水平，国内资料对活塞环设计阐述较完善，现对发动机第一道环不同结构在设计中的应用作一简介，供同行参考。1活塞环设计

2、所需基本参数缸径尺寸：最基本设计尺寸选用燃料：汽油、柴油、天然气，不同燃料设计方案不同。缸套内表面处理：是否镀铬。(镀铬缸套不能采用活塞环外圆镀铬工艺)最高转速叩m：选取相应活塞环体材料。活塞环槽尺寸参数：设计活塞环具体尺寸。最大功率(kw)：选择环体材料及结构设计。排放等级要求：(国三排放以上)设计活塞环结构样式及表面处理方式。2不同结构的设计应用：发动机第一道环主要起密封作用，阻挡了发动机80一85％的压力，设计时需重点关注。2．1矩平环结构示意图如下：此结构环在低马力低转速柴油发动机中应用，主要用于单缸机，主要材料是灰铸铁及低弹性模量合金

3、铸铁，在压缩机、冷冻机中也有过使用，此结构简单，在生产加工中产生的外圆微锥不能消除，机油损耗较重，经济性差，现设计中基本不采用，2．2普通扭曲环结构示意图如下：吻吻此结构环形状改变后产生一扭曲量，外圆呈锥面，起到一定刮油作用，消除外圆微锥影响，装配时切除端面朝向燃烧室方向。主要在压缩机、中小马力柴油发动机中应用，排放等级较低，材料为普通合金铸铁，市场需求量逐步降低。2。3普通桶面环结构示意图如下：从实践中发现，运转良好的活塞环，其外圆面形状都为凸圆弧形，俗称桶面。其优点：良好的润滑条件，有利于滑膜的良好分布，控制机油耗量也很有效，密封性好，窜气

4、少，桶面环能有效防止初期磨合时的拉缸。此结构环按照材料和表面处理方式不同在发动机中应用范围不同：普通合金铸铁材料：应用于低速发动机，用于空压机、冷冻机、低负荷柴油机。球墨铸铁材料表面经氮化后用于小型汽油机和普通中低转速柴油机。氮化方式有盐浴氮化、气体氮化、等离子氮化，在基体表面形成硬相组织，增强环耐磨性能。钢质环表面氮化后可在中小型汽油机中运用。发动机转速粗略分：低转速1500rpm以下，中等转速1500—3000rpm之间，高转速3000rpm书L善弛*一究一一研一一计一一设一楚xf虹2内燃机与配件2014年第9期以上。2．4镀铬(喷钼)桶面

5、环结构示意图如下：此结构环初期应用最广泛，吻吻镀铬是用电化学方法在活塞环表面沉积一层金属铬或合金的过程，其硬度增加明显，耐磨性大幅提高。活塞环磨损分磨料磨损和熔着磨损两种，减少磨料磨损的常用方法有镀铬，防止熔着磨损的常用方法有喷钼。喷钼具有极好的抗熔着磨掼

6、生能，其原因是涂层为多孔组织的贮油结构覆层；另一方面钼的熔点比较高，在干摩擦的情况下仍能有效地工作。此结构按照材料和表面处理方式应用于不同发动机：普通合金铸铁材料：应用于中低速发动机，中低负荷柴油机，船用柴油发动机，(喷钼活塞环还可设计为半镶嵌结构)此结构可覆盖前面低功率结构产品。球墨铸铁材

7、料：应用于轻型汽车发动机，中型柴油发动机、船舶、机车、工程机械。此结构所配柴油机排放水平较低，现在设计中全需作改进设计。活塞环工作中承受很大的冲击负荷，为了减少环的惯性力，要求减轻环的重量，于是活塞环的高度越来越薄，这样活塞环断裂的危险性提高，特别是第一道气环所承受的负荷最大，容易折断，球墨铸铁具有耐热性，而且具有较高的强度和冲击韧性，在设计中应用较广。钢质材料：广泛用于汽油机，轻型载重汽车发动机，少量的柴油机。钢质系列材料弹性模数高(200GPa以上)，能有效的降低高速发动机的机油消耗问题，同时其柔性好，环可以做的很薄，减少了活塞环的重量，达

8、到减小颤振的目的。2．5镀铬止口(大角)桶面环结构示意图如下：吻此结构与普通镀铬(喷钼)桶面环相比应用范围相近，结构上扭曲量增加刮油性能，可应用到大马力柴油发动机，排放在国二以内，钢质环在高转速、高负荷汽车发动机上经常应用。2．6楔形桶面环结构示意图如下：楔形环是指一个侧面倾斜的气环，通常楔形面朝向燃烧室，楔形环单面倾斜，扭曲成碟形，使外圆面成带锥度的工作面，对加快磨合，提高密封性，有利于装配均有好处。由于楔形燃气作用的分力将环推向缸壁、提高气密性，常用于第一道环；由于外圆锥面使楔形环有一定的刮油作用，可用来辅助控制发动机的机油消耗。楔形环应用

9、在柴油发动机中很普遍，高转速、高负荷柴油发动机及船舶、机车、工程机械类内燃机，其材料选择根据转速功率而定，通常在1800印m以下采用普通合金铸铁，在1