Anma 活塞環(huán)檢測與誤差分析

　　論文關(guān)鍵詞：活塞環(huán)　彈力　翹曲度　誤差

　　論文摘要：活塞環(huán)對柴油機的功率發(fā)揮有著舉足輕重的作用，其壽命與制造、檢測、安裝等工藝密切相關(guān)。檢測是重要的中間環(huán)節(jié)。本文主要針對活塞環(huán)彈力檢測工裝、翹曲度檢測工裝進(jìn)行分析和討論。

　　1、問題的提出

　　活塞環(huán)對發(fā)動機的功率發(fā)揮起著很大的作用，其摩擦功率占整個發(fā)動機損失功率的一半以上，而且活塞頂部所受熱量主要通過活塞環(huán)傳出。但由于技術(shù)等多種原因，一些活塞環(huán)安裝后并不能達(dá)到預(yù)期的效果及設(shè)計要求，有些活塞環(huán)過早的磨損或折斷。這些都和制造、檢測、安裝等工藝有關(guān)。因此，活塞環(huán)是否合格，檢測就成為一個重要的中間環(huán)節(jié)，它關(guān)系著發(fā)動機的整機性能。

　　2  問題分析

　　下面我結(jié)合車間實際情況對活塞環(huán)檢測工裝（這里僅以活塞環(huán)彈力檢測工裝和翹曲度檢測工裝為例）談幾點看法。

　　2.1 活塞環(huán)彈力檢測

　　活塞環(huán)的第一密封面要求氣環(huán)徑向彈力必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)谝幻芊饷嬉坏┬纬�，那么在燃�(xì)鈮毫Φ淖饔孟聦⒓訌姷谝幻芊饷婧托纬傻诙�密封面。若氣環(huán)徑向彈力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，即使再大的燃?xì)鈮毫σ搽y以形成第一和第二密封面。徑向壓力高有利于密封并能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，因為振動隨徑向壓力增高而減小，而轉(zhuǎn)速越高進(jìn)入環(huán)背與活塞的燃?xì)鈮毫υ降停�環(huán)脫離缸壁的趨勢就會越明顯。因此檢測活塞環(huán)徑向彈力就很必要和重要了。為了方便，生產(chǎn)中一般采用集中力代替分布的環(huán)周壓力，來環(huán)成品的彈力是否符合設(shè)計要求。根據(jù)環(huán)的受力及簡化得出兩個與彈性模量有關(guān)的集中力：徑向集中力和切向集中力。由相關(guān)條件，便可由這兩種力與環(huán)的彈性模量等關(guān)系式來得到某一個力的理論值，同時也可根據(jù)兩式的關(guān)系式直接相互轉(zhuǎn)換或做近似相互轉(zhuǎn)換。下面就以16V280ZJA柴油機活塞環(huán)為例進(jìn)行說明。

　　根據(jù)目前我車間的實際情況，測彈力工裝采用的是用柔性鋼帶測切向力。如下示意圖1：左圖為鋼帶切向力測彈力，右圖為徑向力測彈力的示意圖。徑向測量機構(gòu)與帶式切向力測量相比，適用于大缸徑活塞環(huán)，有如下優(yōu)點：測量方便，測量值較為準(zhǔn)確。因為這些活塞環(huán)徑向彈力較大，而且直接加在活塞環(huán)上無其他附加外力。

圖1

　　若采用帶式機構(gòu)切向力測彈力，由于采用帶式結(jié)構(gòu)測量機構(gòu)必然附加了一個帶的彈力，使得所測彈力值大于理論彈力值。而且當(dāng)活塞環(huán)較大時，較薄的鋼帶受到較大的力后，易損壞鋼帶或其附屬機構(gòu)。為防止較大的力破壞帶所以選用的帶就越厚，那么誤差就越大。所以在測量時可預(yù)先測出鋼帶的彈力，然后用所得值與技術(shù)要求測彈力值施加的徑向力之和加于鋼帶之上。

　　測徑向力機構(gòu)的缺點是：所采用的力較帶式的大。因此要采取施力保護(hù)措施以防集中力壓傷環(huán)，如可適當(dāng)加大接觸面積（如采用橡膠結(jié)構(gòu)）等。另外由于測的是徑向力，要求所加力指向圓心，否則會產(chǎn)生誤差，所以可以采用三點定位圓，或長橫桿減少力作用線偏離圓心帶來的誤差。

　　2.2 活塞環(huán)翹曲度檢測

　　當(dāng)環(huán)翹曲時，會增加漏氣量，甚至卡死或使環(huán)折斷，因此必須嚴(yán)格檢查翹曲度，減少測量誤差。下面仍以16V280ZJA柴油機的氣環(huán)測量為例說明常見測量翹曲度誤差及原因。

[1]   

        圖2

圖3

圖2為未扭曲狀態(tài)下的氣環(huán)受力示意圖，圖3為均勻扭曲狀態(tài)下的氣環(huán)受力示意圖。根據(jù)力學(xué)及微積分算得：P=0.0133N。

又：活塞環(huán)在通過檢測裝置時受力簡化如圖4： 圖4

由牛頓第二定理得：

1/2mg-f=ma/2（m為氣環(huán)質(zhì)量，為0.35kg；a為假定氣環(huán)在通過工裝檢測時的加速度；g為重力加速度；f為環(huán)在工裝中所受的摩擦力）

f=μN

N=P

μ=0.18（目前車間所用翹曲度檢測工裝材料為45鋼，查資料知其摩擦系數(shù)μ）

解得：a=（mg-2μP）/m=9.796 m/s²

a>0且較大，這說明檢測設(shè)備并不能完全起到檢測翹曲度的作用，有可能使翹曲度超標(biāo)的活塞環(huán)誤檢為合格。因此：檢測翹曲度工裝應(yīng)該傾斜一定的角度、水平放置或增大μ（可以采取在金屬材料里貼一層橡膠、膠木板或者其它摩擦系數(shù)大一點的材料），以減小或消除重力影響。至于傾斜角度和增大μ的多少，理論上應(yīng)使加速度為零，但考慮到環(huán)的加工﹑材質(zhì)、表面并不能完全一致，以及放入檢測設(shè)備的角度不完全一樣，所以允許有一定的加速度值（但不宜太大），大小可視需要而定。

　　3、結(jié)論

　　根據(jù)目前我廠的實際情況，發(fā)動機活塞環(huán)直徑為180~280mm，重量從0.105 ~0.35kg，屬于大缸徑的活塞環(huán)。在檢測時應(yīng)根據(jù)具體情況采取適宜的方法，來提高測量值的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高發(fā)動機的工作效率，減少活塞環(huán)和活塞的損壞。

參考書目：

1)  《中外常用金屬材料手冊》 陜西科技出版社------------2001

2)  《設(shè)計手冊》化工出版社（第二版上冊）----—-1985

3)  《內(nèi)燃機設(shè)計》自印教材-----------------------------2000

4)  《內(nèi)燃機原理》機械工業(yè)出版社-----------------------1999

   [2] 

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