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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(zhù)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。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(wèn)題的提出
活塞環(huán)對發(fā)動(dòng)機的功率發(fā)揮起著(zhù)很大的作用，其摩擦功率占整個(gè)發(fā)動(dòng)機損失功率的一半以上，而且活塞頂部所受熱量主要通過(guò)活塞環(huán)傳出。但由于技術(shù)等多種原因，一些活塞環(huán)安裝后并不能達到預期的效果及設計要求，有些活塞環(huán)過(guò)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(gè)重要的中間環(huán)節，它關(guān)系著(zhù)發(fā)動(dòng)機的整機性能。
2 問(wèn)題分析
下面我結合車(chē)間實(shí)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(diǎn)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)徑向彈力必須達到一定的標準，當第一密封面一旦形成，那么在燃氣壓力的作用下將加強第一密封面和形成第二密封面。若氣環(huán)徑向彈力達不到標準，即使再大的燃氣壓力也難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高轉速，因為振動(dòng)隨徑向壓力增高而減小，而轉速越高進(jìn)入環(huán)背與活塞的燃氣壓力越低，環(huán)脫離缸壁的趨勢就會(huì )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(lái)環(huán)成品的彈力是否符合設計要求。根據環(huán)的受力及簡(jiǎn)化得出兩個(gè)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(lái)得到某一個(gè)力的理論值，同時(shí)也可根據兩式的關(guān)系式直接相互轉換或做近似相互轉換。下面就以16V280ZJA柴油機活塞環(huán)為例進(jìn)行說(shuō)明。
根據目前我車(chē)間的實(shí)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(diǎn)：測量方便，測量值較為準確。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(wú)其他附加外力。
圖1
若采用帶式機構切向力測彈力，由于采用帶式結構測量機構必然附加了一個(gè)帶的彈力，使得所測彈力值大于理論彈力值。而且當活塞環(huán)較大時(shí)，較薄的鋼帶受到較大的力后，易損壞鋼帶或其附屬機構。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(shí)可預先測出鋼帶的彈力，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。
測徑向力機構的缺點(diǎn)是：所采用的力較帶式的大。因此要采取施力保護措施以防集中力壓傷環(huán)，如可適當加大接觸面積（如采用橡膠結構）等。另外由于測的是徑向力，要求所加力指向圓心，否則會(huì )產(chǎn)生誤差，所以可以采用三點(diǎn)定位圓，或長(cháng)橫桿減少力作用線(xiàn)偏離圓心帶來(lái)的誤差。
2.2 活塞環(huán)翹曲度檢測
當環(huán)翹曲時(shí)，會(huì )增加漏氣量，甚至卡死或使環(huán)折斷，因此必須嚴格檢查翹曲度，減少測量誤差。下面仍以16V280ZJA柴油機的氣環(huán)測量為例說(shuō)明常見(jiàn)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。根據力學(xué)及微積分算得：P=0.0133N。
又：活塞環(huán)在通過(guò)檢測裝置時(shí)受力簡(jiǎn)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(guò)工裝檢測時(shí)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(chē)間所用翹曲度檢測工裝材料為45鋼，查資料知其摩擦系數μ）
解得：a=（mg-2μP）/m=9.796 m/s2
a>0且較大，這說(shuō)明檢測設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的活塞環(huán)誤檢為合格。因此：檢測翹曲度工裝應該傾斜一定的角度、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大一點(diǎn)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、結論
根據目前我廠(chǎng)的實(shí)際情況，發(fā)動(dòng)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(shí)應根據具體情況采取適宜的方法，來(lái)提高測量值的準確度，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機的工作效率，減少活塞環(huán)和活塞的損壞。
參考書(shū)目：
1) 《中外常用金屬材料手冊》 陜西科技出版社------------2001
2) 《設計手冊》化工出版社（第二版上冊）----—-1985
3) 《內燃機設計》自印教材-----------------------------2000
4) 《內燃機原理》機械工業(yè)出版社-----------------------1999
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