活塞环岸的设计及校核

活塞环岸的设计及基本校核

1． 基本参数

汽油发动机缸径mm D 76=，行程mm S 5.82=，气缸高mm l 204=；活塞的压缩高度mm H 281=，火力岸高度mm h 5=；最高爆发压力bar p z 80=；发动的最高功率L KW P m 81=。

2． 环岸的设计

2．1第一环位置

根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先必须定出第一环的位置。希望火力高度h 尽可能小，但h 过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松驰、粘结等故障。由所给的参数可知道mm h 5=.

2．2环岸高度

为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度b 应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。由《内燃机设计》可知，一般气环高3~2=b 毫米，油环高6~4=b 毫米。但随着现代制环工艺的发殿，一般活塞环槽轴向高度b 可以取得更小一些。所以，取mm b 2.11=，mm b 2.12=，mm b 5.23=。

环岸的高度c 应保证在气压力造成的负荷下不会破坏。而第一环岸所受的负荷、温度较第二环岸的都较高。因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。实际发动机的统计表明，1211)2~1(,)5.2~5.1(b c b c ==。所以取mm c mm c mm c 1,5.2,5321===。

2．3活塞的环数

活塞环数对活塞头部的高度1H 有很大影响。目前高速汽油机一般用2~3道气环和1道油环。事实上只要活塞环工作正常，2道气环已的足够的密封作用。所以，我们采用2道气环和1道油环。

2．4环带断面与环槽尺寸

对于活塞头部热流情况分析，说明应保证高热负荷活塞的环带有足够的壁厚'

δ，使导热良好，不让热量过多地集中在最高一环，其平均值汽油机为'')0.2~5.1(t =δ。取

mm t mm 5.3,5.5''==δ。油环槽的槽深mm t o

5.3'=。 正确设计环槽断面和选择环与环槽的配合间隙，对于环和环槽工作的可靠性与耐久性十分重要。如环槽底部弧不够大，则可能因应力集中而发生疲劳裂纹，但如果该倒圆过大，又可能妨碍活塞环自由缩进槽底。因此，槽底圆角一般为0.2~0.5毫米。活塞环岸锐边必须有适当的倒角，否则当环岸部与缸壁压紧出现毛刺时，就可能把活塞环卡住，成为严重漏气和过热的原因。但倒角过大又使活塞环漏气增加。一般取倒角为ο455.0~2.0?。环槽的侧隙'?过大，会加剧环对环槽的冲击，在铝合金受热后硬度较低的情况下，这将使环槽变宽，最终导致活塞报废。但'?过小易使环在环槽中粘住而失效。所以，第一环与环槽的侧隙取为0.05~0.1毫米，二环为0.03~0.07毫米，油环为0.02~0.06毫米。

活塞环的背隙''?比较大，以免环与槽底圆角干涉。一般气环''?mm 5.0=，油环的''?则更大些，以利于泄油，取0.75毫米。

3． 环岸的强度校核

在膨胀冲程开始时，在爆发压力作用下，第一道活塞环紧压在第一环岸上。由于节流作用，第一环上面的压力1p 比下面压力2p 大得多，不平衡力会在岸根产生很大的弯曲和剪切应力，当应力值超过铝合金在工作温度下的强度极限或疲劳极限时，岸根有可能断裂。专门的试验表明，当活塞顶上作用的最高爆发压力z p 时，z z p p p p 2.0,9.021≈≈。

由已知bar p z 80=，可得bar p bar p 16,7221≈≈

环岸是一个厚mm c 41=、内外直径为mm D 5.75=、mm D 5.69'

=的圆环形板，沿内圆柱面固定，要精确计算固定的应力比较复杂，可以将其简化为一个简单的悬臂梁进行大致的计算。已知环槽深mm t 5.3'=，于是作用在岸根的弯矩为 mm N t D D p p M ??=?-???-=--=-3221'2

'221104.525.3)5.695.75(514.310)1672(2)(4)(π 而环岸根断面的抗弯断面系数近似等于

32219985.759.014.356

19.061mm D c w =????=?=π 所以环岸根断面部危险断面的弯曲应力

23

4.5998

104.5mm N w M =?==σ 同理得剪切应力

2117.445

5.75108037.037.0mm N c D p z =???==-τ 按合成应力公式

222226.777.4434.53mm N =?+=+=∑τσσ

考虑到铝合金在高温下的强度下降以及环岸根部的应力集中，假定活塞的工作温度为250℃，选用的铝合金的许用应力可取[]2105mm N =σ。故设的环岸强度符合要求。