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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(duì)柴油機(jī)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(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率發(fā)揮起著很大的作用，其摩擦功率占整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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(gè)重要的中間環(huán)節(jié)，它關(guān)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)性能。
2 問題分析
下面我結(jié)合車間實(shí)際情況對(duì)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(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)谝幻芊饷嬉坏┬纬桑敲丛谌細(xì)鈮毫Φ淖饔孟聦⒓訌?qiáng)第一密封面和形成第二密封面。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?yàn)檎駝?dòng)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h(huán)脫離缸壁的趨勢(shì)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，來環(huán)成品的彈力是否符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)環(huán)的受力及簡化得出兩個(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)系式來得到某一個(gè)力的理論值，同時(shí)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(jī)活塞環(huán)為例進(jìn)行說明。
根據(jù)目前我車間的實(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(jī)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(diǎn)：測量方便，測量值較為準(zhǔn)確。因?yàn)檫@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(jī)構(gòu)切向力測彈力，由于采用帶式結(jié)構(gòu)測量機(jī)構(gòu)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(dāng)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(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生誤差，所以可以采用三點(diǎn)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(shí)，會(huì)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(jī)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(shí)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(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(yùn)
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(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(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(shí)際情況，發(fā)動(dòng)機(jī)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(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(dòng)機(jī)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(cè)》 陜西科技出版社------------2001
2) 《設(shè)計(jì)手冊(cè)》化工出版社（第二版上冊(cè)）----—-1985
3) 《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》自印教材-----------------------------2000
4) 《內(nèi)燃機(jī)原理》機(jī)械工業(yè)出版社-----------------------1999
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