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Anma 活塞環檢測與誤差分析
論文關鍵詞：活塞環 彈力 翹曲度 誤差
論文摘要：活塞環對柴油機的功率發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。檢測是重要的中間環節。本文主要針對活塞環彈力檢測工裝、翹曲度檢測工裝進行分析和討論。
1、問題的提出
活塞環對發動機的功率發揮起著很大的作用，其摩擦功率占整個發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傳出。但由于技術等多種原因，一些活塞環安裝后并不能達到預期的效果及設計要求，有些活塞環過早的磨損或折斷。這些都和制造、檢測、安裝等工藝有關。因此，活塞環是否合格，檢測就成為一個重要的中間環節，它關系著發動機的整機性能。
2 問題分析
下面我結合車間實際情況對活塞環檢測工裝（這里僅以活塞環彈力檢測工裝和翹曲度檢測工裝為例）談幾點看法。
2.1 活塞環彈力檢測
活塞環的第一密封面要求氣環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，因為振動隨徑向壓力增高而減小，而轉速越高進入環背與活塞的燃氣壓力越低，環脫離缸壁的趨勢就會越明顯。因此檢測活塞環徑向彈力就很必要和重要了。為了方便，生產中一般采用集中力代替分布的環周壓力，來環成品的彈力是否符合設計要求。根據環的受力及簡化得出兩個與彈性模量有關的集中力：徑向集中力和切向集中力。由相關條件，便可由這兩種力與環的彈性模量等關系式來得到某一個力的理論值，同時也可根據兩式的關系式直接相互轉換或做近似相互轉換。下面就以16V280ZJA柴油機活塞環為例進行說明。
根據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。徑向測量機構與帶式切向力測量相比，適用于大缸徑活塞環，有如下優點：測量方便，測量值較為準確。因為這些活塞環徑向彈力較大，而且直接加在活塞環上無其他附加外力。
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帶的彈力，使得所測彈力值大于理論彈力值。而且當活塞環較大時，較薄的鋼帶受到較大的力后，易損壞鋼帶或其附屬機構。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。所以在測量時可預先測出鋼帶的彈力，然后用所得值與技術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，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，否則會產生誤差，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 活塞環翹曲度檢測
當環翹曲時，會增加漏氣量，甚至卡死或使環折斷，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為未扭曲狀態下的氣環受力示意圖，圖3為均勻扭曲狀態下的氣環受力示意圖。根據力學及微積分算得：P=0.0133N。
又：活塞環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為氣環質量，為0.35kg；a為假定氣環在通過工裝檢測時的加速度；g為重力加速度；f為環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μ）
解得：a=（mg-2μP）/m=9.796 m/s2
a>0且較大，這說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，但考慮到環的加工﹑材質、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
根據目前我廠的實際情況，發動機活塞環直徑為180~280mm，重量從0.105 ~0.35kg，屬于大缸徑的活塞環。在檢測時應根據具體情況采取適宜的方法，來提高測量值的準確度，進而提高發動機的工作效率，減少活塞環和活塞的損壞。
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》機械工業出版社-----------------------1999
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