活塞環(huán)工作在高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑極其困難的條件下，是發(fā)動(dòng)機(jī)上壽命最短的零件?；钊h(huán)的優(yōu)點(diǎn)是彈性好、強(qiáng)度高、耐磨、耐熱、沖擊韌性好、導(dǎo)熱性好。目前廣泛使用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵(優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵中加入少量的銅、鉻、鉬等合金元素)。第一圈是鍍鉻圈，其他圈一般是鍍錫圈或者磷化圈。

氣的功能

(1)密封：防止氣缸內(nèi)的氣體逸入油底殼。

(2)熱傳遞：將熱量從活塞頭傳遞到氣缸壁。

(3)輔助刮油和配油。

氣體密封原理

氣環(huán)有缺口且有彈性，其外徑大于自由狀態(tài)下的圓柱體直徑。它與活塞一起放入氣缸后，其外表面緊貼氣缸壁形成第一密封面。氣環(huán)的密封效果通常與氣環(huán)的數(shù)量有關(guān)。汽油機(jī)一般用兩個(gè)氣環(huán)，柴油機(jī)一般用三個(gè)氣環(huán)。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞、活塞環(huán)等零件會(huì)熱膨脹。但活塞環(huán)在氣缸和活塞環(huán)槽中的運(yùn)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜。需要和活塞一起在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，徑向膨脹收縮，在環(huán)槽內(nèi)做輕微的圓周運(yùn)動(dòng)，以保證氣缸的密封性，防止環(huán)卡在氣缸內(nèi)或在環(huán)槽內(nèi)膨脹。

圖2-62氣環(huán)密封原理

活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是完全圓的。活塞環(huán)裝入氣缸后，在其自身彈性的作用下，環(huán)的外圓周面與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面，氣缸內(nèi)的高壓氣體無(wú)法通過(guò)第一密封面泄漏。高壓氣體可能通過(guò)活塞頂排和氣缸壁之間的間隙進(jìn)入活塞環(huán)的側(cè)隙和徑向間隙。進(jìn)入側(cè)間隙的高壓氣體使環(huán)的下側(cè)與環(huán)槽的下側(cè)緊密貼合，形成第二密封面，高壓氣體無(wú)法通過(guò)第二密封面泄漏。進(jìn)入徑向間隙的高壓氣體使環(huán)的外圓周表面更緊密地附著在氣缸壁上。此時(shí)，活塞環(huán)開口端的間隙是漏氣的唯一通道。

如果幾個(gè)活塞環(huán)的開口相互錯(cuò)開，就會(huì)形成迷宮式泄漏通道。

由于側(cè)隙、徑向間隙和端隙較小，氣體在通道內(nèi)的流動(dòng)阻力很大，導(dǎo)致氣體壓力p迅速下降，最后漏入曲軸箱的氣體很少，一般只有進(jìn)氣的0.2%~1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))?；钊h(huán)和活塞一起放入氣缸后，會(huì)產(chǎn)生彈力，形成緊貼氣缸壁的密封面，使氣體無(wú)法通過(guò)活塞環(huán)與氣缸接觸面的間隙。環(huán)封的效果與氣環(huán)的數(shù)量有關(guān)。環(huán)數(shù)一般為2~3個(gè)(汽油機(jī)2個(gè)，柴油機(jī)3個(gè))。第一種工況最差，要求耐熱性、耐磨性、高強(qiáng)度和沖擊韌性。

(2)氣環(huán)的分類和特征

根據(jù)氣環(huán)開口的形狀，如圖2-63所示。

圖氣環(huán)開口形狀分類

A.直開口工藝性好，但密封性能差。

B.臺(tái)階口密封性能好，但工藝性差。

C.傾斜開口的密封性和工藝性介于前兩者之間，傾斜角度一般為30或40。

根據(jù)氣環(huán)的截面形狀，如圖2-64所示。

(a)矩形環(huán)(b)推環(huán)(c)梯形環(huán)(d)圓筒環(huán)(e)扭轉(zhuǎn)環(huán)1(r)扭轉(zhuǎn)環(huán)2圖2-64空氣環(huán)的橫截面形狀

A.矩形環(huán)

矩形截面氣環(huán)。形狀簡(jiǎn)單，加工方便，與缸壁接觸面積大，有利于活塞散熱。但磨合表現(xiàn)較差?；钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在環(huán)形槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，不斷將氣缸壁上的機(jī)油擠入燃燒室，產(chǎn)生

“抽油”增加了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的消耗，增加了

非對(duì)稱截面氣環(huán)。裝入圓筒后，截面因彈性內(nèi)力而扭曲，故稱扭曲環(huán)。

扭轉(zhuǎn)環(huán)截面的扭轉(zhuǎn)原理；

活塞環(huán)裝入氣缸后，在截面中性層外產(chǎn)生拉應(yīng)力，在截面中性層內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。拉應(yīng)力合力FA指向活塞環(huán)中心，壓應(yīng)力合力F2指向相反方向。由于扭轉(zhuǎn)環(huán)中性層的內(nèi)外橫截面的不對(duì)稱，F(xiàn)A和F2不在同一平面上作用，產(chǎn)生力矩m，在該力矩下，環(huán)的橫截面被扭曲。

如果內(nèi)圓面上緣或外圓面下緣的一部分被切掉，整個(gè)氣環(huán)就會(huì)扭曲成碟形，稱為正扭曲環(huán)；如果將內(nèi)圓面下緣的一部分切掉，氣環(huán)就會(huì)扭曲成蓋狀，稱為防扭曲環(huán)。把圓環(huán)面上的金屬切掉一部分，叫做切割臺(tái)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，扭力環(huán)在進(jìn)氣、壓縮和排氣沖程中扭轉(zhuǎn)。一方面，它的工作特性與錐環(huán)相似；另一方面，扭環(huán)的上下側(cè)與環(huán)槽的上下側(cè)相接觸，防止了環(huán)在環(huán)槽中上下移動(dòng)，消除了抽油現(xiàn)象，減少了環(huán)對(duì)環(huán)槽的沖擊造成的磨損。在作功沖程中，巨大的氣體壓力作用在環(huán)的上側(cè)和內(nèi)環(huán)上，足以克服環(huán)的彈性內(nèi)力，防止環(huán)扭曲，整個(gè)外環(huán)與缸壁接觸。此時(shí)，扭曲環(huán)具有與矩形環(huán)相同的工作特性。

F.凹槽環(huán)

在圓柱面上加工一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)填充能吸附機(jī)油的多孔氧化鐵，有利于潤(rùn)滑、磨合和密封。

不同截面氣環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)分析