表面渗纳米陶瓷的摩托车活塞环的介绍讲解
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解析活塞环—活塞环的种类作用、活塞环“三隙”的检查方法活塞环的种类和作用:活塞环分为气环和油环,多数汽油机活塞环的上两道为气环,第三道为油环;气环作用:密封和导热,密封即是封闭气缸中的高压燃气,防止窜入油底;导热是指活塞上部70%-80%的热量通过气环传导给缸壁。
其中密封作用是主要的,因为密封是传热的前提。
如果密封性不好,高温燃气将直接从气缸表面流入曲轴箱。
这样不但由于环面和气缸壁面贴合不严而不能很好散热,而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏。
气环的工作条件:活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作,尤其是第一道环最为困难,长期以来,活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。
活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用,温度很高(特别是第一道环温度可高达600K),活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动,加上高温下机油可能变质,使环的润滑条件变坏,难以保证良好的润滑,因而磨损严重。
另外,由于气缸壁的锥度和椭圆度,活塞环随活塞往复运动时,沿径向会产生一张一缩运动,使环受到交变应力而容易折断。
因此,要求活塞环弹性好,强度高、耐磨损。
目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素),第一道环镀铬,其余环一般镀锡或磷化。
油环作用:上行布油、下行刮油,一则减少活塞、活塞环和气缸的磨损,二则防止机油窜入燃烧室。
1、活塞环三隙的检查(1)活塞环侧隙是指活塞环与环槽的间隙,用塞尺检查活塞环侧隙,。
新活塞环侧隙应为 0.02 - 0.05mm , 磨损极限值为 0.15mm 。
侧隙的检查)(2)活塞环背隙是指活塞环内圆柱面与活塞环槽底部的间隙。
为测量方便,通常是将活塞环装入活塞环槽内,以环槽深度与活塞环径向厚度的差值来衡量。
测量时,将环落入环槽底,再用深度游标卡尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值,该数值一般为0.10~0.35mm。
(背隙的检查)(3)活塞环端隙是指将活塞压人气缸后,活塞开口的间隙,测量时,将活塞环垂直压进气缸约 15mm 处,用塞尺检查活塞环端隙,如图所示。
一、活塞环的基本功能活塞环主要具有以下四个基本作用:1.支承作用活塞环支承活塞并保持活塞在汽缸内的合理位置。
2.密封作用活塞环在汽缸内如不能完善地保持密封作用,则因燃气大量泄露造成压缩不足,发动机不能获得既定的压缩压力,使功率降低,热效率也随之降低。
漏气是造成活塞异常膨胀和变形、咬缸或拉缸、环胶结或卡滞等严重事故的主要原因之一。
所以活塞环的密封作用很重要,活塞环只有在完成密封作用的前提下,才能发挥其导热,支承等作用。
3.控制机油的作用活塞环是在高温和高压的气体作用下,沿汽缸壁往复滑动,为使其能耐久使用,汽缸壁上必须经常地保持适量的润滑油膜,若汽缸壁上附着的机油过多,则多余的机油将被抽吸到燃烧室,使机油消耗量增加,导致发动机性能变坏。
因此,经常保持适量的机油是持续发挥发动机性能的必要条件,这就要求气环既起密封作用,又能起调节机油作用;油环则要求能起到保持润滑所需油膜的作用。
4.导热作用活塞环能有效完成将热量从活塞经活塞环向汽缸壁转移的热移动过程。
二、活塞环的常见结构活塞环按其在发动机的作用,通常划分为气环(压缩环)、油环(刮油环)两大类。
气环的结构名称按其截面形状和特殊特征划分,常见的有:矩形环、桶面环、锥面环、梯形环、楔形环、鼻形环、止口环、外肩环、镶嵌环、搭口环、L 形环、组合气环、畸形曲面环等。
油环的结构名称按其截面形状和特殊特征划分,常见的有:普油环(平面带槽油环、倒角油环)、螺旋撑簧油环(磷衬、铬衬)、径向衬簧油环、钢带组合油环等。
三、活塞环的常用材料发动机不断向高速和强化方向发展,为了满足发动机的高性能要求,活塞环的材质也需要不断的改进,对活塞环材料的性能要求有:1.耐磨性与贮油性2.强度(抗折强度与疲劳强度)3.弹性及弹性模数4.硬度5.热稳定性过去应用最普遍的高强度灰铸铁,是活塞环的基本材料,沿用时间最长,是中、低速发动机活塞环的主要材料。
而高速发动机上的活塞环几乎全部采用合金铸铁。
什么是活塞环,看完这一条就够了!发动机的活塞是发动机中的主要配件之一,它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组,与气缸盖等共同组成燃烧室,承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴,以完成内燃发动机的工作过程。
活塞环(Piston Ring) 是用于崁入活塞槽沟内部的金属环,活塞环分为两种:压缩环和机油环。
压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体;机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。
活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环,它被装配到剖面与其相应的环形槽内。
往复和旋转运动的活塞环,依靠气体或液体的压力差,在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。
活塞运动细节图四冲程发动机工作动图活塞结构一般活塞都是圆柱形体,根据不同发动机的工作条件和要求,活塞本身的构造有各种各样,一般将活塞分为顶部、头部和裙部三个部分。
活塞结构图活塞顶部是组成燃烧室的主要部分,其形状与所选用的燃烧室形式有关。
汽油机多采用平顶活塞,其优点是吸热面积小。
柴油机活塞顶部常常有各种各样的凹坑,其具体形状、位置和大小都必须与柴油机的混合气形成与燃烧的要求相适应。
活塞头部是指活塞顶端和环槽部分,由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分称为活塞头部其作用是承受气体压力,防止漏气.将热量通过活塞环传给汽缸壁。
活塞头部切有若干环槽,用以安置活塞环。
汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶,以便使燃烧室结构紧凑。
活塞裙部是指活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙,它的作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直的姿态,也就是活塞的导向部分。
FM活塞结构详解内燃机活塞分类1. 按使用的燃料来分,可分为汽油机活塞、柴油机活塞、天燃气活塞。
2. 按制造活塞的材料来分,可分为铸铁活塞、钢活塞、铝合金活塞及组合活塞。
3. 按制造活塞毛坯的工艺来分,可分为重力铸造活塞、挤压铸造活塞、锻造活塞。
4. 按活塞的工作状况来分,可分为非增压活塞和增压活塞两大类。
5. 按活塞的用途来分,可分为轿车活塞、卡车活塞、摩托车活塞、船用活塞、坦克活塞、拖拉机活塞等。
摩托车活塞组的结构活塞组是发动机运行做功的主要零件之一,在摩托车发动机的各类故障中,活塞组故障占了一定的比例。
由于活塞组的工作条件较为恶劣,一旦维护使用不慎,极易产生异常磨损和损坏。
为此,本文拟对活塞组件的结构特点和各零件的功能以及检修要点作一探析,供摩托车爱好者和维修服务人员参考。
◆活塞的结构特点在摩托车发动机中,活塞是将燃料爆发力向外传递的第一个零件,它首当其冲地承受着燃烧室内高温高压的强烈冲击。
发动机燃烧室在点火爆炸的瞬间,燃气温度高达2000℃-2500℃,其爆发压力在50kg/cm2左右,活塞头部受到5000-23000N爆发力的打击和燃气高温的冲击。
当发动机接近满负荷工作时,活塞头部的中心温度超过300℃,裙部的工作温度也有150℃-180℃。
鉴于活塞工作的特殊性,要求活塞具有较高的结构强度和钢度,能承受高温高压,同时有较高的耐磨性、抗腐蚀性,在高温下膨胀系数小、重量轻等。
因此,摩托车发动机上的活塞材料通常采用密度小、导热性能好的高硅铝合金铸造。
1、活塞的结构形式活塞由活塞顶、火力岸、环带、销座、裙部、内腔组成。
如图1所示。
(a)活塞顶活塞顶部与汽缸壁、缸盖一起组成燃烧室,它的形状与燃烧室的结构型式有关。
四冲程活塞顶部对应于气门部分常制有凹坑,是为避让气门而设计的,活塞顶面上的“IN”字样和二冲程活塞顶面上的“→”箭头,表示活塞的安装方向应分别朝向进气口和排气口方向。
(b)火力岸也称顶岸,指第一道活塞环槽以上的圆柱部位,可缓冲高温高压燃气对活塞环的冲击。
为减缓高温燃气带来的热膨胀现象,一般活塞顶岸的直径要比裙部尺寸小约0.2-0.35mm。
(c)活塞环带由环岸和环槽组成,是活塞组的主要密封区域。
同时由活塞顶部承受的高热量中的大部分,也由此传给活塞环,再传给汽缸壁,经缸体散热片或冷却液散发掉。
活塞环槽侧面与活塞中心线的加工要求较高,其环槽底部与活塞环内圆形成了活塞环的背隙,它是保证活塞组封闭及正常工作的重要部位。
活塞环基本知识活塞环是发动机的重要零件之一。
活塞环分为气环和油环两种。
活塞环的作用:密封气体;均匀分布气缸壁上的润滑油,并防止润滑油窜入燃烧室;导出活塞上的热量;支承活塞,防止活塞直接与气缸壁接触。
活塞环工作的好坏直接影响发动机的性能、工作可能性和使用寿命。
1 活塞环的作用1.1气环的作用气环起密封气体及导热的作用,其本身具有一定弹力。
将环压在缸壁上。
当发动机工作时,高压气体进入环槽,一方面将环压紧在环槽上,另一方面环背将更紧密地压在缸壁上起到更好的密封作用。
当气体通过第一道环隙窜入第二道时,压力已大大降低。
而且第二道环漏泄的气体极少。
为了进一步减少摩擦损失,有的发动机只采用一道气环。
第二道气环密封任务较轻,而且工作条件较一道好些。
为了避免机油窜入燃烧室,所以要求第二道气环除密封气体外,还有一定的刮油作用。
1.2 油环的作用油环的作用是将一定的润滑油均匀分布在缸壁上,防止润滑油窜入燃烧室并保证活塞环和缸壁的润滑。
油环要刮下缸壁上多余的油,须较大的径向力将环压在缸壁上。
由于环背没有气体压力的帮助,故环本身要具有较大的弹力及较小的接触面积,同时刮下的润滑油要能顺利地流回油底壳,所以油环槽背设有回油孔或切口。
2 活塞环的结构分析2.1活塞环各部分名称,如图1所示。
2.2切口形式活塞环切口基本上有3种形式:直切口、斜切口和梯形切口,如图2所示。
其中用得最普遍的是直切口。
二行程发动机为防止环切口与缸壁上的气口相碰,在切口处用销钉档住,不让环在环槽内转动,如图3所示。
2.3 常用气环断面形状气环断面形状如图4所示。
矩形环:断面呈矩形,制造简单,广泛采用。
锥形环:将工作面制成小锥度以提高表面接触压力,有利于是磨合密封,并有一定的刮油作用。
锥形环用肉眼不一定能看出锥角,所以一定要做标记,不能装反。
正确安装应是正锥形,其锥顶向上。
图4 常用活塞环的断面形状a)矩形环b)锥面环c)桶面环d)内切槽环e)下切槽环f)内伞环 g)双面梯形环h)单面梯形(楔形环)扭曲环:凡环内外切角、切槽均是扭曲环。
活塞环的组成-概述说明以及解释1.引言1.1 概述活塞环是内燃机中的关键零件之一,它的作用是保证活塞与气缸壁之间的密封性,减少燃气泄漏和润滑油流失。
它起到密封、冷却和润滑等多重功能,在发动机的正常运转中起着至关重要的作用。
活塞环的组成主要包括环片和支撑气囊。
环片是活塞环的主体,它通常由高强度的钢材制成,并在表面进行磨削和处理,以提高其密封性能和耐磨性能。
支撑气囊则是活塞环的辅助部分,它由柔性的材料制成,能够提供弹性支撑,使活塞环能够有效地与气缸壁接触,保证密封效果。
随着现代发动机的发展和要求的不断提高,活塞环的材料和结构也在不断改进。
目前,常用的活塞环材料包括铸铁、钢铁和特殊合金等,这些材料具有良好的耐热性、耐磨性和密封性,能够满足发动机工作的各种要求。
同时,活塞环的结构也逐渐趋于多层、多种形式,以提高其密封性能和耐磨性能。
总之,活塞环作为内燃机中的重要组成部分,具有多重功能,其中包括密封、冷却和润滑等。
它的材料和结构不断得到改进和优化,以适应发动机的不断发展和要求的提高。
在未来,活塞环将继续发展,以满足更高效、更环保的发动机技术需求。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以从以下几个方面进行描述:首先,文章将按照引言、正文和结论三个部分来组织。
引言部分将对活塞环进行概述,介绍文章的目的和结构。
其次,在正文部分,将分为三个小节来讨论活塞环的组成。
首先,将介绍活塞环的功能,包括它在发动机中的重要作用以及它对发动机性能的影响。
其次,将探讨活塞环的材料,包括常见的活塞环材料、其特性和用途。
最后,将详细介绍活塞环的结构,包括其形状、尺寸、安装方式等方面的内容。
最后,在结论部分,将总结活塞环的重要性,强调它在发动机中的作用,并展望活塞环的发展趋势。
同时,对整篇文章的内容进行总结,提出进一步研究活塞环的价值和意义。
通过以上的文章结构安排,读者可以清晰地了解到文章的整体框架和内容安排,并能够更好地理解和把握活塞环的组成。
活塞环的结构、工作原理与表面处理1. 活塞环的结构活塞环是内燃机活塞与气缸壁之间的密封元件,其结构主要包括上环、中环和下环。
三个环分别安装在活塞上的环槽内,并紧贴活塞与气缸壁之间的摩擦面。
1.1 上环上环位于活塞顶部环槽中,它的主要作用是密封活塞与燃烧室之间的压力,防止气缸内的燃气泄漏。
上环通常采用较薄的钢材制成,具有较高的强度和耐磨性。
1.2 中环中环位于活塞中部环槽中,它的主要作用是密封活塞与气缸壁之间的间隙,防止燃气和润滑油进入燃烧室。
中环通常采用可塑性材料,如铸铁,其较高的弹性使其能够保持良好的密封性能。
1.3 下环下环位于活塞底部环槽中,它的主要作用是密封活塞与气缸壁之间的间隙,并防止润滑油进入燃烧室。
下环通常采用与上环类似的材料,具备较高的强度和耐磨性。
2. 活塞环的工作原理活塞环在发动机运行时,承受着巨大的热量、压力和摩擦力。
其工作原理如下:首先,上环的主要任务是密封活塞与燃烧室之间的高压气体,防止气缸内的燃气泄漏。
在压缩冲程时,上环紧密贴合燃烧室壁,通过其自身的弹力和与气缸壁之间产生的摩擦力,确保气体不会泄漏至缸盖。
其次,中环和下环的主要任务是密封活塞与气缸壁之间的间隙,以防止燃气和润滑油进入燃烧室。
当活塞向下运动时,中环和下环与气缸壁之间形成一条微小的密封空间,该空间通过油膜和摩擦力来阻挡燃气和润滑油的进入。
综上所述,活塞环通过合理的结构设计和密封原理,确保了发动机的正常工作。
它们有效地密封了气缸与活塞之间的空隙,减少了燃气泄漏和润滑油进入燃烧室的风险。
3. 活塞环的表面处理活塞环的表面处理对其密封性能和耐磨性能起着重要的影响,常见的表面处理方式包括以下几种:3.1 钝化处理钝化处理是一种能够增强活塞环自身耐腐蚀性能的表面处理方法。
通过将活塞环浸泡在钝化溶液中,利用钝化剂与活塞环表面发生化学反应,形成一层致密的氧化物膜。
这层氧化物膜可以防止活塞环表面因化学反应而产生腐蚀,提高其耐腐蚀性。
表面渗纳米陶瓷的摩托车活塞环的介绍
对摩托车活塞环表面渗纳米陶瓷后,环的表面硬度远远超过镀铬和氮化硬度,加之陶瓷镀层的磨擦系数较小,又有储油减摩作用。
室内装机试验的磨损量远远小于铬层和氮化层的磨损量。
活塞环的耐磨性直接影响内燃机的功率、油耗与寿命,提高活塞环的耐磨性一直是活塞环制造行业的重要课题。
国内常用的镀铬环和氮化环的耐磨性虽高于表面未经强化处理的活塞环的耐磨性,但仍难以适应近代内燃机的高功率化、低油耗化、高寿命化的要求。
本公司最近开发生产的表面渗镀纳米陶瓷的活塞环的耐磨性,大大超过了镀铬环和氮化环的耐磨性,该环寿命接近世界先进水平。
下面是我们对JH70的镀铬环、氮化环
和表面渗纳米陶瓷的气环和油环装机实验所测得的磨损比较。
1.第一道气环经过三种不同表面处理后装机磨损比较
(1)试验条件和方法:将三种表面处理的气环先后装在同一台JH70主机上,在转速为4000r/min下连续运行,只用座扇风冷。
首先测出各环分别运行100小时的磨损量,以比较不同表层耐磨能力高低,然后只对渗镀纳米陶瓷的气环和油环进行较长时间的装机强化实验,考核其最大使用寿命。
(2)三种不同表面处理的气环装机运行100小时后的磨损量不同表面处理的气环按其耐磨能力大小排列顺序为:陶瓷环>氮化环>镀铬环。
在运行100小时后,以陶瓷环的磨损量为1,则氮化环是陶瓷环的磨损量的1.74倍,镀铬环的磨损量是陶瓷环的7.4倍。
(3)第一道气环表面渗镀纳米陶瓷后,究竟能够运行多长时间?采用上述同样的试验条件和方法,我们对JH70第一道纳米陶瓷环已装机运行510小时,折合行程20400公里,闭口间隙由装机前的0.15mm 磨大到0.22mm,其磨损量为0.07mm。
也就是说该环直径方向单边只磨损了0.01mm。
将已运行510小时的环拆下来检查发现,除在外圆面1/2的高度上看不到原来的紫色镀层外,在靠近两端面的外圆环带上仍清楚可见原来的镀层;虽然陶瓷镀层很簿,但有一定深度的具有很高硬度的扩散层,所以即使外圆面完全看不到紫色镀层,只要末将扩散深度磨掉,仍有很高的耐磨能力。
按照一般气环的工作间隙磨到 0.90—1.00mm时,该环基本失效。
我们在实验中陶瓷环经510小时运行后的工作间隙为0.22mm,距失效状态还允许磨大0.68—0.78mm,按照该环前期磨损速率,该环在100—510小时之间还在稳定磨损阶段,尚未进入急剧磨损期,考虑后期磨损速率可能加快,预计该环总计运行时间最小可达1500小时,最小行程可达50000一60000公里。
这和国产一般摩托车环运行10000公里左右相比,确实是一个飞跃。
2.油环镀铬刮片及陶瓷镀膜刮片装机磨损比较
(1)采用与气环相同的实验条件和方法,将JH70的镀铬刮片和陶瓷镀膜刮片分别运行loo小时后,测出其磨损量在l00小时的运行期间,铬层的磨损量是陶瓷镀膜磨损量的20倍。
由于陶瓷镀膜并不是永不磨损,为了查清这种纳米级表层和一定扩散深度究竟能够运行时间,我们又对纳米陶瓷刮片进行了比较长时间的装机实验。
(2)用与气环相同实验条件与方法,将JH70陶瓷刮片装机运行752小时的磨损量如表3和图4所试验转速为4000— 4500r/min,在752小时运行期间折合行程30000公里左右,远超过国产摩托车油环的使用寿命。
JH70油环(陶瓷刮片)装机运行752小时磨损量
3.纳米陶瓷的耐磨机理
(1)纳米陶瓷镀膜是多种金属和非金属组成的复合化合物。
表面硬度高达HV2500左右,远远超过镀铬和氮化硬度,虽其表面只有纳米级厚度,但有一定扩散深度,在这深度内,有很高硬度和耐磨能力。
(2)纳米陶瓷镀层的摩擦系数比铬层和氮化层小,摩擦力小。
(3)表层的微孔结构具有贮油、减磨作用。
由于陶瓷镀层具有以上特点,故对与之配副的缸套磨损也比较小。
例如:与之配副的硼铸铁新缸套,经l07小时初期三者磨合后,缸套磨大0.006mm。
铬环在同样条件下,则使缸套磨大0.008mm。
比陶瓷环对缸套的磨损大1.30倍。
我们曾用陶瓷油环刮片和气环在JH70的新缸套中运行382小时缸径由Ф47.013mm磨到Ф47.030mm,只磨大了0.017mm。
这说明该环对缸套磨损很小。
活塞环表面渗纳米陶瓷层是当前新技术,本公司已对多种机型的活塞环进行这种处理,并已投入市场,给广大用户带来十分满意效果。
在运行环境并不算好的条件下,一般寿命均在2万公里以上。