活塞环弹力分析及其应用研究

　　一、活塞环弹力分析

　　为使弹力分析简单而又不失理论上的正确性,就必须将弹力问题直接置于活塞环自由开口宽度、开口热间隙、高宽比及应力等方面来进行分析。

　　1弹力的产生

　　活塞环加工过程中,铣切开口工序后,环的切口会因材料的弹性而张开(张开尺寸>切口尺寸);再将此张开尺寸撑开且定型,这时的开口尺寸称自由开口宽度(自由开口宽度>张开尺寸)。若将此自由状态开口归圆到开口热间隙(切口尺寸),就必须要对环施加外力(径向、切向),此外力就称之为环弹力。

　　2切向、径向弹力

　　将自由开口宽度为A、基本直径为d的活塞环装入公称直径为D(D=d)的正圆气缸里,A被归圆至开口热间隙D;弹力使活塞环外圆面与气缸壁良好贴合,且对缸壁施加均匀的径向压力,在此情况下,径向弹力按式(1)[1]计算:

式中E—材料弹性模量

　　D—缸径,mm

　　B—环径向宽度,mm

　　A——自由开口宽度,mm

　　切向弹力可按式(2)[2]计算:

　　工程中,人们习惯以图1所示方法检测切向弹力,仅在认为有必要时才根据式(2)换算成径向弹力(设计时常这样做)。显然,安装活塞环时,必须把环内径撑开至大于活塞外径。由此可见,为防止活塞环装配中被折断,检测径向弹力就显得更为重要。

　　3制约弹力的因素

　　(1)自由开口宽度

　　分析式(1),由于活塞环的径向弹力与自由开口宽度A成正比,所以在其它参数不变的情况下,有A大yPj大y接触压力Pi大y振动、泄漏小y磨损小y寿命长的关系。

　　由此,对弹力的分析就可能化为对A的分析。国内活塞环自由开口宽度普遍按式(3)[3]确定:

式中P_i—活塞环外圆面施于气缸壁面上的接触压力,MPa

　　从式(3)可知,若单从增大参数A出发,减小环的径向宽度B便能增大自由开口宽度A。然而随B的进一步减小,则弹力随之相应减小。这一关系的存在就限定了不能通过一味减小B来增大A。

　　对此,我们曾做了一些实验,结果表明,活塞环参数A的理想值(见图2)应满足如下关系:

式中Ac—理想自由开口宽度,mm

　　Ao—安装时与切口成90b直径上允许最大撑开量情况下的自由开口宽度,mm

　　(2)开口热间隙

　　将开口热间隙引入弹力领域来进行研究,目的在于取得开口热间隙的合理值Dc来获得弹力的适当增大。

式中δ—开口热间隙,mm

　　A—活塞环材料的线膨胀系数,1/e