活塞环径向压力分布自动检测仪的研制

　　1 引言

　　活塞环是发动机的关键零件，其在自由状态下并非正圆。当被装入气缸后，由于气缸内壁的约束作用，活塞环受压变形为正圆。此时，在与其相接触的汽缸壁上产生压力。正是由于这种压力的存在，才使活塞环的气封、油封和传递热量给气缸壁等功能得以实现。活塞环径向压力分布特性对于发动机使用寿命、机油消耗、输出功 率、废气排放等有重要的影响。

　　通过理论计算所设计的活塞环，由于材料和加工误差的影响，往往难以得到理想的分布曲线。若能够测量得到实际的压力分布，则可以进一步提高活塞环的设计制造水平，改善发动机的性能。但是测量方法一直是一个难题。国内现有的检测仪器与方法[1]，大都不能精确地测量出压力分布的实际情况。因此，进行活塞环的跑合和长时间运行的破坏性实验，成为了厂家检验活塞环使用性能的唯一选择。这样使得产品的设计周期加长、成本增加。

　　因此，研究精确的活塞环压力分布检测技术、开发自动高效的自动检测仪器，是国内众多活塞环企业的迫切需要。为此，本文在基于pc技术，在充分研究活塞环与 汽缸壁相互作用机理的基础上，研制了活塞环径向压力全自动检测平台。能检测φ100—φ140的多种规格活塞环的压力分布情况，检测过程全自动。且具有数 据记录、压力分布曲线图形显示、打印等功能，测量数据重复性在5%以内。

　　2 检测方法及其分析

　　一般测量压力都是通过测量变形间接获得。而应变法是应用最多、最可靠的测量方法。目前活塞环压力的测量方法:单触针法、多点法和薄壁法等都是基于此原理 的。其中单触针法和多点法，由于没有真正模拟环在工作状态下的受力情况，且在检测中需人工调整，有很高的技巧性，使得其测量结果不能令人信服，测得的压力分布图发生显著畸变。近年提出的局部薄壁测量法，很好的模拟了活塞环在气缸套中的真实接触情况如图1所示，图1中p为缸壁所受压力;1为压力高度;h为薄 壁高度;h为气缸高度。可望获得满意的测量效果。

　　图1 局部薄壁气缸

　　基本原理如下:首先将标准气缸套的一侧铣薄，再在薄壁处敷设电阻应变片，通过测量电桥测出活塞环压力引起的电压变化，经过标定获得径向压力值。由于该方法原理直观，有利于实现整个测量过程的自动化，从而大大减小人为因素影响。且其与活塞环在汽缸中的实际受力情况相同，易于获得准确的测量结 果。

　　(1) 测量仪器的结构特点

　　如图2所示,图2中1为丝杆;2为压板;3为盘架;4为蜗杆;5为分度步进电机;6为分度蜗轮齿圈;7为分度套;8局部薄壁缸;9为位置传感器;10为减 速器;11升降步进电机。该仪器主要由升降机构、分度机构、活塞环装夹架、压力测量部分构成。高精度滚珠丝杆是升降机构中的关键部分。分度由具有自锁功能 的蜗轮蜗杆副实现。压力测量处薄壁厚度为0.4mm,且保证其表面粗糙度可不超过0.8。按设计要求，该仪器需能检测3种不同规格的环。为此，设计了3套 相应的局部薄壁标准气缸。测量活塞环时，只需装配上对应尺寸的薄壁气缸即可。而其它零件，以即电路部分都无须更换。