NdYAG激光表面硬化活塞环槽实验研究
Nd:YAG激光表面硬化活塞环槽实验研究
王之桐1，连兴旺2
1北京工业大学 激光工程研究院（100022）
2镇江船用柴油机厂（212011）
email:wangzhitong@https://www.360docs.net/doc/069583516.html,
摘 要：本文使用大功率Nd:YAG激光，对模拟球墨铸铁活塞环槽的试样进行了表面相变硬化，试样环槽的宽度只有4毫米，硬化层宽度要求达到5-7mm，在实验中采用了单道扫描和斜入射的工艺方法，最终得到了符合要求的硬化层型貌和指标。
关键词：激光表面硬化；Nd:YAG；活塞环槽
1.引言
在新型柴油发动机中，对球铁活塞环槽的表面强化技术，是提高发动机使用寿命的关键。在发动机中，活塞环槽的损伤主要有表面磨损和疲劳破坏两种形式。当环槽表面硬度提高时，可以延缓表面磨损和疲劳裂纹的产生，从而提高活塞的寿命，最终提高发动机的寿命，所以研究实用的环槽表面硬化方法就是迫切需要解决的问题。现在硬化活塞环槽的常用方法有氩弧表面强化[1]、电子束表面强化[2]，激光表面合金化[3-4]和激光表面硬化[5-7]等方法。其中激光表面相变硬化由于具有操作方便，快捷、硬化效果好等优点，已经逐渐取代了其它的方法，最常用的激光光源是CO2激光，环槽硬化前需要表面黑化处理，以提高表面吸收率。
Nd:YAG固体激光的波长只有1.06μm，是CO2激光波长的1/10，金属表面对短波长激光的吸收率更高，处理环槽表面时不需要进行表面黑化处理，可以简化工艺，因此在本次实验中使用了大功率的Nd:YAG固体激光进行实验研究。
2.理论分析
活塞环槽的横截面图在图1中表示，由于活塞环槽的宽度仅为4mm，硬化层的宽度要求达到5-7mm，必须采用斜入射的方法才能实现硬化的目的。根据光学原理和铁的参数计算出线偏振P光、S光和自然偏振光的反射率曲线，在图2中表示。从图2中可以看出对于自然偏振光，在0-800入射角范围内，吸收率以缓慢的速度逐渐下降，800左右，吸收率为30%。根据吸收率曲线可以认为对于自然偏振光，斜入射对吸收率的影响不大。
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图1 激光表面硬化环槽示意图
Fig.1 Schematic of laser hardening the surface of ring groove
图2 铁对Nd:YAG 激光的吸收率
Fig.2 Absorptivity of Fe in the Nd:YAG laser
3. 实验装置和方法
实验采用德国HAAS 1000W Nd:YAG 激光器，机械手Motoman-sk16X，光纤耦合输出。试样材料为QT700-2，试块的尺寸为90×30×30，模拟活塞环槽的缺口宽为4mm，深9mm，长90mm，在实验中采用了单道扫描的方法，激光最高功率1000W。
4. 实验结果和分析
在图3中表示了单道扫描的硬化层形貌，硬化层的宏观形状是比较规则的球缺，在图4中表示了硬化层最深处的硬度曲线，从曲线上看硬化层的深度为0.6mm，硬化层内平均硬度在900HV，而基体硬度为350HV，测量时避开未溶石墨团。下一步我们将扫描位置移向环槽顶部，在图5中表示出硬化层的宏观形貌，其中a 为入口，b 为出口。由于环槽顶部的温度
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场特性，造成硬化层的形状为半个球缺，这种形状符合环槽在工作状态时的受力要求，在图6中表示了硬度曲线，入口处的硬化层深度为0.55mm，平均硬度为850HV，硬化层宽度为5mm，出口处的硬化层深度为0.9mm，平均硬度为750HV，硬化层宽度为6mm。由于试样在激光扫描过程中逐渐升温，导致对激光的吸收率增大，同时还增大了达到Ms 点的表面组织体积，这两方面原因造成出口的硬化层深度和宽度都大于入口，而基体温度的升高造成表面的冷速下降，导致硬化层从入口到出口硬度呈下降趋势
。
图3 硬化层宏观形貌
Fig.3 Photo of hardening layer
图4 硬化层硬度曲线
Fig.4 Curve of rigidity of hardening layer
a 入口
a Input
b 出口 b Output 图5 硬化层宏观形貌
Fig.5 Photoes of hardening layer
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a 入口a Input
b 出口
b Output
图6硬化层硬度曲线
Fig.6 Curve of rigidity of hardening layer
5.结论
通过使用大功率Nd:YAG激光单道扫描、斜入射的工艺方法，最终获得了符合活塞环槽使用要求的硬化层。硬化层硬度达到了750-850HV，是基体硬度的2-2.5倍，硬化层深度为0.55-0.9mm，沿槽深方向的硬化层宽度为5-6mm。通过本次实验证明了采用大功率Nd:YAG 激光表面硬化环槽的可行性。
参考文献
[1] 陈冰泉，柴苍修等. 铝合金活塞环槽的氩弧强化工艺. 汽车技术，2002，33(12):35-38
[2] M V Radchenko等[俄]. 用电子束表面处理技术使铝硅合金活塞表面产生硬化层.
柴油机?Diesel Engine，2002，143(1):43-45
[3] 魏伟，谢兴华等. 发动机铝活塞环槽激光表面合金化的研究. 汽车工艺与材料，1997，12(7):1-3
[4] 熊绪刚，刘文今等. 球墨铸铁活塞环激光合金化及其摩擦磨损特性的研究. 金属热处理，2000，26(7):5-7
[5] J. Grum, R. sturm. Microstructure analysis of nodular iron 400-12 after laser surface melt hardening. Materials Characterization, 1996, 37(2-3):81-88
[6] 林宝星. 激光表面硬化改善活塞环槽耐磨性. 现代制造工程，2002，25(5):61
[7] 王福德，胡乾午等. HS320铝活塞环槽两岸激光表面强化的研究. 应用激光，2004，24(2):77-80
The experimental study of Nd:YAG laser hardening the
surface of prison ring groove
Wang zhitong1, Lian xingwang2
College of laser engineering, beijing university of technology
Zhenjiang marine diesel works
wangzhitong@https://www.360docs.net/doc/069583516.html,
Abstract
The powerful Nd:YAG laser was used to harden the surface of prison ring groove of nodular iron, the width of piston ring groove only was 4mm, the width of hardening layer should be 5-7mm, the methods of single scanning and tilted irradiation was used, at last the regular hardening layer was acquired.
Keywords: laser surface hardening；Nd:YAG；piston ring groove
基金项目：本课题得到北京工业大学博士启动资金资助。
作者简介：王之桐，毕业于中科院力学所，博士学位，在华北光电所从事过固体激光技术研究，目前从事激光加工方面的研究工作。
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活塞环三隙及漏光度检检测
活塞环三隙及漏光度检检测 为了确保活塞环与活塞环槽、气缸壁的良好配合，在选配活塞环时，需要进行活塞环的弹力检验、漏光度检验，端隙、侧隙和背隙检验。 1.活塞环的弹力检验，用活塞环弹力检验仪检验。应符合机型的规定要求。 2.活塞环漏光的检验：活塞环漏光度检验的目的是察看活塞环与气缸壁的贴合情况，漏光度过大，活塞环局部接触面积小，而造成漏光和机油上窜，燃烧积碳，排气管排黑烟，选配活塞环时，必须进行漏光检查。 检测程序：将活塞环平放在气缸内，活塞环置于气缸内，用倒置的活塞将其推平，活塞上面放一块直径略小于活塞环外径的圆形盖板，盖住活塞的内圆，在活塞环的下面放一个发亮的灯，从气缸上部观察活塞与气缸壁的缝隙，确定七漏光情况。 漏光度要求：漏光出的缝隙，应不大于0.3mm；在同一根活塞环的漏光不得多于两处，漏光弧长在圆周上一处不得大于30°；同一环上的漏光弧长总和不得超过60°；在环端口处左右30°范围内不允许有漏光现象。 3.三隙检测（端隙、侧隙及背隙） 发动机工作时，活塞环随活塞在气缸内作往复运动时，有径向涨缩变形现象，因此活塞环在气缸内应有开口间隙，与活塞环槽间应有侧隙与背隙。 （1）开口间隙，又称端隙，是活塞冷状态下装入气缸后开口处的间隙。此间隙是为了防止活塞环受热膨胀卡死在气缸内设置的。在检查漏光度的同时可检查端隙，用厚薄规测量。 端隙检验：将活塞环置于气缸内，并用倒置的活塞顶部将其推平，然后用厚薄规测量。若端隙大于规定值，则应重新选配活塞环；若间隙小于规定值，应用细
平锉刀对环的端口进行锉修。 锉修注意事项：活塞环要有支点；只能锉修一端环口且应平整；锉刀单方向行刀；四周用力捏紧检验活塞环，两面都要检验。 端隙：解放一道气环0.50~0.70mm，二道气环0.40~0.60mm，油环0.30~0.50mm 东风一道气环0.29~0.49mm，二道气环0.29~0.49mm，油环0.50~0.70mm （2）侧隙，又称边隙，是环高方向上与环槽 之间的间隙。第一道环因为工作温度过高，一般间隙 比其他环大些，油环侧隙较气环小。此间隙过大会使 环的气密性下降，间隙过小会导致在高温膨胀时相互 间发生“粘住”的危险。用厚薄规测量。 侧隙：解放一道气环0.055~0.087，二道气环0.055~0.087，油环0.40~0.80 东风一道气环0.055~0.087，二道气环0.04~0.072，油环0. 09~0.20 （3）背隙：活塞和活塞环装入气缸后，活塞环 背面与环槽底部间的间隙。为了测量方面，维修中以 环的厚度与环槽的深度差来表示背隙，此数值比实际 背隙要小。 背隙：解放一道未做要求 东风气环0.20~0.90mm，油环0.88~1.335mm 4.使用极限： 气环：端隙2.00~4.00mm，侧隙0.20~0.40mm 油环：端隙2.00~3.00mm，侧隙0.20~0.30mm
活塞环梯形角度测量仪的设计方案说明书
姓名：李洋 学号：0743024017 学院：制造学院 指导老师：赵世平黄玉波陆小龙 2018年1月
活塞环梯形角度测量仪的设计 一·概述 活塞环(Piston Ring> 是用于崁入活塞槽沟的环，分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的压缩空气；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。 活塞环作用包括密封、调节机油<控油）、导热<传热）、导向<支承）四个作用。 密封：指密封燃气，不让燃烧室的气体漏到曲轴箱，把气体的泄漏量控制在最低限度，提高热效率。漏气不仅会使发动机的动力下降，而且会使机油变质，这是气环的主要任务； 调节机油<控油）：把气缸壁上多余的润滑油刮下，同时又使缸壁上布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑，这是油环的主要任务。在现代高速发动机上，特别重视活塞环控制油膜的作用； 导热：通过活塞环将活塞的热量传导给缸套，即起冷却作用。据可靠资料认为，活塞顶所受的的热量中有70～80%是通过活塞环传给缸壁而散掉的； 支承：活塞环将活塞保持在气缸中，防止活塞与气缸壁直接接触，保证活塞平顺运动，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。一般汽油发动机的活塞采用两道气环，一道油环，而柴油发动机则采用三道气环，一道油环。 作为发动机的关键零件，活塞环的形状对内燃机的性能有着重要的影响, 活塞环的梯形角是梯形活塞环的一个重要参数, 其角度大小直接影响到活塞环的质量及使用性能。角度过大, 易发生拉缸现象, 角度过小, 则密封性能差, 发动机功率下降且容易发生烧机油现象。要提高活塞环的质量和性能，就必须首先提高其检测技术，为解决梯形活塞环角度测量问题，我们改进设计一种检测系统——活塞环梯形角度测量仪。 二·设计目的及技术指标 1.设计目的 本次设计课题为活塞环梯形角度测量仪的设计，其目的如下： a、巩固所学传感器、检测技术、精密机械设计、机械制图、公差分 析等相关知识；
项目教学(活塞环三隙的测量)
项目教学（活塞环三隙的测量） 注意事项 1、操作规定时间： 20分钟（含准备时间）。 2、请首先按要求在作业表上填写你的姓名、班级。 3、请仔细阅读各种题目的回答或操作要求，在规定的时间和地点完成相应的项目。 4、不要在作业表上乱写乱画，填写无关的内容。 1、本题分值：45分 采用现场实物检测方式对指定的活塞环三隙进行测量，并完成作业表及确定相应的维修方案。 操作要求： 1、合理选择和规范使用工具、仪器、仪表、量具； 2、作业项目齐全；作业流程合理； 3、量具的使用、读数方法、读数结果正确； 4、按要求对活塞环的端隙、侧隙进行检测，并根据检测结果提出维修方案； 5、口述活塞环背隙的检测方法并记录； 6、相应数据的计算方法及结果正确； 7、安全与文明作业。 检测所需工量具 工量具名称规格数量备注发动机维修手册考点提供 活塞环拆装钳1套考点提供 游标卡尺1把考点提供 厚溥规0-100mm 1把考点提供 活塞连杆组考点提供 工具车配备常用工具1台考点提供 抹布考点提供
活塞环三隙检测评分表 班级：姓名：用时：分钟总得分： 序号考核项目配分扣分标准（每项累计扣分不超过配分）扣分 1安全文明否决造成人身、设备重大事故，或恶意顶撞考官、严重扰乱考场秩序，立即终止考试，此题计0 分 2安全文明生产7 分(1)不穿工作服扣1 分、不穿工作鞋扣1 分、不戴工作帽扣1 分 (2)竣工后未清理工量具，每件扣1 分 (3)竣工后未清理考核场地，扣2 分 (4)不服从考官、出言不逊，每次扣1 分 3工量具准备 5 分(1)工量具每少准备1 件扣1分 (2)工量具选择不当，每次扣2 分 (3)未校验量具每次扣2 分 4维修手册使用 3 分每查错一个数据或漏查1个数据扣1 分，根据工单填写情况对照维修手册标准值评分 5活塞环的拆卸 6 分(1)未使用活塞环拆装钳进行拆卸每次扣2 分 (2)拆卸顺序错误每次扣2 分 (3)活塞环拆装钳使用不正确扣2 分 6活塞环端隙测量7 分(1)未清洁气缸和量具扣1 分 (2)活塞环放入气缸中的位置错误扣1分 (3)量具使用不正确扣1 分 (4)测量数据不正确每个扣1分 (5)结果判断不正确扣1 分 7活塞环侧隙测量7 分(1)未清洁被测零件每个扣1 分 (2)量具未清洁扣1 分，量具使用不正确扣1分(3)测量数据不正确每个扣1 分 (4)结果判断不正确扣1 分 8活塞环背隙测量 5 分口述测量方法并填入记录表中，每漏述一个步骤扣1 分 9维修记录 5 分(1)维修记录字迹撩草扣2 分 (2)填写不完整，每项扣1 分 10合计45 分
活塞环的机械加工工艺规程设计
机械制造工艺学 课程设计 班级 B120231 姓名王志强 学号 B12023118 2014 年 03 月 14 日
课程设计任务书 机械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名王志强班级 B120231 学号 B12023118 课程名称：机械制造工艺学 设计题目：活塞环的机械加工工艺规程设计 设计内容： 1．产品零件图1张 2．毛坯图1张 3．机械加工工艺过程综合卡片1份 4．机械加工工艺工序卡片1份 5．课程设计说明书1份 设计要求： 大批生产 设计（论文）开始日期 2014 年 03 月 03 日 设计（论文）完成日期 2014 年 03 月 07 日 指导老师邹聆昊
课程设计评语 机械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名王志强班级 B120231 学号 B12023118 课程名称：机械制造工艺学 设计题目：活塞环的机械加工工艺规程设计 课程设计篇幅： 图纸共 2 张 说明书共 16 页指导老师评语： 年月日指导老师
目录 1.零件的分析 (1) 1.1．零件的作用 (1) 1.2．零件的工艺分析 (1) 1.2.1.零件图样分析 (2) 1.2.2.零件的技术要求 (3) 2.工艺规程设计 (4) 2.1.确定毛坯的制造形式 (4) 2.2.基面的选择 (5) 2.3．制定工艺路线 (6) 2.4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (7) 2.5.确定切削用量及基本工时 (8) 总结 (11) 参考文献 (12) 附表A1-A4：机械加工工艺过程综合卡片 附表B1-B9：机械加工工艺（工序）卡片
1. 零件的分析 1.1．零件的作用 活塞环作用包括密封、调节机油（控油）、导热（传热）、导向（支承）四个作用。密封：指密封燃气，不让燃烧室的气体漏到曲轴箱，把气体的泄漏量控制在最低限度，提高热效率。漏气不仅会使发动机的动力下降，而且会使机油变质，这是气环的主要任务；调节机油（控油）：把气缸壁上多余的润滑油刮下，同时又使缸壁上布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑。在现代高速发动机上，特别重视活塞环控制油膜的作用；导热：通过活塞环将活塞的热量传导给缸套，即起冷却作用。据可靠资料认为，活塞顶所受的的热量中有70～80%是通过活塞环传给缸壁而散掉的；支承：活塞环将活塞保持在气缸中，防止活塞与气缸壁直接接触，保证活塞平顺运动，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。 1.2．零件的工艺分析 1.该工艺安排是将毛坯造成筒形状，粗车切下后再进行单件加工。若单件铸造毛坯单件加工，其工艺安排，只是粗加工前的工序与筒形状毛坯不同，其他工序基本相同。 2.活塞环类零件在磨床上磨削加工时，多采用磁力吸盘装夹工件，因此在加工后，必须进行退磁处理。 3.为了保证活塞环的弹力，加工中对活塞环在自由状态下开口有一定的要求，因开口铣削后不能满足图样要求，所以增加一道热定型工序，热定型时需在专用工装上进行，其活塞环的开口处用一个键撑开，端面压紧，键的宽度要经过多次试验后得出合理宽度数据之后，再成批进行热定型。 4.对45°开口的加工采用专用工装进行装夹工件，但每批首件应划线对刀，以保证加工质量。 5.活塞环的翘曲度是将工件放在平台进行检查，采用0.06mm塞尺进行检查，当塞尺未能通过翘曲的缝隙时为合格。
04第三章活塞环的设计
第三章活塞环的设计 内燃机的性能与活塞环的设计息息相关。目前世界上活塞环设计已进入标准化系列化时代。 3.1 活塞环的设计原则 根据活塞环的作用和工作条件，活塞环的设计应满足如下要求： 1 有适当的弹力，以利初始密封； 2 有较高的机械强度和热稳定性好； 3 易磨合且有足够的耐磨性和抗结胶能力； 4 加工工艺简单，成本低廉。 活塞环设计采用弹性弯曲理论，综合考虑环装入活塞的张开应力和环在气缸中的工作应力。根据这些应力的最佳比例和环材料的强度和弹性模量，实际环的自由状态开口距离为2.5～3.5倍的环径向厚度，环直径/径向厚度之比在22～34之间。 经长期设计经验之积累和广泛的发动机运转测试，得出了压缩环、油环和环槽设计参数的推荐范围，如表3-1～3-4所示的数据，给活塞环设计提供一个全面的指南。 表3-1 气环侧隙 环直径间隙 顶环第二和第三道环 76~178mm ＞178~250mm ＞250~405 mm ＞405~600mm ＞600mm 0.064/0.114 mm 0.076/0.127 mm 0.102/0.152 mm 0.152/0.216 mm 0.152/0.229 mm 0.038/0.089 mm 0.064/0.114 mm 0.076/0.127 mm 0.127/0.191 mm 0.127/0.203 mm 表3-2 油环侧隙 环直径间隙 76~178 mm ＞178~250 mm ＞250~405 mm ＞405~600 mm ＞600 mm 0.038/0.089 mm 0.064/0.114 mm 0.076/0.127 mm 0.127/0.191 mm 0.127/0.203 mm 表3-3 闭口间隙 发动机型式单位缸径的闭口间隙 水冷 风冷及两冲程 0.003/0.004 0.004/0.005表3-4 侧面光洁度 活塞环直径侧面光洁度CLA ≤178 mm ＞178~405 mm ＞405~920 mm 最大0.4μm 最大0.8μm 最大1.6μm
活塞环工作原理
活塞环工作原理 乍一看活塞环是一个形态非常简单，具有圆开口的环，但它在摩托车发动机（内燃机）中却是不可缺少的运动部件，起着极为重要的作用，活塞环按作用分为气环和油环，它有四大功能。 一、保持气密性
活塞环是所有发动机零件中唯一作三个方向运动的零件。（即轴向运动、径向运动和圆周方向的旋转运动），同时也是使用条件中最为苛刻的零件。发动机燃烧室在爆炸的瞬间，燃气温度可达到2000℃－2500℃，其爆发压力平均达到50kg/cm平方，活塞头部的温度一般不低于200℃。活塞是作往复运动的，其速度和负荷都很大。因此活塞环是工作在高温、高压条件下的。尤其是第一道气环，承受的温度最高，润滑条件也最差，为了保证它具有和其它几道环相同或更高的耐用性，常常将第一道气环，的工作表面进行多孔镀铬处理。多孔镀铬层硬度高，并能贮存少量的润滑，以改善润滑条件，使环的寿命提高2－3倍。近年来，摩托车发动机大多采用长度短于缸径的活塞，这种活塞的头部在上行程转到下行程时会产生摆动现象，使活塞环外圆的上下边缘紧紧地与缸壁接触，导致活塞环的棱缘加载而形成刮伤。为避免这种异常现象，一般将第一道气环外圆制成圆弧状，以其上、下端面的边缘角不触及缸壁，并且易于发动机的初期磨合，这种气环称为桶面环，为目前高功率高转速的内燃机所采用。尽管当今制造技术非常精细，零部件差亦控制在最小范围，但因其材料、热处理及装配后的机械变形，汽缸内的气密总有极个别泄漏点存在，这就需要发动机在使用初期进行良好的磨合及启动后适
当的预热来逐渐消除摩擦副的凹凸不平点。倘若由于多种原因引起汽缸的密封不良时，会引起压缩压力下降和燃烧气体的窜漏，高压高温气体将穿过缸壁与活塞环之间的微小空隙，由此而引起的故障是破坏了活塞环与缸壁之间的所必需的油膜，以致形成了金属之间直接接触的干磨擦状态，从而导致了因干磨擦而烧伤的拉伤活塞、活塞环和汽缸，使发动机产生异常磨损。泄漏的高温气体窜入曲轴箱使机油变质和产生硬质油泥，使活塞环发生粘着等故障。由此看来，确保活塞环在汽缸内的气密性关重要，来不得任何的泄漏。
二、控制机油
活塞环是在高负荷下和高温气氛中沿缸壁来回滑动的。为了更好地发挥其功能，既要有少量的机油润滑汽缸和活塞，又必然适当地刮掉附着在缸壁上多余的机油，防止其上窜以保持机油消耗量适中。
大家知道，四冲程发动机在进气行程中，燃烧室内的压力低于曲轴箱内的压力，由于这种压差起着一种泵油作用，所以机油通过活塞环、活塞和汽缸之间微小间隙而被吸入燃烧室，导致因窜机油而使机油消耗量大增。尤其在发动机怠速情况下，节气门基本处于关闭状态，汽缸内负压较大时，这种现象更趋严重。为了控制机油上窜，一般都将活塞上第二道气环外圆制成锥面。锥面环既能在活塞上行时的滑动面上布下油膜，又能在活塞环下行时有效的刮去缸壁下端多余机油，真可谓一举两得。为了更加有效地将飞溅至汽缸壁下部的机油刮净，又在活塞第二道气环的下部增加一道钢片组合式刮油环。这种环的特点仅在于其接触压力高，而且由于上下刮片能够分别动作，即使对于正圆爌较差的汽缸来说，也具有良好的适应性。更重要的是每个
活塞环三隙的测量
活塞环三隙的测量 【学习目标】 1、知识目标：掌握发动机活塞环三隙的测量方法 2、能力目标：利用网络、视频等自学，同学之间相互交流 3、情感目标：培养专业兴趣，独立思考，合作交流，自我管理的能力 【重点难点】 1、合理使用工具测量活塞环的三隙 【自主学习】 回顾内容： 1、气环为一带有切口的弹性片圆装环，在自由状态下，气环的外径略 气缸的直径，当环装入气缸后，产生弹力压紧在气缸壁上，其切口处有一定间隙称为。 A、大于 B、小于 C、端隙 新课内容： 一、活塞环三隙检测 1、活塞环端隙检测方法 (1)把活塞环装入到气缸内，然后用不带活塞环的活塞将其推到该环处在的上 止点位置，用塞尺检查端隙是否符合要求。 (2) 量具用之前应该清 洁校准 （3）塞尺感觉稍有阻力， 即为间隙值。 左图是检测发动机活塞环端 隙 （4）测量本组发动机活塞 环端隙，正确读出测量气环端隙值为mm。
2、活塞环侧隙检测方法 将环放在环槽内，围绕环槽滚动一圈，环在槽内应滚动自如，既不松动，又无阻滞现象。然后用塞尺测量侧隙值，应符合要求。 （1）量具用之前应该清洁校准 （2）塞尺感觉稍有阻力，即为间隙值。 （3）测量活塞侧隙时要将活塞环槽清洁干净。 下图是检测发动机活塞环侧隙 测量此发动机活塞环侧隙，正确读出气环侧隙值为mm。 3、活塞环背隙检测方法 用游标卡尺测量出活塞环槽的深度和活塞环的宽度，两者的差即为背隙，应符合要求。 （1）测量此发动机活塞环背隙，正确读出气环背隙值为mm。 【合作探究】 1、活塞环三隙过大，会对发动机造成什么影响
【自我评估】 1、请根据自己任务的完成情况，对自己的学习进行自我评估，并提出改进意见 2、你对本次课有何更好的建议，还存在哪些问题？ 评语：
活塞环教学设计方案
教学设计方案
步骤导入新课 教师活动 教师手拿一活塞连杆组：上节课我们讲了 活塞的结构和作用，大家有没有发现我手 上拿的这个活塞它的顶部有三道环，这三 道环在这里起什么作用了？ 学生活动 思考原因。 教学意图时间 激发学生学习兴2分钟 趣 。 提问部分学生思考的结果 针对是学生的一些意见，进行引导：’ 大家 想，燃料在汽缸里的燃烧应该是在怎样的一 个空间里？（封闭）也即是说不能有缝隙， 不然就有可能漏气。但是活塞可以在汽缸里 做上下往复运动，说明活塞与汽缸壁之间应 该有间隙，不然活塞就不可能在汽缸里自由 的运动，就可能卡死在汽缸里。但是这样一 来，就会造成部分混合气，从汽缸与缸壁间 的缝隙窜入曲轴箱，造成密圭寸不严，对发 动机的性能造成影响，大家想想是不是这样 了？ 那么怎么解决这个问题了？ 总结出活塞环的作用 教师展示活塞连杆组提问：大家察前两道 环和第三道环的结构是否相同，作用是否 也相同了？ 再次引出问题，活塞能在汽缸里做往复运 动，说明缸壁上有机油，但机油过多进入 燃烧室会对发动机性能造成影响，第三道 环上有孔，引出油环的作用，并在黑板上 写板书 发言：试着说说自 己的理解活塞环的 作用 学生再次看看活 塞环的结构和位 置，再次思考 认真听讲，对比下自 己刚才的分析对不对 观察这三道环，思考 问题 认真听讲记录和 在课本上勾画。 让学生谈谈自己的 认识，使学生在接 下来的课中有更深 的认识，同时了解学 生思考情况。 对学生进行引导， 激发学生的探究精 神和思维能力，一 步步得出结论 让学生总结自己的 思维方式，分析问 题的能力 进一步细化，分别 得出气环和由环的 作用 让学生记住这个重 要的知识点 3分钟
活塞环岸的设计及校核
活塞环岸的设计及基本校核 1． 基本参数 汽油发动机缸径mm D 76=，行程mm S 5.82=，气缸高mm l 204=；活塞的压缩高度mm H 281=，火力岸高度mm h 5=；最高爆发压力bar p z 80=；发动的最高功率L KW P m 81=。 2． 环岸的设计 2．1第一环位置 根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先必须定出第一环的位置。希望火力高度h 尽可能小，但h 过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松驰、粘结等故障。由所给的参数可知道mm h 5=. 2．2环岸高度 为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度b 应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。由《内燃机设计》可知，一般气环高3~2=b 毫米，油环高6~4=b 毫米。但随着现代制环工艺的发殿，一般活塞环槽轴向高度b 可以取得更小一些。所以，取mm b 2.11=，mm b 2.12=，mm b 5.23=。 环岸的高度c 应保证在气压力造成的负荷下不会破坏。而第一环岸所受的负荷、温度较第二环岸的都较高。因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。实际发动机的统计表明，1211)2~1(,)5.2~5.1(b c b c ==。所以取mm c mm c mm c 1,5.2,5321===。 2．3活塞的环数 活塞环数对活塞头部的高度1H 有很大影响。目前高速汽油机一般用2~3道气环和1道油环。事实上只要活塞环工作正常，2道气环已的足够的密封作用。所以，我们采用2道气环和1道油环。 2．4环带断面与环槽尺寸 对于活塞头部热流情况分析，说明应保证高热负荷活塞的环带有足够的壁厚' δ，使导热良好，不让热量过多地集中在最高一环，其平均值汽油机为'')0.2~5.1(t =δ。取
活塞及活塞环的检测教学设计含教案
单元三活塞及活塞环的检测 【单元案例导入】： 某一桑塔纳2000发动机在怠速或低、中速运转时，在气缸上部发出清晰、明显、有规律的“嗒嗒”声，中速以上一般减弱或消失；发动机温度低时响声明显，正常工作温度下，响声减弱或消失；发动机在高温、高速运转时，发出“嘎嘎”连续不断且有节奏的响声。 【分析】： 当发动机长期在高温、高负荷条件下工作时，环的热膨胀量变大，常因端隙或背隙消失而卡死在气缸中。 （1）发动机冷车起动，即发出有节奏的“嗒嗒"声，此时应将发动机转速控制在响声最明显的范围内，在气缸体上部用听诊器或简易听诊杆听诊，若响声在怠速、冷车时明显，在高速、温度升高后减弱或消失；同时伴有从机油加注口冒烟、排气管冒蓝烟现象，则说明活塞敲缸。 (2)将发动机置于响声最明显的转速上运转，逐缸进行断火试验：若某缸断火后响声减弱或消失，说明该缸活塞敲缸；若在断火后出现敲缸响声，并由间断响变成连续响，则说明活塞敲缸。度过大，使活萋头邵撞击气缸壁所致。应检查并更换活塞。 (3)发动机熄火，拆下有响声气缸的火花塞(或喷油器)，往气缸内注入少量机油，并用手摇柄或起动机带动曲轴转动数圈，然后装上火花塞(或喷油器)，起动发动机。如响声在短时间内减弱或消失，过一会儿又重新出现，说明该缸活塞裙部与气缸壁的间隙过大。应检测气缸间隙，选配活塞或镗缸。 (4)发动机温度低时响声不明显，在温度升高后，使发动机中、高速运转时，出现有节奏的“嘎嘎"声，温度越高，响声越大，用单缸断火试验，响声没有变化，说明连杆有变形。应检查并校正连杆。 (5)发动机温度低时响声不明显，当温度升高后，发动机处于怠速运转时，出现“嗒嗒”声．机体抖动，温度越高，响声越大，说明活塞变形或活塞环开
活塞环岸的设计及校核
活塞环岸的设计及基本校核 1．基本参数 汽油发动机缸径 ，行程 ，气缸高 ；活塞的压缩高度 ，火力岸高度 ；最高爆发压力 ；发动的最高功率 。 2．环岸的设计 2．1第一环位置 根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先必须定出第一环的位置。希望火力高度 尽可能小，但 过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松驰、粘结等故障。由所给的参数可知道 . 2．2环岸高度 为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度
应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。由《内燃机设计》可知，一般气环高 毫米，油环高 毫米。但随着现代制环工艺的发殿，一般活塞环槽轴向高度b可以取得更小一些。所以，取 ， ， 。 环岸的高度 应保证在气压力造成的负荷下不会破坏。而第一环岸所受的负荷、温度较第二环岸的都较高。因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。实际发动机的统计表明， 。所以取 。 2．3活塞的环数 活塞环数对活塞头部的高度 有很大影响。目前高速汽油机一般用2~3道气环和1道油环。事实上只要活塞环工作正常，2道气环已的足够的密封作用。所以，我们采用2道气环和1道油环。 2．4环带断面与环槽尺寸 对于活塞头部热流情况分析，说明应保证高热负荷活塞的环带有足够的壁厚 ，使导热良好，不让热量过多地集中在最高一环，其平均值汽油机为 。取
。油环槽的槽深 。 正确设计环槽断面和选择环与环槽的配合间隙，对于环和环槽工作的可靠性与耐久性十分重要。如环槽底部弧不够大，则可能因应力集中而发生疲劳裂纹，但如果该倒圆过大，又可能妨碍活塞环自由缩进槽底。因此，槽底圆角一般为 0.2~0.5毫米。活塞环岸锐边必须有适当的倒角，否则当环岸部与缸壁压紧出现毛刺时，就可能把活塞环卡住，成为严重漏气和过热的原因。但倒角过大又使活塞环漏气增加。一般取倒角为 。环槽的侧隙 过大，会加剧环对环槽的冲击，在铝合金受热后硬度较低的情况下，这将使环槽变宽，最终导致活塞报废。但 过小易使环在环槽中粘住而失效。所以，第一环与环槽的侧隙取为0.05~0.1毫米，二环为0.03~0.07毫米，油环为0.02~0.06毫米。 活塞环的背隙 比较大，以免环与槽底圆角干涉。一般气环 ，油环的 则更大些，以利于泄油，取0.75毫米。 3．环岸的强度校核 在膨胀冲程开始时，在爆发压力作用下，第一道活塞环紧压在第一环岸上。由于节流作用，第一环上面的压力 比下面压力
活塞环三隙的测量
皖北经济技术学校 2017—2018学年第一学期 《汽车发动机构造》导学案 编制：侯哲 审核： 使用时间： 班级 ： 姓名： 小组： 小组评价： 教师评价： 1 活塞环三隙的测量 【学习目标】 1、知识目标：掌握发动机活塞环三隙的测量方法 2、能力目标：利用网络、视频等自学，同学之间相互交流 3、情感目标：培养专业兴趣，独立思考，合作交流，自我管理的能力 【重点难点】 1、合理使用工具测量活塞环的三隙 【自主学习】 回顾内容： 1、气环为一带有切口的弹性片圆装环，在自由状态下，气环的外径略 气缸的直径 ，当环装入气缸后，产生弹力压紧在气缸壁上，其切口处有一定间隙称 为 。 A 、 大于 B 、小于 C 、端隙 新课内容： 一、活塞环三隙检测 1、活塞环端隙检测方法 (1)把活塞环装入到气缸内，然后用不带活塞环的活塞将其推到该环处在的上 止点位置，用塞尺检查端隙是否符合要求。 (2) 量具用之前应该清洁校准 （3）塞尺感觉稍有阻力，即为间隙值。 左图是检测发动机活塞环端隙 （4） 测量本组发动机活塞环端隙，正确读出测量气环端隙值为 mm 。
2 2、活塞环侧隙检测方法 将环放在环槽内，围绕环槽滚动一圈，环在槽内应滚动自如，既不松动，又无阻滞现象。然后用塞尺测量侧隙值，应符合要求。 （1）量具用之前应该清洁校准 （2）塞尺感觉稍有阻力，即为间隙值。 （3）测量活塞侧隙时要将活塞环槽清洁干净。 下图是检测发动机活塞环侧隙 测量此发动机活塞环侧隙，正确读出气环侧隙值为 mm 。 3、活塞环背隙检测方法 用游标卡尺测量出活塞环槽的深度和活塞环的宽度，两者的差即为背隙，应符合要求。 （1）测量此发动机活塞环背隙，正确读出气环背隙值为 mm 。 【合作探究】 1、活塞环三隙过大，会对发动机造成什么影响
活塞连杆组拆装以及活塞环三隙检测教案
第一节《活塞连杆组的拆装与检修》实训教案 1．实训内容及目的 1)掌握活塞连杆组的组成、结构、装配关系和工作原理。 2)熟练活塞连杆组的拆装工艺。 3)掌握活塞连杆组各零部件间的相互连接关系及其装配关系。 2．技术标准及要求 1)按正确的操作步骤进行拆装。 2)有关技术参数必须符合维修技术标准要求。 3)在拆装过程中，特别要注意装配记号。 3．实训器材和用具 发动机若干台、机油少许；活塞连杆组总成若干套。常用工具若干套，维修专用工具若干套；相应挂图或图册、维修手册。 4．实训注意事项 1)拆卸、安装活塞时一定要注意记号，若无记号，拆卸前必须做标记。 2)安装活塞销时，要用专用工具或加热到60℃进行。 3)拆下的零部件按顺序放好，并注意不要损坏零件。 4)严格按操作规程进行操作，并注意操作安全。 5)奥迪发动机活塞连杆组组件如图2-7所示。 5．实训操作步骤 (1)活塞连杆组的拆卸 1)将要拆卸的活塞连杆组(有两个缸)转到活塞处于下止点，并检查活塞顶、连杆大端处有无记号。如无记号，应按次序在活塞顶、连杆大端上作上记号。
图2-7 奥迪发动机活塞连杆组组件 2)拆下连杆螺母，取下连杆端盖、衬垫和连杆轴承，并按顺序放好，以免相互搞错。 3)用手将连杆向上推，使连杆与连杆轴颈分离。用橡胶锤或手锤木柄推出活塞连杆组。如缸口磨成了台肩或有积炭，应先刮平，以免损坏活塞环等，另外注意不要硬撬、硬敲，以免损伤气缸。 4)取出活塞连杆组后，应将连杆盖、衬垫、螺栓和螺母按原样装回，不可错乱。 (2)活塞连杆组的分解 用活塞环装卸钳拆下活塞环(图2-8)，观察活塞环装配记号。 完成上述作业后，仔细观察活塞连杆组各零件的结构、作用和特点，及其各零件间的相互联接关系。 (3)活塞连杆组的装合 1)用汽油清洗活塞组各零件，用钢丝通各油孔油道，清除污垢，然后用高压空气吹干各
(完整版)活塞环的三隙测量教学设计教案
《汽车发动机构造与维修》 活塞连杆组的修理—活塞环的三隙检测 教学设计方案 一、教学目标 一）专业能力目标： 1.了解活塞环的耗损形式及其原因； 2..掌握活塞环的三隙检验方法； 3.能正确的使用量具。 二）社会能力目标: 1、培养学生的沟通能力及团队协作精神； 2、培养学生分析问题、解决问题的能力； 3、培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风； 4、培养学生的自我管理、自我约束能力； 5、培养学生的环保意识、质量意识、安全意识。 三）情感目标： 1、培养学生谦虚、好学的能力； 2、培养学生勤于思考、做事认真的良好作风 3、培养学生自学能力与自我发展能力 4、培养学生创新能力 5、培养学生良好的职业道德。 二、分析教材 使用教材:高等教育出版社《发动机构造与维修》主编:孔宪峰
教材特点：该教材是中职汽车应用与维修专业的主干课程，是中等职业教育国家规划教材。教材的基本结构以发动机的基本组成部分为单元，按结构原理、检修、故障诊断与排除的顺序展开，文字简练、图文并茂、层次分明。在实际的教学过程中，具有较强的实用性、可操作性。 教材的地位和作用：本节课是学习曲柄连杆机构检修的核心内容，并为掌握发动机检修及故障诊断打下基础。 本课在教材中的作用和地位：本课是《发动机构造与维修》中曲柄连杆机构检修的核心内容。曲柄连杆机构是发动机两大机构之一，在发动机运转中有不可忽视的作用。之前，已学习了曲柄连杆机构的构造与工作原理，为本节课的学习奠定了基础，因此本节课既是前面章节的延续，同时也是培养学生维修基本技能的重要一节。 教学内容分析: 知识点： 1.活塞环的损伤分析 2.活塞环的三隙 技能点： 1.游标卡尺与塞尺的正确使用 2.活塞环“三隙”的检验 三、分析教学对象 知识结构：教学班级为职业中专二年级学生,已经学习汽车材料等相关知识，对发动机结构也有初步认识，并且具备一定的理解和分
活塞环设计
汽车活塞环设计 1.环的名称及标记 通常有机型、规格、种类（环的剖面形状）基本直径、环高、表面处理等。 1.1环各部分的名称，参见图1、图2 图1自由状态的名称图2闭合状态的名称 （1）基本直径d1 在ISO规格中d1从30～200每隔1-2mm为一挡。 (2)环高h1 高转速内燃机需求环惯性力小薄环得到了使用。 （3）径向厚度a1 a1的大小很大程度上影响了环的安装和工作应力，各种材料的面压为0.15-0.20Mpa，材料E值及d1/a1参见表1 表1材料的弹性模量与d1/a1
（4）闭口间隙S 1 S1为环放置于内圆为d 1的校圆圈中的开口端距离，内燃机运转时，环材料因膨胀使得S 1减小（不能低头）。 （5）自由开口m 计算时采用有效自由尺寸m-s 1,m 用于弹力的调整，m 与d 1的关系； 低合金铸铁m/ d 1=13%～14%，球铁为8%～10%。 1.2环的间隙 （1）侧隙 环的断面、环槽高度部分名称参见图3；汽油机柴油机环的一般侧隙范围参见表2 （2）径向间隙 工作状态时环槽底径与环内圆面的距离为径向间隙。内燃机工作时由于活塞的热膨胀，留有间隙是必需的。 （3）扭曲 一般采用3max 109.2-?=λ～14.53 10-?rad （10′～50′） ?? ? ??+?=ββπλsin 21321x I IZx d m 式中λ扭曲角（rad ） m 自由开口mm d 1基本直径mm Ix 活塞环由于切槽、倒角等减弱的断面对其中性轴的惯性力矩mm 4 β离环背的角度 扭曲环设计参见下图
图4 扭曲环设计 2.环的形状 环的形状按剖面、外圆面形状、棱边形状、镀层、开口形状分为5类。 2.1剖面形状 （1）矩形环 （2）梯形环 梯形环能防止环的黏附 （3）楔形环 （4）外切扭曲环 （5）鼻形环 （6）开槽油环 （7）异向到角油环 （8）同向倒角油环 （9）钢带组合油环 2.2外圆形状图5中断的鼻形 表4外圆形状 基本外圆面形状见表4 （1）柱面 （2）桶面 桶面环外圆面呈圆弧形， 中央部位凸起，成为润滑 面的理想形状。矩形环油 膜压力分布见图4.6，桶
活塞环
活塞环是内燃机关键零件之一，活塞环工作的好坏直接影响发动机性能。按其功用不同，活塞环可以分为气环与没环两类。气环的主要作用是与活塞一起密封气缸工作腔。在实现密封的条件下，环的另一作用是将活塞头的热量导出。因为活塞环一旦密封失效，大量的高温燃气从活塞与气缸间的缝隙中窜出，不但活塞从顶面接受的热量不能借助活塞环传给气缸壁，而且活塞外圆表面和活塞环的全部表面还被燃气强烈加热，最后可能导致活塞和活塞环烧坏。所以对气环的根本要求就是保证密封。油环的主要作用是使气壁面的润滑油分布均匀，并避免多余的润滑油窜入燃烧室，造成积炭和增大润滑油消耗量。 一、活塞环的工作情况 （一） 活塞环的密封作用 气环要有良好的密封作用，首先应以一定的弹力0P 与气缸壁压紧，形成所谓第一密封面（图8—55），使气体不易通过环周与气缸之间，而钻往环与环槽间的空间。由于节流产生的压差，造成径向、轴向的不平衡压力R P 、A P 。其中A P 把环压向环槽侧面，形成所谓每二密封面，而R P 则大大加强了第一密封面。只要环周上还剩下哪怕是很小的弹力，第一密封面一旦建立，被密封气体自己就会来帮助密封，而且被密封气体压力越高，附加的密封力也越大。这时漏气的唯一通道就是环端的开口端隙。而环端开口的形状以最简单的直角形状最合理。因为即使采用较复杂的的形状，如阶梯形，斜口等，其环背漏气通路仍不变，只要端隙d 相同，关键性的最小自由气通路面积就完全相同。 由于环口对正常漏气有决定性作用，所以设计上的很小疏忽就可能使漏气量大大增加。例如活塞环下侧外周倒角就相当于增大环端隙，使漏气成倍增加。但如果活塞环外周与缸壁贴合不好，有漏光，或者环的侧面与环槽贴合不好，那么漏气的增加要比环端间隙增加所引起的漏气严重得多。所以，提高环和环槽的加工质量，减小环槽变形，对密封也有极其重大的意义。 （二）活塞环的不正常运动——颤振 活塞环在环槽内的运动十分复杂，至今尚未研究得很清楚，一般认为其基本运动有： 1） 上、下运动 活塞环随同活塞的上升、下降，在环槽内作上、下运动。这个运动决定于气压力、磨擦力及其惯性。一般情况下，活塞上行，环贴于环槽下侧面，活塞下行则反之。在上、下止点时改变运动方向。但在膨胀行程中，活塞虽下行，但环在很高的爆发压力作用下，会贴在环
活塞三隙检测
项目课题曲轴的测量授课班级304、305、306 授课课时 3 教学方法讲授与实践操作授课形式新授·理实一体 使用教具1、机油少许，活塞连杆组总成若干套。 2、常用工具若干套，维修专用工具若干套。 教学目的1)掌握活塞环的三隙定义。 2)熟练活塞环的拆装工艺。 3)掌握活塞环各零部件间的相互连接关系及其装配关系。 教学重点掌握活塞环的三隙定义。 教学难点 掌握活塞环各零部件间的相互连接关系及其装配关系 无 更新、补充、 删节内容 学生任务单 课外作业 教学后记
教学内容、过程备注 活动一活塞环“三隙”测量 活塞环端隙的检验 活塞环端隙定义：端隙是活塞环置于气缸内，在环的开口处呈现的间隙(又叫“开口 间隙”)。 端隙作用：端隙能防止活塞环受热膨胀而卡死在气缸内。 端隙的大小： 与气缸的直径及各环所受温度有关，一般每100毫米缸径，温度最高的 第一环的端隙为0.25～0.45毫米，其余各道环温度较低，端隙为0.20～0.40毫米。 检验活塞环端隙的方法是：先将活塞环平整地放在待配的气缸内，用活塞头将活塞 环推平(对未加工的气缸应推到磨损最小处)，然后用厚薄规插入活塞环开口处进行测 量。 活塞环侧隙的检验 侧隙定义：活塞环的侧隙是指装入活塞后，活塞环端面与活塞环槽之间的间隙。 侧隙过大，将使活塞环的泵油作用加剧，环易疲劳破碎，加速环的断裂和润滑油消 耗增加； 侧隙过小，会使活塞环卡死在环槽内，环的弹力极度减弱，冲击应力加剧，不但使 气缸密封性能降低，也容易断环。 测量的方法是：将环放在槽内，围绕槽滚动一周，应能自由滚动，既不能松动，又 不能有阻滞现象。 活塞环背隙的检验 背隙定义：背隙是指活塞与活塞环装入气缸后，在活塞环背部与活塞环槽底之间的 间隙，一般为0.5～1毫米。 检测方法：为了测量方便，通常以槽深和环宽之差来表示。活塞环一般应低于环槽 岸边0～0.35毫米，以免在气缸内卡死。