题可以从材料及表面处理，结构设计等 方面努力克服的。对于小功率柴油机， 一般气环环高 h1 = 2～4mm ，近来还出 现环高 h1 =1.5mm 的实例。 图 环高与开口间隙关系 2.3.自由开口尺寸m 自由开口尺寸指在自由状态下，环开口两端径向中点的弦距。它的大小既要满足活塞环弹力的要求，又要满足工作应力和安装应力的要求，m值过大，工作应力较大，会造成较大的弹性消失，m值过小，会产生较大的安装应力造成断环，或过度变形失去圆度。 一般，合金铸铁气环和整体油环m/ d1=13～14%，最大不超过16%；球铁环m/ d1=8～11%，最大不超过12%；内撑弹簧组合油环比相应平环小4-5mm。 2.4 活塞环组合 活塞环的组合，在强化发动机中特别重要，一般要求是： 1 第一环要加倍强化，因为它工作条件最差，对窜气、窜油均有重大影响。第一环要求避免发生逆倒角的情况。 2 中间环的情况在二冲程和四冲程柴油机中是不同的。二冲程柴油机的第二环，甚至全部压缩环与第一环都是相似的。这是因为二冲程的活塞环经过气口时，工作条件不利。四冲程柴油机的第二环的工作条件不很厉害，尺寸多较第一环薄一些。在高速发动机上主要还是防窜油的作用，端面要求贴合承压，为此，多要求扭曲环，对高增压高平均有效压力的发动机上，第二环有采用高强度材料的趋向。 3 在高速发动机中由于要缩短活塞长度，油环一般趋向于用一个，此时强化油环结构是有必要的。 4 在目前强化发动机中不论油环、或压缩环，均要起密封和刮油双重作用，所以在组合时要考虑它们之间的配合。 不同结构和功能的活塞环通过适当的结合，安装在活塞各环槽内，以适应不同的用途。活塞环数目实际上是按照发动机的型式，缸径大小和转速高低等不同情况来确定。就内燃机而言，汽车发动机以三环组结构为主，农用柴油机以三环或四环结构为主，摩托车二冲程发动机以两环结构，四冲程为三环结构，中速发动机一般采用四道环。从发展而言，以三环结构为主要方向，也就是流行结构“一桶二锥三内撑”。 2.5 活塞环的计算 2.5.1 径向压力P 活塞环在自由状态下不是圆形，其曲率半径沿环周各点是变化的，且大于气缸半径，只有当装入气缸后方成为正圆形。环装入气缸前的形状称为自由状态，环的自由状态决定环装入气缸后的径向压力分布。 径向压力分布大致可分为：均匀分布（等压环）、梨形分布（高点环）和苹果型分布（低点环）三种。 1 等压环 等压环从自由状态变到工作状态后，沿环周的径向压力是均匀分布，即P0=const。等压环由于使用后磨损等原因，环周压力分布恶化，在开口处的径向压力急剧下降，所以使用寿命短，一般使用于二冲程中速发动机。 2 高点环 高点环开口处的径向压力P高于平均径向压力P0，P：P0 可达3：1。能提高环开口端的减震能力，耐磨性和气密封好。现代高速四冲程柴油机和汽车发动机广泛应用高点环。 3 低点环 低点环主要用于二冲程柴油机和大型柴油机，开口处的径向压力低于平均径向压力，以防止环端跳入气口使环折断，或者是为了矫正热变形的影响，以保证均匀贴合。 2.5.2.工作状态下活塞环的闭口间隙S1 闭口间隙一般按GB/T1149选取，或按产品图纸要求而定，但最小间隙必须大于下式计算值 。 S1 = πd1αΔt ( mm) 式中：d1—缸径，mm； —5 α—热膨胀系数，合金铸铁按α= 1.1×10/℃； Δt—温差，气环为100℃，油环为80℃ 2.5.3.切向弹力Ft 切向弹力是在环的切口处径向厚度中点上沿切线方向施加力，使环从自由开口尺寸压缩到闭口间隙时所需的力。 2尺寸系列的切向弹力值仅适用于平均弹性模量E=100000 N/mm材料（即非调质铸铁环），其它材料则按弹性模量E由表3-7修正系数乘以尺寸系列表的切向弹力值即可。 镀铬或喷钼活塞环的切向弹力修正系数为表3-7推荐值的0.9倍。 表3-7 活塞环材料 调质铸铁 球墨铸铁 钢 切向弹力 Ft E·h1（m-S1） Ft = ────────— K1·K2（kgf） 14.14(d1/α1-1)3 平均弹性模量N/mm 112776 156906 196200 2切口弹力修正系数 1.15 1.6 2 式中：E—弹性模量，kgf / mm； h1—环高，mm； m—自由开口，mm； S1—闭口间隙，mm； d1—缸径，mm； α1—径向厚度，mm； K1——断面减弱系数； K2—表面处理对弹力减弱系数。 镀铬环一般取8%～11%，球铁环取8%， 合金铸铁对铬层厚度小于0.12 mm，径向弹力小于3㎏f的取11%，其余均取10%。 活塞环设计时，首先确定切向弹力，然后再决定环的自由开口尺寸。高速发动机活塞环设计通常用改变环的径向厚度方法来调节环的弹力。 2.5.4.平均比压 P0 比压P0是活塞环设计的重要参数之一，比压选择适合与否，将直接影响活塞环的密封性、摩擦损失、耐磨性。比压过高，磨损加剧导致缸套磨损严重；比压过低，环密封性差，最终导致烧机油，加剧磨损，抗振性差，易产生断环。 一般选择原则：合金铸铁为1.5～222㎏f/㎝，球墨铸铁为1.5～2.5㎏f/㎝。 2 Ft P0 = ─── MPa ｈ0 d1 2 式中：ｈ0—环外圆面与气缸壁的接触高度，等于刮片数量与刮片高度的乘积，mm Ft—切向弹力，N d1—缸径，mm 2.5.5.活塞环的工作应力和安装应力 E·α1（m-S1） 2工作应力σ1 = ─────── ㎏f/ mm 2 2.35（d1-α1） Eα1 (8α1- m) 2安装应力σ2 = ──────── ㎏f/ mm 2 2.35（d1-α1） 2 式中：E—弹性模量，㎏f/ mm； α1—径向厚度，mm； m—自由开口尺寸，mm； S1—闭口间隙，mm； d1—缸径，mm。 按有关标准规定，合金铸铁σ1＜25㎏f/ mm，球墨铸铁σ1＜40㎏f/ mm， 但实际σ122值可大于上述值，合金铸铁为30㎏f/ mm， 球墨铸铁为50㎏f/ mm。 合金铸铁σ2≤5022 ㎏f/ mm，球墨铸铁σ2≤80㎏f/ mm 2.6 课程设计中活塞环的主要参数选择 22 第三章 活塞环的制造工艺 活塞环的性能对整台发动机系统的良好工作运转是十分重要的，活塞环组件必须有较长的使用寿命。现在通过改进材料和表面制造工艺，活塞环已能满足这样的寿命要求。 3.1 活塞环的生产特点 活塞环是内燃机中的重要易损件，生产批量很大，可想而知，必须高度专业化，组织流水生产作业线。 活塞环流水生产具有下列特点： 1 工作地专业化程度高。每个工作地固定完成一道或几道工序，而每一道工序都在固定的工作地加工。如活塞环粗磨两端面统一在粗磨组进行加工。 2 产品在流水线上按单向运输路线移动，生产过程具有良好的连续性。活塞环单向运动移动路线为： 粗磨→去油→热处理→细磨→去油→半成品检查→切削流水工作线→表面处理→成品检查→配组入库。 3 在整个加工过程中，产品按平行移动方式在各工序的工作地之间移动，生产具有明显的节奏性； 4 工艺过程是封闭的，产品的所有工序在流水线内全部完成，如活塞环切削流水线在两端面加工完成后，内圆、外圆、开口间隙等加工全部在切削生产线上完成，加工过程象流水一样从上一工序转到下一工序，连续生产。 3.2 活塞环的加工方法 依照活塞环成型的方法不同，制造活塞环的方法主要有两种： 1 热定型法（整体正圆法）：即浇铸出圆筒形活塞环毛坯，然后在普通车床上切削加工，切割成单环；按工作间隙尺寸铣出切口，最后扩张至所需要的自由切口间隙尺寸，并在此状态下热处理定型，即成所需尺寸的活塞环。 2 单体椭圆法：即浇铸出单个的椭圆形活塞毛坯，然后在靠模车床上切削加工，并按自由切口间隙尺寸切口，就成为所需尺寸的活塞环。 这两种方法都获得广泛采用，但有几点需指出： （1）单体椭圆法属于机械定型。既可用于制造等压环，又可用于制造非等压环；但主要用于制造非等压环。它在造型过程中，设计椭圆形状时就考虑了弹力和环的结构尺寸等方
面的关系。热定型法，环自由形状的形成主要靠热定型，因此在高温下会发生回火，促使环的弹力消失。由于定型性质不同，所以在用前一种方法制成的活塞环寿命比较长。热定型法主要用于制造等压环。
（2）从加工过程看，单体椭圆法在铸造和机械加工时要用专用模具和靠模车床，设备复杂，而热定型法无论从铸造或机械加工看都比前法简单，所以它的生产率高，成本低。前一种方法适用于大批量生产，后一种方法大、中、小批量生产均可。