南通职业大学毕业设计（论文）
2.3.1 气环
气环以安装位置分，有第一道压缩环、第二道压缩环和第三道压缩环。
气环以结构形状分，有矩形环、桶面环、锥面环、梯形环和扭曲环。其中扭曲环又包括内倒角环、内台阶环、外台阶环、鼻形环和楔形环等。
（1） 矩形环
剖面是矩形的气环。几何形状简单，在正常工 作条件下具有足够的密封性，便于加工，曾为中 小功率柴油机经常采用，但随着发动机的日益强 化，活塞热负荷增加，热变形加大，活塞头摇摆 加剧等原因，致使矩形环在工作中失去与气缸壁 的良好贴合，其上缘与气缸壁接触，而下缘离开 缸壁，就起不到刮油作用，反而向上泵油，增大滑
油耗量，因此矩形环的使用受到限制，在低速十字 图2.10 矩形环 头发动机中还广泛采用。
（2） 桶面环
桶面环的表面形状多呈凸圆弧形。一般取公称 直径的一半作桶形面的半径（即桶面半径等于气缸 半径）。它主要用作第一道气环（通常经镀铬处理）， 常与锥面环串联使用。其优点如下：
a 因桶面环的两面均是楔形，机油的入口间隙大， 则机油以楔形进入并产生一个使环浮起的油压形成
液体润滑，因此磨损可以减小； 图2.11 桶面环
b 桶面环与气缸之间是线接触，能适应活塞的晃动，因改善接触情况，减少粘着磨损的发生；
c 磨合性能好，桶面环实质上是双向微锥面环，所以易于磨合；
d 密封性能好。环与气缸线接触，即使表面发生变形时仍能保持良好的接触。 （3） 锥面环
锥面环的外圆呈锥形，锥度一般为8.7～26.2mＲ(0.5o～1.5o)采用镀层或非镀层结构。锥面环是在活塞环外圆面上加工一个很小的斜角，由于减少了环与气缸壁接触面，从而提高表面接触压力，有利于磨合和气密，同时，活塞下行时，易于刮油；活塞上行时，由于斜角的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，不会引起熔着磨损。锥面环
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斜角选取必须恰当，一般在20ˊ～60ˊ范 围内。安装时注意斜面角不能倒装，否则会引起很大的窜油现象。一般用于中间环。
图2.12 锥面环
（4） 梯形环
两侧面倾斜的气环。由于梯形剖面，环在径向运动时，侧隙将不断变化，因而能使燃烧室积碳减到最低程度。
（a）直角梯形 （b）等腰梯形
图2.13 梯形环
为了提高气环的抗结胶能力，梯形环结构应运而生了。当活塞受侧压力的作用而改变位置时，环的侧隙发生变化，能将环槽中的结焦挤出，从而使活塞环槽处的许用工作温度比矩形环高20℃左右，能使活塞环在240～250℃ 下长期工作而不结焦。梯形环的夹角一般为15o，也有用10o，20o的。
梯形环又分直角梯形环（环截面为直角梯形）和等腰梯形环（环截面为等腰梯形）。梯形环在第一道环中使用最广，也可以用于第二、第三道环。梯度可以是一边或两边都有，环槽也有相应的梯度。选择一定的环槽和环的锥角和公差，使内外底面匹配良好，以优化窜气和机油控制。环和环槽间的相对运动可避免积碳形成，以防止环在环槽中卡死现象。
直角梯形环适合于烧重油柴油机或航空发动机，等腰梯形环多用于烧重油强载柴油机，近年来，小功率柴油机和二冲程汽油机也开始采用。
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（5） 扭曲环
（a）、（b）反扭曲环； （c）、（d）正扭曲环；
（e）反扭曲锥面环； （f）锥面环； （g）倒角环； (h)鼻形环
图2.14 扭曲环
扭曲环的形式多种，主要的如图2.14所示。扭曲环都是在矩形断面的适当部位上切除一部分金属而形成的。其工作原理是通过环的不对称截面产生扭曲。当把它们装入气缸后，环的断面能产生一些扭曲，这是因为环的断面是不对称的，产生的一个力矩使截面扭转，因此，扭曲环与气缸、活塞环槽之间的接触是线接触。密封性能得到改善，并且环的上下端面和环槽的间隙变小，也减轻了相互间的冲击。
环扭曲成碟形称为正扭曲环[图2.14（d）、（c）]，向下刮油作用较好，但含有少量机油进入环槽；
环扭曲成盖子形称反扭曲环[图2.14（a）、（b）]，当环下行时，可能引起窜油。近年来，将反扭曲环和锥面环相结合，而在反扭曲环的外圆工作面上做出锥度[图2.14（e）]，这样既能有效地向下刮油，又能防止机油流入环槽。
扭曲环的扭转角度一般为径向厚度上的扭曲量为环径向厚度的0.5～1.5% ，而扭曲的斜角为15ˊ～30ˊ。
但倒角环[图2.14（g）]和锥面环[图2.14（f）]的斜角度比较大，倒角环可达 10o～20o；锥面环为2.5o～5o。 2.3.2 油环开口形状
环的开口常用的有平口、阶梯形开口、斜开口三种形式。 气环开口形状 开口形状对漏气量有一定影响。
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（a） （b） （c）
图2.15 油环的开口形状
（1） 平口（直开口）(图a)工艺性好，但密封性差； （2）阶梯形开口(图b)密封性好，工艺性差； （3）斜开口(图c)的密封性和工艺性介于前两种之间。 2.3.3 油环
油环具有回油孔或等效结构，能从缸壁上刮下机油的活塞环。主要用来调节（或控制）气缸壁上润滑油并带有回油通道的活塞环。
图2.16 油环的刮油作用
油环又分外阶梯倒角环、鼻形环、开槽油环，弹簧胀圈油环、钢片组合环等。（见图1-7）
外阶梯倒角环 鼻形环 开槽油环 弹簧胀圈油环
图2.17 油环种类
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（a）、（b）钢片组合环 图2.18 油环种类
（1） 外阶梯倒角油环
广泛应用于大缸径发动机，作为向下刮油和布油环。 （2） 鼻形环
切台呈鼻形外切扭曲环。
作为中速发动机的向下刮油环。钩形切口保证了刮油边尖角的竖实性和不变形侧面接触宽度。
（3） 开槽油环
侧面平行，具有两个接触环岸，并有回油孔的油环。由于环岸狭窄，可得到高的比压是最常见的一种油环。它通过回油槽或油孔把刮油带一分为二，根据实际应用需要，通过控制刮油带的宽度，来改变油环表面接触压力和刮油效率。
（4） 弹簧胀圈油环
在油环背面加有各种形式的衬簧，称作弹簧胀圈油环，其结构型式很多。螺旋弹簧由方形或圆形截面的钢丝制作，环的接触压力通过弹簧扩胀作用而获得。
衬簧可以使环的压力增高，环压均匀和弹性稳定，从而使油膜均匀、磨损下降，机油消耗下降。
为了减小油环背面与螺旋胀圈接触表面的磨损，可以将衬簧与环背面设计成面接触并镀铬抗磨。该环广泛用于高速发动机。
（5） 钢带组合油环
钢带组合油环是一种较新的结构形式，在发动机上已得到广泛运用。
这种环有二种结构型式：组合式刮片和胀圈以及分离式刮片和胀圈。它与缸套变形有良好的适应性和较高的接触压力。主要优点：
A． 接触压力高，压力分布均匀，普通铸铁油环比压为0.15～0.3MPa，组合油环为1.0～1.5MPa；
B． 刮油能力好，有效防止窜油。由于钢片具有柔软性，各个刮片独立工作，能很好地适应气缸的不均匀磨损和活塞晃动及变形的影响，达到良好地密封；
C． 回油通路大。通路开口的比率：铸铁油环为10～15%，组合油环为30～50%，不但降低机油消耗，而且有效防止结胶积渣；
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