單件小批大型活塞環(huán)(漲圈)粗加工尺寸的確定

1、單件小批大型活塞環(huán)（漲圈）粗加工尺寸的確定季泉生 李翀 摘要：利用極坐標(biāo)微分方程、彈性力學(xué)曲桿撓曲變形計(jì)算大型活塞環(huán)加工的有關(guān)尺寸。傳統(tǒng)的計(jì)算方法有錯(cuò)誤，由此解決了生產(chǎn)中出現(xiàn)大量廢品的生產(chǎn)關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：大型活塞環(huán)加工，極坐標(biāo)微分方程，撓曲變形 Determination of the mini-batch piston rings rough sizeJi Quansheng Li ChongJinan （1：Iron & Steel Group Corporation 250101；:2：Beijing forestry university ,the college of tech

2、nology 100083）Abstract: Use polar differential equation and the elastic deformation curved lever round to get the relevant sizes of large rings processing. The traditional calculation method is wrong, thus solving the production key of large quantitative waste product.Key words: Large piston rings p

3、rocessing polar differential equation curve deformation 1概述活塞環(huán)（漲圈）廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。其制作除內(nèi)燃機(jī)、柴油機(jī)有專門方法外，對(duì)單件小批大型活塞環(huán)（漲圈），一般的方法是采用筒形鑄坯。第一次加工（粗加工）成環(huán)形斷面，切成單體開口合并，再在壓縮狀態(tài)下進(jìn)行第二次加工（精加工），顯然粗加工尺寸將會(huì)影響開口合并后環(huán)的內(nèi)應(yīng)力，因此粗加工尺寸之確定成為問題的關(guān)鍵。原蘇聯(lián)教科書和傳統(tǒng)的方法都是按圓環(huán)開口合并后仍按圓形考慮，其直徑的減少量為，按此公式計(jì)算，精加工的余量留得過大開口合并后造成彎曲折斷，若留得過小，則開口合并后精加工有一部分加工余量

4、不夠，不能保證整圓度，活塞環(huán)裝進(jìn)汽缸后不能保證氣密性、相同徑向力和受相同徑向力磨損均勻等工作條件，故造成大量活塞環(huán)廢品。采用下列公式計(jì)算后就解決了大量廢品的問題。通過工作實(shí)踐和理論探討，初步得出如下計(jì)算公式：其中： 需指出的是，開口合并時(shí)，要在開口兩端加切向力（盡量靠近開口兩端的近似切向力），或用鋼帶一齊收緊。2應(yīng)用取例現(xiàn)就某工廠高爐泥炮機(jī)活塞環(huán)M415（400kg空氣錘）垂頭活塞環(huán)為例說明：1：泥炮機(jī)活塞環(huán)尺寸如圖1所示：圖1 泥炮機(jī)活塞環(huán)經(jīng)合并后，內(nèi)孔尺寸如圖2（粗加工后）根據(jù)上述公式得：mmmmmmmm根據(jù)實(shí)測(cè)得：mmmm圖2 泥炮機(jī)活塞環(huán)開口合并后內(nèi)孔圖（粗加工后）誤差：長軸變化誤差為

5、：短軸變化誤差為：2：錘頭活塞環(huán)尺寸（如圖3所示）：圖3 空氣錘活塞環(huán)合并后，內(nèi)孔尺寸如圖4（粗加工后）。根據(jù)公式得： 根據(jù)實(shí)測(cè)得：誤差：長軸變化誤差為：短軸變化誤差為：另外將泥炮機(jī)活塞環(huán)做自由狀態(tài)開口31.5的試驗(yàn)：根據(jù)公式計(jì)算：圖4 空氣錘活塞環(huán)開口合并后內(nèi)孔圖（粗加工后）長軸變化y=6.58,短軸變化x=11.75實(shí)測(cè)：誤差：長軸變化誤差6.5-6.58=-0.08短軸變化誤差12.5-11.75=0.75由上述實(shí)例，證實(shí)了公式的精確程度，其誤差出現(xiàn)的原因?qū)⒃谙旅嬲f明。3公式的推導(dǎo)活塞環(huán)根據(jù)工作情況，考慮到開口處喪失彈性，工作條件惡劣，需較高的徑向壓力，即形成所謂的梨形曲線分布。但對(duì)一般

6、用途的活塞環(huán)，認(rèn)為只需滿足裝入汽缸后成圓形（整圓度）和受均勻壓力（氣密性，磨損均勻）即可。根據(jù)推導(dǎo)：開口圓環(huán)受均勻壓力p與單在開口處受切向力P可產(chǎn)生相等的彎矩，只需滿足會(huì)產(chǎn)生相同的變形效果。圖5 活塞環(huán)受力圖（一） 圖6 活塞環(huán)受力圖（二）由圖5圖6可知，活塞所受彎矩為：上述推導(dǎo)的目的在于開口加力合并的變形只需要簡單切向力P來計(jì)算即可。利用曲桿撓曲變形微分方程推導(dǎo)公式：由材料力學(xué)得曲桿彎矩：圖7 活塞環(huán)受力變形圖 ？彎曲應(yīng)力？數(shù)學(xué)符號(hào)小增量E彈性模量S斷面靜矩y縱軸坐標(biāo)T切向上加的力F斷面積“”rr"式中uR與r之差，即徑向位移。 為方便清楚起見，把變形后的曲線上移（即變形后的曲線的

7、對(duì)稱中心與原來圓心重合），設(shè)完全徑向位移為，根據(jù)下圖不難看出：圖8 活塞環(huán)受力變形圖上移圖力P的確定：根據(jù)材料力學(xué)可知，曲桿彎曲變形能： 設(shè)為自由開口與壓縮開口之差，即切口處切向變形量，利用卡斯齊梁諾法： 4誤差分析1.測(cè)量不夠準(zhǔn)確，由于變形后非圓形，不易找準(zhǔn)長、短軸位置。2所加的力并非真正的切向力，而是開口兩端夾持后使其合并的近似切線方向力。3.公式的推導(dǎo)過程中，有某些忽略和近似，特別是開口端位移和力P的推導(dǎo)而非切向力， 4.公式之推導(dǎo)都是屬于材料在彈性極限之內(nèi)服從虎克定律，而一般活塞環(huán)使用高級(jí)鑄鐵（或合金鑄鐵），其應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有明顯的直線部分，不完全服從虎克定律，但是相差不大，合并放松后

8、，多少還留有殘留變形。5幾個(gè)問題的提出和討論1.并合（合并）加力時(shí)，一定要設(shè)法加切向力，除夾子夾住開口兩端加力外，也可用鋼帶或鋼繩包住外圓，一齊收緊并合，否則如隨便加力（如在中部加力），則開口端距加力處段未受彎矩，曲率未有變化，精加工后，該處將不能產(chǎn)生對(duì)壁的壓力，不利于氣密性，同時(shí)加力部位不同，并合變形后，長短軸的變化也與加切向力的不同。2.關(guān)于開口處斷面的轉(zhuǎn)角問題：因?yàn)榭紤]不當(dāng)，很可能形成并合后外圓處接觸，內(nèi)孔處敞開，或內(nèi)孔處接觸，外圓處敞口，對(duì)此做如下推導(dǎo)：由馬爾-馬克斯維爾法：圖9 活塞環(huán)受力變形開口端轉(zhuǎn)角圖由于左右，較R比甚小，上式可近似化為：6結(jié)束語原來按傳統(tǒng)的方法加工造成大量廢品，經(jīng)研究分析推到兩個(gè)新的計(jì)算公式，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，正確有效，由此解決了生產(chǎn)中出現(xiàn)大量廢品的關(guān)鍵因素。參考文獻(xiàn)1