一、密封原理
活塞环是利用阻塞和节流作用工作的自紧式接触型动密封。
金属活塞环利用合金铸铁制造，有很好伪耐压和耐温性能。在各种活塞式压缩机及活塞式发动机中，有着广泛的用途，是一类量大面广的通用基础零件。
柴油机采用喷钼桶形活塞环组，可承受11Mpa压差，在15m/s的往复速度条件下正常工作。汽油机采用镀镙梯形活塞环组，可承受5Mpa压差，工作速度可达12m/s。氨氢气压缩机采用铸铁矩形活塞环组，承受压差高达20Mpa，工作速度为4m／s。
活塞环是一种弹力开口环。自由状态时，它的外直径大于气缸孔径。装进气缸后，由于材料自身的弹力，对气缸壁产生预紧贴合力。在工作时，由于介质压力的自紧作用，使活塞环进一步贴合汽缸壁，建立密封状态。
二、结构类型
活塞环多为整体结构，除整体环结构之外，还有镶嵌式活塞环、叠片式活塞环和组合式活塞环等其它特殊结构。镶嵌式活塞环是在铸铁环上镶嵌聚四氟乙烯、音铜、轴承合金条，提高磨合性，防止气缸拉毛。叠片式活塞环是用3—4块镇片(片厚1—1．5mm)叠合成一个活塞环，也具有良好的磨合性能，用于微型高速压缩机中。组合式活塞环的结构更加复杂，用于超高压压缩机中。
活塞环有一个切口。切口有宣口和45°斜口两种。
活塞环截面形状，最基本的是矩形环。锥形环 (斜角 )及桶形环有利于形成润治油楔，提高耐席性。扭曲环在工作受热时，不对称的截面产生扭曲热变形，形成与锥形环相似的润滑油楔，增强耐磨性。梯形环对气缸的积炭现象不敏感，常用作发动机的靠近燃气阅的一道活塞环(梯形锥角2α=15°)。
活塞环经常是成组地安装使用。介质压力越高，使用的环数越多。在单作用气缸中，往往来用刮油环作为辅助密封。列油环可以控制润滑油膜厚度，把油膜涂布均匀，避免润滑油和污物窜入气缸。副油环应该安装在活塞环组的大气阅。简单的刮油环是单唇的。复杂而常用的刮油环是双唇的。
三、计算
1．活塞环数
压缩机用活塞环数z主要取决于介质压差，可用下述经验式选定：
上述计算值应根据实际情况增减。对高速压缩机和高压压缩机，环数可比计算值少些；对易泄漏气体压缩机，则可多些。对柴油和汽油发动机，通常采用2—3道活塞环。
2．主要尺寸确定
活塞环的主要尺寸包括径向厚度t、轴向高度h、开口热间隙δ、开口自由度A等。
（1）活塞环的径向厚度t
活塞环的径向厚度t（m）用下式确定：
式中 D为活塞环外径，单位为m。
对大直径活塞环，t取小值。对小直径活塞环，t取大值。
(2)活塞环的轴向高度h
活塞环的轴向南度h (m)由下式确定：
h＝(0．4—1．4)t
对大直径活塞环，h取小值，对小直径及承受压差大的环，h取大值。
(3)活塞环的开口热间隙δ
活塞环的开口热间隙δ(m)用下式确定：
δ=απD（t2-t1）
式中 α——材料的线膨胀系数，1／℃；
t2——沿塞外工作温度，较气缸排气温度为近似值，
t1——活塞环装入气缸后停车状态的温度，以室温为近似值，℃。
(4)活塞环的开口自由度A
活塞环的开口自由度A（m）由下式确定：
式中 t——活塞环的径向厚度，m；
D——活塞环外径，m；
pt——活塞环弹力产生的预紧贴合比压，可按下列数值选定：
当D＞150mm时，pt＝0．38～1
当D＝50～150mm时，pt＝1～1.4
对刮油环，pt =0．3～0．5；
E——材料的弹性模量，Pa：
对灰铸铁，取E＝(0．95～1．05)×106；
对合金铸铁，取E＝(0．90～1．4106；
对球墨铸铁，取E＝(1.5～1．65)×106；
对青铜，取E＝(0．85～0．95)×106；
对于不锈钢，取E＝2.1×106。
3．灾力核算：
(1) 工作应力核算
活塞环工作应力σ1是指活塞环装入汽缸后，在环外缘处产生的弯曲应力。其值为：
应力核算的目的是要使σ1满足下式，即
σ1≤[σ1]
式中[σ1]为活塞环的许用弯曲应力，对于灰铸铁，[σ1]=150～250Mpa；对于合金铸铁，[σ1]=250～350 Mpa。
（2）装配应力核算
活塞环在装配时，先张开，沿活塞表面滑动，再落入活塞环槽中。活塞环张开过程中，环内缘要收到弯曲，这个弯曲应力，即是活塞环的装配应力σ2（Pa），由下式确定：
式中 s——切口间隙宽度，m；
E——材料的弹性模量，m；
D——活塞环外径，m；
t——活塞环外径向厚度，m；
A——活塞环开后自由度，m。
要使活塞环准确装入活塞环槽内，必须满足下式：
σ2≤[σ2]
式中[σ2]为活塞环材料的许用装配弯曲应力，其值可以取
[σ2]=（1～1.5）[σ1]
活塞环与汽缸壁间的摩擦力用下式确定：
式中μ——环与缸壁摩擦系数，μ=0.1～0.15；
P——环承受的压差，Pa；
Pt——活塞环弹力产生的预紧贴合比压，Pa。
求出值后，可以求得活塞环的摩擦功耗值。
4．径向弹力的测定
对于已有的活塞环，可以测定其径向弹力。根据径向弹力测定值，可以核算环的预紧贴合比压Pt及材料的弹性模量E。
若用钢带将活塞环围绕一周，使环的开口值达到开口热间隙δ值时，用弹簧秤测得的弹力为开口切向弹力F1。若在直径部位加力，使环开口值达到热间隙δ值时，测得的弹力为直径径向弹力F2。若在直径部位加力，使环外径等于汽缸内径时，测得的弹力为直径径向弹力F3。由F1、F2或F3均可求得活塞环的预紧贴合比压Pt。
根据径向弹力F2，可用下式求得换材料的弹性模量E（Pa）：
以上四式中各符号意义同签署第2小节“主要尺寸确定”的符号意义。
四、材质及技术要求
1．材质
活塞环通常采用灰铸铁制造。直径较小的活塞环用灰铸铁HT25—47或HT30—54，直径较大的活塞环用灰铸铁HT20—40或叮25—47。要求严格的活塞环，例如发动机活塞环高压高速压缩执活塞环，则用合金铸铁制造，包括锐铸铁、铬铸铁、铜铸铁等。
对铸铁的金相组织，要求为纫片状殊光体，并均勾分布石墨片状润滑点和网状磷化物共晶体等项质抗磨点。不允许有游离渗碳体窖穿。要求活塞环的硬度比气缸壁硬度高出10一15％。对铰小直径活塞环的表面硬度，要求为HRB91—107；大直径活塞环表面硬度为HRB89—102。
2.技术要求
活塞环的弹力允差在±20%范围内。
环翘曲度不大于0.04～0.07mm，直径小者应取小值。
环的不圆度不大于0.03～0.08mm，直径小者应取小值。环用量规作漏光检查，在整个外圆周上漏光点不多于2点，每点弧长不超过25°，总长不超过45°。
活塞环外径按j7或js7级公差加工。环轴向高度按C8级公差加工。
活塞环各个密封面表面粗糙度为。
活塞环外圆棱角可倒圆角R0.1～0.5，内圆棱角可倒圆角（0.5～1.5）×45°，直径小者应取小值。环不得有各种铸造缺陷和损伤。
