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1、2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞产品知识 ALBAMA,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工作原理和作用,原理： 四冲程发动机包括：进气-压缩-燃烧-排气这四个过程，而在这些过程中，活塞顶部气压的不断地循环改变，从而导致活塞的上下来回运动。这样内燃机燃料的热能就转化成为活塞的上下运动的动能，而活塞就是充当这种转化的介质。 作用： 1.组成燃烧室，承受燃气作用力，并把它传给连杆。 2.密封气缸，防止燃气泄漏及润滑油窜入燃烧室。 3.将热量传给气缸壁。 4.将连杆的侧压力传给气缸壁（图）,2009-2-20,ALBAMA
2、 ENGINE PARTS CO.,构造： 活塞顶部 Piston Roof 活塞头部 Piston Head 活塞裙部 Skirt,活塞的结构设计,Piston,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,活塞顶部平面： 气门凹坑 valve relief（图） 主要是为气门提供足够空间，使进排气顺畅，同时节省空间。 （图）,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,平顶活塞顶部(Flat head)是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽
3、油机上，柴油机很少采用。图,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,凹顶活塞顶部(Cup head)呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 多用于柴油机。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,球形顶（Home head）凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机（摩托车）常采用圆顶活塞。,凸顶活塞(Hump head）,异型顶（Contour head）,2009-2-20,ALBAM
4、A ENGINE PARTS CO.,活塞头部 Piston Head,活塞头部指活塞第一道油环槽(groove）下侧边至顶面的部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。,柴油机压缩比比汽油机压缩比高（具体），一般有四道环槽，上部三道安装气环(Compression ring)，下部安装油环。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部的作用 Functions,安装活塞环 密封作用 ：与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内 传热作用：将(7080)%的热量通过活塞环传给气缸壁,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PA
5、RTS CO.,活塞头部 Piston Head,设计要点是（加顶部的） 1.具有足够的机械强度和刚度。 2.保证工作温度不过高，温差少。 3.尺寸尽可能紧凑，以减少活塞的重量。 （图）,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部结构,汽油机一般有三道环槽， 第一道环槽工作条件最恶劣，一般离顶部较远些。其中有两道气环槽和一道油环槽， 在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部第一道环槽设计,环槽磨损对活塞的使用性能影响极大（列出），为了延长活
6、塞的寿命，要特别注意提高第一环槽的耐磨性。 镶耐磨圈就是在第一道环槽处（有时包括第二环槽）铸入一个耐磨奥氏体高镍铸铁圈（图） 耐磨原理 粘结率85%上 为了解决解决活塞头部裂纹。 1.在燃烧室喉口注入耐热护圈（图p27） 2.在第一环槽上方车隔热槽，使部分热负荷分流。（图）,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞裙部 Skirt,裙部为 活塞从第一道油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔(pin hole)； 活塞销座孔加工精度很高？，制作较厚； 卡环 (Circlip)：有些没有销座孔近外端面处有卡环槽，限制活塞销轴向窜动,2009-2-2
7、0,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部形状,(1)预先做成椭圆形 Oval Shape 如果活塞冷态时裙部为椭圆形，由于热胀冷缩作用，工作时活塞厚端膨胀较多，薄端较少，就会有椭圆形变成一个圆，使活塞与气缸之间圆周间隙相等，发动机就正常工作了。 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。 裙部的椭圆度一般为0.3-0.5mm,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt,(2)锥形，阶梯形活塞 Taper & Ladder Shape 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部
8、大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形而做成.,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt (3),（3）裙部开槽（用于汽油机） 横向隔热槽(Horizontal Slot)：减小活塞裙部的受热量； 纵向膨胀槽(Vertical Slot)：补偿裙部受热后的变形量。 纵槽圆孔：防止槽端延伸破裂 槽的形状有“T”形或“”形槽等,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt (4),（4）裙部开孔 ，裙部不受侧力部分切除 减轻重量 减小惯性力 减小销座附近的热变形量 (5) 裙部外表面下陷： 0.5
9、-1.0mm 配合间隙 拖板式（Slipper）结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，适用于高速汽油发动机。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞表面处理技术,1.裙部镀锡（提高活塞与缸套的磨合性方法厚度）照片 2.裙部涂石墨（有印刷和喷涂两种。初期磨合中减少磨损及拉缸的危险） 3.裙部涂二硫化钼（MOS2）（改善磨合，减少拉缸） 4.电镀硬铁（有效解决冷起动及提高寿命） 5.活塞顶面阳极氧化（提高顶部的耐热性） 6.顶部喷涂陶瓷（与活塞顶面阳极氧化相同，隔热降温效果更好） 7.顶部镀铬（耐热，减少吸热） （图）,2009-2-20,ALBAMA
10、 ENGINE PARTS CO.,常用术语,环岸：指活塞环槽二侧外圆表面。图片 火力岸：指活塞顶面至第一道环槽上侧边的一部分外圆表面。 头部：指活塞第一道油环槽下侧边至顶面的一部分。 裙部：指活塞第一道油环槽下侧边至活塞底面面的一部分。 压缩高：指活塞顶面到销孔中心的距离。 配缸间隙：冷态下活塞裙部最大外圆直径与缸套内径的配合间隙 趾口：裙部底面内腔凹台，是用于加工测量定位的。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞材料及成形工艺 Material & Founding,材料：铝合金 Aluminium Alloy; （高级铸铁； 耐热钢） 密度小；热膨胀系
11、数小；耐磨性好；易散热；好加工等符合各种特性的材料 成形方法： （1）铸造(Casting)：强度下降小，成本低；容易出现气孔、缩松； （2）锻造(Forging)：强度高，导热性好，成本高，用于强化发动机； （3）液态模锻：兼有前两者特点，切削少，利用率高，消除铸造缺陷，提高毛坯质量,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工作条件 Working Conditions & Requirements,活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。 受热严重，散热条件很差，工作时温度很高，顶部高达600700K，温度分布很不均匀； 顶部承受气体压力很大，作功行程
12、压力最大，汽油机高达35MPa，柴油机高达69MPa； 高速(812m/s)往复运动，且速度在不断地变化； 产生变形并加速磨损，同时受到燃气的化学腐蚀作用。 活塞性能要求 要有足够的刚度和强度，传力可靠； 导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损； 质量小，重量轻，尽可能减小往复惯性力。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology (1),镶恒范钢片 Invar Insert 减小铝合金活塞裙部的热膨胀量 恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10 镶铸筒形钢片（柴油机） 镶复式钢片,2009-2-20,ALBAMA
13、ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology (2),镶防胀钢圈 Piston Insert 特点：膨胀系数低，减少热膨胀; 降低磨损，延长寿命。 材料（膨胀系数与铝合金相近）： 镍奥氏体铸铁 高锰奥氏铸铁,一道钢圈 Top ring insert 二道钢圈 Top & 2nd ring insert 耐热钢圈 Heat resistant insert,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology (3),冷油道 Oil Cooling Gallery 第一环槽的环形冷却油道使环槽温度下降了50左右。 工艺： 用工业盐
14、作模，成功率不高 冷油道与钢圈一起铸造，工艺难,油冷活塞 振荡冷却 喷油冷却,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞试验考核方法,性能试验 机油消耗量测试 活塞漏气试验 活塞防拉缸试验,可靠性试验 全速全负荷和超速超负荷可靠性试验 热冲击试验,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞技术标准和检验方法,技术标准在国内有两种： 1）国标：GB114882内燃机铝活塞技术条件和GB350883内燃机铸造活塞晶相检验标准 2）工业部部标：JB3931_85 汽车，摩托车铸造铝活塞技术条件和JB393285汽车，摩托车铸造铝活塞晶相表准 标准包括： 1.材料常温抗拉强度（经热处理后） 2.活塞硬度 3.活塞直径尺寸的热稳定性 4.活塞的晶相组织 5.铸造表面缺陷 6.加工表面缺陷 7.加工表面粗糙度 8.活塞裙部圆周壁厚差应符合一定地标准,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,THE END,
