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1、,汽车发动机构造与维修,汽车教研室 任课教师：XXX,课题3 活塞连杆组的结构与维修,活塞连杆组主要由活塞、活塞环、连杆、活塞销等主要机件组成。 3.3.1 活塞的构造与维修 1.活塞的构造 （1） 活塞的功用 与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，承受气缸中气体的压力，并将此压力通过活塞销和连杆传给曲轴。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（2） 工作条件和材料 活塞的不同部分会受到交变的拉伸、压缩和弯曲载荷，并且由于活塞各部分的温度极不均匀，将在活塞内部产生一定的热应力。所以要求活塞应有足够的刚度和强度，质量尽可能的小，导热性好，要有足够的耐热、耐磨性，温度变化时，尺寸和形状的变化要小。 汽车发动
2、机广泛采用的是铝合金材料，有的柴油机上也采用高级铸铁或耐热钢制造。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（3） 活塞的结构 活塞的基本结构可分为顶部、头部、和裙部三个部 分。如图3-13所示。,图3-13 活塞的基本结构,课题3 活塞连杆组的结构与维修,1）活塞顶部 活塞顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞顶部多采用如图3-14所示的几种形式。,图3-14 活塞顶部形状 a）平顶；b）凸顶；c）凹顶；d）成形顶,2）活塞头部 活塞头部是最下边一道活塞环槽以上的部分，主要用来安装活塞环，以实现对气缸的密封，同时将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,课题3 活塞连杆组的结构与维修
3、,3）活塞裙部 自油环槽以下的部分称为活塞裙部，其作用是为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。 在常温下，活塞裙部截面形状呈椭圆形，如图3-13所示。活塞裙部直径上小下大。如图3-14所示。,图3-15 活塞裙部截面形状,图3-16常温下活塞裙部直径上小下大,课题3 活塞连杆组的结构与维修,有的活塞在裙部受侧压力小的一面，还开有横槽和 竖槽（如图3-15）。,图3-17 开槽活塞 1-膨胀槽 2-绝热槽,课题3 活塞连杆组的结构与维修,3.3.2活塞环的构造与维修 活塞环的构造 （1） 功用、工作条件和材料 活塞环按其功用可分为油环和气环两类。如图（图3-21）,图3-21 活塞环 a)气
4、环；b)油环,课题3 活塞连杆组的结构与维修,气环的功用是保证气缸壁与活塞之间的密封，防止气缸中的气体窜入曲轴箱；同时还将活塞头部的热量传给气缸，再由冷却水或空气带走。另外，还起到刮油布油的作用。油环的作用是将气缸壁上多余的机油刮回油底壳。并在气缸壁上均匀布油。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（2） 活塞环的间隙 发动机工作时，活塞及活塞环都会发生热膨胀。活塞环在气缸内应有开口间隙，与环槽间应有侧隙和背隙。 （图3-22）,图3-22 活塞环的间隙 1-活塞环工作状态；2-活塞环工作状态；3-工作面；4-内表面；5-活塞；6-活塞环；7-气缸；1-端隙；2-侧隙；3-背隙；d-内径；B-宽度
5、,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（3）活塞环的结构 1）气环 A.气环的密封机理 活塞环在自由状态下，其外圆直径略大于缸径，所以装入气缸后，气环就产生一定的弹力F1与缸壁压紧，形成所谓第一密封面。如图3-23所示。此外，窜入活塞环背隙的气体，将产生背压力F2 ，使环对缸壁进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,图3-23 活塞环的密封机理 1-第一密封面；2-第二密封面；3-背压力；4-活塞环自身弹力,课题3 活塞连杆组的结构与维修,B.活塞环的泵油作用 由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油作用。其原理是：活塞下行时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下来的润滑油窜入环槽的
6、下方，如图3-24a所示；当活塞上行时，环又靠在环槽的下方，同时将及油挤压到环槽上方，如图3-24b所示。,图3-24 活塞环的泵油作用 a)活塞下行；b)活塞上行,课题3 活塞连杆组的结构与维修,C.气环的断面形状 为了加强密封、加速磨合、减少泵油作用及改善润滑，除了合理选择材料及加工工艺外，在结构上还采用了许多不同断面形状的气环。主要有矩形环、锥形环、梯形环、桶面环和扭曲环。如图3-25所示。,图3-25气环的断面形状 a)矩形环；b)锥形环；c)梯形环；d)桶面环；e)扭曲环,课题3 活塞连杆组的结构与维修,2）油环 油环无论上行还是下行，都能将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流
7、回油底壳。目前汽车发动机上采用的油环有两种结构形式：整体式和组合式如图3-26所示。,图3-26油环 a)整体式； b)组合式 1-刮油钢片；2-轴向衬环；3-径向衬环,课题3 活塞连杆组的结构与维修,3.3.3 活塞销的构造和维修 1.活塞销的构造 活塞销的功用是连接活塞与连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆 。活塞销的内孔形状有圆柱形、两段截锥形及两段截锥与一段圆柱的组合形等。（如图3-29所示）。,图3-29 活塞销的内孔形状 a)圆柱形；b)两段截锥形；c)组合形,课题3 活塞连杆组的结构与维修,2.活塞销与活塞销座孔和连杆小头的连接方式。 （1）全浮式 活塞销能在连杆衬套和活塞销
8、座孔中自由转动，增大了实际接触面积，减小了磨损并使磨损均匀，（图3-30a）。 （2）半浮式 半浮式就是销与座孔或连杆小头两处，一处固定，一处浮动。如图3-30b所示。,图3-30 活塞销的连接方式 a)全浮式；b)半浮式 1连杆衬套；2活塞销；3连杆；4活塞销卡环；5紧固螺栓,课题3 活塞连杆组的结构与维修,3.活塞销座 位于活塞裙部的上部，加工有座孔，用以安装活塞销。 一般活塞销轴线位于活塞中心线的平面内，活塞越过上止点改变运动方向时，由于侧压力瞬时换向，使活塞与缸壁的接触面突然由一侧平移到另一侧（图3-16a）。有些发动机将活塞销座轴线向作功行程中受侧压力较大的一面偏移,图3-18活塞销
9、位置与活塞的换向过程 ）活塞销对称布置；b)活塞销偏移布置,课题3 活塞连杆组的结构与维修,3.3.4 连杆的构造与维修 连杆的构造 （1）连杆的作用、组成和材料 连杆的功用是将活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。连杆由连杆小头、连杆杆身和连杆大头（包括连杆盖）三部分组成，如图3-31所示。 （2）连杆的结构 连杆由小头、杆身和大头三部分组成。,图3-31 连杆组 1连杆衬套；2连杆小头； 3杆身；4连杆螺栓；5连杆大头；6连杆轴瓦； 7连杆盖；8轴瓦上的凸键；9凹槽,课题3 活塞连杆组的结构与维修,图3-32 连杆配对标记,课题3 活塞连杆组的结构与维修,连杆
10、盖与连杆大头的装配标记,课题3 活塞连杆组的结构与维修,柴油机的负荷较大，连杆的受力也大，连杆大头的尺寸往往超过气缸直径。为使连杆大头能通过气缸，便于拆装，一般都采用斜切口。斜切口的连杆常用的定位方法有止口定位、套筒定位、锯齿定位和定位销定位等。如图3-33所示。,图3-33 斜切口连杆大头的定位方式 a)锯齿定位 b)定位套定位 c)定位销定位 d)止口定位,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（3）连杆螺栓及其锁止 连杆螺栓是一个要承受很大冲击性载荷的重要零件，当其发生损坏时，将给发动机带来及其严重的后果。因此一般采用韧性较高的优质合金钢或优质碳素钢锻制或冷镦成型。 （4）连杆轴承 连杆轴承也
11、称连杆轴瓦(俗称小瓦)，装在连杆大头的孔内，用以保护连杆轴径及连杆大头孔。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,现代发动机所用的连杆轴承是由钢背和减磨层组成的分开式薄壁轴承（图3-34）。,图3-34 连杆轴承 1-缸背；2-油槽；3-定位凸键；4-减磨合金层,课题3 活塞连杆组的结构与维修,2、V型发动机的连杆布置形式 （1）并列连杆式 左右两列气缸的连杆一前一后装在同一连杆轴颈上。优点是连杆可以通用，两列气缸的活塞连杆组运动规律相同。缺点是两列气缸要在轴向错开一段距离，致使发动机的长度增加。曲轴的长度增加，刚度降低。 （2）主副连杆式 一列气缸采用主连杆，其大头直接安装在连杆轴颈的全长上，另一
12、列气缸的连杆为副连杆，其大头与对应的主连杆大头上的两个凸耳作铰链连接。优点：不会增加发动机的长度，缺点是主副连杆不能互换。 （3）叉形连杆式 一个连杆的大头做成叉形，跨于另一个连杆的厚度较小的片形大头两端。优点是：两列气缸中的活塞连杆组的运动规律相同；左右对应的两气缸轴心线不需要在曲轴轴向上错位。缺点是叉形连杆大头结构和制造较复杂，大头的刚度也不高。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,图3-35 V形发动机连杆的布置形式 a）并列连杆式 b）主副连杆式 c）叉形连接式,a) b) c),课题3 活塞连杆组的结构与维修,2活塞的维修 （1） 活塞的正常耗损 活塞的磨损主要是活塞环槽的磨损、活塞裙部
13、的磨损和活塞销座孔的磨损等。 活塞头部的磨损很小，是由于活塞头部在工作中由于活塞裙部的导向和活塞环的支承作用，与气缸壁极少接触的缘故。 活塞环槽的磨损较大，以第一道环槽的磨损最为严重，各环槽由上而下逐渐减轻。其原因是由于燃烧室高压燃气作用及活塞高速往复运动，使活塞环对环槽的冲击增大。 活塞裙部的磨损较小。通常只在侧压力较大的右侧发生轻微的磨损和擦伤。 活塞销座孔的磨损，工作时活塞受气体压力和往复惯性力的作用，使活塞销座孔产生上下方向较大而水平方向较小的椭圆形磨损。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（2） 活塞的异常损坏 活塞的异常损坏主要是活塞刮伤、顶部烧蚀和脱顶等。 活塞刮伤主要是由于活塞与
14、气缸壁的配合间隙过小，使润滑条件变差，以及气缸内壁严重不清洁，有较多和较大的机械杂质进入摩擦表面而引起的。 活塞顶的烧蚀则是发动机长期超负荷或爆燃条件下工作的结果。 活塞脱顶，其原因是活塞环的开口间隙过小或活塞环与环槽底无背隙，当发动机连续在高温、高负荷下工作时，活塞环开口间隙被顶死，与缸壁之间发生粘卡；而活塞裙部受到连杆的拖动，使活塞在头部与裙部之间拉断。 活塞敲缸和活塞销松旷未能及时排除，也有可能造成活塞的异常损坏。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（3） 活塞的检测 1）活塞裙部尺寸的检测。镗缸时，要根据选配活塞的裙部直径确定镗削量，因此要对磨损后的活塞进行测量。活塞裙部直径的测量方法如
15、图3-17所示。是在活塞下部离裙部底边约15mm、与活塞销垂直方向用千分尺测量活塞裙部直径。 2）配缸间隙的检测 活塞与气缸壁之间的间隙称为配缸间隙，此间隙的大小直接影响发动机的动力性和经济性，因此配缸间隙必须符合标准。检测时可用量缸表测量气缸的直径，用外径千分尺测量活塞的直径，两者之差即为配缸间隙。也可将活塞放入气缸中，用塞尺测量其间隙值，如图3-18所示。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,图3-19 活塞裙部直径的测量 图3-20 配缸间隙的检测,课题3 活塞连杆组的结构与维修,（4） 活塞的选配 当气缸的磨损超过规定值及活塞发生异常损坏时，必须对气缸进行修复，并且要根据气缸的修理尺寸选配
16、活塞。选配活塞时要注意以下几点： 1）按气缸的修理尺寸选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。 2）活塞是成套选配的，同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞，以保证其材料和性能的一致性。 3）在选配的成组活塞中，其尺寸差一般为0.01mm0.15mm，质量差为48g，销座孔的涂色标记应相同。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,2. 活塞环的维修 （1） 活塞环的耗损 活塞环的耗损主要是活塞环的磨损、弹性减弱和折断等。 （2） 活塞环的选配 活塞环选配时，以气缸的修理尺寸为依据，同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环。 对活塞环的要求是：与气缸、活塞的修理尺寸一致；具有规定的弹力以保证气缸的密封性；环的漏光度、端隙、侧和背隙应符合原厂设计规定。,课题3 活塞连杆组的结构与维修,1）活塞环的弹力检验 活塞环的弹力是指活塞环端隙为零时作用在活塞环上的径向力。 2）活塞环的漏光度检验 活塞环的漏光度检验的主要目的是检测环的外圆表面与缸壁
