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1、2.2 活塞连杆组拆装与调整,垦利职业中专 崔朝训 2015年2月,主要内容：,1.活塞2.活塞环3.活塞销4.连杆组,认识活塞连杆组,1、活塞连杆组的组成,活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承、连杆螺栓、连杆衬套等组成。,2、活塞连杆组的功用,（1）将燃料燃烧的热能转化为机械能。（2）将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。（3）将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩。,一、活塞,1、活塞的功用,（1）与气缸、气缸盖组成燃烧室。（2）承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。,2、活塞的工作条件,高温、高压、高速、散热条件差、惯性力大。,3、对活塞的要求,（1）刚度和强
2、度应足够大，传力可靠。（2）导热性能好，耐高压、高温、磨损。（3）质量较小，尽可能减少往复惯性力。,4、活塞的材料,（1）铝合金质量小，强度大，导热性好。（2）灰铸铁承压能力强。少数高强度柴油机采用。,注意点：,现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。,5、活塞的结构,（1）活塞顶部,位置第一道活塞环槽以上部分。功用燃烧室的组成部分，承受气体压力。,汽油机活塞顶部的形状,柴油机活塞顶部的形状,（2）活塞头部（防漏部）,位置第一道活塞环槽与活塞销孔之间的部分， 即活塞环槽部分。功用承受气体压力，安装活塞环，传热。,活塞头部,（3）活塞裙
3、部,位置油环环槽以下部分。功用导向，承受侧压力。,活塞裙部,活塞裙部的类型,6、活塞的变形,变形原因热膨胀、侧压力和气体压力。,变形规律：（1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁。（2） 活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄。（3） 裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,活塞的变形,活塞裙部的变形,为补偿或限制活塞的变形，可采用如下工艺措施：,（1）活塞裙部椭圆形,（2）“上小下大”活塞,（3）活塞销座处凹陷,（4）双金属活塞,在活塞裙部或销座内嵌铸入
4、钢片，以减少裙部的膨胀量。在活塞销座处镶铸恒范钢片的活塞称恒范活塞。由于恒范活塞在销座处只靠恒范钢片与活塞裙相连且恒范钢的热膨胀系数只有铝合金的1/10左右，因此当温度升高时，在恒范钢片的牵制下，裙部在活塞销孔轴线方向的热膨胀量很小。若将普通碳素钢片铸在销座处的铝合金层内侧形成双金属壁，则由于两种金属的热膨胀系数不同，当温度升高时双金属壁发生弯曲，而钢片两端的距离基本不变，从而限制了裙部的热膨胀量。因为这种控制热膨胀的作用随温度升高而增大，所以称这种活塞为自动热补偿活塞。,1）恒范钢片式,活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部
5、膨胀量大为减少。,2）自动调节式,膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。,3）筒形钢片式,浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。 镶筒形钢片活塞 镶嵌纤维增强合金圆环的铝活塞,（5）开槽活塞,裙部开绝热-膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。,（6）拖板活塞,在保证裙部有足够承压面积的条件下，将不承受侧向力一侧的裙部部分地去掉。,7、活塞的冷却,（1）自由喷射冷却法从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷
6、油嘴向活塞顶内壁喷射机油。（2）振荡冷却法从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。（3）强制冷却法在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增压发动机所采用。,活塞的冷却,8、活塞的表面处理,（1）活塞顶进行硬模阳极氧化处理（2）活塞裙部镀锡或镀锌（3）在活塞裙部涂覆石墨,二、活塞环,1、活塞环的类型,2、活塞环的功用,（1）气环的功用密封，传热。（2）油环的功用布油润滑，辅助密封。,3、活塞环的工作条件,高温、高压、高速、润滑条件极差。活塞环的平均寿命6万公里。,4、对活塞环的要求,良好的耐磨
7、性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹性和足够的机械强度。5、活塞环材料目前广泛应用的活塞环材料有优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢带等。,（一）气环,1、气环的功用（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳。（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁。（3）辅助刮油、布油。,2、活塞环的间隙,1-气缸；2-活塞环；3-活塞； 1-开口间隙；2-侧隙；3-背隙,活塞环的三个间隙：,（1）端隙1又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm-0.50mm；（2）侧隙2又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为0.04mm-0.10mm；其它气环一般为0.03mm-0.0
8、7mm。油环一般侧隙较小，一般为0.025mm-0.07mm；（3）背隙3是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。一般为0.5mm-1mm。,3、气环的密封原理,活塞环密封面的形成：,（1）第一密封面的建立活塞环在自由状态下，活塞环外径气缸直径，活塞环装入后在其弹力P0作用下与气缸壁压紧，形成第一密封面。（2）第二密封面的建立活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。（3）气环的第二次密封窜入背隙和侧隙的气体，使活塞环对气缸壁和活塞环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,气环的密封
9、原理,4、气环的气环开口形状,（1）直开口工艺性好，但密封性差。（2）阶梯形开口密封性好，工艺性差。（3）斜开口密封性和工艺性介于前两种开口之间，斜角一般为30或45。,5、气环的断面形状,（1）矩形环,特点：结构简单，散热好，磨合性差，但易产生“泵油”作用。应用：应用最广。,（2）锥形环,特点：密封性好，磨合性好，上行有“布油”作用，下行有“刮油”作用，传热性差。应用：锥面环传热性差，所以不用作第一道气环，常装到第二、三道环槽上。安装：安装时锥角应朝下。由于锥角很小，一般不易识别，为避免装错，在环的上侧面标有向上的记号。,（3）扭曲环,特点：具有锥形环的特点，减小了泵油作用，作功行程散热良好
10、。应用安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。,扭曲环工作示意图,（4）梯形环,特点：抗粘结性好。应用：多用于热负荷较大柴油机的第一道气环。,（5）桶面环,特点：密封性好，磨合性好，“刮油”效果好。,（6）开槽环,开槽环在外圆面上加工出环形槽，在槽内填充能吸附机油的多孔性氧化铁，有利于润滑、磨合和密封。,（7）顶岸环,顶岸环断面为“L”形。因为顶岸环距活塞顶面近，作功行程时，燃气压力能迅速作用于环的上侧面和内圆面，使环的下侧面与环槽的下侧面、外圆面与气缸壁面贴紧，有利于密封。,各种断面形状气环的优缺点分析,6、气环的泵油作用,气环的泵油原理,气环的泵油作用是有害的,活
11、塞环的“泵油”危害：,（1）增加了润滑油的消耗。（2）火花塞沾油不跳火。（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏。（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性。（5）加剧了气缸的磨损。,措施：,（1）采用扭曲环。（2）采用组合式油环。（3）油环下设减压腔。,（二）油环,1、油环的功用,（1）布油润滑：将机油均匀地刮配到气缸壁上（2）刮油：将多余的机油刮下，回流到油底壳。（3）辅助密封：辅助密封气体。,各种结构的油环,2、油环的种类,结构简单，易加工，成本低,与气缸壁接触压力高，适应性好，刮油效果强，但成本高,（1） 整体式油环,又称普通油环，其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。 特点：结
12、构简单，安装方便，刮油能力较差，密封性较差。应用：应用逐渐减少，将被组合式油环逐步取代。,（2）组合式油环,由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。特点：1）密封好。2）无侧隙，无窜油。3）刮油能力强。4）适应性好。5）回油能力强。应用：应用广泛。 1-钢片；2-衬簧；3-径向衬簧； 4-轴向衬簧；5-活塞,3、油环的结构型式,槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式3种,4、油环的断面形状,常见的油环断面形状有切槽断面、倒角断面、组合断面、螺旋衬簧断面几种形式。,5、油环的刮油作用,油环的刮油作用是有利的。,三、活塞销,1、活塞销功用,连接活塞和连杆，把活塞所受的力传给连杆。,2、活塞销工作条件,
13、（1）承受大小和方向都不断变化的冲击性载荷。（2）润滑条件差。（3）工作温度高。3、对活塞销的要求强度高、刚度大、韧性强、耐磨性高、重量轻。,4、活塞销材料,低碳钢或低合金钢，表面渗碳或渗氮处理。,5、活塞销结构厚壁空心圆柱体,活塞销的内孔形状,6、活塞销连接方式,活塞销连接方式比较：,（1）全浮式发动机在正常工作温度下工作时，活塞销与活塞销座孔、活塞销与连杆小头都是间隙配合，活塞销处于“浮动”状态，可以自由转动。注意点：为防止活塞销轴向窜动，活塞销用卡环进行轴向定位。装配方法：活塞销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。采用热装法装配，将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将活塞销装入。（
14、2）半浮式发动机在正常工作温度下工作时，活塞销固定在连杆小头中或活塞销固定在活塞销座孔中（一般固定连杆小头），活塞销一处固定，一处浮动，处于“半浮动”状态。注意点：活塞销不需要轴向定位。装配方法：加热连杆小头后，将活塞销装入，冷态时为过盈配合。,7、活塞销偏置,四、连杆组,连杆与活塞销、活塞间的连接关系,1、连杆组的功用,（1）将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。（2）将活塞承受的力传给曲轴。,2、连杆组的工作条件,承受复杂的交变应力。3、对连杆组的要求足够的强度、刚度和韧性，质量尽量要小。,4、连杆组的组成,由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等组成。,（一）连杆体与连杆盖,1、组成构造,
15、2、连杆的材料,合金调质钢、锻造镁合金、稀土镁球铁。,3、连杆的结构特点,（1）连杆小头的结构特点短圆筒形，内压减摩的连杆小头衬套。,（2）连杆杆身结构特点,连杆杆身做成“工”字形断面。,（3）连杆大头的结构特点,连杆大头一般做成剖分式，连杆体与连杆盖组合镗孔，内装连杆轴承。,4、连杆体与连杆盖剖分面形式,（1）平切口多数发动机采用。（2）斜切口部分柴油机或少数强化汽油机。,5、连杆体与连杆盖的定位方式,（1）平切口连杆大头定位方式,精加工连杆螺栓定位。,（2）斜切口连杆大头定位方式,6、连杆体与连杆盖的安装要求,（1）配对加工，配对安装。（2）不可装反。（3）不同气缸，不可错乱。,7、V形发动机连杆结构,（二）连杆螺栓,1、连杆螺栓的工作条件和要求,工作时连杆螺栓承受交变载荷，因此在结构上应尽量增大连杆螺栓的弹性，而在加工方面要精细加工过渡圆角，消除应力集中，以提高其抗疲劳强度。,2、连杆螺栓的材料,优质合金钢，连杆螺栓用优质合金钢制造，如40Cr、35CrMo等。经调质后滚压螺纹，表面进行防锈处理。,
