發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組—活塞詳解

1、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組活塞詳解活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成，如圖2-10。 功用：活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。 工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時(shí)溫度可達(dá)2500K以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時(shí)溫度很高，頂部高達(dá)600700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機(jī)高達(dá)35MPa，柴油機(jī)高達(dá)69MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度(812m/s)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且速度在不

2、斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會(huì)產(chǎn)生變形并加速磨損，還會(huì)產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時(shí)受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。 要求：(1) 要有足夠的剛度和強(qiáng)度，傳力可靠； (2) 導(dǎo)熱性好，耐高壓、耐高溫、耐磨損； (3) 質(zhì)量小，重量輕，盡可能減小往復(fù)慣性力。鋁合金材料基本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強(qiáng)度鋁合金，但在一些低速柴油機(jī)上采用高級鑄鐵或耐熱鋼。 構(gòu)造：活塞可分為三部分，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。 1.活塞頂部（圖2-12） 活塞頂部承受氣體壓力，它是燃燒室的組成部分，其形狀、位置、大小都和燃燒室的具體形式有關(guān)，都是為滿足可燃

3、混合氣形成和燃燒的要求，其頂部形狀可分為四大類，平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成型頂活塞。 平頂活塞頂部是一個(gè)平面，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，受熱面積小，頂部應(yīng)力分布較為均勻，一般用在汽油機(jī)上，柴油機(jī)很少采用。 凸頂活塞頂部凸起呈球頂形，其頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向作用，有利于改善換氣過程，二行程汽油機(jī)常采用凸頂活塞。 凹頂活塞頂部呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的燃燒，有雙渦流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 2.活塞頭部 活塞頭部指第一道活塞環(huán)槽到活塞銷孔以上部分。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，起密封作用，又稱為防漏部。柴油機(jī)壓縮比高，一般有四道環(huán)槽，上部三道安裝氣環(huán)，下部安裝油環(huán)。汽油機(jī)一

4、般有三道環(huán)槽，其中有兩道氣環(huán)槽和一道油環(huán)槽，在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環(huán)從氣缸壁上刮下的機(jī)油經(jīng)過這些小孔流回油底殼。第一道環(huán)槽工作條件最惡劣，一般應(yīng)離頂部較遠(yuǎn)些。 活塞頂部吸收的熱量主要也是經(jīng)過防漏部通過活塞環(huán)傳給氣缸壁，再由冷卻水傳出去?？傊钊^部的作用除了用來安裝活塞環(huán)外，還有密封作用和傳熱作用，與活塞環(huán)一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，同時(shí)還將(7080)%的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。3.活塞裙部 活塞裙部指從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括裝活塞銷的銷座孔?；钊共繉钊跉飧變?nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。裙部的長短取決于側(cè)壓力的大小和活塞直徑。

5、所謂側(cè)壓力是指在壓縮行程和作功行程中，作用在活塞頂部的氣體壓力的水平分力使活塞壓向氣缸壁。壓縮行程和作功行程氣體的側(cè)壓力方向正好相反，由于燃燒壓力大大高于壓縮壓力，所以，作功行程中的側(cè)壓力也大大高于壓縮行程中的側(cè)壓力（圖2-13）?；钊共砍惺軅?cè)壓力的兩個(gè)側(cè)面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1）預(yù)先做成橢圓形（圖2-14）：為了使裙部兩側(cè)承受氣體壓力并與氣缸保持小而安全的間隙，要求活塞在工作時(shí)具有正確的圓柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均勻，活塞銷座孔部分的金屬厚，受熱膨脹量大，沿活塞銷座軸線方向的變形量大于其他方向。另外，裙部承受氣體側(cè)壓力的作用，導(dǎo)致沿活塞

6、銷軸向變形量較垂直活塞銷方向大。這樣，如果活塞冷態(tài)時(shí)裙部為圓形，那么工作時(shí)活塞就會(huì)變成一個(gè)橢圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙不相等，造成活塞在氣缸內(nèi)卡住，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法正常工作。因此，在加工時(shí)預(yù)先把活塞裙部做成橢圓形狀。橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時(shí)趨近正圓。 (2）活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部大、下部小。為了使工作時(shí)活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預(yù)先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。 (3）為了減小活塞裙部的受熱量，通常在裙部開橫向的隔熱槽，為了補(bǔ)償裙部受熱后的變形量，裙部開有縱向的膨脹槽。槽的形狀有T形或形槽

7、。橫槽一般開在最下一道環(huán)槽的下面，裙部上邊緣銷座的兩側(cè)(也有開在油環(huán)槽之中的)，以減小頭部熱量向裙部傳遞，故稱為隔熱槽。豎槽會(huì)使裙部具有一定的彈性，從而使活塞裝配時(shí)與氣缸間具有盡可能小的間隙，而在熱態(tài)時(shí)又具有補(bǔ)償作用，不致造成活塞在氣缸中卡死，故將豎槽稱為膨脹槽。裙部開豎槽后，會(huì)使其開槽的一側(cè)剛度變小，在裝配時(shí)應(yīng)使其位于作功行程中承受側(cè)壓力較小的一側(cè)。柴油機(jī)活塞受力大，裙部一般不開槽。 （4）有些活塞為了減輕重量，在裙部開孔或把裙部不受側(cè)壓力的兩邊切去一部分，以減小慣性力，減小銷座附近的熱變形量，形成拖板式活塞或短活塞（圖2-17），拖板式結(jié)構(gòu)裙部彈性好，質(zhì)量小，活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。 （5）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機(jī)活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片（圖2-18）。恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，由于恒范鋼為含鎳33%36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。 （6）有的汽油機(jī)上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，