第三節(jié) 活塞連桿組

1、第三節(jié) 活塞連桿組第三節(jié) 活塞連桿組 活塞活塞活活塞塞環(huán)環(huán)活塞銷活塞銷連桿連桿組組曲軸曲軸 飛輪飛輪組組 活塞 活塞環(huán) 活塞銷 連桿組活塞、連桿、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等組成。一、活 塞 1. 活塞功用 （1）承受氣缸中的燃氣壓力 （2）將燃氣作用力通過活塞銷和連桿傳給曲軸，推動曲軸旋轉(zhuǎn) （3）參與組成燃燒室2. 活塞工作條件燃氣最燃氣最高溫度高溫度2500K以上以上活塞頂部活塞頂部溫度高達溫度高達600700K機械強度機械強度顯著下降顯著下降熱膨脹量熱膨脹量增大增大（1）直接與高溫燃氣接觸）直接與高溫燃氣接觸（2）承受燃氣沖擊性高壓力(作功行程)瞬瞬時時最最大大壓壓力力汽油機汽油機35MPa導

2、致活塞導致活塞側(cè)壓力大側(cè)壓力大引起活塞引起活塞變形變形柴油機柴油機69MPa加速活塞加速活塞表面磨損表面磨損（3）活塞在氣缸中高速運動曲柄連曲柄連桿機構(gòu)桿機構(gòu)各零件各零件和軸承和軸承承受承受附附加載荷加載荷產(chǎn)生很大產(chǎn)生很大慣性力慣性力平均速度平均速度可達可達1014m/s（4）活塞受力特點氣壓力氣壓力周期性周期性變化變化活塞受到活塞受到 交變的交變的拉伸、壓縮拉伸、壓縮或彎曲載荷或彎曲載荷活塞內(nèi)部活塞內(nèi)部 產(chǎn)生產(chǎn)生熱應力熱應力慣性力慣性力活塞各部溫度活塞各部溫度極不均勻極不均勻3. 活塞材料及要求 （1）對活塞的要求 足夠的強度和剛度，合理的形狀和壁厚 活塞質(zhì)量小、比重小 受熱面小，散熱好 熱

3、膨脹系數(shù)小，導熱性好 耐磨（2）活塞材料常用常用鋁合金鋁合金高級鑄鐵高級鑄鐵 或耐熱鋼或耐熱鋼個別汽車柴油機個別汽車柴油機質(zhì)量小質(zhì)量小導熱性好導熱性好約為鑄鐵約為鑄鐵 5070約為鑄鐵約為鑄鐵3倍倍優(yōu)優(yōu)點點缺缺點點熱膨脹系數(shù)大熱膨脹系數(shù)大高溫強度硬度下降快高溫強度硬度下降快（3）鋁活塞成型方法鑄造鑄造液態(tài)液態(tài)模鍛模鍛兼顧鍛造與鑄造的特點兼顧鍛造與鑄造的特點高溫強度下降較小、成本低高溫強度下降較小、成本低易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷強度比鑄造高、導熱性也較好強度比鑄造高、導熱性也較好制造成本高制造成本高鍛造鍛造適用于強化發(fā)動機適用于強化發(fā)動機消除鑄造缺陷和提高毛坯質(zhì)量消除

4、鑄造缺陷和提高毛坯質(zhì)量4. 活塞構(gòu)造活塞活塞頂部頂部活塞活塞頭部頭部活塞活塞裙部裙部（1）活塞頂部（燃燒室組成部分） 汽油機汽油機多采用多采用平頂平頂、有些采用、有些采用凹頂凹頂二沖程汽油機二沖程汽油機多用多用凸頂凸頂柴油機柴油機多采用各種各樣的多采用各種各樣的凹坑凹坑凸凸頂頂凹凹坑坑平平頂頂凹凹頂頂 汽油機活塞頂部形狀平頂平頂 吸熱面積吸熱面積小、制造小、制造工藝簡單工藝簡單 凹頂凹頂 改善混合改善混合氣形成和氣形成和燃燒、調(diào)燃燒、調(diào)節(jié)壓縮比節(jié)壓縮比二沖程汽油機活塞頂部形狀凸頂凸頂橫流掃氣橫流掃氣回流掃氣回流掃氣柴油機活塞頂部形狀凹坑凹坑形狀、位置形狀、位置和大小必須和大小必須與與柴油機混柴

5、油機混合氣形成合氣形成 或與或與燃燒室燃燒室要求要求相適應相適應（2）活塞頭部（活塞環(huán)槽以上部位）承受氣承受氣體壓力體壓力將熱量通將熱量通過活塞環(huán)傳過活塞環(huán)傳給氣缸壁給氣缸壁與活塞環(huán)與活塞環(huán)實現(xiàn)實現(xiàn) 氣缸密封氣缸密封主主要要作作用用環(huán)槽環(huán)槽環(huán)槽護圈環(huán)槽護圈可保護和加可保護和加強鋁合金活強鋁合金活塞環(huán)槽塞環(huán)槽隔熱槽隔熱槽(有時有時) 使部分熱流轉(zhuǎn)使部分熱流轉(zhuǎn)向二、三環(huán)向二、三環(huán)主主要要結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)氣環(huán)氣環(huán)油環(huán)油環(huán)熱負荷較高發(fā)動機采用熱負荷較高發(fā)動機采用（3）活塞裙部（活塞環(huán)槽以下部位） 功用功用橢圓橢圓變形變形為活塞導向和承受側(cè)壓力為活塞導向和承受側(cè)壓力燃氣壓力使燃氣壓力使裙部彎曲變形裙部彎曲變形側(cè)

6、壓力使銷座側(cè)壓力使銷座軸線方向增大軸線方向增大熱變形使銷座熱變形使銷座軸線方向增大軸線方向增大形形狀狀和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)裙部橢圓形裙部橢圓形銷座附近裙銷座附近裙部外表面下陷部外表面下陷銷座中鑲鑄銷座中鑲鑄恒范鋼片恒范鋼片鑲鑄筒形鋼片鑲鑄筒形鋼片減少銷座減少銷座 附近熱變形附近熱變形長軸垂直銷座軸線長軸垂直銷座軸線牽制裙部熱膨脹牽制裙部熱膨脹鑲復式鋼片鑲復式鋼片柴油機鑄鋁活塞裙部柴油機鑄鋁活塞裙部膨脹量很小且均勻膨脹量很小且均勻絕熱槽和膨脹槽絕熱槽和膨脹槽前者隔熱前者隔熱 后者彈性后者彈性活塞裙部橢圓形冷態(tài)下把冷態(tài)下把活塞加工活塞加工成裙部斷成裙部斷面為長軸面為長軸垂直于活垂直于活塞銷方向塞銷方向的橢

7、圓形的橢圓形活塞銷座附近裙部外表面下陷為減少為減少活塞銷活塞銷座附近座附近處的熱處的熱變形量變形量活塞裙部開絕熱槽和膨脹槽絕熱槽絕熱槽 可減可減少活塞頭部熱少活塞頭部熱量向裙部擴散量向裙部擴散 膨脹槽膨脹槽 可使可使裙部具有一定裙部具有一定彈性，若開在彈性，若開在油環(huán)槽中可兼油環(huán)槽中可兼作油孔作油孔活塞裙部鑄有恒范鋼片恒范鋼片恒范鋼片含鎳含鎳33%36% 線膨脹系線膨脹系數(shù)約為鑄數(shù)約為鑄鋁合金的鋁合金的1/10活塞裙部鑲鑄筒形鋼片筒形筒形鋼片鋼片形狀形狀活塞裙部鑲復式鋼片弓形鋼片弓形鋼片2 2個個在裙部上方受膨脹在裙部上方受膨脹側(cè)壓力的那一面鑲側(cè)壓力的那一面鑲?cè)胼^短的弓形鋼片入較短的弓形鋼片

8、筒形鋼片筒形鋼片2 2個個在銷座位置鑄入裙部在銷座位置鑄入裙部圓周形狀的筒形鋼片圓周形狀的筒形鋼片 活塞銷座軸線布置活塞越過上止點時活塞越過上止點時側(cè)壓力方向改變會側(cè)壓力方向改變會產(chǎn)生產(chǎn)生“敲缸敲缸”噪聲噪聲可減輕活塞可減輕活塞“敲缸敲缸”噪噪聲，但會引起裙部兩端聲，但會引起裙部兩端尖角的磨損或變形增大尖角的磨損或變形增大主主推推力力面面活塞銷偏移布置活塞銷偏移布置(偏移活塞軸線偏移活塞軸線12mm)活塞銷對中布置活塞銷對中布置活塞裙部表面處理功用功用改善鋁合金活塞的磨合性改善鋁合金活塞的磨合性鑄鋁鑄鋁活塞活塞汽油機汽油機 裙部外表面鍍錫裙部外表面鍍錫柴油機柴油機 裙部外表面磷化裙部外表面磷化

9、鍛鋁鍛鋁活塞活塞裙部外表面涂石墨裙部外表面涂石墨拖鞋式（拖板式）裙部不僅重量輕，而且具有較大彈性，可使配合間不僅重量輕，而且具有較大彈性，可使配合間隙減小很多。對短行程的高速汽油機更為重要隙減小很多。對短行程的高速汽油機更為重要（3）油冷活塞（高強化柴油機）噴油冷卻噴油冷卻連桿小頭連桿小頭噴油冷卻噴油冷卻壓力油管壓力油管噴油冷卻噴油冷卻振蕩冷卻振蕩冷卻冷卻腔或蛇冷卻腔或蛇形管噴油冷形管噴油冷卻卻強制冷卻強制冷卻二、活 塞 環(huán) 1. 活塞環(huán)功用 氣環(huán)氣環(huán) 刮油刮油均勻油膜均勻油膜輔助密封輔助密封 油環(huán)油環(huán)密封密封 導熱導熱 2. 活塞環(huán)工作條件與材料 （1）工作條件工作條件高溫高溫 高壓高壓 高

10、速高速及潤滑條件極差及潤滑條件極差磨損嚴重磨損嚴重 發(fā)動機零發(fā)動機零件中工作壽命最短件中工作壽命最短（2）活塞環(huán)材料活塞環(huán)材料優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵合金鑄鐵合金鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵鋼帶鋼帶第一道氣環(huán)常第一道氣環(huán)常鍍鉻鍍鉻或或噴鉬噴鉬提高提高耐磨性耐磨性改善改善潤滑性潤滑性其它氣環(huán)其它氣環(huán)磷化磷化或或鍍錫鍍錫改善改善磨合性磨合性耐磨性耐磨性 3. 氣環(huán)結(jié)構(gòu)與工作 （1）氣環(huán)密封原理氣環(huán)密封原理F1 環(huán)自環(huán)自身彈力身彈力F1F2F3氣缸氣缸活塞活塞活塞環(huán)活塞環(huán)第一第一 密封面密封面第二第二 密封面密封面F2 燃氣燃氣背壓力背壓力F3 燃氣燃氣正壓力正壓力 （2）氣環(huán)開口形狀直開口直開口工藝性好工藝性

11、好 密封效果差密封效果差階梯開口階梯開口斜開口斜開口密封性好密封性好 工藝性較差工藝性較差工藝性密封工藝性密封性介于之間性介于之間 （3）氣環(huán)斷面形狀矩形環(huán)矩形環(huán)錐面環(huán)錐面環(huán)扭曲環(huán)扭曲環(huán)反扭曲錐面環(huán)反扭曲錐面環(huán)梯形環(huán)梯形環(huán)桶面環(huán)桶面環(huán) 矩形環(huán)l工藝性和導工藝性和導熱效果較好熱效果較好 但產(chǎn)生但產(chǎn)生泵油泵油作用作用氣缸氣缸活塞活塞 扭曲環(huán)正扭曲環(huán)正扭曲環(huán) 扭曲成碟扭曲成碟子形子形反扭曲環(huán)反扭曲環(huán) 扭曲成蓋扭曲成蓋子形子形內(nèi)圓上邊內(nèi)圓上邊緣切槽緣切槽外圓下邊外圓下邊緣切槽緣切槽內(nèi)圓下邊內(nèi)圓下邊緣切槽緣切槽扭曲環(huán)工作示意進氣、壓進氣、壓縮和排氣縮和排氣行程：行程：環(huán)環(huán)扭曲，消扭曲，消除泵油現(xiàn)除泵油現(xiàn)

12、象，減輕象，減輕磨損。磨損。作功行作功行程：程：燃燃氣壓力氣壓力作用使作用使環(huán)不再環(huán)不再扭曲，扭曲，與矩形與矩形環(huán)相同環(huán)相同 錐面環(huán)若扭曲環(huán)的外圓面為錐若扭曲環(huán)的外圓面為錐面則為面則為扭曲錐面環(huán)扭曲錐面環(huán)，（正反扭曲錐面環(huán)）（正反扭曲錐面環(huán)） 活塞下行活塞下行時時 能能刮油刮油活塞上行活塞上行時時 錐面油錐面油楔作用浮起，楔作用浮起，減少磨減少磨損，不泵油損，不泵油環(huán)的外圓面為錐面，環(huán)的外圓面為錐面，理論上為理論上為線接觸線接觸。 梯形環(huán)作功行程中，作功行程中，燃氣徑向壓燃氣徑向壓力力加強了環(huán)的密封加強了環(huán)的密封 側(cè)向力換向活塞左右擺動側(cè)向力換向活塞左右擺動時，梯形環(huán)的時，梯形環(huán)的側(cè)隙側(cè)隙發(fā)生

13、變發(fā)生變化化，將環(huán)槽中的膠質(zhì)擠出，將環(huán)槽中的膠質(zhì)擠出斷面為斷面為梯形，抗粘結(jié)性好梯形，抗粘結(jié)性好，避免環(huán)被粘結(jié)而折斷避免環(huán)被粘結(jié)而折斷缺點缺點 上下面精磨工藝復雜上下面精磨工藝復雜 側(cè)隙側(cè)隙側(cè)隙側(cè)隙燃氣徑向壓力燃氣徑向壓力 桶面環(huán)其其密封性、磨合性密封性、磨合性、對氣對氣缸表面的缸表面的適應性適應性都比較好都比較好 桶面環(huán)上下運動時桶面環(huán)上下運動時 均能形均能形成成楔形油膜楔形油膜，將環(huán)浮起，將環(huán)浮起，減輕環(huán)與氣缸壁的磨損減輕環(huán)與氣缸壁的磨損外圓面為外圓面為外凸圓弧形外凸圓弧形缺點缺點凸圓弧表面加工困難凸圓弧表面加工困難 4. 油環(huán)結(jié)構(gòu)與工作 （1）油環(huán)刮油原理油環(huán)刮油原理 活活塞塞下下行行

14、活活塞塞上上行行氣缸氣缸活塞活塞氣環(huán)氣環(huán)油環(huán)油環(huán) （2）油環(huán)類型與結(jié)構(gòu)普通普通油環(huán)油環(huán)組合組合油環(huán)油環(huán)回油孔回油孔上刮上刮油唇油唇下下刮刮油油唇唇上刮片上刮片下刮片下刮片撐簧撐簧槽孔式槽孔式油環(huán)油環(huán)槽孔撐簧槽孔撐簧式油環(huán)式油環(huán)刮油能力強刮油能力強回油通路大回油通路大對氣缸變形對氣缸變形的適應性好的適應性好 槽孔式油環(huán)圓孔型圓孔型彎片型彎片型渠型渠型長孔型長孔型刮油靠刮油靠油環(huán)自油環(huán)自身彈力身彈力外圓面加外圓面加工環(huán)形集工環(huán)形集油槽油槽結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單加工容易加工容易成本低成本低 槽孔撐簧式油環(huán)板形撐板形撐簧油環(huán)簧油環(huán)軌形撐軌形撐簧油環(huán)簧油環(huán)螺旋撐螺旋撐簧油環(huán)簧油環(huán)槽孔式槽孔式油環(huán)油環(huán)內(nèi)內(nèi)圓面圓

15、面加加裝裝撐簧撐簧增大增大接接觸壓力觸壓力提高提高刮刮油能力油能力耐久性耐久性 鋼帶組合油環(huán)接觸壓力大接觸壓力大上刮片上刮片下刮片下刮片軌形軌形撐簧撐簧氣缸氣缸活塞活塞刮油能力強刮油能力強防機油上竄防機油上竄上下刮片能單上下刮片能單獨動作獨動作 對氣缸活塞變對氣缸活塞變形適應能力強形適應能力強優(yōu)質(zhì)鋼成本高優(yōu)質(zhì)鋼成本高三、活 塞 銷（了解） 1. 活塞銷功用 連接活塞和連接活塞和連桿連桿將活塞承受的將活塞承受的力傳給連桿力傳給連桿活塞銷活塞銷連桿襯套連桿襯套卡環(huán)卡環(huán) 2. 活塞銷工作條件 高溫下承受高溫下承受很大很大周期性周期性沖擊載荷沖擊載荷潤滑條件差潤滑條件差足夠的足夠的剛度、強剛度、強度和

16、耐磨性度和耐磨性質(zhì)量盡可能小質(zhì)量盡可能小銷和銷孔適當?shù)匿N和銷孔適當?shù)呐浜祥g隙配合間隙和良好和良好表面質(zhì)量表面質(zhì)量3.活塞銷材料和結(jié)構(gòu) 材料材料 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(內(nèi)孔內(nèi)孔形狀形狀)低碳鋼或低碳合低碳鋼或低碳合金鋼金鋼外表面滲碳淬硬，外表面滲碳淬硬，再精磨和拋光再精磨和拋光圓柱形圓柱形組合形組合形既提高表面既提高表面硬硬度和耐磨性度和耐磨性 又又保證較保證較高強度高強度和沖擊韌性和沖擊韌性兩段截錐形兩段截錐形四、連 桿 組 連桿襯套連桿襯套連桿體連桿體連桿螺栓連桿螺栓連桿軸承連桿軸承上軸瓦上軸瓦連桿軸承連桿軸承下軸瓦下軸瓦連桿蓋連桿蓋螺母螺母連桿襯套連桿襯套連桿體連桿體連桿軸承連桿軸承上軸瓦上軸瓦連桿軸

17、承連桿軸承下軸瓦下軸瓦連桿蓋連桿蓋連桿連桿螺栓螺栓集油孔集油孔噴油孔噴油孔1. 連桿組功用活活塞塞曲曲軸軸往復往復運動運動旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運動運動連連桿桿力力 2. 連桿組工作條件與材料 （1）工作條件工作條件復雜的平面運動復雜的平面運動受壓縮、拉伸和受壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷彎曲等交變載荷（2）材料材料具有足夠抗疲勞具有足夠抗疲勞強度和結(jié)構(gòu)剛度強度和結(jié)構(gòu)剛度質(zhì)量應盡可能小質(zhì)量應盡可能小連桿體連桿體連桿蓋連桿蓋連桿螺栓連桿螺栓優(yōu)質(zhì)中碳鋼或優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼中碳合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼如如45、42CrMo 40Cr 、40MnB如如40Cr、35CrMo 3. 連桿構(gòu)造 小頭小頭桿身桿身大頭大

18、頭小頭小頭桿身桿身大頭大頭集油孔集油孔噴油孔噴油孔縱向縱向油道油道 （1）連桿小頭與與活塞銷連接方式活塞銷連接方式全浮式全浮式卡環(huán)卡環(huán)連桿襯套連桿襯套工作時活塞銷微量轉(zhuǎn)動工作時活塞銷微量轉(zhuǎn)動活塞銷磨損均勻活塞銷磨損均勻卡環(huán)防活塞銷刮傷缸壁卡環(huán)防活塞銷刮傷缸壁小頭壓入減摩青銅襯套小頭壓入減摩青銅襯套加工有集油孔或噴油孔加工有集油孔或噴油孔 半浮式小頭與銷小頭與銷緊配合緊配合活塞銷在銷座孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，在小頭孔內(nèi)不轉(zhuǎn)動活塞銷在銷座孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，在小頭孔內(nèi)不轉(zhuǎn)動小頭孔不裝襯套，銷孔中也不裝卡環(huán)小頭孔不裝襯套，銷孔中也不裝卡環(huán)降低發(fā)動機噪聲，消除卡環(huán)可能引起的事故降低發(fā)動機噪聲，消除卡環(huán)可能引起的事故小頭緊小頭

19、緊固螺栓固螺栓 連桿小頭結(jié)構(gòu)形狀 全浮式全浮式 連桿小頭連桿小頭 楔形全浮式楔形全浮式連桿小頭連桿小頭 半浮式半浮式 連桿小頭連桿小頭AA頂部凸起頂部凸起A 調(diào)整連桿質(zhì)量或改變連桿重心調(diào)整連桿質(zhì)量或改變連桿重心 （2）連桿桿身桿身斷面桿身斷面工字形工字形剛度大剛度大 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 適于模鍛適于模鍛 （3）連桿大頭剖分形式剖分形式 (連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固) )平切口平切口斜切口斜切口結(jié)合面與連桿軸線垂直結(jié)合面與連桿軸線垂直剛度大剛度大 變形小變形小 成本低成本低汽油機采用平切口汽油機采用平切口結(jié)合面與連桿軸線成結(jié)合面與連桿軸線成3060夾角夾角連桿體能從缸體上端取出連桿體能從缸體上端取出多用于柴油機多用于柴油機 定位方式 （防止連桿蓋橫向移動）平切口平切口連桿連桿斜切口斜切口連桿連桿連桿螺栓承受連桿螺栓承受較大剪切力易較大剪切力易疲勞破壞疲勞破壞應采用能承應采用能承受橫向力的受橫向力的定位方法定位方法利用利用連桿螺栓連桿螺栓上上一段精密加工一段精密加工圓圓柱面柱面與精密加工與精密加