曲柄连杆机构3节-活塞.ppt

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1、第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组活塞连杆组由活塞连杆组由活塞活塞、活塞环活塞环、活塞销活塞销、连杆连杆等组成等组成.图图2-19 活塞连杆组活塞连杆组第第1道气环道气环第第2道气环道气环组合油环组合油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖1、作用、作用：（1）构成燃烧室构成燃烧室；.2、要求、要求：（1）活塞质量小活塞质量小：往复惯性力小；往复惯性力小；.3、材料与工艺：、材料与工艺：a、共晶共晶铝硅合金铝硅合金（铸铝、锻铝）；（铸铝、锻铝）；.（质量小，导热性好，适用于一般发动机）（质量小，导热性好，适用于一般发动机）.b、组合式组合式：上半部用钢，下半

2、部用铝合金，上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。沉头螺栓连接。.1、刚度好，高温强度高；刚度好，高温强度高；.仅适用于极少数大仅适用于极少数大功率功率 强化柴油机强化柴油机一、活塞一、活塞（2）传递动力传递动力。.（2）热膨胀系数小热膨胀系数小：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；.（6）足够的刚度和强度足够的刚度和强度：（3）导热性好导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，活塞活塞 顶不易热裂；顶不易热裂；（4）耐磨耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；：环槽不易磨损，裙部不易磨损；.（5）耐高温耐高温：高温时机械强度不会下降太

3、多；：高温时机械强度不会下降太多；.a、销座不会弯曲变形；销座不会弯曲变形；.b、活塞顶不会压碎。、活塞顶不会压碎。.（1）材料）材料：2、热膨胀系数低，配缸间隙小；、热膨胀系数低，配缸间隙小；.3、耐磨（环槽）；、耐磨（环槽）；.4、质量居中。质量居中。.活塞活塞的工作 组成（2）工艺）工艺：a、铸造铸造：质量大，加工工序多；质量大，加工工序多；.4、结构特点、结构特点：图图220 活塞结构活塞结构 活塞销座活塞销座活塞销活塞销活塞销卡环活塞销卡环b、锻造锻造：居中；居中；.c、液态、液态模锻模锻：质量小，加工少。质量小，加工少。.（1）基本结构：）基本结构：由由顶部顶部、头部头部、裙部裙部

4、组成（图组成（图2-18所示）。所示）。1活塞顶部；活塞顶部；.2活塞头部；活塞头部；.3活塞裙部。活塞裙部。.整体吕活塞 活塞头部特点 a、顶部、顶部：）平顶：）平顶：（a）平顶）平顶.（b）凹顶）凹顶.（c）凸顶）凸顶.图图2-20 活塞顶形状活塞顶形状组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。.但有的汽油机如桑塔纳但有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车轿车AJR发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。改善混合气形成和燃烧

5、，有时可用来调节发动机的压缩比。吸热面积小，制造工艺简单（四冲程汽油机）吸热面积小，制造工艺简单（四冲程汽油机）.）凸顶：）凸顶：刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工（二冲程汽油机，凸顶有利于扫气）（二冲程汽油机，凸顶有利于扫气）.）凹顶）凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，如一般适用于车用直喷式柴油机，如 形、四角形燃烧室。形、四角形燃烧室。大多数汽油机采用平顶活塞。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。采用凸顶活塞，多数是为了在不改动气缸盖结构的情况下增大压缩比，有的半球形燃烧室发动机采用凸顶活塞，则是为增强挤流。在活塞顶部除有

6、燃烧室凹坑外，有的活塞顶还加上有避让气门的气门凹坑。a 平顶 b 盆顶 c W型d 凹顶 e 凸顶f 深坑1f 深坑2活塞温度分布隔热槽 耐磨镶座）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造的环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜机油。泄漏和窜机油。.图图2-21 活塞环槽护圈活塞环槽护圈（a）一道护圈（）一道护圈（b）二道护圈）二道护圈）四冲程汽油机一般）四冲程汽油机一般2-3道气环，道气环，1

7、道油道油环，最低一道油环槽内转有许多径向环，最低一道油环槽内转有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经过这些小孔流回油底壳。过这些小孔流回油底壳。b、头部头部：油环槽以上部分。其油环槽以上部分。其主要作用主要作用是：是：）承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；）承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；.）与活塞环一起实现气缸的密封；）与活塞环一起实现气缸的密封；.）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。.其主要其主要结构特点结构特点是：是：）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度）活塞内腔呈流线

8、型，由到活塞顶的最小厚度 逐渐扩大，并使活塞头部逐渐扩大，并使活塞头部 第一道环槽处于第一道环槽处于活塞内腔最低活塞内腔最低位置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平位置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平 均分摊给各道活塞环，避免第一道活塞环过热；均分摊给各道活塞环，避免第一道活塞环过热；.）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；.蛇形油管冷却活塞，冷却油腔活塞。采用螺旋形铜管或钢管铸入活塞本体，使

9、冷却油流经蛇型管，在润滑油压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果，也有铸成后再用酸蚀掉铜管。活塞头内部设置冷却油腔，冷却油不充满整个油腔，一般只充30-50%，由于活塞往复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却效果较好。1、活塞往复直线运动导向活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过短，否则活塞运动时摆头）；（说明裙部长度不能过短，否则活塞运动时摆头）；.2、热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。.机械变形机械变形和和热变热变形形均使得裙部断面均使得裙部断面变成变成长轴沿活塞销长轴沿活塞销方向的

10、椭圆方向的椭圆。（a）弯弯曲曲变变形形（b）挤挤压压变变形形（c）销销座座热热变变形形（d）裙裙部部综综合合变变形形图图2-22 活塞裙部的椭圆变形活塞裙部的椭圆变形c、裙部、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。其主要作用是：其主要作用是：2、承受侧压力承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。.发动机工作时活塞裙部的变形：发动机工作时活塞裙部的变形：1、机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲变形，裙部挤压变形；销座弯曲变形，裙部挤压变形；.结论结论：裙部制造时变形后

11、结构措施冷态敲缸现象冷态敲缸现象：（a）活塞销对中布置）活塞销对中布置 冷态装配间隙若无或过小，则由于冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的活塞工作时的机械变形机械变形和和热变形热变形时裙部时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡，轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。死。.活塞工作时侧压力方向的交替变化，活活塞工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的塞越过上止点时，时而是活塞的次推力次推力面侧面侧贴紧气缸壁（贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸压缩行程时贴紧气缸壁的一侧壁的一侧），时而是活塞的），时而是活塞的

12、主推力面侧主推力面侧贴紧气缸壁（贴紧气缸壁（作功行程时贴紧气缸壁的作功行程时贴紧气缸壁的一侧一侧），形成金属敲缸声音，加剧裙部），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。重。活塞装配时应留有间隙。活塞装配时应留有间隙。.由于冷态装配间隙的存在，由于冷态装配间隙的存在，.偏向偏向主推力面侧主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之，可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，前就完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽

13、油机。损，常见于汽油机。.（b）活塞销负偏置）活塞销负偏置图图2-23活塞销偏置时的工作情况活塞销偏置时的工作情况减轻冷态敲缸现象的主要结构措施减轻冷态敲缸现象的主要结构措施：(1)活塞销偏置活塞销偏置：通过改进结构措施，制成通过改进结构措施，制成反椭圆裙部断面反椭圆裙部断面，牵制裙部牵制裙部工作时的热变形工作时的热变形，从而在保，从而在保证活塞工作时证活塞工作时不拉缸的前提不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙下减小活塞配缸间隙，减轻，减轻发动机冷车敲缸现象。发动机冷车敲缸现象。(2)减少冷态装配间隙减少冷态装配间隙：偏置销座定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。作用：

14、减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。偏置销座偏置销座原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。偏置销座 偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。次推力面侧开横向隔热次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄直槽（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向膨胀补偿斜油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；槽（避免拉伤气缸壁）；（b）（a

15、）（c）（d）（e）裙部的结构特点裙部的结构特点：（1）裙部横断面呈反椭圆形裙部横断面呈反椭圆形：.活塞裙部加工成短轴沿活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意椭圆度活塞销方向，但注意椭圆度不可过大，否则活塞上下运不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大易拉伤动时因棱缘负荷过大易拉伤气缸壁；气缸壁；.（2）沿高度方向呈上小下大的沿高度方向呈上小下大的圆锥形圆锥形：上热下冷；上热下冷；.（3）裙部次推力面侧裙部次推力面侧开开“T”形槽或形槽或“”形形槽槽：活塞销座下方挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下活塞销座下方挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并

16、且可使裙部富有弹止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹性，补偿热变形。性，补偿热变形。（f）（g）（h）图图2-24 活塞裙部的不同形状和结构活塞裙部的不同形状和结构（4）销座附近裙部凹陷销座附近裙部凹陷：减少此处金属堆积，以减少热变形；减少此处金属堆积，以减少热变形；.销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片，牵制此处热变形；销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片，牵制此处热变形；.（5）双金属活塞双金属活塞：（6）拖板式裙部拖板式裙部：关系配缸间隙主要依据活塞结构、形式、膨胀系数、温度等，试验确定。桑塔纳（极限）丰田大宇希望奔驰奥迪活塞组质量差一般：35桑塔纳5g日本进口85缸径135系列10g