1、第07講 活塞連桿組 活塞活塞環(huán)活塞銷連桿組 上一講 回本章 下一講活塞連桿組包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿組等。一、活塞活塞組主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷（視頻）1.活塞的功用、工作條件、材料及要求（1）活塞的功用：承受燃?xì)鈮毫Σ⒋肆鬟f給連桿、與氣缸蓋共同組成燃燒室（2）工作條件：高溫、高壓、高速往復(fù)直線運(yùn)動高溫：與活塞頂部相接觸的燃?xì)鉁囟茸罡哌_(dá)22732773K，活塞頂部的最高溫度可達(dá)473673 K。材料的強(qiáng)度和硬度由于溫度升高而降低，溫度不均勻易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋。高壓：作功沖程中受到燃?xì)獾膸_擊性的高壓力的作用。柴油機(jī)瞬時(shí)最高壓力69MPa，汽油機(jī)35 MPa。導(dǎo)致活塞側(cè)壓力增大，加

2、速活塞表面磨損，引起活塞變形。高速：在作往復(fù)運(yùn)動時(shí)，活塞還承受本身所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力側(cè)壓力?；钊捎谑艿缴鲜鲋芷谛宰兓娜?xì)鈮毫蛻T性力的作用，各個(gè)部分就產(chǎn)生交變的拉伸，壓縮和彎曲應(yīng)力，使活塞容易變形。（3）材料及要求要求：活塞的質(zhì)量要小，可以減小慣性力；熱膨脹系數(shù)要小，減小受熱時(shí)的變形；導(dǎo)熱性好，防止活塞過熱，發(fā)生損壞；耐磨性好，防止在往復(fù)運(yùn)動中大量磨損。材料：常用鋁合金制造，質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好，但是熱膨脹系數(shù)大，高溫下，強(qiáng)度和硬度下降很快。有的柴油機(jī)采用高級鑄鐵或耐熱鋼制造。（4）成型方法鑄造：高溫強(qiáng)度下降較小、成本低，易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷。鍛造：強(qiáng)度比鑄造高、導(dǎo)熱性較好，適用于強(qiáng)化發(fā)

3、動機(jī)，制造成本高。液態(tài)模鍛：兼顧鍛造與鑄造的特點(diǎn)，消除鑄造缺陷且提高了毛坯質(zhì)量。2.活塞的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)所起作用的不同，可將活塞分為頂部、頭部和裙部（1）活塞頂部活塞頂部指活塞的頂面，它承受氣體壓力，并組成燃燒室。1）汽油機(jī)活塞頂部（視頻）多采用平頂、有些采用凹頂，二沖程汽油機(jī)多用凸頂。平頂：吸熱面積小、制造工藝簡單。 凹頂：改善混合氣形成和燃燒、調(diào)節(jié)壓縮比。2）柴油機(jī)活塞頂部（視頻）多采用各種各樣的凹坑凹坑：形狀、位置和大小必須與柴油機(jī)混合氣形成或與燃燒室要求相適應(yīng)。（2）活塞頭部活塞環(huán)槽以上部位。承受氣體的壓力，與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體的密封，將熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。環(huán)槽：用來安裝氣環(huán)

4、和油環(huán)，一般氣環(huán)槽有23個(gè)，油環(huán)槽為一個(gè)。隔熱槽：活塞頂面和燃?xì)饨佑|，使活塞頭部溫度過高，導(dǎo)致氣環(huán)損壞，造成漏氣，因此有的發(fā)動機(jī)的活塞在第一到環(huán)的上方開一條隔熱槽，改變熱流方向，降低第一道環(huán)的溫度。護(hù)圈：保護(hù)環(huán)槽，防止高溫下?lián)p壞，一般為熱負(fù)荷較高的發(fā)動機(jī)采用。護(hù)圈的材料一般為耐熱且膨脹系數(shù)與鋁合金接近的高錳奧氏體鑄鐵。（3）活塞裙部活塞環(huán)槽以下部位。在活塞運(yùn)動的時(shí)候起導(dǎo)向作用并承受側(cè)壓力。1）活塞裙部變形燃?xì)馐谷共繌澢冃?，?cè)壓力使銷座軸線方向增大 使活塞工作時(shí)變成軸線沿活塞銷軸線方向的橢圓形熱變形使銷座軸線方向增大2）活塞裙部形狀（視頻）冷態(tài)下把活塞加工成裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓

5、形二、活塞環(huán)1.活塞環(huán)功用、工作條件及材料（1）活塞環(huán)功用（視頻）氣環(huán)功用：起到封氣、導(dǎo)熱，即防止高溫、高壓的燃?xì)飧Z入曲軸箱，污染機(jī)油，同時(shí)將活塞頂所吸收的大部分熱量傳給缸壁的作用。油環(huán)功用：刮除缸壁上多余的燃油，形成均勻的油膜，防止竄油，減小磨損。此外，起輔助封氣作用（2）活塞環(huán)工作條件高溫 高壓 高速及潤滑條件極差磨損嚴(yán)重， 發(fā)動機(jī)零件中工作壽命最短（3）活塞環(huán)材料一般活塞環(huán)多用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造第一道活塞環(huán)甚至所有的環(huán)，其外表面進(jìn)行多孔鍍鉻來減緩磨損其他的環(huán)多采用鍍錫、磷化或硫化處理來提高磨合性2.氣環(huán)結(jié)構(gòu)與工作（視頻） （1）氣環(huán)密封原理氣環(huán)自由狀態(tài)非圓，隨活塞裝入氣缸

6、后，靠氣彈力緊貼在氣缸壁上（F1），形成第一密封面。同時(shí)，氣環(huán)在燃?xì)庾饔孟卤粔合颦h(huán)槽下端面（F3），形成第二密封面。另外，繞到環(huán)背后的燃?xì)馐箽猸h(huán)更貼緊缸壁（F2），加強(qiáng)了第一密封面的密封效果幾道氣環(huán)切口錯(cuò)開布置，這樣形成迷宮式封氣系統(tǒng)，這樣，竄入曲軸箱內(nèi)的燃?xì)饬恳押苌倭耍?）氣環(huán)切口形狀直角型：工藝性好，密封性差階梯形：密封性好，工藝性差斜切口：密封性和工藝性介于上述二者之間（3）氣環(huán)斷面形狀1）矩形環(huán)工藝性和導(dǎo)熱效果較好但產(chǎn)生泵油作用2）扭曲環(huán)正扭曲環(huán)：扭曲成碟子形。包括內(nèi)圓上邊緣切槽及外圓下邊緣切槽的氣環(huán)反扭曲環(huán)：扭曲成蓋子形。內(nèi)圓下邊緣切槽的氣環(huán)扭曲環(huán)工作特點(diǎn)（視頻）進(jìn)氣、壓縮和排氣行程

7、：環(huán)扭曲，消除泵油現(xiàn)象，減輕磨損。作功行程：燃?xì)鈮毫ψ饔檬弓h(huán)不再扭曲，與矩形環(huán)相同3）錐面環(huán)環(huán)的外圓面為錐面，理論上為線接觸活塞下行時(shí)：能刮油；活塞上行時(shí)：錐面油楔作用浮起，減少磨損，不泵油若扭曲環(huán)的外圓面為錐面則為扭曲錐面環(huán)，（正反扭曲錐面環(huán)） 4）梯形環(huán)斷面為梯形，抗粘結(jié)性好，避免環(huán)被粘結(jié)而折斷側(cè)向力換向活塞左右擺動時(shí)，梯形環(huán)的側(cè)隙發(fā)生變化，將環(huán)槽中的膠質(zhì)擠出作功行程中，燃?xì)鈴较驂毫訌?qiáng)了環(huán)的密封 缺點(diǎn)：上下面精磨工藝復(fù)雜 5）桶面環(huán)外圓面為外凸圓弧形桶面環(huán)上下運(yùn)動時(shí) 均能形成楔形油膜，將環(huán)浮起，減輕環(huán)與氣缸壁的磨損其密封性、磨合性、對氣缸表面的適應(yīng)性都比較好 缺點(diǎn)：凸圓弧表面加工困難3.

8、油環(huán)結(jié)構(gòu)與工作（視頻） （1）油環(huán)刮油原理在油環(huán)徑向方向開有貫穿的油孔或油槽，在活塞的油環(huán)槽內(nèi)和環(huán)岸上開有許多排小孔和斜孔當(dāng)活塞下行時(shí)，刮下的油通過油環(huán)徑向槽內(nèi)的小孔或狹縫和環(huán)岸上的斜孔流入機(jī)體內(nèi)當(dāng)活塞上行時(shí)，活塞環(huán)都貼在環(huán)槽下側(cè)面，使氣環(huán)與油環(huán)間的機(jī)油通過活塞環(huán)槽上的排油孔流入機(jī)體內(nèi)（2）油環(huán)類型與結(jié)構(gòu)1）普通油環(huán)槽孔式油環(huán)刮油靠油環(huán)自身彈力、外圓面加工環(huán)形集油槽、結(jié)構(gòu)簡單加工容易成本低槽孔撐簧式油環(huán)槽孔式油環(huán)內(nèi)圓面加裝撐簧、增大接觸壓力提高刮油能力耐久性2）鋼帶組合油環(huán)接觸壓力大、刮油能力強(qiáng)、防機(jī)油上竄、上下刮片能單獨(dú)動作、對氣缸活塞變形適應(yīng)能力強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)鋼成本高 三、活塞銷1.活塞銷功用、

9、工作條件及材料（1）活塞銷功用連接活塞和連桿將活塞承受的力傳給連桿（2）活塞銷工作條件承受沖擊載荷，潤滑條件差，所以剛度，強(qiáng)度要求較高，韌性好，耐磨；質(zhì)量要小，銷和銷孔適當(dāng)?shù)呐浜喜⒁泻玫谋砻尜|(zhì)量（3）活塞銷材料低碳鋼或低碳合金鋼，外表面滲碳淬硬，再精磨和拋光。既提高表面硬度和耐磨性 又保證較高強(qiáng)度和沖擊韌性2.活塞銷的結(jié)構(gòu)(內(nèi)孔形狀)圓柱形兩段截錐形組合形四、連桿組連桿組的組成（視頻）1.連桿組功用、工作條件及材料（1）連桿組功用（視頻）將活塞承受的力傳給曲軸并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（2）連桿組工作條件連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起作往復(fù)運(yùn)動；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸

10、一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動連桿組主要受到壓縮、拉伸和彎曲交變載荷。最大壓縮載荷出現(xiàn)在做功行程上止點(diǎn)附近，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)附近。在壓縮載荷和連桿組作平面運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形要求： 剛度高，尤其是大頭要有足夠的剛度；疲勞強(qiáng)度要求，防止斷裂；輕巧，減小慣性力（3）連桿組材料連桿體、連桿蓋：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如45、42CrMo 40Cr 、40MnB連桿螺栓：優(yōu)質(zhì)合金鋼，如40Cr、35CrMo2.連桿構(gòu)造連桿由連桿大頭、連桿小頭、連桿桿身等組成有的柴油機(jī)桿身內(nèi)還設(shè)有潤滑油道（1）連桿小頭（與活塞銷連接方式）1）全浮式青銅襯套

11、（連桿襯套）以一定的過盈壓入小頭內(nèi)部，工作時(shí)，活塞銷可以在小頭內(nèi)作一定角度的擺動，而且還可在活塞銷座孔內(nèi)擺動全浮式活塞銷的連接方法，使活塞銷磨損均勻，為防止活塞銷兩端刮傷氣缸壁，在活塞銷孔外側(cè)裝置活塞銷檔圈（卡環(huán)）2）半浮式活塞銷只在活塞銷孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，在小頭孔內(nèi)不轉(zhuǎn)用螺栓將活塞銷夾緊在連桿小頭孔內(nèi)另一種方法：首先將小頭加熱到300左右，再將活塞銷壓入小頭孔中，不用緊固螺栓，從而避免了因過度擰緊二使活塞銷變形（2）連桿桿身（視頻）桿身斷面為工字形，剛度大，質(zhì)量輕，適于模鍛（3）連桿大頭1）剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）平切口結(jié)合面與連桿軸線垂直這種剖分形式剛度大，變形小，加工簡單，成本低

12、，多應(yīng)用于汽油機(jī)斜切口柴油機(jī)的曲柄銷直徑較大，所以連桿大頭的尺寸相應(yīng)較大，要使拆卸時(shí)能從氣缸上斷取出連桿體，必須采用斜切口結(jié)合面與連桿軸線成3060夾角，而且要有一定形式的定位機(jī)構(gòu)2）定位方式（防止連桿蓋橫向移動）平切口連桿利用連桿螺栓上一段精密加工圓柱面與精密加工螺栓孔進(jìn)行定位斜切口連桿連桿螺栓承受較大剪切力，易產(chǎn)生疲勞破壞，應(yīng)采用能承受橫向力的定位方法止口定位利用連桿蓋與連桿體大端的止口進(jìn)行定位，由止口承受橫向剪切力此方法工藝簡單，加工方便，但容易造成大頭尺寸增大，定位不可靠。鋸齒定位在連桿體與連桿蓋的結(jié)合面上拉處鋸齒，依靠齒面實(shí)現(xiàn)橫向定位這種方法的優(yōu)點(diǎn)是鋸齒接觸面大，貼合緊密，定位可靠，機(jī)構(gòu)緊湊，因此應(yīng)用廣泛套筒定位在連桿蓋上的每個(gè)連桿螺栓孔中，同心的壓入剛度大、抗剪切的定位套筒，套筒外圓與連桿體大端的定位孔為高精度配合這種定位方法的優(yōu)點(diǎn)是多向定位，定位可靠；缺點(diǎn)是工藝要求高，若定位孔距不準(zhǔn)，則會發(fā)生過定位而使大頭失圓3.V型發(fā)動機(jī)連桿 （1）并列連桿兩個(gè)完全相同的連桿一前一后地并列裝在同一個(gè)曲柄銷上，因此左右兩列活塞的運(yùn)動規(guī)律完全相同，前后連桿可以通用但是增加了曲