2.3活塞连杆组结构与检修活塞活塞活塞销活塞销活塞环活塞环连杆连杆一、活塞连杆组的组成一、活塞连杆组的组成、活塞、活塞 活塞的作用活塞的作用是承受气是承受气体压力，并通过体压力，并通过活塞活塞销销传给传给连杆连杆驱使驱使曲轴曲轴旋转，活塞顶部还是旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。燃烧室的组成部分。工作条件：工作条件：高温、高压、高速、受力复杂高温、高压、高速、受力复杂要求：要求： （1 1） 质量小，重量轻；质量小，重量轻； （2 2） 热膨胀系数小；热膨胀系数小； （3 3）导热性能好；）导热性能好； （4 4）耐磨）耐磨材料：材料：活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。活塞的工作条件、要求和材料活塞的工作条件、要求和材料活塞的基本构造活塞的基本构造v构造构造：活塞可分为三部分，：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部、活活塞顶部、活塞头部、活塞销座和活塞裙部。塞销座和活塞裙部。v1 1） 活塞顶部活塞顶部v活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。顶活塞。平顶活塞顶部是一个平面，结构平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。在汽油机上，柴油机很少采用。 凸顶活塞凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。常采用凸顶活塞。 凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、凹坑、U U形凹坑等等。形凹坑等等。2 2）活塞头部活塞头部活塞头部活塞头部活塞裙部活塞裙部油槽小孔油槽小孔位置位置：活塞顶到油环下端活塞顶到油环下端面之间的部分。面之间的部分。工作条件工作条件最恶劣，应离顶部远些。最恶劣，应离顶部远些。作用：作用：1 1、安装活塞环、与、安装活塞环、与活塞环一起密封气活塞环一起密封气缸、缸、 2 2、防止混合气泄漏、防止混合气泄漏到曲轴箱内；到曲轴箱内；3 3、导热；、导热；4 4、承压，传力。、承压，传力。 柴油机柴油机压缩比高，一般有压缩比高，一般有四道四道环槽，上部三道安环槽，上部三道安装装气环气环，下部安装，下部安装油环油环。汽油机汽油机一般有一般有三道三道环槽，其环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多许多径向小孔径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。一般应离顶部较远些。v头部头部用于安装用于安装活塞环活塞环v改善散热结构措改善散热结构措施施: :va.a.热流形变截面热流形变截面vb.b.火力岸处开绝火力岸处开绝热槽热槽vc.c.第一道环槽镶第一道环槽镶嵌耐热护圈嵌耐热护圈vd.d.头部加工多道头部加工多道环形沟槽环形沟槽隔热槽 所谓所谓侧压力侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。轴线相垂直的方向上。3 3）活塞裙部活塞裙部位置：位置：活塞环槽以下的所活塞环槽以下的所有有部分，包括销座孔。部分，包括销座孔。 作用：作用：导向，承受侧压力，导向，承受侧压力，防止破坏油膜。防止破坏油膜。 裙裙部部活塞裙部的结构特点活塞裙部的结构特点1） 预先做成椭圆形 为了使裙部两侧承受气体压力并为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而安全的间隙，要求活与气缸保持小而安全的间隙，要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。但是，塞在工作时具有正确的圆柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属厚，受热膨胀量大，销座孔部分的金属厚，受热膨胀量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。他方向。 另外，裙部承受气体侧压力的作另外，裙部承受气体侧压力的作用，导致沿活塞销轴向变形量较垂直用，导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样，如果活塞冷态活塞销方向大。这样，如果活塞冷态时裙部为圆形，那么工作时活塞就会时裙部为圆形，那么工作时活塞就会变成一个椭圆，使活塞与气缸之间圆变成一个椭圆，使活塞与气缸之间圆周间隙不相等，造成活塞在气缸内卡周间隙不相等，造成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常工作。住，发动机就无法正常工作。 因此，因此，在加工时预先把活塞裙部在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。活塞工作时趋近正圆。活活塞塞裙裙部部的的椭椭圆圆变变形形演演示示2 2）预先做成阶梯形、锥形）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。的阶梯形、锥形。（3 3）活塞裙部开槽）活塞裙部开槽绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽横向绝热槽横向绝热槽减少活塞头的热量向裙部扩散减少活塞头的热量向裙部扩散有的兼作油环回油孔有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽纵向膨胀槽留有膨胀余地留有膨胀余地活塞强度降低活塞强度降低2 2、活塞环、活塞环 活塞环是具有弹活塞环是具有弹性的开口环，有性的开口环，有气环气环和和油环油环之分。之分。材料：材料：合金铸铁或球墨铸铁；目前广泛采用的活塞环合金铸铁或球墨铸铁；目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁材料是合金铸铁( (在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素钼等合金元素) )，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。磷化。 （1 1）气环）气环 作用：密封和传导热量作用：密封和传导热量保证气缸与活塞间的保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。气气环切切口口气环的密封原理气环的密封原理 气环开有切口，具有弹性，在气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，自由状态下外径大于气缸直径，它与活塞一起装入气缸后，外表它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，被封闭的气体不能通过环封面，被封闭的气体不能通过环周与气缸之间，便进入了环与环周与气缸之间，便进入了环与环槽的空隙，一方面把环压到环槽槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面，同时，作端面形成第二密封面，同时，作用在环背的气体压力又大大加强用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用了第一密封面的密封作用, ,气环气环密封效果一般与气环数量有关，密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用汽油机一般采用2 2道气环，柴油道气环，柴油机一般多采用机一般多采用3 3道气环。道气环。 活塞下行时，由于环与气缸活塞下行时，由于环与气缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压靠在环槽的上端面上，气缸壁面上靠在环槽的上端面上，气缸壁面上的油被刮入下边隙和内边隙；活塞的油被刮入下边隙和内边隙；活塞上行时，环又被压靠在环槽的下端上行时，环又被压靠在环槽的下端面。结果第一道环背隙里的机油就面。结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室，窜入燃烧室的机油，进入燃烧室，窜入燃烧室的机油，会在燃烧室内形成积炭，造成机油会在燃烧室内形成积炭，造成机油的消耗量增加，另外上窜的机油也的消耗量增加，另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭，使环在环可能在环槽内形成积炭，使环在环槽内卡死而失去密封作用，划伤气槽内卡死而失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断，可见泵油作缸壁，甚至使环折断，可见泵油作用是很有害的，必须设法消除。为用是很有害的，必须设法消除。为了消除或减少有害的泵油作用，除了消除或减少有害的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，广泛了在气环的下面装有油环外，广泛采用了非矩形断面的扭曲环。采用了非矩形断面的扭曲环。气环的泵油原理气环的泵油原理 气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环结构简单、制造方便、易于生产、应用面广结构简单、制造方便、易于生产、应用面广扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。触压力，有利于磨合和密封。梯形环梯形环加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高桶面环桶面环外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形气环断面形状：气环断面形状：（2 2）油环）油环作用：作用：v布油布油( (活塞上行活塞上行) )v刮油刮油v润滑油润滑油v密封密封( (辅助作用辅助作用) )种类普通油环组合式油环示意图径向衬环刮油片轴向衬环刮油片油油环环油环的刮油作用油环的刮油作用油环的刮油作用作用：作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气 体压力传递给连杆。体压力传递给连杆。要求：要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差件差)材料与工艺材料与工艺: :优质低碳钢，优质低碳钢，表面淬火、精磨。表面淬火、精磨。3、活塞销、活塞销构造：构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形， 以及两段截锥与一段圆柱的组合形。以及两段截锥与一段圆柱的组合形。活塞销安装方式活塞销安装方式 活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式：合有两种方式： 全浮式全浮式 安装和安装和 半浮式半浮式 安装。安装。 全浮式：全浮式：活塞活塞销能在连杆衬销能在连杆衬套和活塞销座套和活塞销座中自由摆动，中自由摆动，使磨损均匀。使磨损均匀。半浮式：半浮式：活塞中活塞中部与连杆小头采部与连杆小头采用紧固螺栓连接，用紧固螺栓连接，活塞销只能在两活塞销只能在两端销座内作自由端销座内作自由摆动。多用于小摆动。多用于小轿车轿车全浮式安装: 当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动。这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有档圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。 “半浮式”安装 活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。4 4、连杆、连杆功用功用 连杆的功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通连杆的功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给曲轴，轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。工作条件工作条件 连杆工作时，承受连杆工作时，承受活塞顶部气体压力和惯性活塞顶部气体压力和惯性力的作用力的作用，而这些力的大小和方向都是周期性，而这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到的是变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯压缩、拉伸和弯曲曲等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，重量轻。重量轻。连杆结构连杆结构 连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成，然后经机加工和热处理，连杆分为三锻而成，然后经机加工和热处理，连杆分为三个部分：即个部分：即连杆小头连杆小头1 1，连杆杆身连杆杆身2 2和和连杆大头连杆大头3(3(包括连杆盖包括连杆盖) )。连杆小头与活塞销相连。连杆小头与活塞销相连。作用：作用：连接连接活塞活塞与与曲轴曲轴，并把活塞承受的气体压，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的力传给曲轴，使活塞的往复往复运动变成曲轴的运动变成曲轴的旋转旋转运动。运动。4、连杆、连杆连杆小头连杆小头杆身杆身连杆连杆大头大头连连杆杆组组件件分分解解图图要求：要求：有足够的强度和刚度，质量要尽量小有足够的强度和刚度，质量要尽量小( (承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个较长的杆件较长的杆件) )v材料：材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用球墨铸铁。数用球墨铸铁。v小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。v组成：组成：连杆小头、杆身、大头连杆小头、杆身、大头连杆大头的连接形式连杆大头的连接形式平切式平切式斜切式斜切式连杆轴瓦连杆轴瓦二、活塞连杆组的拆装二、活塞连杆组的拆装