第二章 曲柄连杆机构第三节 活塞连杆组讲解

汽车发动机构造与维修第二章曲柄连杆机构申宁宁延安职业技术学院1.理解曲柄连杆机构的运动与受力。2.认识曲柄连杆机构的组成及装配关系,掌握各组成的功用、构造和工作原理。3.熟悉主要件材料及加工工艺。学习目标：目录第一节概述第二节机体组第三节活塞连杆组第四节曲轴飞轮组第二章曲柄连杆机构第三节

活塞连杆组3.1活塞3.2活塞销3.3活塞环3.4连杆03气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖第三节活塞连杆组3.1活塞1．活塞的功用及工作条件功用：承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。工作条件：作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。2．活塞材料广泛采用铝合金，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢。成形方法金属型铸造：成本低,但容易出现各种气孔、缩松等铸造缺陷，锻造：强度比铸造好,导热性也好,适用于强化发动机上,但制造成本高，液态模锻：组织细密,无铸造缺陷,可以实现少切屑或无切屑的加工,使金属利用率大为提高,兼有铸造和锻造的优点,使用较广泛。3.1活塞3．活塞构造顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，制作较厚。

裙部：导向、传力，承受侧压力销座孔处制有加强筋。3.1活塞（1）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。3.1活塞活塞顶部刻有方向标记3.1活塞活塞顶部形状平顶凸顶凹顶3.1活塞结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。3.1活塞浅凹坑，方便在主燃烧室形成二次涡流，增进混合气的形成与燃烧。喷油器将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。3.1活塞头部（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、将气体的作用力传给连杆；2、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内；3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：3.1活塞隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流。3.1活塞增加环槽的耐磨性。增加活塞的强度，提高第一道环槽的耐磨性。3.1活塞（3）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧向力，防止破坏油膜。裙部3.1活塞3.1活塞4、结构特点（1）预先做成椭圆形椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。3.1活塞（2）预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。3.1活塞（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽3.1活塞①质量轻，比全裙式活塞轻10％～10％，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。

②裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。

③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。（4）在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。3.1活塞（5）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点：恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。3.1活塞（6）有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向做功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。3.1活塞自由喷射冷却法：从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油。振荡冷却法：从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。强制冷却法：在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。5．活塞的冷却3.1活塞功用：连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的气体作用力传给连杆。材料：一般为低碳钢或者低合金钢，如20、20Mn、15Cr、20Cr或20MnV等，外表面进行渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。高负荷发动机活塞销一般采用渗氮材料制造。3.2活塞销工作要求：高温冲击载荷大润滑困难工作条件：足够的强度刚度韧性耐磨性重量轻活塞销的结构圆柱形组合形两段截锥形3.2活塞销活塞销与销座、连杆小头的连接方式全浮式：安装特点是当发动机工作时，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。这种安装方式应用较广泛。半浮式：安装的特点是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。小轿车上应用较多。"全浮式""半浮式"3.2活塞销工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，是发动机上使用寿命最短的零件。1.工作条件及要求：对活塞环的要求：弹性好，强度高、耐磨损，耐热、冲击韧性好、导热性能好等。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。3.3活塞环2.分类及作用：具有切口的弹性环，自由状时，环外径大于缸径。按照用途分气环油环3.3活塞环气环功用：传热和密封

与活塞一起密封气缸，防止燃气下窜入曲轴箱，并将活塞头部的热量通过气缸壁传给冷却液或者空气，同时辅助油环控制气缸壁上的润滑油。材料：

一般选择合金铸铁，在一些特殊情况下选择球墨铸铁、优质灰铸铁、粉末冶金、金属陶瓷、合金钢等。进行镀锡、磷化、喷石墨及硫化处理。对于工作条件最恶劣的第一环，则进行表面镀铬。3.3活塞环气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。切口侧隙背隙3.3活塞环气环密封原理在自身弹力作用下，环外圆面紧贴气缸壁，形成第一密封面；在燃气作用下，环下表面形成第二密封面。3.3活塞环

直角口(直切口)

斜口(斜切口)

搭切口(阶梯形)带防转销钉槽(封闭切口)切口形状与开口间隙大小影响密封气环切口3.3活塞环与缸径大小有关；一般

=0.2-0.8mm。开口间隙大小有严格规定。过大，影响密封；过小，热膨胀后会卡死。安装时，各环切口位置均匀错开，并避免侧压力最大方向。迷宫式密封3.3活塞环气环断面形状：形状特点示意图矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应用面广扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，有锥面环优点锥面环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。梯形环抗结胶性好，加工困难，精度要求高桶面环凸圆弧加工困难，适应性好；良好润滑；密封性好；磨合性好3.3活塞环气环的泵油作用演示3.3活塞环3.3活塞环主要用于强化柴油机的第一道环注意安装反扭曲环不宜作第一道环注意安装方向应用广泛矩形环平面环锥形环扭曲环梯形环桶面环泵油泵油新型结构，强化柴油机的第一道环油环功用：刮油和布油刮掉缸壁上多余的润滑油，使缸壁上的润滑油均匀分布，并辅助气环密封。油环类型整体式油环：在油钢片组合环环内安装弹簧内衬环的结构3.3活塞环种类整体式油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片3.3活塞环油环的控油原理3.3活塞环功用：将活塞承受的气体作用力传给曲轴，把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动3.4连杆材料连杆一般采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成也有少数采用球墨铸铁制成为提高疲劳强度，连杆常进行表面喷丸处理，然后经机械加工和热处理。常用优质45钢，如上海桑塔纳轿车发动机的连杆；强化柴油机则采用40Cr等合金钢以及40MnB、40MnVB等硼钢，如富康轿车发动机的连杆；对于小型发动机连杆一般采用高强度铝合金制造。3.4连杆组成：由小头、杆身、大头三部分组成1）小头：用来安装活塞销，以连接活塞。2）杆身：常做成“工”字形断面。3）大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。3.4连杆加工工艺：全浮式连接的小头孔内以一定的过盈量压入减摩青铜衬套或钢背加青铜镀层的双金属衬套。连杆杆身通常做成“工”字形断面。有的连杆杆身上加工有喷油孔。3.4连杆连杆盖：连杆大头一般做成剖分形式，被分开的部分称为连杆盖，通过特制的连杆螺栓紧固在连杆大头上。连杆盖和连杆大头在加工时都是配对加工，在同一侧刻有配对记号。大头孔内表面安装连杆轴瓦，同时铣有连杆轴瓦定位凹坑。3.4连