汽车发动机构造与维修 课件 4.3 活塞连杆组的构造与检修

活塞连杆组的构造与检修本节内容CONTENTS活塞连杆组的构造01活塞连杆组的检修0201一、活塞连杆组的构造1.活塞2.活塞环3.活塞销4.连杆5连杆轴承功用：承受气缸中的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。工作条件：高温：顶部温度达600K-700K。高压：汽油机3-5MPa，柴油机6-9MPa。高速：3000-6000r/min。受力复杂：气体压力、惯性力等。（一）活塞一、活塞连杆组的构造要求：足够的刚度和强度；良好的导热性和耐磨性；质量小，热膨胀系数小；与缸壁摩擦系数小。材料：铝合金（Si-Cu-Mg）成型方法：铸造；锻造（强度更高，制造成本较高）。一、活塞连杆组的构造（一）活塞基本结构：可分为顶部、头部、裙部三部分。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构①活塞顶部：是燃烧室的组成部分，形状有平顶、凸顶、凹顶、成型顶。一、活塞连杆组的构造产生扰流利于燃烧增大压缩比

F1赛车特殊要求工艺简单（一）活塞—（1）基本结构②活塞头部：活塞环槽以上的部分。活塞头部作用承受气体压力，并传给连杆；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到气缸壁上。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构②活塞头部活塞头部构造：头部切有若干用以安装活塞环的环槽。汽油机一般有2-3道环槽。上面1-2道用以安装气环，下面1道用以安装油环，油环槽底面上钻有许多径向小孔。活塞头部问题：活塞环槽的磨损，特别是第一道环槽温度较高，其磨损更为严重。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构②活塞头部活塞头部措施：可在铝合金活塞环槽部位铸入由耐热合金钢制造的环槽护圈；还可以在第一道环槽上面切出较环槽窄的隔热槽。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构③活塞裙部：油环槽下端以下部分。活塞裙部作用：为活塞在气缸内作往复运动导向；承受侧压力。活塞裙部要求：一定的长度；足够的面积。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构③活塞裙部活塞裙部基本形状：薄壁圆筒，上部有活塞销座孔。全裙式:圆筒为完整的。拖板式:沿销座孔轴线方向（不受作用力的两侧）的裙部切去一部分以减轻重量。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构④活塞销座：位于活塞裙部的上部。活塞销座作用：安装活塞销，将活塞顶部气体作用力经活塞销传给连杆。活塞销座结构：厚壁圆筒，销座孔内有安放弹性卡环的卡环槽。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（1）基本结构①整个活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀，使配合间隙变小。(原因：温度、膨胀系数)②活塞头部的膨胀大于裙部，且自上而下膨胀量由大而小。(原因：温度、壁厚)③裙部圆周方向向近似椭圆形变化，长轴在沿活塞销座孔轴线方向。(原因：侧压力、金属堆积)这样将造成活塞与气缸壁的间隙发生变化。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（2）变形规律①预先在冷态下把活塞加工成裙部断面以活塞销轴线方向为短轴的椭圆。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（3）针对活塞变形采取的结构措施②活塞头部的直径制成上小下大的阶梯形或截锥形，或将活塞裙部制成上小下大的截锥形。或活塞裙部做成变椭圆桶形，椭圆度由下而上逐渐增大。一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（3）针对活塞变形采取的结构措施阶梯型截锥型锥型裙部③裙部开有横向的隔热槽，以减小活塞裙部的受热量。④裙部开有纵向的膨胀槽，使裙部具有弹性。（只适应负荷不大的汽油机）一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（3）针对活塞变形采取的结构措施一、活塞连杆组的构造（一）活塞—（3）针对活塞变形采取的结构措施⑤双金属活塞——在铝合金活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，限制活塞裙部的膨胀量（恒范钢片式、筒形钢片式、自动调节式）。⑥有的活塞将销座附近裙部外表制成凹陷（0.5-1mm)。按功用分类：气环——用于气缸的密封、导热。油环——用来刮除气缸壁上多余的机油。此外，油环也起到封气的辅助作用。工作条件：①高温②高压③高速④润滑困难要求：好的耐磨性、耐热性、磨合性、导热性；高的强度、冲击韧性和足够的弹性。材料：合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素）（二）活塞环一、活塞连杆组的构造（二）活塞环◆活塞环间隙一、活塞连杆组的构造开口间隙△1：又称为端隙，是活塞环装入气缸后，该环在上止点时环的两端头的间隙。（0.25-0.50mm）【注意】：一道环开口位置应避开作功行程受压面，各环位置错开。（二）活塞环◆活塞环间隙一、活塞连杆组的构造侧隙△2：又称边隙，是指活塞环装入活塞后，环高方向上与活塞环槽之间的间隙。背隙△3：是活塞及活塞环装入气缸后，活塞环背面（内圆柱面）与活塞环槽底部间的间隙。（二）活塞环—（1）气环一、活塞连杆组的构造①功用：密封、导热。②气环的密封原理弹力F1形成第一密封面；气体压力形成第二密封面；窜入背隙的气体产生背压力F2形成对第一密封面的第二次密封。（二）活塞环—（1）气环一、活塞连杆组的构造③气环的切口形状：切口间隙过大，则漏气严重，使发动机功率减小；间隙过小，活塞环受热膨胀后就可能卡死或折断。（二）活塞环—（1）气环一、活塞连杆组的构造④活塞环的泵油作用：原因：侧隙和背隙的存在。后果：燃烧室形成积炭，机油消耗增加，且环槽中形成积炭使环卡死失去密封作用，甚至折断活塞环。（二）活塞环—（1）气环一、活塞连杆组的构造⑤气环的断面形状：为了加强密封、加速磨合、减小泵油以及改善润滑，在结构上出现了许多不同断面形状的气环。注意：安装方向（二）活塞环—（1）油环一、活塞连杆组的构造功用：刮除气缸壁上多余的润滑油。（二）活塞环—（1）油环一、活塞连杆组的构造结构型式：◆普通油环◆组合油环（二）活塞环—（3）活塞销一、活塞连杆组的构造功用：连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。工作条件：高温、周期性冲击载荷、润滑条件差（一般靠飞溅润滑）。要求：有足够的强度和刚度，质量尽可能小，以及有良好的耐磨性和耐冲击韧性。材料：低碳钢或低碳含金钢，经渗碳或淬火处理而成。（二）活塞环—（3）活塞销一、活塞连杆组的构造①结构：活塞销通常做成空心圆柱体，其内孔形状有：圆柱形、两段截锥形、组合形。（二）活塞环—（3）活塞销一、活塞连杆组的构造②活塞销的连接方式：◆全浮式：活塞销能在连杆小头衬套孔和活塞销座孔中自由转动。◆半浮式：销与座孔和小头，一处固定，一处浮动。（二）活塞环—（4）连杆一、活塞连杆组的构造功用：将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。工作条件：承受周期性变化的气体作用力、惯性力。要求：有足够的刚度和强度；质量小。材料：优质中碳钢或中碳合金钢。（二）活塞环—（4）连杆一、活塞连杆组的构造①结构：连杆小头、杆身、连杆大头（包括连杆盖）。（二）活塞环—（4）连杆一、活塞连杆组的构造大头的切口型式：平切口、斜切口。斜切口连杆的定位：止口、套筒、锯齿。（二）活塞环—（4）连杆一、活塞连杆组的构造②V形发动机左右两列对应的气缸连杆是共同接在一个连杆轴颈上的，它有三种形式：并列连杆式、主副连杆式、叉形连杆式。（二）活塞环—（5）连杆轴承一、活塞连杆组的构造功用：又叫连杆轴瓦（俗称小瓦），装于连杆大头内，保护轴颈和大头孔。工作条件：交变载荷、高速摩擦、低速大负荷时润滑困难、润滑油变质带来腐蚀。要求：足够的强度；良好的减磨性；良好的耐腐蚀性。（二）活塞环—（5）连杆轴承一、活塞连杆组的构造①结构：由钢背和减摩层组成的分开式薄壁轴承。钢背由1-3mm的低碳钢制成，减摩层是浇铸在钢背内圆上厚0.3-0.7mm的薄层减摩合金（如巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金等）。一、机体组的构造复习与思考1、活塞环的泵油作用可以加强对气缸上部的润滑，因此是有益的。2、活塞裙部的膨胀槽一般开在面对发动机前方的右侧。3、采用全浮式活塞销，无论在装配时还是在发动机工作时，活塞销均能在活塞销座孔中自由转动。4、采用双金属活塞是为了提高活塞刚度。02二、活塞连杆组的检修1.活塞的选配2.活塞环选配3.活塞销的选配4.连杆的检修5.连杆衬套的修复6.活塞连杆组的装配活塞连杆组的修理主要包括二、活塞连杆组的检修（1）活塞、活塞环、活塞销的选配；（2）连杆的检验与校正；（3）活塞连杆组的装配。（一）活塞的选配—（1）活塞的耗损二、活塞连杆组的检修◆活塞环槽的磨损；◆活塞裙部的磨损；◆活塞销座孔的磨损；◆活塞刮伤；◆活塞顶部的烧蚀；◆活塞脱顶（即活塞头部与裙部分离）。（一）活塞的选配—（2）活塞的选配二、活塞连杆组的检修按修理尺寸法修复气缸或活塞发生异常损坏时,须视情选配活塞,选配时遵守下列规定：①根据气缸的修理尺寸选配同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。②同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞,以保证材料、性能、重量、尺寸的一致性。③活塞裙部的锥度、椭圆度应符合规定的技术要求。④活塞与气缸的间隙正常。（一）活塞的选配—（3）配缸间隙的检查二、活塞连杆组的检修测量活塞裙部尺寸（二）活塞环的选配—（1）活塞环的耗损二、活塞连杆组的检修◆活塞环的磨损；◆弹性减弱；◆折断。（二）活塞环的选配—（2）活塞环的选配二、活塞连杆组的检修活塞环选配时，以气缸的修理尺寸为依据，同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环。（二）活塞环的选配—（3）活塞环的检验二、活塞连杆组的检修对活塞环的要求：①与气缸、活塞修理尺寸一致；②具有规定的弹力以保证气缸的密封性；③环的漏光度、端隙、侧隙、背隙应符合原厂设计规定。（二）活塞环的选配—（3）活塞环的检验二、活塞连杆组的检修①活塞环的弹力检验活塞环弹力是指活塞环端隙达到规定值时，作用在活塞环上的径向力。（二）活塞环的选配—（3）活塞环的检验二、活塞连杆组的检修②活塞环的漏光度检验：活塞环的漏光度检验旨在检测环的外圆表面与缸壁的接触和密封程度。（二）活塞环的选配—（3）活塞环的检验二、活塞连杆组的检修③活塞环“三隙”的检验：端隙、侧隙、背隙的测量端隙的测量侧隙的测量（二）活塞环的选配—（3）活塞环的检验二、活塞连杆组的检修③活塞环“三隙”的检验：端隙、侧隙、背隙的测量为测量方便，背隙常以槽深与环厚之差来表示。将环落入环槽底，用深度游标尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值。背隙的测量（三）活塞销的选配—（1）活塞销的耗损二、活塞连杆组的检修磨损（三）活塞销的选配—二、活塞连杆组的检修（2）活塞销与连杆衬套及活塞销座孔配合磨损状况检查①用千分尺测量活塞销外径。（三）活塞销的选配—二、活塞连杆组的检修（2）活塞销与连杆衬套及活塞销座孔配合磨损状况检查②用百分表测量活塞销座孔及连杆衬套内径。（三）活塞销的选配—（3）活塞销的选配二、活塞连杆组的检修选配活塞销的原则是:同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销，活塞销表面应无锈蚀和斑点，表面粗糙度≤0.8um，圆柱度误差≤0.0025mm,质量差在10g范围内。为了适应修理的需要，活塞销设有四级修理尺寸：+0.04mm、+0.08mm、+0.12mm、+0.16mm，每组尺寸差0.0025mm分为四组，可以根据活塞销座和连杆衬套的磨损程度来选择相应修理尺寸的活塞销。（三）活塞销的选配—（4）活塞销座孔的修理二、活塞连杆组的检修采用修理尺寸法修理时，活塞销与销座孔的配合要求，一般通过对活塞销座孔的铰削和镗削来实现；连杆衬套更换并进行铰（镗）削，使之与新的活塞销配合间隙达到标准。近年来，不提倡用铰削方法对活塞销座孔及连杆衬套进行修复，而是活塞销与销座和连杆衬套采用分组选配。由于相邻两组的直径差只有0.0025mm,通常难以测量而用涂色标记加以识别。装配时,只要活塞销与活塞销座和连杆衬套涂色标记相同即可。（四）连杆的检修—（1）连杆常见损伤二、活塞连杆组的检修◆连杆变形；◆连杆小端衬套的磨损；◆连杆大端与下盖结合平面的损伤。（四）连杆的检修—（2）连杆的检验与修理二、活塞连杆组的检修（四）连杆的检修—（2）连杆的检验与修理二、活塞连杆组的检修①连杆变形的检验：测量结果分析：●正直：三点规的三个测点都与检验器平板接触。（四）连杆的检修—（2）连杆的检验与修理二、活塞连杆组的检修①连杆变形的检验：测量结果分析：●弯曲：三点规的上测点与平板接触，而下两测点不与平板接触，且与平板间隙相等；或下两测点接触而上测点与平板不接触；则表明连杆弯曲。这时用厚薄规测得的测点与平板间的间隙值，即为连杆在100mm长度上的弯曲度值。连杆弯曲程度不得大于0.05mm/100mm。（四）连杆的检修—（2）连杆的检验与修理二、活塞连杆组的检修①连杆变形的检验：测量结果分析：●扭曲：只有一个下测点与平板接触，另一个下测点与平板的间隙为上测点与平板间隙的两倍。这时下测点与平板的间隙即为连杆在100mm长度上的扭曲度数值。连杆扭曲程度不得大于：0.05mm／100mm。（四）连杆的检修—（2）连杆的检验与修理二、活塞连杆组的检修①连杆变形的检验：测量结果分析：●弯扭并存：一个下测点与平板接触，但另一个下测点的间隙不等