活塞ppt

去密封性； （5）加剧了气缸的磨损。
措施：
（1）采用扭曲环； （2） 采用组合式油环； （3）油环下设减压腔
（2）扭曲环：目前广泛用于第二道活塞环。
a)正扭曲环： 内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属；... b)反扭曲环：内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属；...
扭曲环成因
活塞销
1、作用：活 塞销的功用 是连接活塞 和连杆小头， 并把活塞承 受的气体压 力传给连杆。
2、要求：
（1）足够的刚度、强度和冲击韧性；... （2）表面耐磨；... （3）质量小。...
3、材料与工艺：
一般为低碳钢或低碳合金钢，经表 面渗碳或渗氮热处理以提高心部冲击 韧性和表面硬度，然后进行精磨和研 磨。...
3）筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时 钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。 工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。
活塞冷却方式
（6） 拖板式裙部：
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，并且可 使裙部富有弹性， 补偿热变形。
2、热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。...
（
（
b
a
结论： 机械变形
和热变形均 使得裙部断
）
）
弯
挤
曲
压
变
变
形
形
面变成长轴 沿活塞销方 向的椭圆。
c
（
（
d
） 销 座 热 变 形
） 裙 部 综 合 变 形
活塞的变形及采取的相应措施
1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。
2、变形规律
（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配 和间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝 合金的膨胀系数大于铸铁；
梯形环
（a）间隙变化
（b）受力情况
油环
一、功用：刮油、布油、密封。一般用1-2道油环。
（二）油环的结构特点：
1、油环 置于最后一道环槽，背隙内气体压力极低，因此，油环 置于气缸内时，必须具有较大的初始弹力。... 2、油环的断面形状如图所示，均分布若干个中间泄油孔，设 计重点在于提高与气缸壁的接触比压，以提高刮油能力。
活塞-气缸的额定配合间隙
是气缸套的直径与活塞的最大直径之差。
配合间隙仅为活塞直径的0.05%。
活塞与气缸之间在任何工况下都应保持 均匀的、适宜的间隙。间隙过小，活 塞可能被气缸卡死；过大，活塞敲缸。
活塞的装配方向
大多数发动机装配 中，必须严格按照 发动机生产厂家的 规定的活塞方向装 配活塞。往往在活 塞顶部标注有活塞 装配方向
总结：
扭曲环的优点：
a)密封性、磨合性好（线接触）；... b)防止“泵油”现象；... c)形成油楔，改善润滑；... d)提高刮油能力。...
扭曲环的缺点：
a)扭转角不超过1º，工艺性差；...
b)不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记 号。...
（3） 锥形环
1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮 油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。小锥角， 不超过2º，方向不可装反。优缺点同扭 曲环，但仍有 “泵油”现象。 2锥）形安。环装..传.注热意性：差锥，角常朝装下到（第在二环、端三有道向环上槽或上T。OP等标记）；
（五）间隙
1、开口间隙（端隙）：是活塞 环装入气缸后开口处 的间隙。 一般为0.25mm～0.50mm；
2、侧隙（边隙）：是环高方向 上与环槽之间的间隙。第一道 0.04mm～0.10mm；其它气 环0.03mm～0.07mm。油环 一般侧隙较小，0.025mm～ 0.07mm
3、背隙：是活塞环背面与环槽 底部间的间隙。 0.5mm～ 1mm
（六）气环（压缩环）
1、功用 （1）密封：防止气缸
内的气体窜入油底壳； （2） 传热：将活塞头
部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。
一般有2~3道气环。
2、气环的密封原理
气环可能漏气的通道有三条：环面与气缸壁；环与环槽面间；开 口端处。
（1） 第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径＞缸径，装 缸后在其弹力作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。
（3） 销座处凹陷0.5mm～1.0mm。
减少此处金属堆积，以减少热变形；...
（4） 裙部次推力面开绝热—膨胀槽（“T”形或“ ” 形槽），其中横槽叫绝热槽，竖槽叫膨胀槽。
次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向 膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；
（5）采用双金属活塞：即 在活塞裙部或销座内嵌铸 入钢片，以减少裙部的膨 胀量。
(2)装配：加热连杆小 头后，将销装入，冷 态时为过盈配合。
6、常见活塞销的类型
7、活塞销档圈
功用：限制活塞销轴向移 动，防止活塞销在发动 机运转过程中窜出，刮 伤气缸壁。
常见种类：钢丝圆环式挡 圈，薄片式平面挡圈，
椭圆式挡圈。
活塞销座
1、功用：将作用在活塞顶部的气体压力传给连杆， 用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安
Po
（2） 第二密封面的建立：活塞环在运动时产
生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧
隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，
使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封
面。
P1
F Pj
（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使 环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面 的密封。
1、第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此气环装入气 缸时产生的初始弹力很重要。... 2、第一道气环的初始弹力要求最小，随后的几道气环的初始弹力大小要求依 次递增。 3、气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）。
a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；... （质量小，导热性好，适用于一般发动机）...
b、组合式：
上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。...
1、刚度好，高温强度高；... 2、热膨胀系数低，配缸间隙小；... 3、耐磨（环槽）；... 4、质量居中。... 仅适用于极少数大功率 Biblioteka Baidu化柴油机
（2）工艺：
活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力F1与内侧环的弹力F2不在一条直线上，于 是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的 上下窜动造成的“泵油”现象。...
环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下。这样，活塞向上运动时， 因“油楔”作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下 刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气 冒蓝烟。安装时内切口朝上，外切口朝下，不能装反。
（2）活塞的头部
头部：油环槽以上的部 分。主要作用：
1）承受气体压力，并传给 连杆；
2）用于安装活塞环，与活 塞环一起实现对气缸的密 封；
3）将活塞顶所吸收的热量 通过活塞环传导给气缸壁 上。
改善散热结构措施: a.热流形变截面 b.火力岸处开绝热槽 c.第一道环槽襄耐热护
圈 d.头部加工多道环形
（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上 高下低，壁厚上厚下薄；
（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔 轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大， 以及侧压力作用的结果。
制造时
变形后
3、结构措施
沿高度方向呈上小下大的圆锥形：上热下冷；
（2） 活塞裙部横断面制成椭圆形，长轴垂直 于销座孔轴线方向，即侧压力方向。
（1）定义：在发动机正常 工作温度下，活塞销在连 杆小头孔和活塞销座孔中 都能转动。
(2)装配：
1）销与销座孔在冷态时为 过渡配合，采用分组选配 法。
2） 热装合：将活塞放入热 水或热油中加热后，迅速 将销装入。
2.半浮式
(1)定义：销与销座孔 和连杆小头两处，一 处固定，一处浮动。 （一般固定连杆小头）
a、铸造：质量大，加工工序多；... b、锻造：居中；... c、模锻：质量小，加工少。...
4、活塞的基本构造
由顶部、头部和裙部组成。
（1）活塞顶部
组成燃烧室，承受气体压力。 易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。... 顶部形状有：平顶、 凸顶、凹顶。
1） 平顶
吸热面积小，制 造工艺简单（四 冲程汽油机）... 广泛采用。
活塞环
二、活塞环：分成气环和油环两大类。... （一）作用：
1、气环： （1）密封（防止燃气漏入曲轴箱）； 是主要作用，是传热作用的前提。...
（2）传热（将活塞头部吸收的70%-80%的热量传导给 气缸壁）。...
2、油环： （1）润滑（气缸壁上铺油膜）；... （2）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；... （3）辅助密封。...
（二）工作特点：
（1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；...
（2）交变的弯曲应力（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开 口）。...
（三）要求：
（1）足够的强度、冲击韧性；... （2）耐高温（第1道气环）、耐磨。...
（四）材料：
（1）一般用合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环（以提高 弹力和冲击韧性）；... （2）第1道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并 能储存少量机油，以改善润滑条件）；... （3）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞）（以改 善磨合性能）。
（4）桶面环：
与气缸壁凸圆弧面接触。…
优点：
a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；
b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面； c)密封性改善。...
缺点：
a)工艺性差（凸圆弧面难加工）；... b)仍有“泵油”现象。...
（5）梯形环：
如图b所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而 增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一道气 环. 缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油”现 象。
活塞连杆组
活塞 活塞环槽 活塞销
连杆
连杆螺栓 连杆盖
连杆瓦
一、活
塞
1、活塞的功用
构成燃烧室 承压 传力 密封 散热 换气（在二冲 程发动机中）
2、工作条件与要求
高温----刚度好，导 热性好 高压----刚度好 润滑条件差----耐 磨 高速往复运动---重量轻
3、材料与工艺：
（1）材料：
2）凸顶：刚性好、强
度高，但吸热面积大，难 加工；与半球形燃烧室配 用（二冲程汽油机，凸顶 有利于扫气）...
3）凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，
如形、四角形燃烧室。但有的汽油机如桑塔纳
2000GSI轿车AJR发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少 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。
装卡环。 卡环用来防止活塞销发生轴向窜动。
2、偏置销座
1）定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图 示左侧）偏移1mm～2mm。
2）作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。
3）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。
4、结构特点：管状
（1）等截面圆柱形：易加 工，但质量大；...
（2）两段截锥形：等强度 梁，质量小，但难加工；..
（3）组合形：居中。
（a）圆柱型 （b）两段截锥型 （c）组合形
5、活塞销的连接方式
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"全浮式"安 装和"半浮式"安装。
1.全浮式
沟槽
（3）活塞裙部
油环槽底面至活塞底端的外圆 柱表面。 其主要作用是：
1、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）；...
2、承受侧压力（说明裙 部应有一定的刚度和承压 面积）。...
3、传力
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，导致销座弯曲变形，裙 部挤压变形；...
1） 恒范钢片式：活塞销 座通过恒范钢片与裙部相 连，而恒范钢片（含镍 33%～36%）的膨胀系 数仅为铝合金的十分之一。 这样，使裙部膨胀量大为 减少。
2） 自动调节式：
膨胀系数小的低碳 钢片贴在销座铝层 的内侧，依靠钢片 的牵制作用，及钢 片与铝壳之间的双 金属效应来减小裙 部侧压力方向的膨 胀量。
3、气环的断面形状：
（1）矩形环： 工艺最简单，导热性好，但存在“泵油”现象。 由于矩形环的“泵油”作用，气缸壁上的机油将源
源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气管冒蓝烟。
矩形环的泵油作用及危害
原因：
（1）存在侧隙 和背隙；
（2） 环运动 时在环槽中 靠上靠下。
危害：
（1）增加了润滑油的消耗；排气管冒蓝烟。 （2） 火花塞沾油不跳火； （3） 燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏； （4） 环槽内形成积炭，挤压活塞环而失