活塞设计说明书样板

（一）压缩高度的确定
1.第一环的位置
根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即所谓火力岸的高度h。

为缩小H1，，当然希望h尽可能小，但h过小会使第一环温度过高，导致活塞环弹性松弛、粘结等故障。

柴油机活塞环的工作条件比汽油机更严重，故h应更大些。

一般柴油机h=（0.15~0.25）D。

2.第二环的位置
为减小活塞高度，活塞环槽轴向高度b应尽可能小，这样活塞环惯性力小，会减轻对环槽侧面冲击，有助有提高环槽耐久性。

但b太小，会使制环工艺困难。

在小型高速内燃机上，一般气环高b=2~3毫米，油环高b=4~6毫米。

大缸径柴油机的推荐环高见表。

环岸的高度c，应保证它在气压力造成的负荷下不会破坏。

实践证明强化柴油活塞第一环岸有时会沿着岸根整圈断落下来。

当然，第二、第三环岸负荷要比第一环岸小得多，温度也低，只有在第一环岸已破坏的情况下，它们才可能被破坏。

因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。

实际发动机的统计表明，c1=（1.5~2.5）b1，c2=c3=（1~2）b1，汽油机接近下限，柴油机特别是增压柴油机取上限，因为后者负荷重。

3.活塞环数
活塞环数目对活塞头部的高度H1有很大影响。

目前高速汽油机一般用2~3道气环和一道油环
4.活塞销上面的裙部长度
确定好活塞头部环的布置以后，高度H1最后决定于活塞销轴线到最低环槽（一般是油环槽）的距离h’。

为了保证油环工作良好，环在槽中的轴向间隙是很小的，环槽如有较大变形就会使油环卡住而失效。

现代高速内燃机活塞的压缩高度在下述范围内：汽油机H1=0.45~0.6）D，柴油机H1=（0.6~0.8）D。

由于这一尺寸的变化直接影响发动机的压缩比，在柴油机中有可能造成活塞与气门碰撞的故障，所以要保证严格的公差，一般规定H1±0.05。

（二）活塞顶和环带断面
1.活塞顶
活塞顶的形状主要取决于燃烧室的选择和设计。

仅从活塞设计角度，为了减轻活塞组的热负荷和应力集中，希望采用受热面积最小、加工最简单的活塞顶形状，即平顶。

大多数汽油机正是采用平顶活塞，非直接喷射的高速柴油机，也采用平顶或接近平顶的形状。

但是直接喷射式的高速柴油机，由于混合气形成的需要，活塞顶上应设有一定深度的凹坑作为燃烧室，如果燃烧室深度h1很大，则连杆小头在燃烧室下面自由运动的需要，有时就决定了H1的下限值。

有的柴油机活塞顶除有燃烧室外，还设有为防止活塞与气门干涉的浅坑。

中小型高速柴油机活塞顶的厚度是根据结构考虑决定的，主要从活塞向外传热条件和活塞的刚度出发，一般强度是足够的，通常并不对铝活塞顶部进行校核。

实际统计数据表明，活塞顶部最小厚度，汽油机δ=（0.06~0.1）D，柴油机为δ=（0.1~0.2）D。

活塞顶面接受的热量，主要通过活塞环传出。

专门的试验表明，对无强制冷却的活塞来说，经活塞环传到气缸壁的热量占70%~80%，经活塞本身传到气缸壁的占10%~20%，而传给曲轴箱空气和机油的仅占10%左右。

所以活塞顶厚度δ应从中央到四周逐渐加大，而且过渡圆角R应足够大，使活塞顶吸收的热量能顺利的被导至第二、第三环，以减轻第一环的热符合，并降低最高温度。

为了减少积炭和受热，活塞顶表面应光洁，在个别情况下甚至抛光。

复杂形状的活塞顶
应特别注意避免尖角，所有尖角均应仔细修圆，以免在高温下熔化。

2.环带断面与环槽尺寸
为了保证高热负荷活塞的环带有足够的壁厚δ’使导热良好，不让热量过多地集中在最高一环，其平均值δ’=（2~3）t’。

正确设计环槽断面和选择环与环槽的配合间隙，对于环和环槽工作的可靠性与耐久性十分重要。

槽底圆角一般为0.2~0.5毫米。

活塞环岸锐边必须有适当的倒角，否则当岸部与缸壁压紧出现毛刺时，就可能把活塞环卡住，成为严重漏气和过热的原因，但倒角过大又使活塞环漏气增加。

一般该倒角为（0.2~0.5）×45°。

环岸和环槽的设计应保持活塞、活塞环正常工作，降低机油消耗量，防止活塞环粘着卡死和异常磨损，气环槽下面英语活塞轴线垂直，以保证环工作时下边与缸桶接触，减小向上窜机油的可能性。

活塞环侧隙在不产生上述损伤的情况下愈小愈好，目前，第一环与环槽侧隙一般为0.05~0.1毫米，第二、第三环适当小些，为0.03~0.07毫米，油环则更小些，这有利于活塞环工作稳定和降低机油消耗量，侧隙确定油环槽中必须设有回油孔，并均匀地布置在主次推力面侧，回油孔对降低机油消耗量有重要意义，三道活塞环的开口间隙及侧隙如表所示
（三）环岸的强度校核
在膨胀冲程开始时，在爆发压力作用下，第一道活塞环紧压在第一环岸上。

由于节流作用，第一环岸上面的压力p1比下面压力p2大得多，不平衡力会在岸根产生很大的弯曲和剪切应力，当应力值超过铝合金在其工作温度下的强度极限或疲劳极限时，岸根有可能断裂，专门的试验证明，当活塞顶上作用着最高爆发压力pz时，p11≈0.9pz，p2≈0.2pz。

环岸是一个厚c1、内、外圆直径为D、D’的圆环形板，沿内圆柱面固定，要精确计算固定面的应力比较复杂，可以将其简化为一个简单的悬臂梁进行大致的计算。

在通常的尺寸比例下，可假定环槽深t’=0.05D，槽底（岸根）直径D’=0.9D，于是作用在岸根的弯矩为公式
而环岸根断面的抗弯断面系数近似等于
公式
所以环岸根部危险断面上的弯曲应力
公式
同理得剪切应力
公式
按合成应力公式
公式
考虑到铝合金在高温下的强度下降以及环岸根部的应力集中，铝合金的许用应力可取[σ]=30~40牛顿/毫米2。

(四)活塞裙部的设计。