第二章曲柄连杆机构1 (2).ppt

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(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。
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(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。
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6、活塞环的安装
活塞环的检查与安装
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2.1.3、活塞销
1、作用:连接活塞和连杆, 并传递活塞的力给连杆。 2、结构:用低碳钢或低碳合金 钢制成的厚壁管状体。
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3、连接方式
1)全浮式
(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,
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4、气环开口形式
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5、气环的密封原理 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P0作用下与缸壁压 紧,形成第一密封面。
第一密封面
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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
P1
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2)活塞头部 用以安装活塞环。
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3)活塞销座 用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环
槽,用以安装卡环。
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6、活塞工作特点
1)受力变形原因:热膨胀、侧压力和气体压力。
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2、变形规律
(1)活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量, 使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁, 且铝合金的膨胀系数大于铸铁; (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。
(2)类型 ①整体式
其外圆上切有环形 槽,槽底开有回油 用的小孔或窄槽。
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②组合式: 由上下刮
油片和产生 径向、轴向 弹力的衬簧 组成。
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其特点为
1)密封好: 第一密封面,靠径向力,因衬簧长大于刮
片长而产生径向力。 第二密封面,靠轴向力,因衬簧和钢片总
厚度大于环槽高而产生轴向力。 2) 无侧隙,不窜油。 3) 刮油能力强:因钢片薄,对缸壁比压大。 4) 上下片可分别动作,适应性好。 5) 回油能力强。
(1)蛇形油管冷却活塞:采用螺 旋形铜管或钢管铸入活塞本体, 使冷却油流经蛇型管,在润滑油 压力作用下进行循环冷却。为了 增强冷却效果,也有铸成后再用 酸蚀掉铜管。
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11()2)油冷却冷油活腔活塞塞:活
塞 头内部设置冷却油腔,冷
却 油不充满整个油腔,一般
只 充30-50%,由于活塞往
复 运动的惯性,冷却油在油
Pj
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3)离心惯性力PC:旋转机件的圆周运动产 生离心惯性力,方向背离曲轴中心向外。离 心力加速轴承与周颈的磨损,也引起发动机 振动而传到机体外。
Pc
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4)摩擦力F:指相互运动件 之间的摩擦力,它是造成配 F 合表面磨损的根源。
活塞受力分析总结
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3、活塞技术要求
✓足够的强度、刚度 ✓较轻的质量 ✓较好的耐磨性 ✓受热率小、导热性好
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3)扭曲环 特点将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒 角而具成有。锥形环的特点;
减小扭了曲泵原油理作:用当;活塞环装入气缸后,环受到压 缩产作生功弯行曲程变环形不,再断扭面曲中,性两层个以密外封产面生达拉到应完力全、接 中触性 ,层利以于外散产热生。压应力,矩形环由于中性层内外 断安面装不:对内称上,切使扭F曲和环F不装在入同第一一平道面环内槽,,从外而下形切成扭 力曲偶 环装M,入在第力二偶、的三作道用环下槽,。活塞环发生微量的扭曲 变形。
3.结构措施
3)耐磨镶座:整体铝活塞第一环槽因温度高, 材料硬度下降较多,及润滑条件差,环槽磨损 严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因 素。为了改善这种情况,有些柴油机活塞在第 一或第一和第二道环槽处铸入耐磨镶座以提高 环槽部分的耐磨性。
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3.结构措施
4)活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 5)活塞横断面制成椭圆形,长轴垂直于销座 孔轴线方向,即侧压 力方向。 6)销座处凹陷 0.5mm~1.0mm。
10)组合式活塞 (1)采用组合式的原因
a.强化强度提高,活塞头部的热负荷增加。一般的铝合 金不能满足要求。
b.出于减小往复惯性力的考虑,减轻重量。
(2)制作方法
a.用耐热材料制成活塞头部 b.用铝合金或铸铁制造活塞裙部 c.然后将二者用螺栓连接起来。
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11)油冷活塞
为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要,保 证活塞顶的足够强度又使第一道 环的温度不至太高,在强化度较 高的中、高速柴油机中普遍采用 了整体油冷活塞即在整体活塞顶 部及环槽部开有冷却液流道或冷 却腔,用润滑系统中冷却油作为 冷却介质,对活塞顶部及环槽区 进行强制冷却。
7)裙部开绝热—膨 胀槽(“T”形或形槽), 其中横槽叫绝槽,竖槽叫 膨胀槽。
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8)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。
(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。
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4)桶形环 其特点为 (1)环的外圆面为凸圆弧形; (2)环面与缸壁圆弧接触,避免了棱角负荷; (3)环上下运动时,均能形成楔形油膜。
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5)梯形环 当活塞在侧压力作用下
左、右换向时,环的侧隙和 背隙将不断变化,使胶状油 焦不断从环槽中被挤出。梯 形环用于热负荷较大的柴油 机的第一道环。
2、气环断面形状
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1) 矩形环
结构简单,与缸壁接触 面积大,散热好,但易泵油。
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2)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。
(2)安装注意: 锥角朝下(在环端有向上或TOP等标记); 锥形环传热性差,常装到第二、三道环槽上。
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3.结构措施
2)隔热槽:整体铝活塞第一环槽因温度高, 材料硬度下降较多,及润滑条件差,环槽磨损 严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因 素。为了改善这种情 况,某些柴油机活塞 在第一道环槽上方车 隔热槽,改变顶部热 流方向,将部分原来 由第一道环散走的热 量分散到第二、三道 环散走。
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活塞变形示意动画
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制造时 变形后
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活塞温度分布
散热方式:
a.顶部吸收的热量62-67%由活塞环传给汽缸盖,由 汽缸套传给冷却水。
b.14%由活塞裙部传给缸套。 c.期于部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的滑油和 气体。
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3.结构措施
1)圆弧过渡:非冷却整体铝活塞的头部热流 密度很大,为降低活塞头部和环槽温度,加大 散热面积,保证热流密度大致相等,顶底内壁 和侧壁相连接部分多用大圆弧过渡,同时减少 了应力集中
的共同作用下,使环 F
靠在环槽的上侧或下
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侧,形成第二密封面。 第二密封面
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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。
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4)活塞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。
现象:当活塞带着环下行(进气 行程)时,环靠在环槽的上方, 环从缸壁上刮下的润滑油充入环 槽下方;当活塞又带着环上行 (压缩行程)时,环又靠在环槽 的下方,同时将油挤压到环槽上, 如此反复,就将润滑油泵到活塞顶。
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3、活塞环的间隙
1)端隙Δ1:又称开口间隙,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Δ2:又称边隙,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Δ3:是活塞环装入气缸 后,活塞环背面 与环槽底部的间隙。 0.5mm~1mm;
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危害:
(1)增加了润滑油的消耗; (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,挤压活塞环而失去
密封性; (4)加剧了气缸的磨损。
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措施:
(1)采用扭曲环; (2)采用组合式油环;
(3)油环下设减压腔
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6)油环
(1)作用:刮油。即 将气缸壁上多余的 润滑油刮下来。
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9)偏置销座 (1) 定义:活塞销座朝向承受作功侧压力的 一面偏移1mm~2mm。 (2) 作用:减轻活 塞换向时对气缸壁 的敲击。
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(3) 原理:因销可座见偏偏置置,销在座接使近活上塞止换点向时分,成了作两用步在, 活塞销座第轴一线步以是右在的气体压力较大小于时左进边行,,使且活裙塞部倾 斜,裙部弹下性端好提,前有换缓向冲。作而用活;塞第在二越步过虽上气止体点压,力侧 压力反向大时,但活它塞是才个以渐左变下过端程接。触为处此为,支两点步,过顶渡部 向左转(使不换是向平冲移击)力,大完为成减换弱向。
腔 中震荡冲刷,冷却油与油
腔 面相对运动速度较大,容
易 形成紊流,冷却效果较好。
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活塞的检查
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2.1.2、活塞环
1、活塞环(气环)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;70% (3)辅助刮
油、布油。
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第二章
将燃料燃 烧时产生的热 能转变为活塞 往复运动的机 械能,再转变 为曲轴旋转运 动而对外输出 动力。
活塞连杆组 曲1轴7:27 飞轮组
曲柄连杆机构
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2.1、活塞连杆组
活塞 活塞环 活塞销 连杆及衬套 连杆轴瓦
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2.1.1、活塞
1、活塞功用
1)与气缸盖、气缸 壁等共同组成燃烧 室; 2)承力传力:承受 气体压力,并将此 力传给连杆,以推 动曲轴旋转。
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2、活塞工作条件
✓高温
2770K
✓高压 11.76MPa
✓高速运动 30m/s
✓侧压力
✓摩擦力
✓惯性力
✓润滑冷却差
✓交变载荷
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➢受力分析
曲柄连杆机构受的力 主要有气压力P,往复 惯 性 力 Pj , 旋 转 离 心 力Pc和摩擦力F。
P
F
Pj
PC
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1)气压力:气压力P的集中力PP分解为侧压 力NP和SP, SP分解为RP和TP,RP使曲轴主 轴颈处受压,TP为周向产生转矩的力。
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1)顶部 是燃烧室的组成部分,
用来承受气体压力。 活塞的顶部形状有: (1)平顶:受热面积小,广泛采用。 (2)凸顶:与半球形燃烧室配用。 (3)凹顶:高压缩比发动机为了防止碰撞气门, 也可用凹坑的深度来调整压缩比。
其它顶型:盆顶、 W型、 深坑
(1)作功行程:侧压力 NP向左,活塞的左侧 面压向气缸壁,左侧 磨损严重
NP
P SP
RP TP
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(2)压缩行程:侧压 力NP向右,活塞的 右侧面压向气缸壁, 左侧磨损严重
SP
NP
P
TP
RP
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2)往复惯性力Pj:活塞在上半行程时,惯性力 都向上,下半行程时,惯性力都向下。在上下 止点活塞运动方向改变,速度为零,加速度最 大,惯性力也最大;在行程中部附近,活塞运 动速度最大,加速度为零,惯性力也等于零。
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4、活塞材料
发动机活塞广泛采用铝合金。
特点: 1、质量小(约为铸铁活塞的50%~70%); 2、导热性好(约为铸铁的三倍); 3、热膨胀系数大。
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5、活塞结构
活塞可分为顶部、 环槽部、裙部和活塞 销座四部分。
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。
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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) (2)装配:加热连杆小头后,将销装入, 冷态时为过盈配合。
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