3第二章 曲柄连杆机构-1
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22.11.2020
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。
22.11.2020
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。
(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
22.11.2020
(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
22.11.2020
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。
（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。
活塞变形示意动画
22.11.2020
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。
22.11.2020
22.11.2020
制造时 变形后
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。
22.11.2020
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
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22.11.2020
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。
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Biblioteka Baidu
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。
Pj
22.11.2020
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
22.11.2020
其它顶型：盆顶、 W型、 深坑
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2）活塞头部 用以安装活塞环。
22.11.2020
22.11.2020
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。
22.11.2020
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
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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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。
22.11.2020
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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。
3第二章 曲柄连杆机构-1
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 曲轴飞轮组 22.11.2020
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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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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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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（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。
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。
(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。
（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。
活塞变形示意动画
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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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制造时 变形后
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
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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。
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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。
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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。
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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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其它顶型：盆顶、 W型、 深坑
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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
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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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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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。
3第二章 曲柄连杆机构-1
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。
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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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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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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。
22.11.2020
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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。
22.11.2020
（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。
22.11.2020
(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。