学习目标

掌握发动机的曲柄连杆机构的活塞连杆组的作用、组成及其检修；

任务描述

通过案例学习发动机的曲柄连杆机构的活塞连杆组的作用与组成，了解基本结构和工作原理，掌握其检修过程。

一、活塞连杆组构造

　　1 组成：活塞组：活塞、活塞环、活塞销 
　　　　　连杆组：连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺栓等

　　2 功用：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用于活塞上的力转变为扭矩对外输出。

　　3 材料：铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。 
　二、 活塞构造:活塞可分为三部分:顶部、头部、裙部。

　（1）活塞顶部 
　　活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其顶部形状可分为三大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞。 
　　平顶活塞顶部是一个平面，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上。 
　　凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二冲程汽油机常采用凸顶活塞。 
　　凹顶活塞顶部呈凹陷形，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

　（2）活塞头部 
　　活塞头部：指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。分为火力岸和环带两部分 
　　活塞头部的作用： 
　　　a、承受气体压力 
　　　b、安装活塞环，与活塞环一起密封气缸， 
　　　c、将热量通过活塞环传给气缸壁(70～80%的热量)
　（3）活塞裙部 
　　活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。 
　　要求：a 良好的导向 
　　　　　b 足够的承压面积

　　工作过程中活塞的变形：

　　应对活塞变型的措施： 
　　a 预先做成椭圆形 
　　　用于抵消由于受热膨胀不均，长轴垂直与销轴.
　　b 预先做成阶梯形、锥形 
　　　为抵消高度方向的受热膨胀不均匀，预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。 
　　c 活塞裙部开槽 
　　在裙部开横向的隔热槽，以减小头部热量向裙部传递，裙部开有纵向的膨胀槽，热态时又具有补偿作用。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。 
　　d 有些活塞为了减轻重量，可以拖鞋式活塞或短活塞 
　　e 减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。 
　　活塞销孔偏置结构

　（4）活塞的冷却 
　　活塞冷却有三种方法：（如图） 
　　　自由喷射冷却法 
　　　震荡冷却法 
　　　强制冷却法

　（5）活塞的表面处理 
　　根据不同的目的和要求，进行不同的活塞表面处理，其方法有：
　　　1)活塞顶进行硬模阳极氧化处理，形成高硬度的耐热层，增大热阻，减少活塞顶部的吸热量。 
　　　2)活塞裙部镀锡或镀锌，可以避免在润滑不良的情况下运转时出现拉缸现象，也可以起到加速活塞与气缸的磨合作用。
　　　3)在活塞裙部涂覆石墨，石墨涂层可以加速磨合过程，可使裙部磨损均匀，在润滑不良的情况下可以避免拉缸。

三、活塞环 
　　

活塞环是具有弹性的开口环,有气环和油环之分。 
　1、功用及工作条件： 
　　气环功用：保证气缸与活塞间的密封性，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁。 （密封、传热）
　　油环功用：起刮油和布油的作用。（刮油、布油） 
　　工作条件：高温、高压、高速和润滑极其困难 
　　　　要求：活塞环弹性好，强度高、耐磨损

　2、活塞环材料及表面处理： 
　　材料要求： 良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性性足够的弹性、高的强度 
　　　　　　　　优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、钢 
　　　　　　　　第一道气环表面处理：多孔镀铬或钼 
　　　　　　　　第二道气环表面：镀锡或磷化 
　　　　　　　　油环表面处理：镀铬或钼 
　3、活塞环与活塞的配合： 
　　端隙（开口间隙）：0.25~0.50
　　侧隙（边隙）：第一环0.04~0.10，第二、三环0.03~0.07，油环0.25~0.07
　　背隙：0.5~1，油环更大

　4、气环 
　　气环的密封机理

　　气环的种类 
　　矩形环、锥面、矩形环、梯形环、桶面环： 

　　气环的泵油现象及解决办法 

　　解决办法： 
　　采用油环或者其他断面结构的气环。

　5、油环 

　　槽孔式：靠自身弹力刮油 
　　槽孔撑簧式：与气缸壁接触压力增大，刮油能力提高。
　　钢带组合式：使上下面接触，刮油，比压大。

　6、活塞环的组合 
　　两道气环，一道油环

四、活塞销 
　1.功用及工作条件：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆，或相反。 
　　周期地承受冲击载荷，作摆转运动，润滑条件很差， 
　　要求：活塞销具有足够的强度和刚度， 
　　　　　表面韧性好,耐磨性好，重量轻 
　2.材料：低碳钢 （20、35） 
　　低碳合金钢（15Cr、16MrCr5)
　　表面渗碳或渗氮以提高硬度 
　　精磨、抛光 
　3.结构： 
　　a、 圆柱形； 
　　b 、两段圆锥与一段圆柱组合； 
　　c、中间或单侧封闭 

　4.配合关系:全浮、半浮

　

五、连杆组 
　　

组成：连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承

　1.功用及工作条件： 
　　功用：连接活塞与曲轴并把活塞承受的气体压力传给曲轴 
　　工作条件：气体压力和惯性力 
　　要求：刚度，强度，质量小 
　2.材料：中碳钢（45）或合金钢（40Cr、35CrMo)
　3.连杆结构： 
　（1）连杆小头： 
　（2）杆身：工字型，可有油道

　（3）大头：足够的刚度，尺寸小、重量轻 
　　a、组合加工 
　　b、剖分方向： 
　　　　平分式 
　　　　斜分式 
　 c、定位方式

　4、连杆螺栓 
　　工作时连杆螺栓承受交变载荷，因此在结构上应尽量增大连杆螺栓的弹性，而在加工方面要精细加工过渡圆角，消除应力集中，以提高其抗疲劳强度。
　　连杆螺栓用优质合金钢制造，如40Cr、35CrMo等。经调质后滚压螺纹，表面进行防锈处理。

　5、连杆轴瓦

　6、V型发动机连杆 
　　V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的。
　　分类及特点:
　　　并列连杆：一前一后并列安装，气缸错开
　　　主副连杆：两连杆铰接在一起，气缸不需错开
　　　叉形连杆：相对两个连杆，其中一个为叉型，气缸不需错开。

六、活塞连杆组的检测

活塞三隙检测

活塞环端隙检测

活塞环侧检测

活塞环背隙检测

活塞连杆组课堂练习题