1、第07講 活塞連桿組 活塞活塞環活塞銷連桿組 上一講 回本章 下一講活塞連桿組包括活塞、活塞環、活塞銷、連桿組等。一、活塞活塞組主要包括活塞、活塞環、活塞銷（視頻）1.活塞的功用、工作條件、材料及要求（1）活塞的功用：承受燃氣壓力并將此力傳遞給連桿、與氣缸蓋共同組成燃燒室（2）工作條件：高溫、高壓、高速往復直線運動高溫：與活塞頂部相接觸的燃氣溫度最高達22732773K，活塞頂部的最高溫度可達473673 K。材料的強度和硬度由于溫度升高而降低，溫度不均勻易產生熱應力裂紋。高壓：作功沖程中受到燃氣的帶沖擊性的高壓力的作用。柴油機瞬時最高壓力69MPa，汽油機35 MPa。導致活塞側壓力增大，加

2、速活塞表面磨損，引起活塞變形。高速：在作往復運動時，活塞還承受本身所產生的往復慣性力側壓力。活塞由于受到上述周期性變化的燃氣壓力和慣性力的作用，各個部分就產生交變的拉伸，壓縮和彎曲應力，使活塞容易變形。（3）材料及要求要求：活塞的質量要小，可以減小慣性力；熱膨脹系數要小，減小受熱時的變形；導熱性好，防止活塞過熱，發生損壞；耐磨性好，防止在往復運動中大量磨損。材料：常用鋁合金制造，質量小，導熱性好，但是熱膨脹系數大，高溫下，強度和硬度下降很快。有的柴油機采用高級鑄鐵或耐熱鋼制造。（4）成型方法鑄造：高溫強度下降較小、成本低，易出現氣孔、縮松等鑄造缺陷。鍛造：強度比鑄造高、導熱性較好，適用于強化發

3、動機，制造成本高。液態模鍛：兼顧鍛造與鑄造的特點，消除鑄造缺陷且提高了毛坯質量。2.活塞的結構型式根據所起作用的不同，可將活塞分為頂部、頭部和裙部（1）活塞頂部活塞頂部指活塞的頂面，它承受氣體壓力，并組成燃燒室。1）汽油機活塞頂部（視頻）多采用平頂、有些采用凹頂，二沖程汽油機多用凸頂。平頂：吸熱面積小、制造工藝簡單。 凹頂：改善混合氣形成和燃燒、調節壓縮比。2）柴油機活塞頂部（視頻）多采用各種各樣的凹坑凹坑：形狀、位置和大小必須與柴油機混合氣形成或與燃燒室要求相適應。（2）活塞頭部活塞環槽以上部位。承受氣體的壓力，與活塞環一起實現氣缸內氣體的密封，將熱量通過活塞環傳給氣缸壁。環槽：用來安裝氣環

4、和油環，一般氣環槽有23個，油環槽為一個。隔熱槽：活塞頂面和燃氣接觸，使活塞頭部溫度過高，導致氣環損壞，造成漏氣，因此有的發動機的活塞在第一到環的上方開一條隔熱槽，改變熱流方向，降低第一道環的溫度。護圈：保護環槽，防止高溫下損壞，一般為熱負荷較高的發動機采用。護圈的材料一般為耐熱且膨脹系數與鋁合金接近的高錳奧氏體鑄鐵。（3）活塞裙部活塞環槽以下部位。在活塞運動的時候起導向作用并承受側壓力。1）活塞裙部變形燃氣使裙部彎曲變形，側壓力使銷座軸線方向增大 使活塞工作時變成軸線沿活塞銷軸線方向的橢圓形熱變形使銷座軸線方向增大2）活塞裙部形狀（視頻）冷態下把活塞加工成裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓

5、形二、活塞環1.活塞環功用、工作條件及材料（1）活塞環功用（視頻）氣環功用：起到封氣、導熱，即防止高溫、高壓的燃氣竄入曲軸箱，污染機油，同時將活塞頂所吸收的大部分熱量傳給缸壁的作用。油環功用：刮除缸壁上多余的燃油，形成均勻的油膜，防止竄油，減小磨損。此外，起輔助封氣作用（2）活塞環工作條件高溫 高壓 高速及潤滑條件極差磨損嚴重， 發動機零件中工作壽命最短（3）活塞環材料一般活塞環多用優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造第一道活塞環甚至所有的環，其外表面進行多孔鍍鉻來減緩磨損其他的環多采用鍍錫、磷化或硫化處理來提高磨合性2.氣環結構與工作（視頻） （1）氣環密封原理氣環自由狀態非圓，隨活塞裝入氣缸

6、后，靠氣彈力緊貼在氣缸壁上（F1），形成第一密封面。同時，氣環在燃氣作用下被壓向環槽下端面（F3），形成第二密封面。另外，繞到環背后的燃氣使氣環更貼緊缸壁（F2），加強了第一密封面的密封效果幾道氣環切口錯開布置，這樣形成迷宮式封氣系統，這樣，竄入曲軸箱內的燃氣量已很少了（2）氣環切口形狀直角型：工藝性好，密封性差階梯形：密封性好，工藝性差斜切口：密封性和工藝性介于上述二者之間（3）氣環斷面形狀1）矩形環工藝性和導熱效果較好但產生泵油作用2）扭曲環正扭曲環：扭曲成碟子形。包括內圓上邊緣切槽及外圓下邊緣切槽的氣環反扭曲環：扭曲成蓋子形。內圓下邊緣切槽的氣環扭曲環工作特點（視頻）進氣、壓縮和排氣行程

7、：環扭曲，消除泵油現象，減輕磨損。作功行程：燃氣壓力作用使環不再扭曲，與矩形環相同3）錐面環環的外圓面為錐面，理論上為線接觸活塞下行時：能刮油；活塞上行時：錐面油楔作用浮起，減少磨損，不泵油若扭曲環的外圓面為錐面則為扭曲錐面環，（正反扭曲錐面環） 4）梯形環斷面為梯形，抗粘結性好，避免環被粘結而折斷側向力換向活塞左右擺動時，梯形環的側隙發生變化，將環槽中的膠質擠出作功行程中，燃氣徑向壓力加強了環的密封 缺點：上下面精磨工藝復雜 5）桶面環外圓面為外凸圓弧形桶面環上下運動時 均能形成楔形油膜，將環浮起，減輕環與氣缸壁的磨損其密封性、磨合性、對氣缸表面的適應性都比較好 缺點：凸圓弧表面加工困難3.

8、油環結構與工作（視頻） （1）油環刮油原理在油環徑向方向開有貫穿的油孔或油槽，在活塞的油環槽內和環岸上開有許多排小孔和斜孔當活塞下行時，刮下的油通過油環徑向槽內的小孔或狹縫和環岸上的斜孔流入機體內當活塞上行時，活塞環都貼在環槽下側面，使氣環與油環間的機油通過活塞環槽上的排油孔流入機體內（2）油環類型與結構1）普通油環槽孔式油環刮油靠油環自身彈力、外圓面加工環形集油槽、結構簡單加工容易成本低槽孔撐簧式油環槽孔式油環內圓面加裝撐簧、增大接觸壓力提高刮油能力耐久性2）鋼帶組合油環接觸壓力大、刮油能力強、防機油上竄、上下刮片能單獨動作、對氣缸活塞變形適應能力強、優質鋼成本高 三、活塞銷1.活塞銷功用、

9、工作條件及材料（1）活塞銷功用連接活塞和連桿將活塞承受的力傳給連桿（2）活塞銷工作條件承受沖擊載荷，潤滑條件差，所以剛度，強度要求較高，韌性好，耐磨；質量要小，銷和銷孔適當的配合并要有好的表面質量（3）活塞銷材料低碳鋼或低碳合金鋼，外表面滲碳淬硬，再精磨和拋光。既提高表面硬度和耐磨性 又保證較高強度和沖擊韌性2.活塞銷的結構(內孔形狀)圓柱形兩段截錐形組合形四、連桿組連桿組的組成（視頻）1.連桿組功用、工作條件及材料（1）連桿組功用（視頻）將活塞承受的力傳給曲軸并將活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動（2）連桿組工作條件連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起作往復運動；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸

10、一起作旋轉運動，因此連桿作復雜的平面運動連桿組主要受到壓縮、拉伸和彎曲交變載荷。最大壓縮載荷出現在做功行程上止點附近，最大拉伸載荷出現在進氣行程上止點附近。在壓縮載荷和連桿組作平面運動時產生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發生彎曲變形要求： 剛度高，尤其是大頭要有足夠的剛度；疲勞強度要求，防止斷裂；輕巧，減小慣性力（3）連桿組材料連桿體、連桿蓋：優質中碳鋼和中碳合金鋼，如45、42CrMo 40Cr 、40MnB連桿螺栓：優質合金鋼，如40Cr、35CrMo2.連桿構造連桿由連桿大頭、連桿小頭、連桿桿身等組成有的柴油機桿身內還設有潤滑油道（1）連桿小頭（與活塞銷連接方式）1）全浮式青銅襯套

11、（連桿襯套）以一定的過盈壓入小頭內部，工作時，活塞銷可以在小頭內作一定角度的擺動，而且還可在活塞銷座孔內擺動全浮式活塞銷的連接方法，使活塞銷磨損均勻，為防止活塞銷兩端刮傷氣缸壁，在活塞銷孔外側裝置活塞銷檔圈（卡環）2）半浮式活塞銷只在活塞銷孔內轉動，在小頭孔內不轉用螺栓將活塞銷夾緊在連桿小頭孔內另一種方法：首先將小頭加熱到300左右，再將活塞銷壓入小頭孔中，不用緊固螺栓，從而避免了因過度擰緊二使活塞銷變形（2）連桿桿身（視頻）桿身斷面為工字形，剛度大，質量輕，適于模鍛（3）連桿大頭1）剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）平切口結合面與連桿軸線垂直這種剖分形式剛度大，變形小，加工簡單，成本低

12、，多應用于汽油機斜切口柴油機的曲柄銷直徑較大，所以連桿大頭的尺寸相應較大，要使拆卸時能從氣缸上斷取出連桿體，必須采用斜切口結合面與連桿軸線成3060夾角，而且要有一定形式的定位機構2）定位方式（防止連桿蓋橫向移動）平切口連桿利用連桿螺栓上一段精密加工圓柱面與精密加工螺栓孔進行定位斜切口連桿連桿螺栓承受較大剪切力，易產生疲勞破壞，應采用能承受橫向力的定位方法止口定位利用連桿蓋與連桿體大端的止口進行定位，由止口承受橫向剪切力此方法工藝簡單，加工方便，但容易造成大頭尺寸增大，定位不可靠。鋸齒定位在連桿體與連桿蓋的結合面上拉處鋸齒，依靠齒面實現橫向定位這種方法的優點是鋸齒接觸面大，貼合緊密，定位可靠，機構緊湊，因此應用廣泛套筒定位在連桿蓋上的每個連桿螺栓孔中，同心的壓入剛度大、抗剪切的定位套筒，套筒外圓與連桿體大端的定位孔為高精度配合這種定位方法的優點是多向定位，定位可靠；缺點是工藝要求高，若定位孔距不準，則會發生過定位而使大頭失圓3.V型發動機連桿 （1）并列連桿兩個完全相同的連桿一前一后地并列裝在同一個曲柄銷上，因此左右兩列活塞的運動規律完全相同，前后連桿可以通用但是增加了曲