导图社区 汽车发动机活塞连杆组
知识点:活塞连杆组主要零部件的构造与功用。 导图细节讲解: 1.从一点钟方向顺时针开始读图; 2.高亮表示该分支“是什么”; 3.在该分支内但颜色与该分支不一样的字为关键字,建议学习时只看关键字,看不懂再读整句话; 4.冷暖色相间、高亮、关键字色差、高清图片共同打造舒适记忆; 5.建议下载原图,放大后所有小图清晰可见。
编辑于2023-11-29 23:15:55知识点: 1.配气机构的功用及组成; 2.气门间隙; 3.配气机构各主要零部件的功用及结构。 导图细节讲解: 1.从一点钟方向顺时针开始读图; 2.高亮表示该分支“是什么”; 3.在该分支内但颜色与该分支不一样的字为关键字,建议学习时只看关键字,看不懂再读整句话; 4.冷暖色相间、高亮、关键字色差、高清图片共同打造舒适记忆; 5.建议下载原图,放大后所有小图清晰可见。
知识点:曲柄连杆机构的功用、组成、工作原理及工作条件。 导图细节讲解: 1.从一点钟方向顺时针开始读图; 2.高亮表示该分支“是什么”; 3.在该分支内但颜色与该分支不一样的字为关键字,建议学习时只看关键字,看不懂再读整句话; 4.冷暖色相间、高亮、关键字色差、高清图片共同打造舒适记忆; 5.建议下载原图,放大后所有小图清晰可见。
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活塞连杆组
活塞
功用
与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室
承受燃烧气体压力并通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转
工作条件
高温、高压、化学腐蚀、巨大惯性力(高速)、交变载荷和热应力

要求
足够的强度和刚度
合理的形状和壁厚(以期获得最佳配缸间隙)
质量尽可能小
受热面小、散热好
热膨胀系数小,导热性能好,比重小
有较好的减磨性和热强度
材料:铝合金
优点
比重小→往复惯性力小
密度约为铸铁的三分之一
导热性好→工作温度低,温度分布均匀
导热系数为铸铁的3-4倍 有利于减小热应力、改善工作条件和延缓机油变质
缺点
通过结构设计和调整材料配方等措施可以弥补上述缺陷
热膨胀系数大
温度升高时,机械强度和硬度下降较快
1.在铝合金中增加硅的含量,可以提高活塞表面的耐磨性。
构造
顶部
活塞顶部形状与燃烧室形状、压缩比大小有关
平顶
受热面积小,加工简单
应用:大多数汽油机采用
凹顶
可通过改变凹坑尺寸来 调节发动机压缩比
有的活塞顶还加工有避让气门的气门凹坑
凸顶
多数是为了在不改动气缸盖结构的情况下增大压缩比
有的半球形燃烧室发动机采用,是为了增强挤流
保时捷911
拓展
为减少活塞顶受热,可以在活塞顶上焊一层不锈钢片。因为不锈钢既耐热又吸热缓慢,所以能减轻活塞顶部的热负荷并可提高发动机热效率。
在活塞顶上喷镀0.2-0.3mm陶瓷也可能起到同样作用
头部
位置:活塞顶至油环槽下端面之间的部分
加工有用于安装活塞环的环槽
油环槽底部加工有回油孔或横向切槽, 油环从气缸壁上刮下来的多余机油经此流回油底壳
作用
安装活塞环,与活塞环一起密封气缸
防止可燃混合气漏到曲轴箱内,防止机油窜入气缸
将顶部吸收的热量通过活塞环传递给气缸壁
要求
足够厚,从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑,过渡圆角R应足够大,以减小热流阻力,便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁,使活塞顶部的温度不置过高
裙部
位置:活塞头部以下的部分
要求
保证活塞在气缸内得到良好的导向
气缸与活塞之间在任何工况都应保持均匀的、适宜的间隙
间隙过大:活塞敲缸
间隙过小:活塞容易被气缸卡住
足够的实际承压面积,以承受侧向力
主推力面
向下运动时受侧向力的一面
次推力面
向上运动时受侧向力的一面
变形
机械变形
气体力、侧向力使裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大
热变形
使裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大
沿活塞销轴线方向膨胀量上大下小
形状:为使活塞工作时裙部 接近正圆形与气缸相适应
保证裙部有足够承压面积的条件下,将不承受侧向力 一侧的裙部去掉,形成拖板式活塞
优点: 1.质量轻,比全裙式活塞轻10%-20%,适应告诉发动机减小往复惯性力的需要 2.裙部弹性好,可以减小活塞与气缸的配合间隙 3.能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉
应将活塞裙部的横断面加工成椭圆形,并使其长轴与活塞销孔轴线相垂直。 现代汽车发动机的活塞均为椭圆裙
应将活塞制成上小下大的阶梯型、圆锥型或桶型
裙部次推力面侧开“T”形槽或“∩”形槽
横向槽-隔热槽
纵向槽-膨胀槽
拓展知识
恒范活塞
在活塞销座处镶铸恒范钢片的活塞
销座处只靠恒范钢片与活塞裙相连,且恒范钢的热膨胀系数只有铝合金的十分之一左右。
裙部在活塞销孔轴线方向的热膨胀量很小
自动热补偿活塞
将普通碳素钢片铸在销座处的铝合金层内形成双金属壁
两种金属热膨胀系数不同,当温度升高时双金属壁发生弯曲,而钢片两端的距离基本不变,从而限制了裙部的热膨胀量。
控制裙部膨胀的作用随温度升高而增大
冷却
自由喷射冷却法
振荡冷却法
强制冷却法
活塞销
功用
连接活塞和连杆,并将活塞承受的力传给连杆
要求
足够的刚度、强度和耐磨性
质量尽可能小
与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量
材料
低碳钢和低碳合金钢
结构
厚壁空心圆柱
内孔形状
圆柱形
加工容易,但质量较大
组合形
介于圆柱形与两端截锥形之间
两段截锥型
质量较小,且由于活塞销所受弯矩在中部最大, 所以接近于等强度梁,但是加工较难
连接方式
全浮式
发动机在正常工作温度时,活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内自由转动,还可以在销座孔内缓慢转动,以使活塞销表面的磨损比较均匀;两端有卡环,以防活塞销窜出划伤缸壁。
半浮式
活塞销只在活塞销孔内可以活动,在小头孔内为固定不动的过盈配合, 不做轴向窜动。节省了连杆小头衬套和活塞销座孔两端的卡环。
降低了发动机噪声并消除了 活塞销挡圈可能引起的事故
活塞销偏置消减敲缸
敲缸:当压缩行程结束、做功行程开始,活塞越过上止点时,侧向力方向改变,活塞由次推力面贴紧气缸壁突然转变为主推力面贴紧,活塞与气缸发生拍击,产生噪声,且有损活塞的耐久性。
许多高速发动机中,活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线1-2mm。这时,压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾斜,活塞在越过上止点时,将逐渐地由次推力面贴紧气缸壁转变为主推力面贴紧气缸壁,从而消减了活塞对气缸的拍击
活塞环
功用:密封、传热、刮油、布油
现代普遍采用三道环
两道气环,一道油环
材料
优质灰铸铁、球磨铸铁、合金铸铁和钢带等
第一道环通常进行镀铬或喷钼处理
多孔性铬层硬度高,并能储存少量机油,可以改善润滑减轻磨损。 钼的熔点高,也具有多孔性,因此喷钼同样可以提高活塞环的耐磨性。
其他各道活塞环大都采用镀锡或磷化处理,以改善其耐磨性。 但是,钢带组合油环的上下刮片,其外圆面均进行多孔性镀铬
气环
功用
主要作用:密封、传热
密封不良: 1.发动机起动困难,功率下降,燃油和机油消耗量增加,机油老化变质; 2.还会由于活塞环外圆面与气缸壁贴合不严密,活塞顶部接受的热穿不出去,而导致活塞及活塞环温度过高,甚至被烧坏。
密封不良危害: 1.发动机起动困难,功率下降,燃油和机油消耗量增加,机油老化变质; 2.还会由于活塞环外圆面与气缸壁贴合不严密,活塞顶部接受的热传不出去, 而导致活塞及活塞环温度过高,甚至被烧坏。
辅助作用:刮油、布油
密封原理
第一密封面
活塞环在自由状态下不是正圆形,其外廓尺寸比气缸直径大
活塞环在自身弹力作用下环外圆面与气缸壁贴紧形成
第二密封面
侧隙中高压气体使环下侧面与环槽下侧面贴紧形成
第一密封面加强
背隙中高压气体使环外圆面与气缸壁更加贴紧
类型
按开口形状
直开口
阶梯形开口
斜开口
按断面形状
矩形环
形状简单,加工方便,与气缸壁接触面积大,有利于活塞散热
磨合性差
“泵油作用”使机油消耗量增加,活塞顶部及燃烧室壁面积碳
与活塞一起作往复运动时,在环槽内上下窜动
锥面环
外圆面为锥角很小的锥面
不易识别,为避免装错,在环的上侧面标有向上记号
线接触(理论上),磨合性好,增大了接触压力和对气缸壁形状的适应能力
下行可刮油,上行不将机油带到燃烧室
传热性差,不能用作第一道气环
扭曲环
断面不对称。装入气缸后,由于弹性内力的作用使断面发生扭转,故称扭曲环
进、压、排行程中,扭曲环发生扭曲,工作特点一方面与锥面环类似,另一方面由于扭曲环的上下侧面与环槽的上下侧面相接触,防止了环在环槽内上下窜动
消除了泵油现象
减轻了环对环槽的冲击而引起的磨损
做功冲程中,巨大的燃烧压力克服环弹性内力使其不再扭曲,整个外圆面与气缸壁接触,工作特点与矩形环相同
梯形环
抗粘结性好
多用作柴油机的第一道气环
桶面环
环的外圆面为外凸圆弧形
密封性、磨合性及对气缸壁表面形状的适应性都比较好
上行下行均能行程楔形油膜,减轻环与气缸壁的磨损
三隙
端隙(开口间隙)
活塞冷态下装入气缸后开口处的间隙
一般0.25-0.8mm
第一道环温度最高,端隙也最大
端隙过大,漏气严重;端隙过小,活塞环受热膨胀后可能卡死甚至折断
柴油机略大于汽油机
侧隙(边隙)
环高方向上与环槽之间的间隙
第一道环侧隙比其他环大些
气环侧隙大于油环
背隙
背隙是活塞及活塞环装入气缸后,活塞环背与环槽底部间的间隙
油环背隙大于气环
目的为增大存油间隙,以利于减压泄油
油环
功用
主要作用:刮油布油
(下行)刮除飞溅到气缸壁上多余的机油, (上行)并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜
既能防止机油窜入燃烧室被烧掉,又能实现对活塞、活塞环和气缸壁的润滑
辅助作用:密封、导热
类型
整体式油环(普通油环)
环的外圆柱面中间加工有凹槽,槽中钻有小孔或开槽
活塞运动时,将缸壁上多余的机油刮下,通过小孔或切槽流回油底壳。
组合式油环
由两片刮油钢片和中间的弹性衬环组成
弹性衬环的直径比气缸内圆周略大
质量小,刮油效果明显,近来使用越来越广泛
连杆组
功用
连接活塞和曲轴,并在二者之间起到传力和转换运动的作用
将活塞承受的力传曲轴,并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动
工作条件
复杂的平面运动
小头连接活塞销,同活塞一起作往复直线运动; 大头连接曲柄销(即连杆轴颈),与曲轴一起作旋转运动。
受到压缩、拉伸和弯曲等交变载荷及惯性力
最大压缩载荷出现在做功行程上止点附近
最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近
要求
足够的抗疲劳强度和结构刚度
质量尽可能小
结构
连杆小头
形状取决于活塞销尺寸及其与连杆小头的连接方式
活塞销全浮式
连杆小头孔内以一定的过盈量加入衬套,以减小磨损
在小头和衬套上加工有集油孔或集油槽, 用来收集飞溅上来的机油以润滑活塞销和连杆衬套
有的在连杆杆身上加工有纵向油道,机油经此油道到达连杆小头,一部分用来润滑活塞销和衬套,另一部分用来冷却活塞(此时必须在小头顶部加工出喷油孔)
活塞销半浮式
小头孔内不装衬套,销孔中也不装活塞挡圈
连杆杆身
断面为工字形
刚度大、质量轻、适于制造
连杆大头
类型
平切口连杆
刚度较大,受力变形较小,制造费用低
汽油机均采用平切口连杆
斜切口连杆
柴油机既有平切口式也有斜切口式
一般柴油机由于曲柄销直径较大,因此连杆大头的外形尺寸相应较大,欲在拆卸时能从气缸上端取出连杆体,必须采用斜切口连杆。
外形尺寸应小,从而便于拆卸发动机时能将其从气缸上端取出
连杆大头是剖分的,连杆盖用螺栓或螺柱紧固
连杆螺栓
装配时必须按规定的拧紧力矩或拧动的角度分几次拧紧
连杆轴瓦
连杆大头孔内安装的瓦片式滑动轴承。
分为上、下两个半瓦,半个轴瓦自由状态下非半圆形。
多采用薄壁钢背轴瓦,其内表面浇铸有耐磨合金层
连杆轴瓦上制有定位凸键,安装时嵌入连杆大头和连杆盖的 定位槽中,防止轴瓦前后移动或转动。
连杆盖定位
连杆盖装合到连杆体上时必须严格定位,以防止连杆盖横向位移
连杆体和连杆盖的同一侧刻有配对记号, 在拆卸之后重新装配时必须对号入座