南航曲柄连杆机构.pptx

2 2、往复惯性力与离心力、往复惯性力与离心力：活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。如图如图（2-22-2）。偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径向外。性力，其方向沿曲柄半径向外。曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。机的振动。（1 1）活塞在上半行程时的惯性力）活塞在上半行程时的惯性力（2 2）活塞在下半行程时的惯性力）活塞在下半行程时的惯性力图图2-22-2往复惯性力和离心力作用情况示意图往复惯性力和离心力作用情况示意图第二节第二节第二节第二节 机体组机体组机体组机体组3 3、摩擦力、摩擦力：忽略不记。：忽略不记。五、总结：五、总结：曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到压缩压缩、拉伸拉伸、弯曲弯曲和和扭转扭转作用。作用。机体组由机体组由气缸体气缸体（有的发动机有（有的发动机有曲轴箱曲轴箱）、）、气缸盖气缸盖和和油底壳油底壳组成。组成。一、一、气缸体气缸体 水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动机水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与上曲轴箱上曲轴箱（其内腔为曲轴运（其内腔为曲轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为下曲轴箱下曲轴箱。气缸体内孔一般镶入气缸。气缸体内孔一般镶入气缸套，其内表面形成气缸工作表面。套，其内表面形成气缸工作表面。（一）作用（一）作用：1 1、内孔：（、内孔：（1 1）形成气缸工作容积形成气缸工作容积 （2 2）活塞运动导向）活塞运动导向 2 2、外部（、外部（1 1）各机构和系统的装配基体）各机构和系统的装配基体 （2 2）散热）散热（二）要求（二）要求：1 1、耐高温、耐高温、高压高压 2 2、耐磨损、耐磨损 3 3、耐腐蚀、耐腐蚀 4 4、足够的刚、足够的刚 度和强度度和强度（三）材料和工艺（三）材料和工艺：1 1、材料、材料 （1 1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢）气缸套：优质合金铸铁或合金钢 （2 2）气缸体：灰铸铁或铝合金）气缸体：灰铸铁或铝合金2 2、气缸工作表面制造工艺、气缸工作表面制造工艺 （2 2级加工精度）级加工精度）（1 1）精镗）精镗（2 2）珩磨（网纹状）珩磨（网纹状）1 1、改善磨合条件，磨合改善磨合条件，磨合 时间短时间短2 2、避免拉缸（金属熔着避免拉缸（金属熔着磨损）磨损）漏气漏气:功率下降功率下降窜机油窜机油:冒蓝烟冒蓝烟活塞卡死活塞卡死三、气缸体结构特点三、气缸体结构特点：1 1、按、按具体结构形式具体结构形式分为三分为三种：种：（1 1）一般式气缸体一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上面在同一平面上（图（图2-2-3 3a a）。其优点是。其优点是制造方便制造方便，质量轻质量轻，高度低高度低，但，但刚度刚度低低，适用于，适用于汽油机汽油机。（2 2）龙门式气缸体龙门式气缸体：气缸体下表面移至曲轴气缸体下表面移至曲轴轴线以下轴线以下（图（图2-3 2-3 b b ）。）。（a a）一般式）一般式（b b）龙门式龙门式（c c）隧道式隧道式图图2-3 2-3 气缸体示意图气缸体示意图 其优点是其优点是刚度和强度较刚度和强度较好好，但，但工艺性较差工艺性较差，适用于，适用于柴油机和强化汽油机柴油机和强化汽油机。（3 3）隧道式气缸体隧道式气缸体：气缸体上有完整的主轴承座孔气缸体上有完整的主轴承座孔（图（图2-3 2-3 c c ）。其优点是）。其优点是刚度最好刚度最好，主轴承主轴承座孔不易变形座孔不易变形，便于安装滚动主轴承支承的，便于安装滚动主轴承支承的组合曲轴组合曲轴，各，各缸主轴承孔同轴度缸主轴承孔同轴度易保证易保证，制造方便制造方便，但，但质量大质量大，高度高高度高。2 2、按、按冷却方式冷却方式分：分：（1 1）水冷式：气缸体内铸有）水冷式：气缸体内铸有冷却水套冷却水套（图（图2-42-4）（2 2）风冷式：气缸体外铸有）风冷式：气缸体外铸有散热片散热片（图（图2-52-5）3 3、按、按镶缸套方式镶缸套方式分为两种：分为两种：（1 1）干式缸套干式缸套：图（：图（a a）所示，）所示，不直接与冷却水接触不直接与冷却水接触，薄壁薄壁（1-31-3mmmm），），过盈过盈压配压配在气缸体内孔中。其在气缸体内孔中。其优点优点是：是：密封性好密封性好，气缸体刚性好气缸体刚性好，不易变形不易变形。缺点缺点是：是：a a、制造成本增加制造成本增加：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变形。加工装夹时易变形。b b、热负荷增加热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。负荷严重。c c、气缸体铸造工艺性差气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。：水套封闭，去渣困难。d d：缸心距增加，曲轴易弯曲变形缸心距增加，曲轴易弯曲变形：水套封闭。：水套封闭。图图2-4 2-4 水冷发动机和气缸盖水冷发动机和气缸盖图图2-5 2-5 风冷发动机的风冷发动机的气缸体和气缸盖气缸体和气缸盖气缸套气缸套水套水套气缸体气缸体图图 2-6 2-6（a a）干式）干式气缸套气缸套（2 2）湿式缸套湿式缸套：图（：图（b b）所示，气缸体）所示，气缸体水套敞开水套敞开，缸，缸套与冷却水套与冷却水直接接触直接接触，薄厚薄厚（5-9mm5-9mm），缸套下端），缸套下端带带橡胶封水圈橡胶封水圈，气缸套外圆，气缸套外圆上大上大，下小下小（因为气缸套下（因为气缸套下端带端带1-31-3道橡胶封水圈），且道橡胶封水圈），且上端上端与气缸体内孔与气缸体内孔配合配合紧紧，下端配合松下端配合松，以方便推入气缸体内孔。，以方便推入气缸体内孔。0.050.050.050.05 0.150.150.150.15mmmm气缸套气缸套水套水套气缸体气缸体橡胶封水圈橡胶封水圈图图 2-6 2-6（b b）湿式）湿式气缸套气缸套 （轴向定位）（轴向定位）（径向定位）（径向定位）（径向定位）（径向定位）湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面高出气缸体顶面0.05-0.15 0.05-0.15 mmmm，这样紧固缸盖时，这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。可将缸垫压得更紧，以密封燃气。湿式缸套湿式缸套优点优点是：是：气缸套冷却好气缸套冷却好；制造成本低制造成本低；气缸体铸造工艺性好气缸体铸造工艺性好；缸心距短缸心距短，曲轴不易弯曲曲轴不易弯曲。湿式缸套湿式缸套缺缺点点是：是：气缸体刚性差气缸体刚性差，容易变形容易变形，易漏气易漏气、漏水漏水；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆常见涂漆。4 4、按、按气缸排气缸排列形式列形式分分单列单列双双列列直立直立平卧平卧V V型（型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销），相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）水平对置（水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销），每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）（1 1）（1 1）（2 2）（2 2）（3 3）（3 3）图图2-7 2-7 多缸发动机气缸排列型式多缸发动机气缸排列型式（1 1）单列直立式（直列式）单列直立式（直列式）（2 2）V V型型（3 3）水平对置式）水平对置式图图2-8 2-8 一汽奥迪一汽奥迪100100型发动机气缸体（一般式）型发动机气缸体（一般式）1-1-机油泵机油泵2-2-主轴瓦主轴瓦3-3-主轴承盖主轴承盖4-4-飞轮飞轮5-5-转速传感器脉冲齿转速传感器脉冲齿6-6-止推垫片止推垫片7-7-曲轴曲轴8-8-气缸体气缸体9-9-链轮链轮图图2-9 2-9 桑塔纳时代超桑塔纳时代超人人2000GSI2000GSI型轿车型轿车AJRAJR发动机的气缸体及相发动机的气缸体及相关零件（龙门式）关零件（龙门式）二、气缸盖与气缸垫二、气缸盖与气缸垫二、气缸盖与气缸垫二、气缸盖与气缸垫（一）气缸盖（一）气缸盖（一）气缸盖（一）气缸盖1 1、基本组成、基本组成：气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。2 2、作用、作用：（：（1 1）密封气缸上部）密封气缸上部 （2 2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）（3 3 3 3）构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸 有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）3 3、要求、要求：（：（1 1）耐高温、高压）耐高温、高压 （2 2）耐腐蚀）耐腐蚀 （3 3 3 3）足够的刚度和强度足够的刚度和强度4 4、材料、材料：（：（1 1）铝合金压铸：）铝合金压铸：a a、导热性好导热性好 （汽油机及少数（汽油机及少数 b b、质量轻质量轻 柴油机）柴油机）c c、铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）d d、刚度低刚度低:易变形易变形导致漏气、漏水导致漏气、漏水 f f、强度低强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛气缸盖螺栓孔易拉毛 g g、不耐高温不耐高温:超过超过350350 C C，强度急剧降低，强度急剧降低（1 1）降低热负荷，避免热应）降低热负荷，避免热应 力过大而开裂力过大而开裂（2 2）可提高压缩比（汽油机）可提高压缩比（汽油机）（2 2）灰铸铁或合金铸铁：）灰铸铁或合金铸铁：a a、刚度、强度高刚度、强度高 （大部分柴油机）（大部分柴油机）b b、耐高温耐高温 c c、导热性差导热性差:缸盖底面鼻梁区易开裂缸盖底面鼻梁区易开裂 d d、质量重质量重5 5、结构特点、结构特点：（1 1）多缸发动机）多缸发动机a a、单体气缸盖：单体气缸盖：每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方 便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。b b、整体气缸盖：整体气缸盖：只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲 轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，维修成本增加。（现代发动机大部分采用）维修成本增加。（现代发动机大部分采用）c c、组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。（2 2）按所用燃料分）按所用燃料分 a a、汽油机：（汽油机：（1 1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔）气缸盖中心加工有装火花塞的孔 （2 2）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排 气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾 化化),),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸 在气缸盖的两侧在气缸盖的两侧 （3 3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。b b、柴油机：（柴油机：（1 1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔）气缸盖中心加工有装喷油器的孔 （2 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响 充气效率，降低发动机功率）充气效率，降低发动机功率）（3 3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。（3 3）按冷却方式分）按冷却方式分：a a、水冷：水冷：内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上 部出水口通过节温器与散热器入水口相通。部出水口通过节温器与散热器入水口相通。b b、风冷：风冷：外铸散热片，平行于来流方向。外铸散热片，平行于来流方向。图图2-10 2-10 捷达轿车发动机的气缸盖（进、排气管在同侧，顶置凸轮轴捷达轿车发动机的气缸盖（进、排气管在同侧，顶置凸轮轴）图图2-11 2-11 进、排气进、排气管在同一侧的桑塔管在同一侧的桑塔纳轿车发动机气缸纳轿车发动机气缸盖盖1-1-气缸垫气缸垫 2-2-气缸盖气缸盖3-3-衬垫衬垫4-4-压条压条5-5-气缸盖罩气缸盖罩（顶置凸轮轴）（顶置凸轮轴）图图2-12 2-12 桑塔纳时代超人桑塔纳时代超人2000GSI2000GSI轿车轿车AJRAJR发动机发动机气缸盖及相关零件（进、气缸盖及相关零件（进、排气管在两侧，顶置凸排气管在两侧，顶置凸轮轴）轮轴）1-1-凸轮轴同步带轮凸轮轴同步带轮2-2-凸轮轴油封凸轮轴油封3-3-凸轮轴轴承盖凸轮轴轴承盖4-4-凸轮轴凸轮轴5-5-液压挺杆液压挺杆6-6-气缸盖气缸盖7-7-进气门进气门8-8-排气门排气门6 6、汽油机燃烧室、汽油机燃烧室：（1 1）要求：）要求：a a、结构尽可能紧凑，结构尽可能紧凑，F/VF/V小小 b b、压缩终了时能形成一定强压缩终了时能形成一定强 度的挤压涡流度的挤压涡流减少热量损失减少热量损失缩短火焰传播距离缩短火焰传播距离提高提高 i i 提高火焰传播速率提高火焰传播速率促进油、气混合促进油、气混合促使混合气促使混合气及时及时充分充分燃烧燃烧（2 2）结构形式：）结构形式：a a、楔形燃烧室楔形燃烧室 b b、盆形燃烧室盆形燃烧室 c c、半球形燃烧室半球形燃烧室结构较简单、紧凑结构较简单、紧凑压缩终了时能形成挤压涡流压缩终了时能形成挤压涡流结构较简单、紧凑结构较简单、紧凑能形成进气涡流能形成进气涡流结构最为紧凑，结构最为紧凑，高高配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气门倾斜，气门传动困难）门倾斜，气门传动困难）图图2-13 2-13 汽油机燃烧室形状汽油机燃烧室形状（a a）半球形）半球形燃烧室燃烧室（b b）楔形）楔形燃烧室燃烧室（c c）盆形）盆形燃烧室燃烧室（a a）（b b）（c c）（红旗轿车、切（红旗轿车、切诺基越野车、解诺基越野车、解放放CA1091CA1091货车）货车）（捷达、奥迪轿车、北（捷达、奥迪轿车、北京吉普）京吉普）（桑塔纳、富康、（桑塔纳、富康、夏利轿车）夏利轿车）（二）气缸垫（二）气缸垫（二）气缸垫（二）气缸垫1 1、作用：密封、作用：密封燃气燃气冷却水、机油冷却水、机油2 2、要求：、要求：（1 1）一定的强度要求）一定的强度要求（2 2）耐热、耐腐蚀）耐热、耐腐蚀（3 3）一定的弹性）一定的弹性a a、密封（变形以补偿结合面的不平度）密封（变形以补偿结合面的不平度）b b、能重复使用（能重复使用（在一定公差内）在一定公差内）3 3、材料与结构：、材料与结构：（1 1 1 1）金属金属+石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。（2 2）金属片：带凸纹，强度高，冲压）金属片：带凸纹，强度高，冲压低碳钢板低碳钢板铜板铜板铝板铝板适用于增压等强化发动机适用于增压等强化发动机 图图2-14 2-14 气缸盖衬垫的结构气缸盖衬垫的结构（1 1）金属）金属-石棉板石棉板（2 2）冲压钢板）冲压钢板（2 2）（1 1）4 4、气缸盖螺栓的拧紧次序：、气缸盖螺栓的拧紧次序：必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。图图2-15 2-15 丰田佳美丰田佳美3S-FE3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序三、油底壳三、油底壳1 1、作用：储存机油并密封曲轴箱。、作用：储存机油并密封曲轴箱。2 2、要求：（、要求：（1 1）结合面平整，密封性好）结合面平整，密封性好 （2 2）刚性好，避免振动、机械噪声过大）刚性好，避免振动、机械噪声过大 （3 3）散热性好）散热性好3 3、材料与结构：、材料与结构：一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。图图2-16 2-16 桑塔纳轿车油桑塔纳轿车油底壳结构底壳结构第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组活塞连杆组由活塞连杆组由活塞活塞、活塞环活塞环、活塞销活塞销、连杆连杆等组成等组成.图图2-19 活塞连杆组活塞连杆组第第1道气环道气环第第2道气环道气环组合油环组合油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖1、作用、作用：（1）构成燃烧室构成燃烧室；.2、要求、要求：（1）活塞质量小活塞质量小：往复惯性力小；往复惯性力小；.3、材料与工艺：、材料与工艺：a、共晶共晶铝硅合金铝硅合金（铸铝、锻铝）；（铸铝、锻铝）；.（质量小，导热性好，适用于一般发动机）（质量小，导热性好，适用于一般发动机）.b、组合式组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。沉头螺栓连接。.1、刚度好，高温强度高；刚度好，高温强度高；.仅适用于极少数大仅适用于极少数大功率功率 强化柴油机强化柴油机一、活塞一、活塞（2）传递动力传递动力。.（2）热膨胀系数小热膨胀系数小：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；.（6）足够的刚度和强度足够的刚度和强度：（3）导热性好导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，活塞活塞 顶不易热裂；顶不易热裂；（4）耐磨耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；：环槽不易磨损，裙部不易磨损；.（5）耐高温耐高温：高温时机械强度不会下降太多；：高温时机械强度不会下降太多；.a、销座不会弯曲变形；销座不会弯曲变形；.b、活塞顶不会压碎。、活塞顶不会压碎。.（1）材料）材料：2、热膨胀系数低，配缸间隙小；、热膨胀系数低，配缸间隙小；.3、耐磨（环槽）；、耐磨（环槽）；.4、质量居中。质量居中。.（2）工艺）工艺：a、铸造铸造：质量大，加工工序多；质量大，加工工序多；.4、结构特点、结构特点：图图220 活塞结构活塞结构 活塞销座活塞销座活塞销活塞销活塞销卡环活塞销卡环b、锻造锻造：居中；居中；.c、模锻模锻：质量小，加工少。质量小，加工少。.（1）基本结构：）基本结构：由由顶部顶部、头部头部、裙部裙部组成（图组成（图2-18所示）。所示）。1活塞顶部；活塞顶部；.2活塞头部；活塞头部；.3活塞裙部。活塞裙部。.a、顶部、顶部：）平顶：）平顶：（a）平顶）平顶.（b）凹顶）凹顶.（c）凸顶）凸顶.图图2-20 活塞顶形状活塞顶形状组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。.但有的汽油机如桑塔纳但有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车轿车AJR发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。吸热面积小，制造工艺简单（四冲程汽油机）吸热面积小，制造工艺简单（四冲程汽油机）.）凸顶：）凸顶：刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工（二冲程汽油机，凸顶有利于扫气）（二冲程汽油机，凸顶有利于扫气）.）凹顶）凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，如一般适用于车用直喷式柴油机，如 形、四角形燃烧室。形、四角形燃烧室。）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造的环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜机油。泄漏和窜机油。.图图2-21 活塞环槽护圈活塞环槽护圈（a）一道护圈（）一道护圈（b）二道护圈）二道护圈）四冲程汽油机一般）四冲程汽油机一般2-3道气环，道气环，1道油道油环，最低一道油环槽内转有许多径向环，最低一道油环槽内转有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经过这些小孔流回油底壳。过这些小孔流回油底壳。b、头部头部：油环槽以上部分。其油环槽以上部分。其主要作用主要作用是：是：）承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；）承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；.）与活塞环一起实现气缸的密封；）与活塞环一起实现气缸的密封；.）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。.其主要其主要结构特点结构特点是：是：）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度 逐渐扩大，并使活塞头部逐渐扩大，并使活塞头部 第一道环槽处于第一道环槽处于活塞内腔最低活塞内腔最低位置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平位置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平 均分摊给各道活塞环，避免第一道活塞环过热；均分摊给各道活塞环，避免第一道活塞环过热；.）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；.1、活塞往复直线运动导向活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过短，否则活塞运动时摆头）；（说明裙部长度不能过短，否则活塞运动时摆头）；.2、热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。.机械变形机械变形和和热变热变形形均使得裙部断面均使得裙部断面变成变成长轴沿活塞销长轴沿活塞销方向的椭圆方向的椭圆。（a）弯弯曲曲变变形形（b）挤挤压压变变形形（c）销销座座热热变变形形（d）裙裙部部综综合合变变形形图图2-22 活塞裙部的椭圆变形活塞裙部的椭圆变形c、裙部、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。其主要作用是：其主要作用是：2、承受侧压力承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。.发动机工作时活塞裙部的变形：发动机工作时活塞裙部的变形：1、机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲变形，裙部挤压变形；销座弯曲变形，裙部挤压变形；.结论结论：冷态敲缸现象冷态敲缸现象：（a）活塞销对中布置）活塞销对中布置 冷态装配间隙若无或过小，则由于冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的活塞工作时的机械变形机械变形和和热变形热变形时裙部时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡，轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。死。.活塞工作时侧压力方向的交替变化，活活塞工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的塞越过上止点时，时而是活塞的次推力次推力面侧面侧贴紧气缸壁（贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸压缩行程时贴紧气缸壁的一侧壁的一侧），时而是活塞的），时而是活塞的主推力面侧主推力面侧贴紧气缸壁（贴紧气缸壁（作功行程时贴紧气缸壁的作功行程时贴紧气缸壁的一侧一侧），形成金属敲缸声音，加剧裙部），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。重。活塞装配时应留有间隙。活塞装配时应留有间隙。.由于冷态装配间隙的存在，由于冷态装配间隙的存在，.偏向偏向主推力面侧主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之，可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，前就完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽油机。损，常见于汽油机。.（b）活塞销负偏置）活塞销负偏置图图2-23活塞销偏置时的工作情况活塞销偏置时的工作情况减轻冷态敲缸现象的主要结构措施减轻冷态敲缸现象的主要结构措施：(1)活塞销偏置活塞销偏置：通过改进结构措施，制成通过改进结构措施，制成反椭圆裙部断面反椭圆裙部断面，牵制裙部牵制裙部工作时的热变形工作时的热变形，从而在保，从而在保证活塞工作时证活塞工作时不拉缸的前提不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙下减小活塞配缸间隙，减轻，减轻发动机冷车敲缸现象。发动机冷车敲缸现象。(2)减少冷态装配间隙减少冷态装配间隙：次推力面侧开横向隔热次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄直槽（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向膨胀补偿斜油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；槽（避免拉伤气缸壁）；（b）（a）（c）（d）（e）裙部的结构特点裙部的结构特点：（1）裙部横断面呈反椭圆形裙部横断面呈反椭圆形：.活塞裙部加工成短轴沿活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意椭圆度活塞销方向，但注意椭圆度不可过大，否则活塞上下运不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大易拉伤动时因棱缘负荷过大易拉伤气缸壁；气缸壁；.（2）沿高度方向呈上小下大的沿高度方向呈上小下大的圆锥形圆锥形：上热下冷；上热下冷；.（3）裙部次推力面侧裙部次推力面侧开开“T”形槽或形槽或“”形形槽槽：活塞销座下方挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下活塞销座下方挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹性，补偿热变形。性，补偿热变形。（f）（g）（h）图图2-24 活塞裙部的不同形状和结构活塞裙部的不同形状和结构（4）销座附近裙部凹陷销座附近裙部凹陷0.51.0mm：减少此处金属堆积，以减少热变形；减少此处金属堆积，以减少热变形；.销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片，牵制此处热变形；销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片，牵制此处热变形；.（5）双金属活塞双金属活塞：（6）拖板式裙部拖板式裙部：二、活塞环：二、活塞环：分成分成气环气环和和油环油环两大类两大类。（一）作用（一）作用：（2）传热传热（将活塞头部吸收的（将活塞头部吸收的70%80%的热量传导给气缸壁）。的热量传导给气缸壁）。2、油环、油环：（3）辅助密封辅助密封。.（二）工作特点（二）工作特点：（2）交变的弯曲应力）交变的弯曲应力（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。.1、气环、气环：（三）要求（三）要求：（2）耐高温（第）耐高温（第1道气环）、耐磨。道气环）、耐磨。.（四）材料（四）材料：（2）第第1道气环的工作表面一般都道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬镀上多孔性铬 （硬度高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）；（硬度高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）；.图图2-25 活塞环活塞环（1）密封密封（防止燃气漏入曲轴箱）；（防止燃气漏入曲轴箱）；是是主要作用，是传热作用的前提。主要作用，是传热作用的前提。（1）润滑润滑（气缸壁上铺油膜）；（气缸壁上铺油膜）；.（2）刮油刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；.（1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；.（1）足够的强度、冲击韧性；）足够的强度、冲击韧性；.（1）一般用）一般用合金铸铁合金铸铁，少数高速强化柴油机用，少数高速强化柴油机用钢片环钢片环 （以提高弹力和冲击韧性）；（以提高弹力和冲击韧性）；.（3）其余气环一般）其余气环一般镀锡镀锡（铸铝活塞）或（铸铝活塞）或磷化磷化（锻铝活塞）（以改善磨合性能）。（锻铝活塞）（以改善磨合性能）。（五）气环的密封机理：（五）气环的密封机理：第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力F1）；）；.图图2-26 气环的密封机理气环的密封机理图图2-27 各环间隙处的气体压力递减图各环间隙处的气体压力递减图1、第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此、第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此气环装入气气环装入气缸时产生的初始弹力缸时产生的初始弹力F1很重要。很重要。.第二密封面（燃气压力第二密封面（燃气压力F2）；）；.气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）。气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）。.2、由图、由图2-27可知，第一道气环的初始弹力可知，第一道气环的初始弹力F1要求最小，随后的几道气环要求最小，随后的几道气环的初的初始弹力始弹力F1大小要求依次递增。大小要求依次递增。（1）切口形状）切口形状：1）直角切口：）直角切口：工艺性好，密封效果差；工艺性好，密封效果差；2）阶梯切口：密封好，工艺性差；）阶梯切口：密封好，工艺性差；.3）斜切口：）斜切口：介于中间，但套装时尖角易折断；介于中间，但套装时尖角易折断；.4）带防转销钉槽切口：）带防转销钉槽切口：方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。图图2-28 气环的切口形状气环的切口形状（六）气环的结构特点（六）气环的结构特点：由于矩形环的由于矩形环的“泵油泵油”作用，气缸壁上的作用，气缸壁上的机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气管冒蓝烟。烧掉，排气管冒蓝烟。图图2-29 矩形环的泵油作用矩形环的泵油作用1）矩形环：）矩形环：（a）矩形环矩形环（2）气环的断面形状：）气环的断面形状：工艺最简单，导热性好，但存在工艺最简单，导热性好，但存在“泵油泵油”现象。现象。.矩形环的矩形环的“泵油泵油”作用原理解释：作用原理解释：活塞下行活塞下行时，分时，分两种情况两种情况：在在进气行程中进气行程中，由于环与缸壁的摩擦阻力以及，由于环与缸壁的摩擦阻力以及环本身的惯性，环将靠紧环槽的上侧平面，缸壁环本身的惯性，环将靠紧环槽的上侧平面，缸壁上的机油就被刮入下边隙与背隙内；上的机油就被刮入下边隙与背隙内；.在在膨胀作功行程膨胀作功行程中，燃气压力的作用大于中，燃气压力的作用大于摩擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的摩擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。.活塞上活塞上行时，在行时，在摩擦阻力、惯性、缸内气摩擦阻力、惯性、缸内气体压力的作用下，体压力的作用下，环将靠紧在环将靠紧在环槽的下侧平环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。面，下边隙与背隙内的机油上窜。结论：结论：图图2-30 气环的断面形状气环的断面形状2）扭曲环扭曲环：a)正扭曲环：正扭曲环：内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属；内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属；.b)反扭曲环：反扭曲环：内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属；内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属；.图图2-30 气环的断面形状气环的断面形状（b）正扭曲内切环）正扭曲内切环（c）反扭曲内切环）反扭曲内切环图图2-31 扭曲环的作用原理扭曲环的作用原理 环的扭曲变形应使环的端面环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下与气缸壁形成的楔形尖角向下。这样，这样，活塞向活塞向上运动时上运动时，因因“油楔油楔”作用使环悬浮于气缸壁作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑改善润滑，减少摩擦阻力减少摩擦阻力；活活塞向下运动时塞向下运动时，向下刮油向下刮油。但但如果装反使尖角朝上如果装反使尖角朝上，则则活塞向上运动时活塞向上运动时，向上向上刮油刮油，机油消耗率剧增机油消耗率剧增，排气冒蓝烟排气冒蓝烟。扭曲环成因扭曲环成因见图见图2-31所示：所示：活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力F1与内侧环的弹力与内侧环的弹力F2不在一条不在一条直线上，于是产生扭曲力矩直线上，于是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的上下窜动造成的避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油泵油”现象现象。.总结总结：扭曲环的优点：扭曲环的优点：a)密封性、磨合性好（线接触）；密封性、磨合性好（线接触）；.b)防止防止“泵油泵油”现象；现象；.c)形成油楔，改善润滑；形成油楔，改善润滑；.d)提高刮油能力。提高刮油能力。.扭曲环的缺点：扭曲环的缺点：a)扭转角不超过扭转角不超过1，工艺性差；，工艺性差；.b)不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。.b)仍有仍有“泵油泵油”现象。现象。.（d）锥面环）锥面环优点：优点：缺缺点：点：b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；.小锥角，不超过小锥角，不超过2，方向不可装反。优缺点同扭，方向不可装反。优缺点同扭 曲环，但仍有曲环，但仍有“泵油泵油”现象。现象。.3）锥面）锥面环环：4