活塞連桿組拆裝與調整

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1、2.2 活塞連桿組拆裝與調整 淮安信息職業(yè)技術學院 汽車工程系 2012年 2月 主要內容： 1.活塞 2.活塞環(huán) 3.活塞銷 4.連桿組 認識活塞連桿組 1、活塞連桿組的組成 活塞連桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、 連桿軸承、連桿螺栓、連桿襯套等組成。 2、活塞連桿組的功用 （ 1）將燃料燃燒的熱能轉化為機械能。 （ 2）將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。 （ 3）將作用于活塞上的力轉變?yōu)榍S對外輸出的 轉矩。 一、活塞 1、活塞的功用 （ 1）與氣缸、氣缸蓋組成燃燒室。 （ 2）承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅使曲 軸旋轉。 2、活塞的工作條件 高溫、高壓、高速、散熱條件差、慣

2、性力大。 3、對活塞的要求 （ 1）剛度和強度應足夠大，傳力可靠。 （ 2）導熱性能好，耐高壓、高溫、磨損。 （ 3）質量較小，盡可能減少往復慣性力。 4、活塞的材料 （ 1）鋁合金 質量小，強度大，導熱性好。 （ 2）灰鑄鐵 承壓能力強。少數高強度柴油 機采用。 注意點： 現代汽車發(fā)動機不論是汽油機還是柴油機 廣泛采用鋁合金活塞，只在極少數汽車發(fā) 動機上采用鑄鐵或耐熱鋼活塞。 5、活塞的結構 （ 1）活塞頂部 位置 第一道活塞環(huán)槽以上部分。 功用 燃燒室的組成部分，承受氣體壓力。 汽油機活塞頂部的形狀 柴油機活塞頂部的形狀 （ 2）活塞頭部（防漏部） 位置 第一道活塞環(huán)槽與活塞銷孔之間的部分

3、， 即活塞環(huán)槽部分。 功用 承受氣體壓力，安裝活塞環(huán)，傳熱。 活塞頭部 （ 3）活塞裙部 位置 油環(huán)環(huán)槽以下部分。 功用 導向，承受側壓力。 活塞裙部 活塞裙部的類型 6、活塞的變形 變形原因 熱膨脹、側壓力和氣體壓力。 變形規(guī)律： （ 1） 活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹量，使配 缸間隙變小。因活塞溫度高于氣缸壁，且鋁合金 的膨脹系數大于鑄鐵。 （ 2） 活塞自上而下膨脹量由大而小。因溫度上 高下低，壁厚上厚下薄。 （ 3） 裙部周向近似橢圓形變化，長軸沿銷座孔 軸線方向。因銷座處金屬量多而膨脹量大，以及 側壓力作用的結果。 活塞的變形 活塞裙部的變形 為補償或限制活塞的變形，可采用如下工藝措

4、施： （ 1）活塞裙部橢圓形 （ 2）“上小下大”活塞 （ 3）活塞銷座處凹陷 （ 4）雙金屬活塞 在活塞裙部或銷座內嵌鑄入鋼片，以減少裙 部的膨脹量。 在活塞銷座處鑲鑄恒范鋼片的活塞稱恒范活塞。 由于恒范活塞在銷座處只靠恒范鋼片與活塞裙相 連且恒范鋼的熱膨脹系數只有鋁合金的 1/10左右， 因此當溫度升高時，在恒范鋼片的牽制下，裙部 在活塞銷孔軸線方向的熱膨脹量很小。 若將普通碳素鋼片鑄在銷座處的鋁合金層內側形 成雙金屬壁，則由于兩種金屬的熱膨脹系數不同， 當溫度升高時雙金屬壁發(fā)生彎曲，而鋼片兩端的 距離基本不變，從而限制了裙部的熱膨脹量。因 為這種控制熱膨脹的作用隨溫度升高而增大，所 以稱

5、這種活塞為自動熱補償活塞。 1）恒范鋼片式 活塞銷座通過恒范鋼片與裙部相連，而恒范鋼片（含 鎳 33% 36%）的膨脹系數僅為鋁合金的十分之一。這樣， 使裙部膨脹量大為減少。 2）自動調節(jié)式 膨脹系數小的低碳鋼片貼在銷座鋁層的內側，依靠鋼 片的牽制作用，及鋼片與鋁殼之間的雙金屬效應來減小裙 部側壓力方向的膨脹量。 3）筒形鋼片式 澆鑄時，將鋼筒夾在鋁合金中，冷凝時鋼筒內外側的 鋁合金分別產生“收縮縫隙”和拉應力。工作時因要先消 除“收縮縫隙”和拉應力而膨脹量減小。 鑲筒形鋼片活塞 鑲嵌纖維增強合金圓環(huán)的鋁活塞 （ 5）開槽活塞 裙部開絕熱 -膨脹槽（“ T” 形或形槽），其中橫槽叫 絕槽，豎槽

6、叫膨脹槽。 （ 6）拖板活塞 在保證裙部有足夠承壓面積的條件下，將不承受側向 力一側的裙部部分地去掉 。 7、活塞的冷卻 （ 1）自由噴射冷卻法 從連桿小頭上的噴油孔 或從安裝在機體上的噴油嘴向活塞頂內壁噴射機 油。 （ 2）振蕩冷卻法 從連桿小頭上的噴油孔將機 油噴入活塞內壁的環(huán)形油槽中，由于活塞的運動 使機油在槽中產生振蕩而冷卻活塞。 （ 3）強制冷卻法 在活塞頭部鑄出冷卻油道或 鑄入冷卻油管，使機油在其中強制流動以冷卻活 塞。強制冷卻法廣為增壓發(fā)動機所采用。 活塞的冷卻 8、活塞的表面處理 （ 1）活塞頂進行硬模陽極氧化處理 （ 2）活塞裙部鍍錫或鍍鋅 （ 3）在活塞裙部涂覆石墨 二、活

7、塞環(huán) 1、活塞環(huán)的類型 油環(huán) 氣環(huán) 2、活塞環(huán)的功用 （ 1）氣環(huán)的功用 密封，傳熱。 （ 2）油環(huán)的功用 布油潤滑，輔助密封。 3、活塞環(huán)的工作條件 高溫、高壓、高速、潤滑條件極差。 活塞環(huán)的平均壽命 6萬公里。 4、對活塞環(huán)的要求 良好的耐磨性、導熱性、耐熱性、沖擊韌 性、彈性和足夠的機械強度。 5、活塞環(huán)材料 目前廣泛應用的活塞環(huán)材料有優(yōu)質灰鑄鐵、 球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶等。 （一）氣環(huán) 1、氣環(huán)的功用 （ 1）密封：防止氣缸內的氣體竄入油底殼。 （ 2）傳熱：將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁。 （ 3）輔助刮油、布油。 2、活塞環(huán)的間隙 1-氣缸； 2-活塞環(huán)； 3-活塞； 1-開口間隙；

8、 2-側隙； 3-背隙 活塞環(huán)的三個間隙： （ 1）端隙 1 又稱開口間隙， 是活塞環(huán)裝入氣缸后開口處的間隙。 一般為 0.25mm-0.50mm； （ 2）側隙 2 又稱邊隙，是環(huán) 高方向上與環(huán)槽之間的間隙。第一 道環(huán)因溫度高，一般為 0.04mm- 0.10mm；其它氣環(huán)一般為 0.03mm- 0.07mm。油環(huán)一般側隙較小，一般 為 0.025mm-0.07mm； （ 3）背隙 3 是活塞環(huán)裝入氣 缸后，活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部的間 隙。一般為 0.5mm-1mm。 3、氣環(huán)的密封原理 活塞環(huán)密封面的形成： （ 1）第一密封面的建立 活塞環(huán)在自由狀態(tài)下， 活塞環(huán)外徑氣缸直徑，活塞環(huán)裝入后在其

9、彈力 P0作用下與氣缸壁壓緊，形成第一密封面。 （ 2）第二密封面的建立 活塞環(huán)在運動時產生 慣性力 Pj，與缸壁間產生摩擦力 F，以及側隙有氣 體壓力 P1，在這三個力的共同作用下，使環(huán)靠在 環(huán)槽的上側或下側，形成第二密封面。 （ 3）氣環(huán)的第二次密封 竄入背隙和側隙的氣 體，使活塞環(huán)對氣缸壁和活塞環(huán)槽進一步壓緊， 加強了第一、二密封面的密封。 氣環(huán)的密封原理 4、氣環(huán)的氣環(huán)開口形狀 （ 1）直開口 工藝性好，但密封性差。 （ 2）階梯形開口 密封性好，工藝性差。 （ 3）斜開口 密封性和工藝性介于前兩種開口 之間，斜角一般為 30 或 45 。 5、氣環(huán)的斷面形狀 （ 1）矩形環(huán) 特點：結

10、構簡單，散熱好，磨合性差，但易產生 “ 泵油 ” 作用。 應用：應用最廣。 （ 2）錐形環(huán) 特點：密封性好，磨合性好，上行有 “ 布油 ” 作用，下行 有 “ 刮油 ” 作用，傳熱性差。 應用：錐面環(huán)傳熱性差，所以不用作第一道氣環(huán)，常裝到 第二、三道環(huán)槽上。 安裝：安裝時錐角應朝下。由于錐角很小，一般不易識別， 為避免裝錯，在環(huán)的上側面標有向上的記號。 （ 3）扭曲環(huán) 特點：具有錐形環(huán)的特點，減小了泵油作用，作功行程散 熱良好。 應用安裝：內上切扭曲環(huán)裝入第一道環(huán)槽，外下切扭曲環(huán) 裝入第二、三道環(huán)槽。 扭曲環(huán)工作示意圖 （ 4）梯形環(huán) 特點：抗粘結性好。 應用：多用于熱負荷較大柴油機的第一道氣

11、環(huán)。 （ 5）桶面環(huán) 特點：密封性好，磨合性好，“刮油”效果好。 （ 6）開槽環(huán) 開槽環(huán)在外圓面上加工出環(huán)形槽，在槽內填 充能吸附機油的多孔性氧化鐵，有利于潤滑、磨 合和密封。 （ 7）頂岸環(huán) 頂岸環(huán)斷面為“ L” 形。因為頂岸環(huán)距活塞頂 面近，作功行程時，燃氣壓力能迅速作用于環(huán)的 上側面和內圓面，使環(huán)的下側面與環(huán)槽的下側面、 外圓面與氣缸壁面貼緊，有利于密封 。 各種斷面形狀氣環(huán)的優(yōu)缺點分析 形狀 特點 示意圖 矩形環(huán) 結構簡單、制造方便、易于生產、應用面廣；但有 泵油作用 扭曲環(huán) 斷面不對稱，受力不平衡，使活塞環(huán)扭曲，減小泵油作用，減輕磨損 錐面環(huán) 減少了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了表面接觸

12、壓力， 有利于磨合和密封；可形成油膜改善潤滑，但導熱 性差，不適用第一道環(huán) 梯形環(huán) 可將沉積在環(huán)中的結焦擠出，避免環(huán)折斷，且密封性較好；但加工困難，精度要求高 桶面環(huán) 上下均可形成油膜，且對活塞的擺動適應性好，接觸面小，利于密封，但外圓為凸圓弧形，加工困難 6、氣環(huán)的泵油作用 氣環(huán)的泵油原理 氣環(huán)的泵 油作用是 有害的 活塞環(huán)的 “ 泵油 ” 危害： （ 1）增加了潤滑油的消耗。 （ 2）火花塞沾油不跳火。 （ 3）燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞。 （ 4）環(huán)槽內形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性。 （ 5）加劇了氣缸的磨損。 措施： （ 1）采用扭曲環(huán)。 （ 2）采用組合式油環(huán)。 （ 3）油環(huán)下

13、設減壓腔。 （二）油環(huán) 1、油環(huán)的功用 （ 1）布油潤滑：將機油均勻地刮配到氣缸壁上 （ 2）刮油：將多余的機油刮下，回流到油底殼。 （ 3）輔助密封：輔助密封氣體。 各種結構的油環(huán) 2、油環(huán)的種類 結構簡單，易加 工，成本低 與氣缸壁接觸壓力高， 適應性好，刮油效果強， 但成本高 （ 1） 整體式油環(huán) 又稱普通油環(huán)，其外圓上切有環(huán)形槽，槽底 開有回油用的小孔或窄槽。 特點：結構簡單，安裝方便，刮油能力較差，密 封性較差。 應用：應用逐漸減少，將被組合式油環(huán)逐步取代。 （ 2）組合式油環(huán) 由上下刮油片和產生徑向、軸向彈力的襯簧 組成。 特點： 1）密封好。 2）無側隙，無竄油。 3）刮油能力強

14、。 4）適應性好。 5）回油能力強。 應用：應用廣泛。 1-鋼片； 2-襯簧； 3-徑向襯簧； 4-軸向襯簧； 5-活塞 3、油環(huán)的結構型式 槽孔式、槽孔撐簧式和鋼帶組合式 3種 4、油環(huán)的斷面形狀 常見的油環(huán)斷面形狀有切槽斷面、倒角斷面、組 合斷面、螺旋襯簧斷面幾種形式。 5、油環(huán)的刮油作用 油環(huán)的刮油作 用是有利的。 三、活塞銷 1、活塞銷功用 連接活塞和連桿，把活塞所受的力傳給連桿。 2、活塞銷工作條件 （ 1）承受大小和方向都不斷變化的沖擊性載荷。 （ 2）潤滑條件差。 （ 3）工作溫度高。 3、對活塞銷的要求 強度高、剛度大、韌性強、耐磨性高、重量輕。 4、活塞銷材料 低碳鋼或低合金

15、鋼，表面滲碳或滲氮處理。 5、活塞銷結構 厚壁空心圓柱體 活塞銷的內孔形狀 6、活塞銷連接方式 活塞銷連接方式比較： （ 1）全浮式 發(fā)動機在正常工作溫度下工作時，活塞銷與活塞銷 座孔、活塞銷與連桿小頭都是間隙配合，活塞銷處于“浮動”狀態(tài)， 可以自由轉動。 注意點： 為防止活塞銷軸向竄動，活塞銷用卡環(huán)進行軸向定位。 裝配方法： 活塞銷與銷座孔在冷態(tài)時為過渡配合，采用分組選配法。 采用熱裝法裝配，將活塞放入熱水或熱油中加熱后，迅速將活塞銷裝 入。 （ 2）半浮式 發(fā)動機在正常工作溫度下工作時，活塞銷固定在連 桿小頭中或活塞銷固定在活塞銷座孔中（一般固定連桿小頭），活塞 銷一處固定，一處浮動，處于

16、“半浮動”狀態(tài)。 注意點： 活塞銷不需要軸向定位。 裝配方法： 加熱連桿小頭后，將活塞銷裝入，冷態(tài)時為過盈配合。 7、活塞銷偏置 四、連桿組 連桿與活塞銷、活塞間的連接關系 1、連桿組的功用 （ 1）將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。 （ 2）將活塞承受的力傳給曲軸。 2、連桿組的工作條件 承受復雜的交變應力。 3、對連桿組的要求 足夠的強度、剛度和韌性，質量盡量要小。 4、連桿組的組成 由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸承等 組成。 （一）連桿體與連桿蓋 1、組成構造 2、連桿的材料 合金調質鋼、鍛造鎂合金、稀土鎂球鐵。 3、連桿的結構特點 （ 1）連桿小頭的結構特點 短圓筒形，內 壓減

17、摩的連桿小頭襯套。 （ 2）連桿桿身結構特點 連桿桿身做成 “ 工 ” 字形斷面。 （ 3）連桿大頭的結構特點 連桿大頭一般做成剖分式，連桿體與連桿蓋組合 鏜孔，內裝連桿軸承。 4、連桿體與連桿蓋剖分面形式 （ 1）平切口 多數發(fā)動機采用。 （ 2）斜切口 部分柴油機或少數強化汽油機。 5、連桿體與連桿蓋的定位方式 （ 1）平切口連桿大頭定位方式 精加工連桿螺栓定位。 （ 2）斜切口連桿大頭定位方式 6、連桿體與連桿蓋的安裝要求 （ 1）配對加工，配對安裝。 （ 2）不可裝反。 （ 3）不同氣缸，不可錯亂。 7、 V形發(fā)動機連桿結構 （二）連桿螺栓 1、連桿螺栓的工作條件和要求 工作時連桿螺栓

18、承受交變載荷，因此在結 構上應盡量增大連桿螺栓的彈性，而在加 工方面要精細加工過渡圓角，消除應力集 中，以提高其抗疲勞強度。 2、連桿螺栓的材料 優(yōu)質合金鋼，連桿螺栓用優(yōu)質合金鋼制造， 如 40Cr、 35CrMo等。經調質后滾壓螺紋，表面進 行防銹處理。 3、連桿螺栓的裝配要求 分 2-3次均勻地擰緊，最后擰緊至規(guī)定扭矩。 4、連桿螺栓的防松措施 防松膠、自鎖螺母、防松鐵絲、自鎖螺栓、雙螺母、 螺紋表面鍍銅、開口銷等。 （三）連桿軸承（俗稱“小瓦”） 1、連桿軸承的功用 使連桿軸頸與連桿 大頭間保持良好的配合，減小摩擦，加速磨合。 2、連桿軸承的工作條件 （ 1）承受交變載荷。 （ 2）高速

19、摩擦。 （ 3）低速大負荷時潤滑條件差。 （ 4）潤滑油易變質。 3、連桿軸承的組成構造 連桿軸承一般采用滑動軸承，部分采用滾動軸承。 連桿軸承一般由瓦座和軸瓦兩部分組成。 （ 1）瓦座 由軸承座和軸承蓋組成。 （ 2）軸瓦 由 1-3mm的低碳鋼背和 0.30.7mm的減摩合金 層組成。 翻邊連桿軸瓦 4、對鋼背的要求 （ 1）足夠的強度和剛度。 （ 2）一定的彈性。 5、對減摩合金層的要求 （ 1）足夠的疲勞強度。 （ 2）良好的減摩性能。 （ 3）良好的耐蝕性。 （ 4）足夠的結合強度。 6、常用的減摩合金材料 滑動軸承合金 （ 1）巴氏合金 常用于符合不大的汽油機。 （ 2）銅基合金 多用于高負荷的柴油機。 （ 3）鋁基合金 主要用于柴油機。 （ 4）高錫鋁合金 廣泛應用于汽油機和柴油機。 7、連桿軸承的結構特點 （ 1）鋼背表面粗糙度較低。 （ 2）軸瓦內表面表面粗糙度較低。 （ 3）軸瓦有定位唇與瓦座定位槽定位。 （ 4）軸瓦在自由狀態(tài)下有一定的自由彈勢。 （ 5）軸瓦與瓦座配合過盈。