活塞连杆组的构造原理和维修专题培训课件.ppt
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- 活塞 连杆 构造 原理 维修 专题 培训 课件
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1、活塞连杆组的活塞连杆组的构造原理和维构造原理和维修修教学目的 1、掌握曲柄连杆机构的功用与组成掌握曲柄连杆机构的功用与组成 2、熟悉曲柄连杆机构的工作条件与受力情况、熟悉曲柄连杆机构的工作条件与受力情况第一节 活塞连杆组构造与工作原理学习内容:n活塞n活塞环n活塞销n连杆NoImageNoImage教学重点:教学重点: 1、掌握活塞连杆组的构造、掌握活塞连杆组的构造 2、掌握活塞环的分类与作用、掌握活塞环的分类与作用 3、活塞的冷敲热拉现象与防止措施、活塞的冷敲热拉现象与防止措施NoImageNoImage第三节 活塞连杆组构造与工作原理 组成:组成:由活塞、活塞环、活塞销和连杆、连杆轴瓦等组
2、成。活活 塞塞连连 杆杆连杆轴瓦连杆轴瓦活塞销活塞环气环气环油环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活塞连杆组活塞连杆组1 1、功用:、功用:承受气体压力,并通过活塞销和连杆驱使曲轴承受气体压力,并通过活塞销和连杆驱使曲轴 旋转。旋转。 2 2、工作环境:、工作环境:(1)(1)高温:高温:活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K2500K以上,且以上,且散热条件差,温度分布很不均匀;散热条件差,温度分布很不均匀;(2)(2)高压高压: : 活塞顶部承受气体压力很大,特别是作功行程压力最大,活塞顶部承受气体压力很
3、大,特别是作功行程压力最大,汽油机高达汽油机高达3 35MPa5MPa,柴油机高达,柴油机高达6 69MPa9MPa,在高压下活塞产生冲,在高压下活塞产生冲击与侧压力;击与侧压力;(3)(3)高速:高速:活塞在气缸内以很高的速度活塞在气缸内以很高的速度(8(812m/s)12m/s)往复运动,且速度往复运动,且速度在不断地变化,从而产生了很大的惯性力,使活塞还承受附加载在不断地变化,从而产生了很大的惯性力,使活塞还承受附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下,会产生变形并加速磨损,荷。活塞在这种恶劣的条件下,会产生变形并加速磨损,(4)(4)腐蚀:腐蚀:活塞同时受到燃气的化学腐蚀作用。活塞同时受到燃气
4、的化学腐蚀作用。3 3、材料、材料: 铝合金:质量小铝合金:质量小 导热性好;灰铸铁导热性好;灰铸铁; ;耐热钢。耐热钢。一、活一、活 塞塞角速度是作圆周运动的物体单位时间转过的角度。 活塞顶部活塞顶部 功用功用:是燃烧室的组成部分,主要作用承受气体压力。是燃烧室的组成部分,主要作用承受气体压力。4 4、结构、结构 顶部:顶部:构成燃烧室,构成燃烧室, 承受气体压力。承受气体压力。头部头部: :安装活塞环,制安装活塞环,制 作较厚。作较厚。 裙部:裙部:导向,传力。承导向,传力。承 受侧压力受侧压力, ,销座孔销座孔 处制有加强筋。处制有加强筋。 活塞活塞NoImage(1)活塞顶部的形状活塞
5、顶部的形状:1)汽油机活塞顶部)汽油机活塞顶部:凸顶、凹顶、平顶。凸顶、凹顶、平顶。多采用平顶、多采用平顶、有些采用凹顶,二冲程汽油机多用凸顶。有些采用凹顶,二冲程汽油机多用凸顶。平顶活塞:平顶活塞:结构简单、加工方便、吸热面积小。结构简单、加工方便、吸热面积小。 凸顶活塞:凸顶活塞:顶部刚度较大、制造时可减薄顶部的厚度顶部刚度较大、制造时可减薄顶部的厚度, 因质量较小,但顶部受热较大、温度较高。因质量较小,但顶部受热较大、温度较高。凹顶活塞:凹顶活塞:可以用来调节发动机的压缩比,且可以改可以用来调节发动机的压缩比,且可以改 善燃烧室的形状善燃烧室的形状,但顶部受热量大易形成积炭,加工制但顶部
6、受热量大易形成积炭,加工制造比较困难。造比较困难。成型顶活塞成型顶活塞:一般适用于对燃烧室有特殊要求的柴油机一般适用于对燃烧室有特殊要求的柴油机,特殊的顶部形状可特殊的顶部形状可 满足燃烧过程中的不同要求。满足燃烧过程中的不同要求。NoImage 活塞顶部2)柴油机活塞顶部)柴油机活塞顶部柴油机活塞顶部多采用各种各样的凹坑柴油机活塞顶部多采用各种各样的凹坑凹坑:形状、位置和大小必须与柴油机混合凹坑:形状、位置和大小必须与柴油机混合气形成或与燃烧室要求相适应。气形成或与燃烧室要求相适应。 燃烧室形式:燃烧室形式: 直喷式:直喷式:由凹形活塞顶与缸盖内壁所围成的单腔。由凹形活塞顶与缸盖内壁所围成的
7、单腔。 (又称统一式)(又称统一式)主燃烧室主燃烧室(一部分位于活塞顶与缸盖底之间)(一部分位于活塞顶与缸盖底之间)副燃烧室副燃烧室(一部分位于缸盖中)(一部分位于缸盖中) 主、副燃烧室由一个或几个孔相连通。主、副燃烧室由一个或几个孔相连通。涡流燃烧室涡流燃烧室 预燃燃烧室预燃燃烧室 分开式:分开式:涡流燃烧室涡流燃烧室(副燃烧室占总容积(副燃烧室占总容积50 80%) 预燃燃烧室预燃燃烧室(副燃燃烧室占总容积(副燃燃烧室占总容积25 45%)头部头部(2 2)活塞头部)活塞头部位置:位置:指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽,用以安装活塞
8、环,起密封作用,又称为防漏道环槽,用以安装活塞环,起密封作用,又称为防漏部。部。工作条件最工作条件最恶劣,应离恶劣,应离顶部远些。顶部远些。1 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内,、防止可燃混合气漏到曲轴箱内, 3 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用:作用:环槽:环槽:用来安装气环和油环,一般气环槽有用来安装气环和油环,一般气环槽有23个,油环槽为一个。个,油环槽为一个。活塞的装配方向大多数发动机装配大多数发动机装配中,必须严格按照中,必须严格按照发动机生产厂家的发动机
9、生产厂家的规定的活塞方向装规定的活塞方向装配活塞。往往在活配活塞。往往在活塞顶部标注有活塞塞顶部标注有活塞装配方向装配方向 (3 3)活塞裙部)活塞裙部A.A.位置:位置:从油环槽下端面起至活塞最下端的部从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,包括销座孔。分,包括销座孔。 B.B.作用:作用:对活塞在气缸内的往复运动起导向作对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力用,并承受侧压力 ,防治破坏油膜。,防治破坏油膜。裙裙部部C.裙部表面的保护(裙部表面的保护(): a.镀锡镀锡 b.涂石墨涂石墨 c.表面磷化表面磷化(1 1)预先做成阶梯形、锥形)预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很不
10、均活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是上部高、下部低,匀,活塞的温度是上部高、下部低,膨胀量也相应是上部大、下部小。膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相为了使工作时活塞上下直径趋于相等,即为圆柱形,就必须预先把活等,即为圆柱形,就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。塞制成上小下大的阶梯形、锥形。 5 5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙,制造活塞是通常采取下合理的密封和运动间隙,制造活塞是通常采取下列结构措施:列结构措施: 由于厚度很不均匀,销孔部分的金属厚,受热膨胀量大,沿活由于厚度很不均匀
11、,销孔部分的金属厚,受热膨胀量大,沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外,裙部承受气体侧压塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外,裙部承受气体侧压力的作用,导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样,力的作用,导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样,如果活塞冷态时裙部为圆形,那么工作时活塞就会变成一个椭圆,如果活塞冷态时裙部为圆形,那么工作时活塞就会变成一个椭圆,使活塞与气缸之间圆周间隙不相等,造成活塞在气缸内卡住,发动使活塞与气缸之间圆周间隙不相等,造成活塞在气缸内卡住,发动机就无法正常工作。机就无法正常工作。(2 2)预先做成椭圆形)预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座
12、垂直,短轴方向沿销椭圆的长轴方向与销座垂直,短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。座方向。这样活塞工作时趋近正圆。长短轴之差长短轴之差0.3-0.5mm .配缸间隙配缸间隙:热拉:热拉: 冷态下活塞收缩,活塞与气缸冷态下活塞收缩,活塞与气缸 壁之间的配缸间隙过大,活塞换向出壁之间的配缸间隙过大,活塞换向出 现敲缸的现象。现敲缸的现象。 .活塞的冷敲热拉活塞的冷敲热拉 冷敲:冷敲:危害:危害:噪声大,窜气、窜油,加速机件损坏。噪声大,窜气、窜油,加速机件损坏。高温时活塞膨胀量大,活塞与气缸壁之间的间隙过小,高温时活塞膨胀量大,活塞与气缸壁之间的间隙过小,会使气缸壁和活塞拉缸的现象。会使气缸
13、壁和活塞拉缸的现象。危害:危害:气缸壁和活塞被拉缸或卡死,加速机件损坏。气缸壁和活塞被拉缸或卡死,加速机件损坏。活塞的最大直径处与气活塞的最大直径处与气缸的间隙。缸的间隙。 活塞裙部呈椭圆形活塞裙部呈椭圆形原因原因金属量金属量销座孔方向变形量大销座孔方向变形量大长轴垂直于销座轴线长轴垂直于销座轴线长短轴之差长短轴之差0.3-0.5mm短轴平行于销座轴线短轴平行于销座轴线气体力气体力侧压力侧压力(3 3)活塞裙部开槽)活塞裙部开槽横向绝热槽横向绝热槽减少裙部受热减少裙部受热有的兼作油环回油孔有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽纵向膨胀槽活塞强度降低活塞强度降低留有膨胀余地留有膨胀余地绝热槽绝热槽膨胀槽膨
14、胀槽(4 4)嵌入恒范钢片)嵌入恒范钢片为了减小铝合金活塞裙为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量,有些汽部的热膨胀量,有些汽油机活塞在活塞裙部或油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的,结构特点就是这样的,由于恒范钢为含镍由于恒范钢为含镍33%33%36%36%的低碳铁镍合的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝金,其膨胀系数仅为铝合金的合金的1/101/10,而销座通,而销座通过恒范钢片与裙部相连,过恒范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变牵制了裙部的热膨胀变形量。形量。(5).销座孔处表面凹陷销座孔处表面凹陷 0 . 5 1 . 0mm
15、。 (6).沿销座轴线方向裙部被削减沿销座轴线方向裙部被削减 半拖板式半拖板式 拖板式拖板式 半拖板式半拖板式 拖板式拖板式 定义:活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移12mm。 作用:减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。 原理:因销座偏置,在接近上止点时,作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边,使活塞倾斜,裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点后,侧压力反向时,活塞才以左下端接触点为支点,顶部向左转(不是平移),完成换向。 偏置销座使活塞换向分成了两步: 第一步是在气体压力较小时进行,且裙部弹性好,有缓冲作用; 第二步虽气体压力大,但它是个渐变过程。为此,两步过渡使换向冲击力大为减弱。6.活塞
16、销偏置活塞销偏置偏置销座1、定义:活塞销座朝向承受作功侧压力的一面(图示左侧)偏移1mm2mm。2、作用:减轻活塞换向时对气缸壁的敲击CKP 信号轮向旋转方向的反方向 偏移曲轴中心气缸中心19NoImageNoImage二二. .活塞环活塞环 1.类型:类型:气环、油环。 2.功用:功用:气环:密封、导热;辅助刮油、布油。油环:刮油、布油和辅助密封。 3.工作条件工作条件:高温、高压、高速以及润滑困难。平均寿命:6万公里。 4.材料与要求:材料与要求: 对活塞环材料的要求:好的耐磨性、耐热性、磨合性、导热性;高的强度、冲击韧性和足够的弹性。优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。目前汽车上广泛应用合金
17、铸铁。5.活塞环的间隙:活塞环的间隙:为了保证气缸的密封性,又防止环卡死或胀死在环槽中,安装时,活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。 1为端隙为端隙 2为侧隙为侧隙 3为背隙为背隙活塞环的间隙活塞环的间隙(1) 端隙1:又称开口间隙,是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm;(2) 侧隙2:又称边隙,是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.03mm0.10mm;其它气环0.02mm0.07mm。油环一般侧隙较小,0.025mm0.07mm;(3)背隙3:是活塞环装入气缸后,活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm; 23NoImageNoImage 6.气环的密封原理:气环
18、的密封原理: 第一密封面的建立:第一密封面的建立: 活塞环因弹力而压紧在气缸壁上,形成第一密封面。 (2)(2)第二密封面的建立:第二密封面的建立:活塞环在燃气压力作用下,压紧在环槽的下端面上,形成第二密封面。 气环的第二次密封:气环的第二次密封:窜入背隙和侧隙的气体,使环对缸壁和环槽进一步压紧,加强了第一、二密封面的密封。(4) 两道气环的密封面均存在油膜,起到密封作用。 NoImageNoImage7.气环的切口形状:气环的切口形状:气环的切口间隙过大,则漏气严重,使发动机功率减小;气环的切口间隙过小,活塞环受热膨胀后就可能卡死或折断。 a)直角口;)直角口;b)阶梯形;)阶梯形;c)斜口
19、;)斜口;d)带防转销钉槽)带防转销钉槽 NoImageNoImage带防转销钉槽带防转销钉槽简单、易加工、传热好。简单、易加工、传热好。磨合及密封性差,泵油。磨合及密封性差,泵油。(1)矩形环)矩形环(2)锥面环)锥面环密封性、刮油性好,易磨合但加密封性、刮油性好,易磨合但加工困难,工困难,安装时安装时“T0P”记号向上记号向上。(3)桶面环)桶面环密封性好,易磨合,不易刮伤缸密封性好,易磨合,不易刮伤缸壁。但加工困难。壁。但加工困难。(5)扭曲环)扭曲环密封性、磨合性及刮油性好、密封性、磨合性及刮油性好、加工较容易。加工较容易。密封性好,密封性好,有有“自洁自洁”作用作用。但加工困难。但加
20、工困难。(4)梯形环)梯形环8. 气环的断面形状气环的断面形状活塞环的泵油作用及危害原因:(1)存在侧隙和背隙;(2) 环运动时在环槽中靠上靠下。危害:危害:(1 1)增加了润滑油的消耗;)增加了润滑油的消耗;(2 2)火花塞沾油不跳火;)火花塞沾油不跳火;(3 3)燃烧室积炭增多,燃烧性能变坏;)燃烧室积炭增多,燃烧性能变坏;(4 4)环槽内形成积炭,挤压活塞环而失去密封性;)环槽内形成积炭,挤压活塞环而失去密封性;(5 5)加剧了气缸的磨损。)加剧了气缸的磨损。 NoImage(1). 矩形环矩形环工艺性和导热效果较好工艺性和导热效果较好但产生泵油作用但产生泵油作用措施:(1)采用扭曲环;
21、(2)采用组合式油环;(3)油环下设减压腔 (2)扭曲环)扭曲环 正扭曲环:在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切口 反扭曲环:在矩形环的内圆下边缘或外圆上边缘倒角正扭曲环反扭曲环NoImage正扭曲环:扭曲成碟子形。包括内圆上边缘切槽及外圆下边缘切槽的气环扭曲成碟子形。包括内圆上边缘切槽及外圆下边缘切槽的气环反扭曲环:扭曲成盖子形。内圆下边缘切槽的气环。扭曲成盖子形。内圆下边缘切槽的气环。 进气、压缩和排气行程:环扭曲,消除泵油现象,减轻磨损。环扭曲,消除泵油现象,减轻磨损。作功行程:燃气压力作用使环不再扭曲,与矩形环相同。燃气压力作用使环不再扭曲,与矩形环相同。n 扭曲效果扭曲效果 三点线接触
22、三点线接触n. 安装要求安装要求内切槽向上内切槽向上外切槽向下外切槽向下装反则加速磨损和漏气。装反则加速磨损和漏气。213123(3) 锥形环锥形环正扭曲环常用于第二、三道气环。正扭曲环常用于第二、三道气环。反扭曲环由于防窜油能力相对较差而用于油环上面的反扭曲环由于防窜油能力相对较差而用于油环上面的那道气环。那道气环。安装正、反扭曲环时,必须注意环的断面形状和方向,不能装反。 v上行能形成油膜,下行有良好的刮油作用,具有良好的磨合性。但不能装反,否则窜机油。v适用于高速柴油机和汽油机的第适用于高速柴油机和汽油机的第二、三道气环。二、三道气环。 (4) 梯形环梯形环断面为梯形,抗粘结性好,避免环
23、被粘结而折断断面为梯形,抗粘结性好,避免环被粘结而折断侧向力换向活塞左右摆动时,梯形环的侧隙发生变化,将环侧向力换向活塞左右摆动时,梯形环的侧隙发生变化,将环槽中胶质挤出槽中胶质挤出作功行程中,燃气径向压力加强了环的密封作功行程中,燃气径向压力加强了环的密封 缺点:上下面精磨工艺复杂缺点:上下面精磨工艺复杂在热负荷较高的柴油机上,第一道环常采用梯形环。在热负荷较高的柴油机上,第一道环常采用梯形环。(5) 桶面环桶面环优点:对气缸表面的适应性较好;对活塞偏摆的适应性较好;有利于密封;与气缸壁形成楔形空间,便于机油进入,磨损减少。缺点:凸圆弧表面加工困难。活塞环外圆面为凸圆弧,与气缸是圆弧接触。广
24、泛用于强化柴油机的第一道气环广泛用于强化柴油机的第一道气环NoImageNoImage 8. 油环的分类:油环的分类: (1) 普通油环;普通油环;(一般为合金铸铁) 油环类型 油环油环种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片NoImageNoImage油环的刮油作用(2) 组合油环组合油环(一般为高速发动机采用) 由上下两片侧轨环与中间的由上下两片侧轨环与中间的扩胀器组成,侧轨环用镀铬钢扩胀器组成,侧轨环用镀铬钢片制成,扩胀器的周边比气缸片制成,扩胀器的周边比气缸内圆周略大一些,可装侧轨环内圆周略大一些,可装侧轨环紧紧压向气缸壁。这种油环的紧紧压向气缸壁。这种油环的接触压力高
25、,对气缸壁面适应接触压力高,对气缸壁面适应性好,而且回油通路大性好,而且回油通路大,重量小,重量小,刮油效果明显。刮油效果明显。 组合环由三个刮油钢片和两个弹组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成,它具有上述组合环的性衬环组成,它具有上述组合环的优点。优点。近年来汽车发动机上越来越多地采近年来汽车发动机上越来越多地采用了组合式油环。用了组合式油环。 NoImage活塞销活塞销 1.功用:功用:连接活塞和连杆小头,并把活塞承受的气体压力传给连杆。 2.工作条件:工作条件:高温下的周期性冲击载荷,润滑条件差。 3.材料:材料:用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。 4、形状、结构、形状、结构5、活
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