第三章机体零件与曲柄连杆机构课件.ppt

1、 第一节第一节 机体零件机体零件第二节第二节 曲柄连杆结构曲柄连杆结构 第三节第三节 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡曲柄连杆机构的受力分析及其平衡 重点：曲柄连杆机构的功用与结构重点：曲柄连杆机构的功用与结构 难点：曲柄连杆机构的受力分析难点：曲柄连杆机构的受力分析18大精神：大精神：2019年教育部高教方面重点工作：年教育部高教方面重点工作：落实落实4%拨款，西部倾斜、农村倾斜，研究生创新拨款，西部倾斜、农村倾斜，研究生创新教育（我校的教育（我校的CDIO与人事分配制度改革）与人事分配制度改革）两会焦点：两会焦点：房价、反腐、反铺张浪费、环境、机构改革房价、反腐、反铺张浪费、环境、机构改革思

2、考：创新包括哪些方面的内容？思考：创新包括哪些方面的内容？本课本课“三强三强”的要求对我们提出特殊要求：的要求对我们提出特殊要求：能够识别各种图形（能够识别各种图形（block、stereo、structure、schematic、parts、assembly、principle;drawing、diagram、chart等）草绘、图解、图表等）草绘、图解、图表加强与实践的结合：体会，加强与实践的结合：体会，“孵化基地孵化基地”，双元教育，双元教育充分发挥空间想象能力，以直觉思维为主，以逻辑思维充分发挥空间想象能力，以直觉思维为主，以逻辑思维为辅，逐步过度、升华的顿悟思维为辅，逐步过度、升华的

3、顿悟思维回忆：金属材料有关机械性能：弹性变形，塑性变回忆：金属材料有关机械性能：弹性变形，塑性变形，形，机械组成相关名词：零件，机构，总成机械组成相关名词：零件，机构，总成 汽缸体，汽缸筒，汽缸盖，汽缸垫，缸盖螺栓。汽缸体，汽缸筒，汽缸盖，汽缸垫，缸盖螺栓。一、汽缸体（一、汽缸体（链接动画链接动画）1、功用：整个内燃机的骨架（支撑、承载、安、功用：整个内燃机的骨架（支撑、承载、安 装、固定、通路）装、固定、通路）2、受力：多达十余种力的作用、受力：多达十余种力的作用机体零件机体零件3、实物图片、实物图片立体结构立体结构三维造型三维造型4、结构材料：、结构材料：5、型式、型式（1）、按具体结构形

4、式分：）、按具体结构形式分：1）一般式（无裙式）气缸）一般式（无裙式）气缸体：体：曲轴轴线与气缸体下表面曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上。其优点是在同一平面上。其优点是制造方便，质量轻，高度制造方便，质量轻，高度低，但刚度低，适用于汽低，但刚度低，适用于汽油机。油机。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。其优点是刚度和其优点是刚度和强度较好，但工艺性强度较好，但工艺性较差，适用于柴油机较差，适用于柴油机和强化汽油机和强化汽油机。3）隧道式气缸体：）隧道式气缸体：气缸体上有完整的主气缸体上有完整的主轴承座孔。其优点是轴承座孔。其优点是刚度

5、最好，主轴承座刚度最好，主轴承座孔不易变形，便于安孔不易变形，便于安装滚动主轴承支承的装滚动主轴承支承的组合曲轴，各缸主轴组合曲轴，各缸主轴承孔同轴度易保证，承孔同轴度易保证，制造方便，但质量大，制造方便，但质量大，高度高。高度高。（2）、按冷却方式分：）、按冷却方式分：1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套）水冷式：气缸体内铸有冷却水套2）风冷式：气缸体外铸有散热片）风冷式：气缸体外铸有散热片（3）、按镶缸套方式分为两种：）、按镶缸套方式分为两种：1）干式缸套：不直接与冷却水）干式缸套：不直接与冷却水接触，薄壁（接触，薄壁（1-3mm），过盈），过盈压配在气缸体内孔中。其优点压配在气缸体内孔中。其

6、优点是：密封性好，气缸体刚性好，是：密封性好，气缸体刚性好，不易变形。缺点是：不易变形。缺点是：a、制造成本增加：气缸体内孔、制造成本增加：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变缸套刚性差，加工装夹时易变形。形。b、热负荷增加：缸套外圆与气、热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，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但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。热负荷严重。c、气缸体铸造工艺性差：水套、气缸体铸造工艺性差：

7、水套封闭，去渣困难。封闭，去渣困难。d：缸心距（气缸间的中心距）：缸心距（气缸间的中心距）增加，曲轴易弯曲变形：水套增加，曲轴易弯曲变形：水套封闭。封闭。2）湿式缸套：气缸体）湿式缸套：气缸体水套敞开，缸套与水套敞开，缸套与冷却水直接接触，冷却水直接接触，壁厚（壁厚（5-9mm），），缸套下端带橡胶封缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆水圈，气缸套外圆上大，下小（因为上大，下小（因为气缸套下端带气缸套下端带1-3道道橡胶封水圈），且橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔上端与气缸体内孔配合紧，下端配合配合紧，下端配合松，以方便推入气松，以方便推入气缸体内孔。缸体内孔。湿式缸套压配在气缸湿式缸套压配在气缸

8、体内孔时，上部凸肩体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面顶面高出气缸体顶面0.05-0.15 mm，这样，这样紧固缸盖时，可将缸紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧，以密封垫压得更紧，以密封燃气。燃气。湿式缸套优点是：湿式缸套优点是：气缸套冷却好；制造气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造成本低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短，工艺性好；缸心距短，曲轴不易弯曲。曲轴不易弯曲。湿式缸套缺点是：湿式缸套缺点是：气缸体刚性差，容易气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；变形，易漏气、漏水；气缸套外圆表面易产气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂生穴蚀现象，常见涂漆。漆。密封圈密封圈机体机体水套水套汽缸壁汽缸壁（4）、

9、按气缸排列形式分（见）、按气缸排列形式分（见“发动机的类型发动机的类型”）：）：1）、直立（立式）、直立（立式）2）、平卧（卧式）、平卧（卧式）3）、）、V型（型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）销）4）、水平对置（）、水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）柄销）6、要求：、要求：（1）、足够的刚度）、足够的刚度（2）、足够的强度）、足够的强度（3）、上下平面有足够的平面度）、上下平面有足够的平面度（4）、质量尽量小）、质量尽量小（5）、有防冻措施）、有防冻措施（6）、便于其它零部件的安装、调整、保养）、便于其它零部件的安

10、装、调整、保养（7）、通道设计合理）、通道设计合理二、汽缸套二、汽缸套1、功用、功用2、要求、要求3、材料、材料4、类型、类型铸铁高磷铸铁钒钛铸铁多合金铸铁含硼铸铁钢合金钢陶瓷功能梯度材料等（链接动画）（链接动画）三、汽缸盖（三、汽缸盖（链接动画链接动画）1、功用：、功用：2、要求：刚度、强度、下平面、耐热性、冷却效果、要求：刚度、强度、下平面、耐热性、冷却效果 3、材料：与机体一致、材料：与机体一致 4、结构形式：、结构形式：（1）按是否可拆分）按是否可拆分(多缸发动机用多缸发动机用)分为分为 a、单体气缸盖、单体气缸盖(亦称组合式亦称组合式)：每缸一盖，或两缸一盖：每缸一盖，或两缸一盖,刚

11、性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。易弯曲。b、整体气缸盖、整体气缸盖(亦称单体式亦称单体式)：只有一盖，缸心距最短，：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，发动机紧凑，曲轴刚性好，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）单体式单体式（两缸一盖（两缸一盖）整体式整体式（2）按所用燃料分）按所用燃料分 a、汽油机气缸盖：、汽油机气缸盖：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）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进

12、气管布置在）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，促进雾排气管的上部，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、排气道在但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道在气缸盖的两侧气缸盖的两侧 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、柴油机气缸盖：、柴油机气缸盖：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）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影）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）响充气效率，降低发动机功率）3）

13、车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。内部）。（3）按冷却）按冷却方式分：方式分：a、水冷：、水冷：内铸水套，内铸水套，入水口与气入水口与气缸体上水套缸体上水套相通，上相通，上 部出水口通部出水口通过节温器与过节温器与散热器入水散热器入水口相通。口相通。b、风冷、风冷：外铸散热片，外铸散热片，平行于来流平行于来流方向。方向。水冷型缸盖水冷型缸盖5、缸盖、缸盖的拆装的拆装注意事注意事项项（1）、）、拆卸：拆卸：冷车，冷车，自外向自外向内，对内，

14、对称，交称，交叉，叉，2-3次放次放松，防松，防止损坏止损坏螺栓、螺栓、缸垫、缸垫、螺孔螺孔发动机正时带端发动机正时带端表显扭力扳手表显扭力扳手表显扭力扳手表显扭力扳手数显扭力扳手数显扭力扳手（2）、安装紧固：）、安装紧固：对称，交叉（交替），自内向外，分对称，交叉（交替），自内向外，分2-3次，用专用扭力扳手，按规定扭矩拧紧次，用专用扭力扳手，按规定扭矩拧紧。必须由中。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，三则保证

15、压缩比的一致性。则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机制成的气缸盖到最后必须在发动机冷冷的状态下拧紧，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；盖的热膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖铸铁气缸盖则一般在发动机则一般在发动机热热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。作初始后不久会松弛。思考：查阅思考：查阅捷达、奥迪捷达、奥迪某发动机的上紧扭力；若无据可查某发动机的上紧扭力；若无据可查时怎么办？时怎

16、么办？四、汽缸垫（四、汽缸垫（链接录像链接录像）1、功用：弥补不平度，防漏、功用：弥补不平度，防漏 2、型式：、型式：（1）、铜皮）、铜皮石棉石棉铜皮（常用）铜皮（常用）（2）、实心弹性金属片（用于强化）、实心弹性金属片（用于强化）（3）、丝网石棉（少用，逐步淘汰）、丝网石棉（少用，逐步淘汰）3、“呲垫儿呲垫儿”：4、汽缸垫的安装注意正反面：一般，记号冲盖；光面、汽缸垫的安装注意正反面：一般，记号冲盖；光面朝汽缸体朝汽缸体五、油底壳（五、油底壳（链接录像链接录像）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、要求：、要求：（1）结合面平整，密封性好）结合面平整，密封性好（2

17、）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）散热性好）散热性好 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，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。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隔板，避免油面波动太大，机油

18、；油底壳内还设有挡油隔板，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塞，以便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。磨损。铸铝油底壳铸铝油底壳钢板油底壳钢板油底壳五五大大部部分分的的拆拆分分导入导入二起脚，火箭，试管飞塞，火枪，四杆机二起脚，火箭，试管飞塞，火枪，四杆机构，曲柄连杆机构构，曲柄连杆机构一、功用（一、功用（链接录像链接录像）1、作功冲程中、作功冲程中2、其它冲程时、其它冲程时二、基本构成二、基本构成1、活塞组、活塞组2、连杆组、连杆组3、曲轴飞轮组、曲轴飞

19、轮组三三、活塞组：、活塞组：1、活塞（、活塞（链接录像链接录像）（1）、功用：）、功用：1）、构成燃烧室）、构成燃烧室；活塞在高温、高压、高速、润滑不；活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达所以活塞工作时温度很高，顶部高达600700K，且温，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达作功行程压

20、力最大，汽油机高达35MPa，柴油机高，柴油机高达达69MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度的作用；活塞在气缸内以很高的速度(812m/s)往复运往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。.2）、传递动力。

21、）、传递动力。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转活塞销传给连杆驱使曲轴旋转（2）、要求：）、要求：、活塞质量小：往复惯性力小；、活塞质量小：往复惯性力小；.、热膨胀系数小：冷态装配、热膨胀系数小：冷态装配 间隙小，减轻敲间隙小，减轻敲 缸现象；缸现象；.、导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易、导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易 积碳，积碳，活塞顶不易热裂；活塞顶不易热裂；、耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；、耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；.、耐高温：高温时机械强度不会下降太多；、耐高温：高温时机械强度不会下降太多；、足够的刚度和强度

22、：、足够的刚度和强度：a、销座不会产生过大的弯曲变形；、销座不会产生过大的弯曲变形；.b、活塞顶不会压碎。、活塞顶不会压碎。.（3）、材料与工艺：）、材料与工艺：1）、材料：）、材料：a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；.（质量小，导（质量小，导热性好，适用于一般发动机）热性好，适用于一般发动机）.b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。栓连接。.刚度好，高温强度高；热膨胀系数低，配刚度好，高温强度高；热膨胀系数低，配缸间隙小；耐磨（环槽）；质量居中。仅适用于极少数缸间隙小；耐磨（环槽）；质量居中。仅适用于极少

23、数大功率大功率 强化柴油机强化柴油机 2）、工艺：）、工艺：a、铸造：质量大，加工工序多；、铸造：质量大，加工工序多；.b、锻造：居中；、锻造：居中；.c、模锻（、模锻（链接录像链接录像）：质量小，加工少。：质量小，加工少。.（4）、结构）、结构1）基本结构：由顶）基本结构：由顶部、头部、裙部、部、头部、裙部、销座部组成销座部组成a、顶部：组成燃烧、顶部：组成燃烧室，易热裂、压碎，室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，要求加工应光洁，材料应阻热。材料应阻热。.平顶：平顶：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

24、（二冲刚性好、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）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、双形、双 型、型、U型、花瓣型、型、花瓣型、四角形燃烧室。四角形燃烧室。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发动机的发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。成型顶活塞成型顶活塞：用于与特殊喷油器配合，以获得良好用于与特殊喷油器配合，以获得良好

25、的喷油和雾化质量的喷油和雾化质量b、头部：、头部：油环槽以上部分。油环槽以上部分。其主要作用是：其主要作用是：、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。其主要结构特点是：其主要结构特点是：、活塞内腔呈流线型，由油环到活塞顶的最小厚度活塞内腔呈流线型，由油环到活塞顶的最小厚度 逐逐渐扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位渐扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位置之上，目的是使活

26、塞顶吸收的热量平均分摊给各道活置之上，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；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，隔槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路，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；迫使热流方向折转，目的同上；.热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐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护圈，因为第一道环槽温度高，热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨

27、损，导致燃气泄漏和窜铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜机油。机油。.四冲程汽油机一般四冲程汽油机一般2-3道气环槽，道气环槽，1道油环槽，最低一道油环槽，最低一道油环槽内钻有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下道油环槽内钻有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经过这些小孔流回油底壳。后，经过这些小孔流回油底壳。c、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。、裙部：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活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过短，否则短，否则活塞运动时摆头）；活塞运动时摆头）；承受侧压力（说明裙部应有一定的刚

28、度和承压面承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。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机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲机械变形：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；变形，裙部挤压变形；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。机械变形机械变形热变形热变形结论：结论：机械变形和热变形均使得裙部断面机械变形和热变形均使得裙部断面变成长轴沿活塞销方向的椭圆。变成长轴沿活塞销方向的椭圆。裙部的结构特点裙部的结构特点椭圆度：活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意椭圆度：活塞裙部加工成短轴沿活塞

29、销方向，但注意椭圆度不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大椭圆度不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大易拉伤气缸壁；易拉伤气缸壁；.圆台度：圆台度：沿高度方向呈上小下大的圆锥形：沿高度方向呈上小下大的圆锥形：开切槽开切槽：裙部次推力面侧开：裙部次推力面侧开“T”形槽或形槽或“”形形槽：次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做槽：次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；泄油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；横槽称为隔热槽横槽称为隔热槽竖槽叫做膨胀槽竖槽叫做膨胀槽销座附销座附近凹陷近凹陷0.51.0mm：减：减少此处少此处金属堆金属堆积

30、，以积，以减少热减少热变形；变形；.双金属活塞：双金属活塞：销座内侧镶铸热膨销座内侧镶铸热膨胀系数极低的胀系数极低的恒范恒范钢片（钢片（含镍含镍33%36%的低碳铁镍合的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅金，其膨胀系数仅为铝合金的为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀制了裙部的热膨胀变形量），牵制此变形量），牵制此处热变形处热变形恒恒范范钢钢片片双双金金属属活活塞塞剖剖视视图图拖板式裙部：拖板式裙部：活塞销活塞销座下方挖去大块金座下方挖去大块金属，以减轻往复惯属，以减轻往复惯性质量，避免下止性质量，避免下止点时活塞裙部下端点时活塞裙部下端与

31、曲轴平衡重相碰，与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有并且可使裙部富有弹性，补偿热变形。弹性，补偿热变形。（有些活塞为了减轻重量，有些活塞为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一部分，以压力的两边切去一部分，以减小惯性力，减小销座附近减小惯性力，减小销座附近的热变形量，形成拖板式活的热变形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式结构裙塞或短活塞，拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，气缸的配合间隙较小，适用适用于高速发动机）。于高速发动机）。d、销座部：功用，结构特点同裙部，用活塞销卡簧圈、销座部：功用，结构特点同裙部，用活

32、塞销卡簧圈槽槽 活塞结构设计中需考虑的几个问题活塞结构设计中需考虑的几个问题、冷敲缸现象、冷敲缸现象冷态装配间隙若无或过小，则由于活冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的机械变形和热变形时裙部直径增大，容易拉塞工作时的机械变形和热变形时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则伤气缸壁（又称拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。活塞卡死。.由于冷态装配间隙的存在，由于冷态装配间隙的存在，.活塞工作时侧压力方活塞工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是时而是活塞的次推活塞的次推力面侧贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸壁的

33、一侧），力面侧贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸壁的一侧），时而是时而是活塞的主推力面侧贴紧气缸壁（作功行程时贴紧活塞的主推力面侧贴紧气缸壁（作功行程时贴紧气缸壁的一侧），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。气缸壁的一侧），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重。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。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 偏向主推力面侧偏向主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之前就，可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，因而可完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨损，

34、常见于以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽油机。汽油机。.活塞改进结构措施，活塞改进结构措施，制成反椭圆裙部断面，制成反椭圆裙部断面，牵制裙部工作时的热变牵制裙部工作时的热变形，从而在保证活塞工形，从而在保证活塞工作时不拉缸的前提下减作时不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙，减轻小活塞配缸间隙，减轻发动机冷车敲缸现象。发动机冷车敲缸现象。若偏向弄反，则会出现（若偏向弄反，则会出现（链接动画链接动画）、活塞的散热途径（散热方式）、活塞的散热途径（散热方式）a顶部吸收的热量顶部吸收的热量62-67%由活塞环传给汽缸盖，由汽缸由活塞环传给汽缸盖，由汽缸套传给冷却水。套传给冷却水。b14%由活

35、塞裙部传给缸套。由活塞裙部传给缸套。c其余部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的润滑油和其余部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的润滑油和气体。气体。改善措施改善措施a.圆弧过渡：圆弧过渡：非冷却整体铝活塞的头部热流密度很大，为非冷却整体铝活塞的头部热流密度很大，为降低活塞头部和环槽温度，加大散热面积，保证热流密降低活塞头部和环槽温度，加大散热面积，保证热流密度大致相等，顶底内壁和侧壁相连接部分多用大圆弧过度大致相等，顶底内壁和侧壁相连接部分多用大圆弧过渡，同时减少了应力集中。（渡，同时减少了应力集中。（见动画演示见动画演示）圆弧过渡圆弧过渡b.隔热槽：隔热槽：整体铝活塞第一环槽因温度高，材料硬度下降

36、较多，整体铝活塞第一环槽因温度高，材料硬度下降较多，及润滑条件差，环槽磨损严重。这些常常是限制活塞使用期限的及润滑条件差，环槽磨损严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因素。为了改善这种情况，某些柴油机活塞在第一道环槽上重要因素。为了改善这种情况，某些柴油机活塞在第一道环槽上方车隔热槽，改变顶部热流方向，将部分原来由第一道环散走的方车隔热槽，改变顶部热流方向，将部分原来由第一道环散走的热量分散到第二、三道环散走。热量分散到第二、三道环散走。隔热槽隔热槽、特殊活塞简介、特殊活塞简介油冷活塞油冷活塞 a、蛇形油管冷蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形却活塞：采用螺旋形铜管或钢管铸入活塞铜管或钢管铸入活塞本

37、体，使冷却油流经本体，使冷却油流经蛇型管，在润滑油压蛇型管，在润滑油压力作用下进行循环冷力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效却。为了增强冷却效果，也有铸成后再用果，也有铸成后再用酸蚀掉铜管。酸蚀掉铜管。蛇型油管冷却活塞蛇型油管冷却活塞 b、冷却油腔活冷却油腔活塞：塞：活塞头内部活塞头内部设置冷却油腔，设置冷却油腔，冷却油不充满整冷却油不充满整个油腔，一般只个油腔，一般只充充30-50%，由于，由于活塞往复运动的活塞往复运动的惯性，冷却油在惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，油腔中震荡冲刷，冷却油与油腔面冷却油与油腔面相对运动速度较相对运动速度较大，容易形成紊大，容易形成紊流，冷却效果较流，冷却效果较

38、好。好。冷却油腔活塞冷却油腔活塞组合油冷活塞组合油冷活塞 a、用耐热材料制成活塞头部、用耐热材料制成活塞头部 b、用铝合金或铸铁制造活塞裙部、用铝合金或铸铁制造活塞裙部 c、然后将二者用螺栓连接起来，之间充流动的、然后将二者用螺栓连接起来，之间充流动的 润滑油润滑油、活塞表面特殊处理、活塞表面特殊处理 a、顶部淬火，氮化处理、顶部淬火，氮化处理 b、顶部喷涂陶瓷、阳极氧化、顶部喷涂陶瓷、阳极氧化 c、环槽部镀铬或氮化处理、环槽部镀铬或氮化处理 d、裙部喷涂石墨或镀锡、裙部喷涂石墨或镀锡、活塞顶部记号、活塞顶部记号 a、前后记号、前后记号-确定安装方位，一般冲向曲轴前端确定安装方位，一般冲向曲轴

39、前端 b、尺寸代码、尺寸代码-表明活塞尺寸系列及标准级差，以便表明活塞尺寸系列及标准级差，以便 维修选配维修选配 c、销孔代码、销孔代码-配套活塞销的选配配套活塞销的选配、思考：、思考：a、活塞销为何偏置？偏向何处？、活塞销为何偏置？偏向何处？b、活塞与缸套之间如何密封？、活塞与缸套之间如何密封？c、是否知道合金铸铁活塞？什么情况下使用？、是否知道合金铸铁活塞？什么情况下使用？d、普通活塞制造出厂后冷态下大致应该是什么、普通活塞制造出厂后冷态下大致应该是什么 形状？正常工作时的热态下又应该是什么形形状？正常工作时的热态下又应该是什么形 状？状？2、活塞环（、活塞环（链接录像链接录像）（1）、类

40、型和功用：）、类型和功用：、气环：、气环：1）、密封（防止燃气漏入曲轴箱）是主要作）、密封（防止燃气漏入曲轴箱）是主要作用，是传热作用的前提。用，是传热作用的前提。2）、传热（将活塞头部吸收的）、传热（将活塞头部吸收的70%80%的的热量传导给气缸壁）。热量传导给气缸壁）。一般高速机有一般高速机有2-3道气环，中速机有道气环，中速机有3-4道气环，低道气环，低速机有速机有5-6道气环道气环，油环一般是，油环一般是1-2道。目前的趋向是道。目前的趋向是减少环数，强化第一道环。因此柴油机所消耗的摩擦功减少环数，强化第一道环。因此柴油机所消耗的摩擦功中约有中约有50%是活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引

41、起的。是活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引起的。、油环：、油环：1）、润滑（气缸壁上铺油膜）；）、润滑（气缸壁上铺油膜）；2）、刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；）、刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；3）、辅助密封。）、辅助密封。油环一般是油环一般是1-2道，位置一般下置。道，位置一般下置。（2）、工作特点：）、工作特点：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；2）、交变的弯曲应力，（气缸壁沿高度方向有加工锥）、交变的弯曲应力，（气缸壁沿高度方向有加工锥 度，环有开口）度，环有开口）（3）、要求：）、要求：足够的弹性、冲击韧性、耐磨性、耐热性、

42、足够的弹性、冲击韧性、耐磨性、耐热性、储油性、导热性和良好的加工性储油性、导热性和良好的加工性 （4）、材料：）、材料：1）、一般用合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、）、一般用合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素）铬、钼等合金元素），少数高速强化柴油机用钢，少数高速强化柴油机用钢 片环（以提高弹力和冲击韧性）；片环（以提高弹力和冲击韧性）；.2）、第）、第1道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度 高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）；高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）；.3）、其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活）、其余气

43、环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活 塞）（以改善磨合性能）。塞）（以改善磨合性能）。（5）、活塞环的密封机理：）、活塞环的密封机理：注意：注意：第一道气环的初始弹力第一道气环的初始弹力F1要求最小，随后的几道气环的初要求最小，随后的几道气环的初始弹力始弹力F1大小要求依次递增。大小要求依次递增。（6）、气环的结构类）、气环的结构类型极其特点：型极其特点：1）、按切口（开口）、按切口（开口）形状分：形状分：、直角切口：工艺、直角切口：工艺性好，密封效果差性好，密封效果差 、阶梯切口：密封、阶梯切口：密封好，工艺性差好，工艺性差 、斜切口：介于中、斜切口：介于中间，但套装时尖角易间，但套装时尖角

44、易折断折断 、带防转销钉槽切、带防转销钉槽切口：方向不可装反，口：方向不可装反，否则，漏气量急剧增否则，漏气量急剧增加。加。2）、按气环的断）、按气环的断面形状分：面形状分：、矩形环：、矩形环：工艺工艺最简单，导热性最简单，导热性好，但存在好，但存在“泵泵油油”现象。现象。.矩形环的矩形环的“泵油作用泵油作用”原原理解释理解释在进在进气行程中，由于气行程中，由于环与缸壁的摩擦环与缸壁的摩擦阻力以及环本身阻力以及环本身的惯性，环将靠的惯性，环将靠紧环槽的上侧平紧环槽的上侧平面，缸壁上的机面，缸壁上的机油就被刮入下边油就被刮入下边隙与背隙内；隙与背隙内；.在膨胀作功行程中，在膨胀作功行程中，燃气压

45、力的作用大于摩燃气压力的作用大于摩擦阻力和惯性的影响，擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的下侧环被压紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内平面，下边隙与背隙内的机油上窜。的机油上窜。.活塞上行时，在摩活塞上行时，在摩擦阻力、惯性、缸内气擦阻力、惯性、缸内气体压力的作用下，环将体压力的作用下，环将靠紧在环槽的下侧平面，靠紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油下边隙与背隙内的机油上窜。上窜。结论：结论：由于矩形环的由于矩形环的“泵油泵油”作用，气缸壁作用，气缸壁上的机油将源源不断地上的机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气管冒蓝烟。内烧掉，排气管冒蓝烟。、扭曲环：、扭曲

46、环：a、正扭曲环：、正扭曲环：内圆上边缘内圆上边缘切去部分金属或外圆下边切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属缘切去部分金属 b、反扭曲环：、反扭曲环：内圆下内圆下边缘切去部分金属或外边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属圆上边缘切去部分金属正正反反 扭曲原理扭曲原理活塞环装入气缸后，其外侧气活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力缸壁的作用力F1与内侧环的弹力与内侧环的弹力F2不在一条直线不在一条直线上，于是产生扭曲力矩上，于是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环，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上下窜动造成的“

47、泵油泵油”现象。现象。.注意事项注意事项环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成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。这样，活塞向上运动时，因的楔形尖角向下。这样，活塞向上运动时，因“油楔油楔”作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则塞向下运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。蓝烟。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)、

48、防止、防止“泵油泵油”现象（正确安装时）；现象（正确安装时）；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、不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上 的记号的记号、锥面环：、锥面环：小锥角，不超过小锥角，不超过2，方向不可装反。优缺点，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有同扭曲环，但仍有“泵油泵油”现象。断面呈锥形，外圆工现象。断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面作面上加工一个很小的锥面(0.51.5)，减小了环

49、，减小了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的面的油楔油楔作用，能在油膜上作用，能在油膜上飘浮飘浮过去，减小磨损，过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。.、梯形环：、梯形环：断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避

50、免了环被置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难，精度要求高。缺点是加工困难，精度要求高。其优点是其优点是侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一道气环。道气环。缺点是缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油泵油”现象。现象。、桶面环：、桶面环：与气缸壁凸圆弧面接触。与