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1、二、活塞環(huán): 分成 氣環(huán) 和 油環(huán) 兩大類。 ... (一)作用 : ( 2)傳熱 (將活塞頭部吸收的 70%80%的熱量傳導(dǎo)給氣缸壁)。 ... 2、油環(huán) : ( 3) 輔助密封 。 ... (二)工作特點(diǎn) : ( 2)交變的彎曲應(yīng)力 (氣缸壁沿高度方向有加工錐度,環(huán)有開口)。 ... 1、氣環(huán) : (三)要求 : ( 2)耐高溫(第 1道氣環(huán))、耐磨。 ... (四)材料 : ( 2) 第 1道氣環(huán)的工作表面一般都 鍍上多孔性鉻 (硬度高,并能儲存少量機(jī)油,以改善潤滑條件); ... 圖 2-25 活塞環(huán) ( 1) 密封 (防止燃?xì)饴┤肭S箱); 是 主要作用,是
2、傳熱作用的前提。 ... ( 1) 潤滑 (氣缸壁上鋪油膜); ... ( 2) 刮油 (氣缸壁上多余機(jī)油刮落回曲軸箱); ... ( 1)高溫、高壓、高速,潤滑不良,磨損嚴(yán)重; ... ( 1)足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性; ... ( 1)一般用 合金鑄鐵 ,少數(shù)高速強(qiáng)化柴油機(jī)用 鋼片環(huán) (以提高彈力和沖擊韌性); ... ( 3)其余氣環(huán)一般 鍍錫 (鑄鋁活塞)或 磷化 (鍛鋁活塞)(以改善磨合性能)。 (五)氣環(huán)的密封機(jī)理: 第一密封面(氣環(huán)裝入氣缸時產(chǎn)生的初始彈力 F1); ... 圖 2-26 氣環(huán)的密封機(jī)理 圖 2-27 各環(huán)間隙處的氣體壓力遞減圖 1、第一密封面很重要,若
3、失效,則第二密封面建立不起來,因此 氣環(huán)裝入氣 缸時產(chǎn)生的初始彈力 F1很重要。 ... 第二密封面(燃?xì)鈮毫?F2); ... 氣環(huán)的切口端呈迷宮式布置(減少漏氣)。 ... 2、由圖 2-27可知,第一道氣環(huán)的初始彈力 F1要求最小,隨后的幾道氣環(huán) 的初 始彈力 F1大小要求依次遞增。 ( 1)切口形狀 : 1)直角切口: 工藝性好,密封效果差; 2)階梯切口:密封好,工藝性差; ... 3)斜切口: 介于中間,但套裝時尖角易折斷; ... 4)帶防轉(zhuǎn)銷釘槽切口: 方向不可裝反,否則,漏氣量急劇增加。 圖 2-28 氣環(huán)的切口形狀 (六)氣環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) : 由于矩形環(huán)的“
4、 泵油 ”作用,氣缸壁上的 機(jī)油將源源不斷地上竄入活塞頂上燃燒室內(nèi) 燒掉,排氣管冒藍(lán)煙。 圖 2-29 矩形環(huán)的泵油作用 1)矩形環(huán): ( a) 矩形環(huán) ( 2)氣環(huán)的斷面形狀: 工藝最簡單,導(dǎo)熱性好,但存在“泵油” 現(xiàn)象。 ... 矩形環(huán)的“ 泵油 ”作用原理解釋: 活塞下行 時,分 兩種情況 : 在 進(jìn)氣行程中 ,由于環(huán)與缸壁的摩擦阻力以及 環(huán)本身的慣性,環(huán)將靠緊環(huán)槽的上側(cè)平面,缸壁 上的機(jī)油就被刮入下邊隙與背隙內(nèi); ... 在 膨脹作功行程 中,燃?xì)鈮毫Φ淖饔么笥?摩擦阻力和慣性的影響,環(huán)被壓緊在環(huán)槽的 下側(cè)平面,下邊隙與背隙內(nèi)的機(jī)油上竄。 ... 活塞上行 時,
5、在 摩擦阻力、慣性、缸內(nèi)氣 體壓力的作用下, 環(huán)將靠緊在 環(huán)槽的下側(cè)平 面,下邊隙與背隙內(nèi)的機(jī)油上竄。 結(jié)論: 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 2) 扭曲環(huán) : a)正扭曲環(huán): 內(nèi)圓上邊緣切去部分金屬或外圓下邊緣切去部分金屬; ... b)反扭曲環(huán): 內(nèi)圓下邊緣切去部分金屬或外圓上邊緣切去部分金屬; ... 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 ( b )正扭曲內(nèi)切環(huán) ( c)反扭曲內(nèi)切環(huán) 圖 2-31 扭曲環(huán)的作用原理 環(huán)的扭曲變形應(yīng)使環(huán)的端面 與氣缸壁形成的楔形尖角向下 。這樣, 活塞向 上運(yùn)動時 , 因 “ 油楔 ” 作用使環(huán)懸浮于氣缸壁 , 改善潤滑 , 減少摩擦阻力 ; 活
6、 塞向下運(yùn)動時 , 向下刮油 。但 如果裝反使尖角朝上 ,則 活塞向上運(yùn)動時 , 向上 刮油 , 機(jī)油消耗率劇增 , 排氣冒藍(lán)煙 。 扭曲環(huán)成因 見圖 2-31所示: 活塞環(huán)裝入氣缸后,其外側(cè)氣缸壁的作用力 F1與內(nèi)側(cè)環(huán)的彈力 F2不在一 條直線上,于是產(chǎn)生扭曲力矩 M,從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下側(cè)平面都接觸, 避免了因環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的上下竄動造成的“泵油”現(xiàn)象 。 ... 總結(jié) : 扭曲環(huán)的優(yōu)點(diǎn): a)密封性、磨合性好(線接觸); ... b)防止“泵油”現(xiàn)象; ... c)形成油楔,改善潤滑; ... d)提高刮油能力。 ... 扭曲環(huán)的缺點(diǎn): a)扭轉(zhuǎn)角不超過 1,工藝性差;
7、... b)不可裝反,否則機(jī)油消耗率成倍增加,環(huán)上有朝上記號。 ... b)仍有“泵油”現(xiàn)象。 ... ( d)錐面環(huán) 優(yōu)點(diǎn): 缺 點(diǎn): b)避免棱緣負(fù)荷,能很好適應(yīng)活塞的擺動及氣缸表面; ... 小錐角,不超過 2,方向不可裝反。優(yōu)缺點(diǎn)同扭 曲環(huán),但仍有“泵油”現(xiàn)象。 ... 3)錐面 環(huán) : 4) 桶面環(huán) : 與氣缸壁凸圓弧面接觸。 a)活塞上下移動時均能形成油楔作用,改善潤滑; ... c)密封性改善。 ... a)工藝性差(凸圓弧面難加工); ... ( f)桶面環(huán) 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 缺點(diǎn) 是環(huán)上、下兩側(cè)平面難以精磨,工藝性差,仍有“泵油” 現(xiàn)象。 5
8、)梯形 環(huán) : 如圖 2-32所示,側(cè)壓力方向的交替變化,使環(huán)槽間 隙時而減小,時而增大,間隙中的結(jié)焦被擠出, 避 免環(huán)因粘結(jié)而折斷 ,常做 第一道氣環(huán) 。 ( e)梯形環(huán) ( a)間隙變化 ( b) 受力情況 圖 2-32 梯形環(huán)工作示意圖 ( 2)油環(huán)的斷面形狀如圖 2-25所示,均分布若 干個中間泄油孔,設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于提高與氣缸壁 的接觸比壓,以提高刮油能力( 圖 2-33 )。 ( 3)油環(huán)分為兩種類型: 1) 普通槽孔式油環(huán) : 合金鑄鐵,鼻形倒角(圖 2-34) 圖 2-33 油環(huán)的刮油作用 ( a) ( b) (七)油環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) : ( 1) 油環(huán) 置于最后一
9、道環(huán)槽 ,背隙內(nèi)氣體壓 力極低,因此,油環(huán)置于氣缸內(nèi)時, 必須具 有較大的初始彈力 。 ... ( a)異向外倒角油環(huán) ... 圖 2-34 油環(huán)的斷面形狀 ( b)同向外倒角油環(huán) ... ( c)同向內(nèi)倒角油環(huán) ... ( d)鼻式油環(huán) ... ( e)雙鼻式油環(huán) ... 圖 2-35 組合油環(huán) 1-上刮片 2-襯簧 3-下刮片 4-活塞 接觸比壓大,刮油能力強(qiáng),泄油 通路大,慣性質(zhì)量小, 但制造成本高(圖 2-35)。 2) 組合鋼片式油環(huán) : 三、活塞銷與銷座 (一)活塞銷 ( 3)組合形:居中。 ( c)兩段截錐型 1、 作用 : 連接活塞和連桿小頭,傳遞動力
10、。 ... 2、 要求 : ( 1)足夠的剛度、強(qiáng)度和沖擊韌性; ... ( 2)表面耐磨; ... ( 3)質(zhì)量小。 ... 3、 材料與工藝 : 一般為 低碳鋼 或 低碳合金鋼 ,經(jīng) 表面滲碳 或 滲氮 熱處理以 提高心部沖擊韌性 和 表面硬度 ,然 后進(jìn)行 精磨 和 研磨 。 ... 4、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) : 管狀(圖 2-36所示)。 ... ( 1)等截面圓柱形 :易加工,但質(zhì)量大; ... ( 2)兩段截錐形:等強(qiáng)度梁,質(zhì)量小,但難加工; .. 圖 2-36 活塞銷的內(nèi)孔形狀 ( a)圓柱型 ( b)組合形 由于鋁合金活塞銷座的熱膨 脹量大于鋼活塞銷,因此,在冷 態(tài)
11、裝配時,活塞銷與活塞銷座孔 為過渡配合,裝配時,應(yīng)先將鋁 合金活塞預(yù)熱( 7090C的水或 油中加熱),然后將銷裝入。 4-卡環(huán) 5、 活塞銷連接方式 : 活塞銷與活塞銷座孔和連桿小 頭襯套孔的連接配合,一般采用 “ 全浮式 ”(圖 2-37所示), 即 ... 在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,活塞銷不 僅可以在連桿小頭襯套孔內(nèi),還 可以在銷座孔內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動,以使 活塞銷表面的磨損比較均勻。但 ... 必須在活塞銷座兩端用卡環(huán)定位, 防止活塞銷軸向竄動。 ... 圖 2-37 活塞銷連接方式 1-連桿小頭襯套 2-活塞銷 3-連桿 四、連桿 在質(zhì)量盡可能小的前提下有足夠 的剛度和強(qiáng)度。
12、 剛度不足的后果: ( 1)大頭孔失圓: 燒軸瓦,甚至咬死。 ... ( 2)桿身彎曲:偏磨,漏氣,竄機(jī)油。 ... ( 1) 連桿小頭 : 一般壓入減磨的錫青銅襯 套 4,小頭頂部鑄有工藝凸臺,減重用; ... 4 5 6 7 1-連桿小頭 2-桿身 3-連桿大頭 4-襯套 5-軸瓦 6-軸瓦上的凸肩 7-連桿螺栓 8-潤滑油槽 9-連桿蓋 8 9 圖 2-38 連桿結(jié)構(gòu) ( 2) 桿身:通常做成“ 工 ”字形斷面,以求在剛度足夠的前提下盡可能減 少慣性質(zhì)量,有的桿身鉆有潤滑油道。 1、 作用 : 傳遞動力,將活塞往復(fù)直線運(yùn)動 轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 ... 2
13、、 工作特點(diǎn) : 復(fù)雜平面運(yùn)動,承受壓縮、 拉伸、彎曲等交變載荷。 ... 3、要求 : 4、材料與工藝 : 中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成。 ... 5、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) : 由 連桿小頭 1、 桿身 2、 連桿大頭 3(包 括 連桿蓋 9)三部分組成。 小頭頂部開有潤滑油槽,收集飛濺油霧,潤滑活塞銷。 ... 通常做成分開式的,以便于拆 裝活塞連桿組,被分開的部分叫連 桿蓋 9,兩者之間用連桿螺栓連接。 連桿與連桿蓋之間有配對記號,拆 裝時應(yīng)注意一致。 ... 圖 2-39 連桿裝配標(biāo)記 ( 3)連桿大頭: 連桿大頭孔內(nèi)過盈壓入上、 下兩半薄壁鋼軸瓦,在其內(nèi)表面 上涂有
14、 0.30.7mm厚的 減磨合金 層 ,具有 保持油膜 、 減少摩擦阻 力 和 易于磨合 的作用,主要有巴 氏合金、銅鋁合金、高錫鋁合金。 軸瓦背面制有 定位凸肩 , 防止軸 瓦轉(zhuǎn)動 ;軸瓦內(nèi)表面開有 油槽 用 以 儲油 和作 垃圾槽 用。 ... 6、汽車發(fā)動機(jī) 連桿分類: ( 1)平切口 : 圖 2- 41 平 切 口 連 桿 螺 栓 定 位 連桿大頭沿著與桿身軸線垂直 的方向切開, 汽油機(jī)和較小功 率柴油機(jī)用。 ... 定位可靠,結(jié)構(gòu)簡單 (利用連桿螺栓上經(jīng)過 精加工的圓柱凸臺或光圓柱部分與精加工的 連桿螺栓孔來保證); ... 連桿大頭沿著與桿身軸線成 3060 夾 角切
15、開,常用于曲柄銷直徑較粗的較大功率 柴油機(jī),否則,連桿大頭尺寸太大,無法從 氣缸中拆下活塞連桿組。 ... 定位不可靠(切口方向受到附加剪 切力,連桿螺栓易剪斷,連桿蓋脫 落會擊穿氣缸體)。 優(yōu)點(diǎn) 是: ( 2)斜切口: 缺點(diǎn) 是: 定位可靠(鋸齒接觸面大,貼合緊密),結(jié)構(gòu) 緊湊,但齒距公差要求高,否則,會因個別齒 脫空影響連桿組件的剛度,也會造成連桿大頭 孔失圓。 圖 2-41 斜切口連桿大頭 的定位方式 斜切口 定位方式 : 1) 止口定位 : 工藝簡單,但定位不可靠(徑向脫離無法阻止) 2) 套筒定位 : 定位精度較高,但工藝要求高(若孔距不準(zhǔn)確, 則可能因過定位而造成
16、大頭孔嚴(yán)重失圓) 3) 鋸齒定位 : ( a) 止口定位 ( b)套筒定位 ( c)鋸齒定位 7、 V型發(fā)動機(jī)連桿分類 : 相鄰兩缸的一個連桿大頭做成叉形,另一個連桿大頭套于其 叉形中。兩缸活塞連桿組的運(yùn)動規(guī)律相同,左右兩缸中心線 不需錯位,但叉形連桿大頭結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜,而且 連桿大頭的剛度也不高。 圖 2-42 V型發(fā)動機(jī)連桿 示意圖 ( 1) 并列連桿 : 左右兩缸的連桿一前一后地裝在同一個曲柄銷上,連桿可以 通用,兩缸活塞連桿組的運(yùn)動規(guī)律相同,但曲軸加長,剛度 降低。常用于 V6、 V8汽車發(fā)動機(jī)。 ( 2) 主副連桿 : 副連桿鉸接在主連桿凸耳上,曲軸不加長,但相鄰兩缸活 塞連桿組運(yùn)動規(guī)律和受力不相同。 ... ( 3) 叉形連桿 : ( a) 并列連桿 ( b)主副連桿 ( c)叉形連桿