二、活塞环,分成 气环 和 油环 两大类。,.,
(一)作用,
( 2)传热 (将活塞头部吸收的
70%~80%的热量传导给气缸壁)。,.,
2、油环,
( 3) 辅助密封 。,.,
(二)工作特点,
( 2)交变的弯曲应力
(气缸壁沿高度方向有加工锥度,环有开口)。,.,
1、气环,
(三)要求,
( 2)耐高温(第 1道气环)、耐磨。,.,
(四)材料,
( 2) 第 1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);,.,
图 2-25 活塞环
( 1) 密封 (防止燃气漏入曲轴箱);
是 主要作用,是传热作用的前提。,.,
( 1) 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);,.,
( 1)高温、高压、高速,润滑不良,磨损严重;,.,
( 1)足够的强度、冲击韧性;,.,
( 1)一般用 合金铸铁,少数高速强化柴油机用 钢片环
(以提高弹力和冲击韧性);,.,
( 3)其余气环一般 镀锡 (铸铝活塞)或 磷化 (锻铝活塞)(以改善磨合性能)。
(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 F1);,.,
图 2-26 气环的密封机理 图 2-27 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 气环装入气
缸时产生的初始弹力 F1很重要。,.,
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)。,.,
2、由图 2-27可知,第一道气环的初始弹力 F1要求最小,随后的几道气环 的初
始弹力 F1大小要求依次递增。
( 1)切口形状,
1)直角切口,工艺性好,密封效果差; …
2)阶梯切口:密封好,工艺性差;,.,
3)斜切口,介于中间,但套装时尖角易折断;,.,
4)带防转销钉槽切口,方向不可装反,否则,漏气量急剧增加。
图 2-28 气环的切口形状
(六)气环的结构特点,
由于矩形环的,泵油,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
烧掉,排气管冒蓝烟。 图 2-29 矩形环的泵油作用
1)矩形环,
( a) 矩形环
( 2)气环的断面形状,
工艺最简单,导热性好,但存在“泵油”
现象。,.,
矩形环的,泵油,作用原理解释,
活塞下行 时,分 两种情况,
在 进气行程中,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
上的机油就被刮入下边隙与背隙内;,.,
在 膨胀作功行程 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
下侧平面,下边隙与背隙内的机油上窜。,.,
活塞上行 时,在 摩擦阻力、惯性、缸内气
体压力的作用下,环将靠紧在 环槽的下侧平
面,下边隙与背隙内的机油上窜。 …
结论,
图 2-30 气环的断面形状
2) 扭曲环,
a)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;,.,
b)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;,.,
图 2-30 气环的断面形状
( b )正扭曲内切环 ( c)反扭曲内切环 图 2-31 扭曲环的作用原理
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, 油楔, 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 活塞向上运动时, 向上
刮油, 机油消耗率剧增, 排气冒蓝烟 。
扭曲环成因 见图 2-31所示,
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 F2不在一
条直线上,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,
避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油”现象 。,.,
总结,
扭曲环的优点,a)密封性、磨合性好(线接触);,.,
b)防止“泵油”现象;,.,
c)形成油楔,改善润滑;,.,
d)提高刮油能力。,.,
扭曲环的缺点,a)扭转角不超过 1o,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。,.,
b)仍有“泵油”现象。,.,
( d)锥面环
优点,
缺 点,
b)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 2o,方向不可装反。优缺点同扭
曲环,但仍有“泵油”现象。,.,
3)锥面 环,
4) 桶面环, 与气缸壁凸圆弧面接触。 …
a)活塞上下移动时均能形成油楔作用,改善润滑;,.,
c)密封性改善。,.,
a)工艺性差(凸圆弧面难加工);,.,
( f)桶面环
图 2-30 气环的断面形状
缺点 是环上、下两侧平面难以精磨,工艺性差,仍有“泵油”
现象。
5)梯形 环, 如图 2-32所示,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 第一道气环 。 …
( e)梯形环
( a)间隙变化 ( b) 受力情况
图 2-32 梯形环工作示意图
( 2)油环的断面形状如图 2-25所示,均分布若
干个中间泄油孔,设计重点在于提高与气缸壁
的接触比压,以提高刮油能力( 图 2-33 )。
( 3)油环分为两种类型,
1) 普通槽孔式油环, 合金铸铁,鼻形倒角(图 2-34) 图 2-33 油环的刮油作用
( a) ( b)
(七)油环的结构特点,
( 1) 油环 置于最后一道环槽,背隙内气体压
力极低,因此,油环置于气缸内时,必须具
有较大的初始弹力 。,.,
( a)异向外倒角油环,.,
图 2-34 油环的断面形状
( b)同向外倒角油环,.,
( c)同向内倒角油环,.,
( d)鼻式油环,.,
( e)双鼻式油环,.,
图 2-35 组合油环
1-上刮片 2-衬簧 3-下刮片 4-活塞
接触比压大,刮油能力强,泄油 通路大,惯性质量小,
但制造成本高(图 2-35)。
2) 组合钢片式油环,
三、活塞销与销座
(一)活塞销
( 3)组合形:居中。 ( c)两段截锥型
1,作用, 连接活塞和连杆小头,传递动力。,.,
2,要求, ( 1)足够的刚度、强度和冲击韧性;,.,
( 2)表面耐磨;,.,
( 3)质量小。,.,
3,材料与工艺,
一般为 低碳钢 或 低碳合金钢,经 表面渗碳 或
渗氮 热处理以 提高心部冲击韧性 和 表面硬度,然
后进行 精磨 和 研磨 。,.,
4,结构特点, 管状(图 2-36所示)。,.,
( 1)等截面圆柱形,易加工,但质量大;,.,
( 2)两段截锥形:等强度梁,质量小,但难加工;,,
图 2-36 活塞销的内孔形状
( a)圆柱型
( b)组合形
由于铝合金活塞销座的热膨
胀量大于钢活塞销,因此,在冷
态装配时,活塞销与活塞销座孔
为过渡配合,装配时,应先将铝
合金活塞预热( 70~90oC的水或
油中加热),然后将销装入。 4-卡环
5,活塞销连接方式,
活塞销与活塞销座孔和连杆小
头衬套孔的连接配合,一般采用
,全浮式,(图 2-37所示),即,.,
在发动机运转过程中,活塞销不
仅可以在连杆小头衬套孔内,还
可以在销座孔内缓慢转动,以使
活塞销表面的磨损比较均匀。但,.,
必须在活塞销座两端用卡环定位,
防止活塞销轴向窜动。,.,
图 2-37 活塞销连接方式
1-连杆小头衬套
2-活塞销
3-连杆
四、连杆
在质量尽可能小的前提下有足够
的刚度和强度。
刚度不足的后果,
( 1)大头孔失圆,烧轴瓦,甚至咬死。,.,
( 2)杆身弯曲:偏磨,漏气,窜机油。,.,
( 1) 连杆小头, 一般压入减磨的锡青铜衬
套 4,小头顶部铸有工艺凸台,减重用;,.,
4
5
6
7
1-连杆小头 2-杆身 3-连杆大头
4-衬套 5-轴瓦 6-轴瓦上的凸肩
7-连杆螺栓 8-润滑油槽 9-连杆盖
8
9
图 2-38 连杆结构
( 2) 杆身:通常做成,工,字形断面,以求在刚度足够的前提下尽可能减
少惯性质量,有的杆身钻有润滑油道。
1,作用, 传递动力,将活塞往复直线运动
转变为曲轴的旋转运动。,.,
2,工作特点, 复杂平面运动,承受压缩、
拉伸、弯曲等交变载荷。,.,
3、要求,
4、材料与工艺,
中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。,.,
5、结构特点,
由 连杆小头 1,杆身 2,连杆大头 3(包
括 连杆盖 9)三部分组成。
小头顶部开有润滑油槽,收集飞溅油雾,润滑活塞销。,.,
通常做成分开式的,以便于拆
装活塞连杆组,被分开的部分叫连
杆盖 9,两者之间用连杆螺栓连接。
连杆与连杆盖之间有配对记号,拆
装时应注意一致。,.,
图 2-39 连杆装配标记
( 3)连杆大头,
连杆大头孔内过盈压入上、
下两半薄壁钢轴瓦,在其内表面
上涂有 0.3~0.7mm厚的 减磨合金
层,具有 保持油膜, 减少摩擦阻
力 和 易于磨合 的作用,主要有巴
氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。
轴瓦背面制有 定位凸肩, 防止轴
瓦转动 ;轴瓦内表面开有 油槽 用
以 储油 和作 垃圾槽 用。,.,
6、汽车发动机 连杆分类,
( 1)平切口,

2-
41









连杆大头沿着与杆身轴线垂直
的方向切开,汽油机和较小功
率柴油机用。,.,
定位可靠,结构简单 (利用连杆螺栓上经过
精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的
连杆螺栓孔来保证);,.,
连杆大头沿着与杆身轴线成 30~60 o 夹
角切开,常用于曲柄销直径较粗的较大功率
柴油机,否则,连杆大头尺寸太大,无法从
气缸中拆下活塞连杆组。,.,
定位不可靠(切口方向受到附加剪
切力,连杆螺栓易剪断,连杆盖脱
落会击穿气缸体)。
优点 是,
( 2)斜切口,
缺点 是,
定位可靠(锯齿接触面大,贴合紧密),结构
紧凑,但齿距公差要求高,否则,会因个别齿
脱空影响连杆组件的刚度,也会造成连杆大头
孔失圆。
图 2-41
斜切口连杆大头
的定位方式
斜切口 定位方式,
1) 止口定位, 工艺简单,但定位不可靠(径向脱离无法阻止)
2) 套筒定位, 定位精度较高,但工艺要求高(若孔距不准确,
则可能因过定位而造成大头孔严重失圆)
3) 锯齿定位,
( a) 止口定位 ( b)套筒定位 ( c)锯齿定位
7,V型发动机连杆分类,
相邻两缸的一个连杆大头做成叉形,另一个连杆大头套于其
叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同,左右两缸中心线
不需错位,但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂,而且
连杆大头的刚度也不高。
图 2-42
V型发动机连杆
示意图
( 1) 并列连杆, 左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上,连杆可以
通用,两缸活塞连杆组的运动规律相同,但曲轴加长,刚度
降低。常用于 V6,V8汽车发动机。
( 2) 主副连杆, 副连杆铰接在主连杆凸耳上,曲轴不加长,但相邻两缸活
塞连杆组运动规律和受力不相同。,.,
( 3) 叉形连杆,
( a) 并列连杆 ( b)主副连杆 ( c)叉形连杆