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2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞产品知识ALBAMA 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞工作原理和作用 原理 四冲程发动机包括 进气 压缩 燃烧 排气这四个过程 而在这些过程中 活塞顶部气压的不断地循环改变 从而导致活塞的上下来回运动 这样内燃机燃料的热能就转化成为活塞的上下运动的动能 而活塞就是充当这种转化的介质 作用 1 组成燃烧室 承受燃气作用力 并把它传给连杆 2 密封气缸 防止燃气泄漏及润滑油窜入燃烧室 3 将热量传给气缸壁 4 将连杆的侧压力传给气缸壁 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 构造 活塞顶部PistonRoof活塞头部PistonHead活塞裙部Skirt 活塞的结构设计 Piston 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞顶部PistonRoof 活塞顶部平面 气门凹坑valverelief 图 主要是为气门提供足够空间 使进排气顺畅 同时节省空间 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞顶部PistonRoof 平顶活塞顶部 Flathead 是一个平面 结构简单 制造容易 受热面积小 顶部应力分布较为均匀 一般用在汽油机上 柴油机很少采用 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞顶部PistonRoof 凹顶活塞顶部 Cuphead 呈凹陷形 凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧 有双涡流凹坑 球形凹坑 U形凹坑等等 多用于柴油机 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞顶部PistonRoof 球形顶 Homehead 凸起呈球顶形 其顶部强度高 起导向作用 有利于改善换气过程 二行程汽油机 摩托车 常采用圆顶活塞 凸顶活塞 Humphead 异型顶 Contourhead 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞头部PistonHead 活塞头部指活塞第一道油环槽 groove 下侧边至顶面的部分 它有数道环槽 用以安装活塞环 起密封作用 又称为防漏部 柴油机压缩比比汽油机压缩比高 具体 一般有四道环槽 上部三道安装气环 Compressionring 下部安装油环 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞头部的作用Functions 安装活塞环密封作用 与活塞环一起密封气缸 防止可燃混合气漏到曲轴箱内传热作用 将 70 80 的热量通过活塞环传给气缸壁 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞头部PistonHead 设计要点是 加顶部的 1 具有足够的机械强度和刚度 2 保证工作温度不过高 温差少 3 尺寸尽可能紧凑 以减少活塞的重量 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞头部结构 汽油机一般有三道环槽 第一道环槽工作条件最恶劣 一般离顶部较远些 其中有两道气环槽和一道油环槽 在油环槽底面上钻有许多径向小孔 使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞头部第一道环槽设计 环槽磨损对活塞的使用性能影响极大 列出 为了延长活塞的寿命 要特别注意提高第一环槽的耐磨性 镶耐磨圈就是在第一道环槽处 有时包括第二环槽 铸入一个耐磨奥氏体高镍铸铁圈 图 耐磨原理粘结率85 上为了解决解决活塞头部裂纹 1 在燃烧室喉口注入耐热护圈 图p27 2 在第一环槽上方车隔热槽 使部分热负荷分流 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞裙部Skirt 裙部为活塞从第一道油环槽下端面起至活塞最下端的部分 它包括装活塞销的销座孔 pinhole 活塞销座孔加工精度很高 制作较厚 卡环 Circlip 有些没有销座孔近外端面处有卡环槽 限制活塞销轴向窜动 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 裙部形状 1 预先做成椭圆形OvalShape如果活塞冷态时裙部为椭圆形 由于热胀冷缩作用 工作时活塞厚端膨胀较多 薄端较少 就会有椭圆形变成一个圆 使活塞与气缸之间圆周间隙相等 发动机就正常工作了 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 裙部的椭圆度一般为0 3 0 5mm 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 裙部Skirt 2 锥形 阶梯形活塞Taper LadderShape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 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等 即为圆柱形而做成 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 裙部Skirt 3 3 裙部开槽 用于汽油机 横向隔热槽 HorizontalSlot 减小活塞裙部的受热量 纵向膨胀槽 VerticalSlot 补偿裙部受热后的变形量 纵槽圆孔 防止槽端延伸破裂槽的形状有 T 形或 形槽等 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 裙部Skirt 4 4 裙部开孔 裙部不受侧力部分切除减轻重量减小惯性力减小销座附近的热变形量 5 裙部外表面下陷 0 5 1 0mm配合间隙拖板式 Slipper 结构裙部弹性好 质量小 活塞与气缸的配合间隙较小 适用于高速汽油发动机 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞表面处理技术 1 裙部镀锡 提高活塞与缸套的磨合性方法厚度 照片2 裙部涂石墨 有印刷和喷涂两种 初期磨合中减少磨损及拉缸的危险 3 裙部涂二硫化钼 MOS2 改善磨合 减少拉缸 4 电镀硬铁 有效解决冷起动及提高寿命 5 活塞顶面阳极氧化 提高顶部的耐热性 6 顶部喷涂陶瓷 与活塞顶面阳极氧化相同 隔热降温效果更好 7 顶部镀铬 耐热 减少吸热 图 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 常用术语 环岸 指活塞环槽二侧外圆表面 图片火力岸 指活塞顶面至第一道环槽上侧边的一部分外圆表面 头部 指活塞第一道油环槽下侧边至顶面的一部分 裙部 指活塞第一道油环槽下侧边至活塞底面面的一部分 压缩高 指活塞顶面到销孔中心的距离 配缸间隙 冷态下活塞裙部最大外圆直径与缸套内径的配合间隙趾口 裙部底面内腔凹台 是用于加工测量定位的 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞材料及成形工艺Material Founding 材料 铝合金AluminiumAlloy 高级铸铁 耐热钢 密度小 热膨胀系数小 耐磨性好 易散热 好加工等符合各种特性的材料成形方法 1 铸造 Casting 强度下降小 成本低 容易出现气孔 缩松 2 锻造 Forging 强度高 导热性好 成本高 用于强化发动机 3 液态模锻 兼有前两者特点 切削少 利用率高 消除铸造缺陷 提高毛坯质量 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞工作条件WorkingConditions Requirements 活塞在高温 高压 高速 润滑不良的条件下工作 受热严重 散热条件很差 工作时温度很高 顶部高达600 700K 温度分布很不均匀 顶部承受气体压力很大 作功行程压力最大 汽油机高达3 5MPa 柴油机高达6 9MPa 高速 8 12m s 往复运动 且速度在不断地变化 产生变形并加速磨损 同时受到燃气的化学腐蚀作用 活塞性能要求要有足够的刚度和强度 传力可靠 导热性好 耐高压 耐高温 耐磨损 质量小 重量轻 尽可能减小往复惯性力 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞工艺Technology 1 镶恒范钢片InvarInsert减小铝合金活塞裙部的热膨胀量恒范钢为含镍33 36 的低碳铁镍合金 其膨胀系数仅为铝合金的1 10镶铸筒形钢片 柴油机 镶复式钢片 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞工艺Technology 2 镶防胀钢圈PistonInsert特点 膨胀系数低 减少热膨胀 降低磨损 延长寿命 材料 膨胀系数与铝合金相近 镍奥氏体铸铁高锰奥氏铸铁 一道钢圈Topringinsert二道钢圈Top 2ndringinsert耐热钢圈Heatresistantinsert 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞工艺Technology 3 冷油道OilCoolingGallery第一环槽的环形冷却油道使环槽温度下降了50 左右 工艺 用工业盐作模 成功率不高冷油道与钢圈一起铸造 工艺难 油冷活塞振荡冷却喷油冷却 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞试验考核方法 性能试验机油消耗量测试活塞漏气试验活塞防拉缸试验 可靠性试验全速全负荷和超速超负荷可靠性试验热冲击试验 2009 2 20 ALBAMAENGINEPARTSCO 活塞技术标准和检验方法 技术标准在国内有两种 1 国标 GB1148 82 内燃机铝活塞技术条件 和GB3508 83 内燃机铸造