第二章-曲柄连杆机构3节-活塞环、连杆

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1 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2 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 90 C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 图2 41平切口连杆螺栓定位 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 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