【发动机活塞概述2000字】

发动机活塞概述目录TOC\o"1-3"\h\u6205发动机活塞概述 186061.1发动机活塞常见问题 1151661.1.1活塞顶面裂纹 1304731.1.2活塞磨损 2276061.1.3活塞顶面烧蚀 236651.1.4销孔的开裂 2306991.1.5活塞裙部损伤 233041.2发动机活塞材料 3188821.1.1铸铁 331221.1.2钢 3216551.1.3铝合金 472311.3发动机活塞参数 4130441.3.1活塞模型结构基本参数 4300131.3.2活塞材料参数 5278641.3.3发动机相关参数 555241.4小结 61.1发动机活塞常见问题1.1.1活塞顶面裂纹在活塞的工作过程中，活塞的顶部承受着高温高压气体的不断冲击。车辆在行驶过程中活塞处于不同的工况，活塞顶部受到的热量以及气体压力都不一样，因此活塞顶面的受热受力状况都不相同。在受高温高压气体冲击时产生热应力，在受冷却液冷却时又产生拉应力，在热应力和拉应力循环往复的作用下，活塞在长期使用后，顶部表面就会出现裂纹。图2-1活塞顶部裂纹1.1.2活塞磨损在发动机工作时，由于活塞本身结构，活塞与缸套、销孔与活塞销、活塞环与活塞环槽等结构之间都会有磨损。在气缸内循环往复的工作使活塞这些结构之间的磨损加剧，当活塞的中心线与气缸的中心线不处于同一垂直直线时活塞与气缸之间还会发生偏向磨损。1.1.3活塞顶面烧蚀发动机在燃烧燃料的过程中，可能会产生燃气的不正常燃烧，从而导致了活塞顶面被烧蚀。在复杂的工作环境下发动机在大负荷下工作，活塞冷却不及时造成热量的堆积，从而导致了活塞顶面的烧蚀。图2-2活塞顶部烧蚀1.1.4销孔的开裂由于活塞循环往复的工作，活塞销孔往往会因为刚度不足造成受力的形变，造成活塞的销孔产生应力集中的现象，从而导致活塞的销孔发生开裂。当活塞销与销孔间的配合间隙太过于大时，活塞循环往复的工作必将导致活塞销与销孔的不断撞击，造成疲劳开裂。图2-3活塞销孔开裂1.1.5活塞裙部损伤当活塞与气缸壁之间的配合间隙过小时，或由于活塞受热过于膨胀时活塞与气缸壁便会发生拉缸现象更严重时还会发生抱死现象，然后引发销座拉脱等损伤。如果活塞与气缸壁之间的润滑条件过于恶劣，也会产生拉缸现象。当活塞与气缸壁之间的配合间隙过大时，活塞工作工程中又受裙部推力影响从而导致敲缸现象的发生，严重时还会导致活塞裙部出现裂纹或者直接掉块。图2-4活塞拉缸后1.2发动机活塞材料1.1.1铸铁制造发动机活塞的原材料最早是应用铸铁。因为铸铁的材料性质所以用铸铁制造的发动机活塞在高温的情况下依旧保持较高的强度,但是由于铸铁的质量太大,从而大大的限制了铸铁活塞的适用范围。因而铸铁活塞的主要应用范围是各种动力机车的大功率发动机上。(1)铸铁活塞的强度大，因此可以在铸铁活塞的头部开出润滑油槽，通过油液对活塞进行冷却。(2)由于铸铁的强度较高，所以活塞的长度可缩小，与传统发动机相比，行程加长，燃烧气体膨胀更充分，输出功率增加，经济性更好。(3)因为铸铁活塞可以做成短型，使整个汽缸体的高度也可随之降低，从而使发动机的结构更加紧凑。(4)由于铸铁的膨胀系数比较小，因此制造铸铁活塞时可将活塞头部与裙部之间的直径差做得更小，这样在发动机在冷起动时便不会产生“敲缸”现象。1.1.2钢铸钢的机械强度、耐热性、耐蚀性以及耐磨性都比较优秀,此外铸钢不仅高温性能稳定而且膨胀系数低、弹性模量高。但使以铸钢为材料的发动机活塞加工成本过高、密度较大、对缸套磨损比较严重,所以目前一般都是使用钢头铝裙的结构形式。即铸钢为活塞头部材料，铸铝为裙部材料的组合结构，这种结构一般应用在低速发动机上。1.1.3铝合金铝合金材料相对于铸钢材料和铸铁材料而言，有很明显的改进。铝合金材料质量较低、体积较小，但铝合金材料也有明显的缺陷，那就是高温耐热性不足。因此为强化铝合金材料，往往在其中加入更多的强化因素。铝合金的可强化性较高，得以在发动机活塞上得到广泛应用。(1)铝合金活塞最大的缺点就是热膨胀系数过大，在高温工作过程中容易出现热膨胀，从而产生形变，有可能造成发动机卡死或拉缸问题的发生。(2)铝合金的密度小，所以采用铝合金作为活塞材料质量会比铸铁、铸钢小得多可以大大减小活塞在工作过程中的往复惯性力。(3)铝合金导热性能远远优于铸铁、铸钢，所以表面温度远低于二者。1.3发动机活塞参数1.3.1活塞模型结构基本参数图2-1活塞实物图本文将使用CATIA零件设计模块对活塞进行三维建模，活塞基本结构参数见下表：表2-1活塞基本结构参数参数名称数值/mm活塞直径100活塞高度102火力岸高度13第一环槽高度3第一环槽深度5第一环岸高度7.7第二环槽高度1.5第二环槽深度5第二环岸高度4.5第三环槽高度4第三环槽深度3活塞壁厚5活塞销孔直径351.3.2活塞材料参数活塞材料为硅铝合金ZL109，其基本参数如下：表2-2活塞材料参数参数名称数值密度（Kg/m3）2700弹性模量（MPa）72000热传导系数（w/（m2·k)161泊松比0.31热线性膨胀系数1.9E-5抗拉强度（MPa）815抗压强度（MPa）8751.3.3发动机相关参数表2-34100柴油发动机相关参数参数名称参数缸径×行程（mm）100×105气缸数4总排量(L)3.2压缩比17.5额定功率（kw）73.5额定转速（r/min）3200曲轴半径（mm）51.5连杆长度（mm）1751.4本章小结本章对发动机活塞的材料的应用