活塞发展方向

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1、活塞发展和基本知识43序近年来，由于发动机强化程度的不断提高，发动机的转速、平均有效压力和活塞平均速度都较以前有了大幅度的提高，因此发动机的热负荷和机械负荷都增加了。而活塞由于在发动机中的重要作用，在设计和制造方面也有了很大的改变和提高。活塞企业里的广大技术人员由于缺乏对活塞专业知识的了解，又苦于无这方面的专业书籍帮助自己提高，另外同行间的技术交流，目前由于种种原因越发困难。因此，技术人员的业务提高，特别是在新技术、新工艺的应用上和实际问题的解决能力上，远远满足不了公司领导的发展要求和活塞市场的苛刻要求。针对以上问题，本人

2、汇集了多年来活塞方面的论文、论点、文章，结合自己的经验和国内其他优秀技术人员的技术，汇集编写了这本小册子，供同行参考学习，使大家在掌握活塞基础的学习路上少走弯路。一．活塞在设计方面的改变1．活塞高度现在活塞的高度正在逐渐缩短，活塞直径许多已大于活塞高度；压缩高也不断缩短，活塞上的这些改变，缩短了机体和整机的高度，提高了机体和整机的刚性，减小了发动机体积、重量、金属消耗量和成本，而且减小了往复运动质量、惯性力和主轴承负荷。另外，活塞高度缩短以后，活塞组重量也可减轻。现在发动机各活塞组总重量一般占整机重量的1.2～3.0％。2

3、．活塞环数近年来，为了减少摩擦功，提高机械效率，减小环区高度从而缩短活塞压缩高和总高度，活塞环数日趋减少。从三十年代的5～6道环槽发展到现在的2～3道环槽。研究发现，压缩环多于一道是没有必要的，因为一旦上道压缩环失效，其它的压缩环就不能密封燃烧室的气体，使之不漏入曲轴箱，也不能控制机油沿汽缸壁向上窜入燃烧室。所以与其增加活塞环数，还不如采取措施提高活塞环的使用性能，用一道压缩环和两道油环槽来确保完成密封燃气和控制机油的作用。3．火力岸火力岸高度有适当加高的趋势，特别是燃烧室布置在活塞顶内的半分开式燃烧室柴油机。为防止顶环积

4、炭和胶粘，又要求第一环槽温度不能过高，为此，除采用环槽镶圈外，火力岸有放长的趋势，而且强化程度越高这种趋势越明显。43为了减少燃气对第一环槽的强烈加热，在柴油机活塞上，常在火力岸周边上车出螺旋形浅沟槽，利用迷宫降压原理减少燃气沿活塞与汽缸套间隙下窜。1．活塞顶部活塞顶厚一般趋向减薄。主要受到承受燃烧压力和减小温度梯度这两个互相矛盾的因素所制约。厚度过薄，承受机械载荷能力差，会引起机械变形；厚度太厚，则温度梯度过大，引起热应力和热变形过大。所以活塞顶厚随发动机最高燃烧压力、缸径、是否有油冷、以及燃烧室形式而变。活塞顶内壁采用

5、热流型，即从活塞顶部到环区侧壁的过渡圆弧半径较大，有的还加支撑筋（一般为4条），目的是使活塞顶部热量能更流畅地传至环区和销座（支撑筋还有加强活塞刚度和强度的重要作用），从而减少第一道环及环槽的受热，提高活塞组关键部位的可靠性。2．活塞销座销座部位获得加强并适当放大活塞销直径，销座与环区的连接部位是应力集中的危险断面区。现在内燃机铝合金活塞中应力最大的部位在销座，疲劳裂纹往往出现在销孔顶部，并沿着活塞销座的纵向平面延伸。在该区域采用大圆弧过渡，旨在减少应力集中，也增加受力面积。在强化机型中通常还用4根筋把活塞销座与活塞顶部直

6、接连接起来，以直接传递一部分负荷，减轻上述危险部位的载荷。活塞销直径有稍加放大的趋势，目的也是增加销与销座的承压面积。缸径越大、发动机强化程度越高，活塞销直径与缸径之比也越大。3．活塞型面活塞型面对发动机性能和可靠性影响极大，因此在设计新发动机时确定活塞型面是一项重要的研究课题。活塞型面对气缸壁的摩擦、由活塞敲击引起的噪声，以及环隙对冷油机中碳氢化合物的形成和对柴油机中空气利用和压缩比均有重要影响，直接影响发动机的性能。活塞型面又与拉缸、擦伤以及裙部变形而引起机油耗增大和窜气量增大密切相关，直接影响发动机的可靠性。活塞型面

7、从最初的多段正圆柱逐渐演变到现在的环带多段正圆锥和渐变椭圆锥，裙部渐变桶面椭圆锥。裙部形状一般为桶面-椭圆形。桶的轴线与活塞轴线重合，垂直于轴线的活塞截面外周是椭圆形，短轴沿活塞销方向。43有些活塞裙部做成多级连续椭圆锥、多级连续特殊圆等。桶面裙部的优点是均布机油、抗拉缸、防窜油、油膜承载能力大、减少摩擦功和摩损。然而确定最佳型面是一个极其繁复的过程，需要反复进行各种试验，往往要花很长的时间。传统的方法是通过对活塞温度场和刚度分析，使用有限元法并根据经验设计绘制出一个活塞型面，然后将所得到的试验样品装入发动机进行活塞磨痕试

8、验，观察活塞和缸套上的磨痕。经过逐次逼近，最终即可定出最佳活塞型面。可是由于活塞的运动、各种有关因素引起的热变形，活塞还可能受到由缸盖螺钉拧紧力矩、冷却不均匀、气缸壁温度分布等引起的气缸壁变形的影响，以及各缸燃烧不均匀等影响，还有活塞本身的特性（如刚度、自动控制热膨胀活塞的膨胀率随活塞截面不同而变化）都