发动机的结构原理之2-2 活塞组结构与工作原理及组成材料课件.ppt

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1、活塞组结构与工作原理及组成材料教学内容预告：一、活塞、活塞环、活塞销的作用与典型结构；二、诸元件的构成材料简介一、活塞连杆组组成回顾：活塞+活塞环+活塞销+连杆+连杆轴承。1、功用：1）与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；2）承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度平均高达573～623K以上，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达6～9MPa的压力，使之变形，破坏配合联结。3、材料：铝合金：质量小导热性好；热膨胀系数大。二

2、、活塞活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力D耐热的活塞顶及弹性的活塞裙E活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数（1）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。4、结构（顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。）顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，制作较厚。裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。（1）活塞顶部结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。

3、只在二冲程发动机上用。凹顶的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。凹坑的形状有利于可燃混合气的形成和燃烧，多用在柴油机上。头部（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：（3）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。裙部活塞变形的规律（1）活塞的热膨胀量大

4、于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。活塞裙部的椭圆变形演示（1）预先做成阶梯形、锥形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，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运

5、动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：（2）预先做成椭圆形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。（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些发动机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。6、活塞在工作时的保护措施（1）在活塞裙部表

6、面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性；主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向时的敲击声，且使裙部减小磨损；有的发动机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。三、活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层。如镀铬）切口气环1、气环1）作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走

7、。2）活塞环的间隙（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.80mm；（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm；（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm；Δ2Δ33）气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径＞缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第一密封面（2）第二密封面

8、的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。PjFP1第二密封面（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。4）气环的密封原理