活塞连杆组的结构及作用机理

活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦、连杆衬套、连杆螺栓等，如图1-17所示。活塞连杆组是柴油机中工作条件最恶劣的组件。

1）活塞。活塞一般用铝合金铸造加工而成。它直接承受气缸中的燃气压力，并通过活塞销将力传给连杆以推动曲轴旋转。另外，它还受曲轴、连杆带动。

活塞沿高度方向自上而下可分为四个部分：活塞顶部、活塞环槽、活塞销座、活塞裙部，如图1-18所示。

图1-17 活塞连杆组

图1-18 活塞

1—顶部 2—环槽 3—销座 4—裙部

① 活塞顶部：活塞第一道环槽以上的部分称为顶部，它是直接与燃烧气体接触并承受高温、高压的部位。它与气缸盖、气缸垫和气缸套共同构成燃烧室。活塞顶部的形状与燃烧室结构密切相关，不同的活塞顶部如图1-13、图1-16所示。

② 活塞环槽部：用于安装活塞环，防止气缸漏气、漏油。

③ 活塞销座：用来安装活塞销。

④ 活塞裙部：它的作用是导向活塞往复运动，同时承受侧压力。活塞裙部与气缸壁之间应留有适当的配合间隙。

由于活塞顶部的温度比活塞的其他部分高，热膨胀量也较大，所以活塞顶部直径比裙部略小，整个活塞略呈圆锥形。

2）活塞环。活塞环用合金铸铁制成，分为气环和油环。气环起密封作用，防止高压气体漏入曲轴箱并将上部热量传给气缸壁散出。油环起刮油作用，以便于活塞与缸套的润滑、密封。各种活塞环的结构和形状如图1-19所示。

① 气环的断面形状及特点。

a.矩形断面。如图1-19所示，又称为平环或矩形环。其工艺性和导热性较好，但容易产生“气环泵油现象”。

b.桶面环。如图1-19所示，其特点是活塞环的外圆面为凸圆弧形。当桶面环上下运动时，均与气缸壁形成楔形空间，使机油进入摩擦面，从而使磨损大大减小。缺点是：凸圆弧表面加工困难。

c.锥面环。如图1-19所示，断面呈锥形，其外圆工作面上加工有一个很小的锥面，又称微锥环。锥角仅为0.5°～1.5°，环的外径上小下大，减小了环与缸壁的接触面，可以改善环的磨合和消除泵油作用。锥面环在气缸内，可向下刮油，而向上滑动时由于斜面的油楔作用，可在油膜上浮起，减少磨损。

d.扭曲环。如图1-19所示，扭曲环是在矩形的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，它装入气缸后发生扭曲变形，具有锥形环的效果。安装时，必须注意环的断面形状和方向，将其内圆切槽向上，外圆切槽向下。

e.梯形环。如图1-19所示，断面呈梯形，在热负荷较高的柴油机上，第一道环常用梯形环。

图1-19 活塞环各种断面形状

1—平环 2—微锥环 3—锥面环 4—倒角环 5—内切阶梯环 6—外切阶梯环 7—普通油环 8—倒角油环 9—桶面环 10—梯形环

② 油环的种类。按结构形式不同，油环分有锥面油环、整体油环、钢片组合油环、内撑式组合油环、涨圈油环等。目前，小型柴油机上广泛采用内撑式组合油环。

内撑式组合油环与整体式油环大体一样，如图1-20和图1-21所示。其主要区别在于，内撑式组合油环的内圆面制成圆弧形的凹槽，内装用弹簧钢带绕制成的螺旋弹簧，活塞在气缸里工作时，油环由弹簧支撑紧贴在缸壁上，从而改善了油环的工作性能。

图1-20 活塞环

1—气环 2—内撑式组合油环

图1-21 内撑式组合油环的安装(www.xing528.com)

3）活塞销是一种钢制的空心轴，内孔形状有三种，其实物如图1-22所示。它采用铰链的方法将活塞与连杆小头连接起来。为了防止活塞销的轴向窜动而刮伤缸壁，在活塞销座的两端设有两道锁环槽，装有两只锁环，使销受到轴向限位，如图1-23所示。

图1-22 活塞销

图1-23 活塞销挡圈（卡簧或锁环）

活塞销固定形式是全浮动式，在高温的情况下，活塞销座孔受热膨胀比活塞销大，活塞销在连杆小头衬套和活塞销座内完全浮动（即活塞销在销座内可以转动）。为了使活塞销在工作中全浮动又避免产生敲击，在常温下（冷态时），活塞销和活塞销座孔之间要有一定的配合紧度，即活塞销只能在连杆小头衬套内转动，不能在销座内转动。

4）连杆。连杆采用优质中碳结构钢（40钢）或合金钢（40Cr）模锻制成，其两端以铰链的形式分别与活塞和曲轴连接在一起。为了提高刚度和减轻重量，连杆杆身断面做成“工”字形。

连杆小头内压装有铜套，作为活塞销的滑动轴承。在连杆小头顶端及铜套上都钻有油孔，安装时两个油孔应对正。连杆大头（内有轴瓦）做成分开式（剖分面有平切口和斜切口两种形式），被分开的部分叫连杆盖，用两根连杆螺栓将它们合并紧固，其目的是为了装配方便。另外，连杆与连杆盖要配对加工，在同侧打上安装记号，并设有定位装置。连杆实物如图1-24所示，连杆铜套实物如图1-25所示。

图1-24 连杆

图1-25 连杆铜套

连杆大头的定位方式：

① 平切口的连杆盖与连杆的定位是利用连杆螺栓上精加工的圆柱凸台或光圆柱部分，与经过精加工的螺栓孔来保证。

② 斜切口的定位。

a.螺栓定位带定位：如图1-26a、b所示，依靠套筒与连杆体的孔径配合定位，定位可靠。

b.锯齿定位：如图1-26c所示，依靠接合面的齿形定位，定位可靠。

c.舌槽定位：如图1-26d所示，依靠连杆盖舌槽向内和连杆大头舌槽向外来定位，其只能单向定位。

5）连杆轴瓦。连杆轴瓦属于滑动轴承，分为上下两片，由薄壁钢片和减磨合金层构成。它安装在连杆大头孔内，能减少连杆轴颈的磨损。为了防止轴瓦窜动，保证轴瓦与连杆大头孔处于紧配合状态，轴瓦钢背上有凸键，安装时要使凸键落入连杆大头相应的凹槽中。连杆轴瓦实物如图1-27所示。

6）连杆螺栓。连杆螺栓用优质合金钢精制而成，具有较高的疲劳强度。它与普通螺栓不同，因此，连杆螺栓不能用普通螺栓代用。在安装时，要用扭力扳手拧紧，还要加上止动片或铁丝锁紧，以防止在运行时螺栓产生松动。连杆螺栓结构如图1-28所示，连杆螺栓实物如图1-29所示。

图1-26 连杆大头定位方式

图1-27 连杆轴瓦

图1-28 连杆螺栓结构形式

图1-29 连杆螺栓