第三節(jié)　活塞連桿組的維修

一、活塞連桿組的結(jié)構(gòu)

活塞連桿組是發(fā)動機的傳動件，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動力。活塞連桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿和連桿軸承等組成，如圖2-18所示。

1 活塞

活塞的功用主要是承受氣缸中氣體的壓力，并將此壓力傳給連桿，以推動曲軸旋轉(zhuǎn)；此外，活塞的頂部還與氣缸蓋和氣缸共同組成燃燒室。

活塞一般用鋁合金材料鑄造或鍛造而成，個別柴油發(fā)動機的活塞采用高級鑄鐵或耐熱鋼制造。活塞的構(gòu)造如圖2-19所示，主要由活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部三部分組成，在活塞裙部的上部有活塞銷座。

（1）活塞頂部　類型如圖2-20所示，其形狀與選用燃燒室有關(guān)。汽油機活塞的頂部一般采用平頂，其優(yōu)點是吸熱面積小，制造工藝簡單。有些發(fā)動機的活塞采用凹頂，凹坑的大小可以調(diào)節(jié)發(fā)動機壓縮比。

（2）活塞頭部　是活塞環(huán)槽以上部分。其作用是承受氣體壓力，并傳給連桿；與活塞一起實現(xiàn)氣缸密封；將活塞頂部所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。活塞頭部切有若干道環(huán)槽用以安裝活塞環(huán)，汽油機一般有2～3道環(huán)槽，上面1～2道用于安裝氣環(huán)，下面一道用于安裝油環(huán)。

（3）活塞裙部　是指自油環(huán)槽下端面起至活塞底面的部分。其作用是為活塞在氣缸內(nèi)作往復運動導向并承受側(cè)壓力。活塞工作時，燃燒氣體壓力作用在活塞的頂部，而活塞銷反力作用在頭部的銷座孔處，活塞由此產(chǎn)生的變形是裙部直徑沿活塞銷座軸線方向增大（受力變形）。側(cè)壓力使活塞裙部變形；活塞銷座孔附近的金屬堆積，致使裙部在受熱變形時，活塞銷座孔方向的膨脹量大，因此裙部是橢圓形狀。活塞裙部變形示例如圖2-21所示。

有的活塞在裙部開有隔熱槽、膨脹槽，如圖2-22所示。

（4）活塞銷座孔　將活塞頂部氣體作用力經(jīng)活塞銷傳給連桿。銷座孔通常有肋片與活塞相連，以提高其剛度。銷座孔內(nèi)有安裝彈性卡環(huán)的卡環(huán)槽，卡環(huán)用來防止活塞銷在工作中發(fā)生軸向竄動。

2 活塞環(huán)

活塞環(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)兩種，如圖2-23所示。

氣環(huán)也稱壓縮環(huán)，用來密封活塞與氣缸壁間的間隙，防止氣缸內(nèi)的氣體竄入曲軸箱，以及將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁來為活塞散熱。另外，還可起到刮油、布油的輔助作用。一般發(fā)動機每個活塞裝有2～3道氣環(huán)。活塞環(huán)上有一切口，且自由狀態(tài)不是圓形，其尺寸比氣缸的內(nèi)徑大，所以它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼氣缸壁，使混合氣不能通過環(huán)與氣缸壁接觸面的間隙。

油環(huán)用來將氣缸壁上過量的潤滑油刮回油底殼去，防止其進入燃燒室，以及為氣缸壁均勻地布油。另外，也兼起密封作用。發(fā)動機一般有1～2道油環(huán)。油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)。普通油環(huán)一般是由鑄鐵制成的，其外圓中間切有一道凹槽，在凹槽的底部加工有許多排油孔。組合油環(huán)由兩個刮片和一個彈性襯環(huán)組合而成，襯環(huán)夾裝在上刮片和下刮片之間，如圖2-24所示。

發(fā)動機工作時，活塞環(huán)和活塞都會發(fā)生膨脹。

3 活塞銷

活塞銷是用來連接連桿與活塞的零件。它將活塞承受的氣體壓力與慣性力傳給連桿。

如圖2-25所示，活塞銷為空心管狀結(jié)構(gòu)，外表面為圓柱形，內(nèi)孔形狀有圓柱形、截錐形和組合形。

根據(jù)活塞銷固定方式的不同，可分為全浮式或半浮式兩種。

（1）全浮式　是指活塞銷既不固定于活塞銷座，又不固定于連桿小頭，熱態(tài)兩者均為間隙配合，冷態(tài)為過盈配合。只在活塞銷兩端的活塞銷座孔中的卡環(huán)槽中裝兩只卡環(huán)，防止活塞銷滑出。全浮式活塞銷磨損均勻，磨損量小，彎曲變形量小，采用比較廣泛。

（2）半浮式　是指活塞銷或者固定于活塞銷座，或者固定于連桿小頭，一處為間隙配合，一處為過盈配合。

4 連桿

連桿一般由小頭、桿身和大頭三部分組成。連桿的功用是連接活塞和曲軸，并將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，它是曲柄連桿機構(gòu)中傳遞動力的重要組件。連桿組包括連桿蓋、連桿螺栓、連桿軸瓦、連桿小頭襯套等零件，如圖2-26所示。

連桿一般用中碳鋼或合金鋼壓制而成。連桿小頭與活塞銷相連，工作時與銷之間有相對運動，小頭孔中有襯套（青銅）。在連桿的小頭和襯套上鉆有小孔（油道），用來潤滑小頭和活塞銷。

連桿桿身通常制成工字形斷面，以求增加其強度和剛度。在其中間有潤滑油道。

連桿大頭與曲軸的曲柄銷相連，大頭一般制成剖分式的，被分開的部分稱為連桿蓋，用特制的連桿螺栓緊固在連桿大頭上。

大頭孔表面有很高的光潔度，以便與連桿軸瓦緊密貼合。連桿大頭還銑有定位坑及油孔。

連桿大頭按剖分面可分為平切口和斜切口兩種，如圖2-27所示。一般汽油機連桿大頭的直徑小于氣缸的直徑，采用平切口；柴油機受力大，其大頭直徑較大，超過氣缸的直徑，采用斜切口，一般與連桿軸線成30°～60°夾角。

連桿螺栓是經(jīng)常受交變應力作用的重要零件，安裝時，必須牢固可靠，要符合工廠規(guī)定的擰緊力矩，分2～3次擰緊。

二、活塞連桿組的檢修

1 活塞

活塞的常見故障是破損、燒蝕、磨損。活塞是易損零件，價格比較便宜，在汽車維修中一般不對活塞進行修理，而是直接更換。在更換新件前，應查明故障原因，并予以排除。

（1）活塞的清潔　活塞上的積炭主要沉積在活塞頂部，如圖2-28所示。

活塞頂部積炭可用刮刀清除。若活塞環(huán)槽內(nèi)有積炭，可用折斷的舊活塞環(huán)磨制成合適的形狀進行清除（圖2-29），但應注意不要刮傷活塞環(huán)槽底部。

（2）活塞破損和燒蝕的檢查與修理　活塞拆出后應檢查其頂部有無異常，若有撞擊造成的明顯凹陷甚至是裂損，應及時查明故障原因，予以排除。發(fā)動機工作過程中，造成活塞受撞擊損壞一般是氣門間隙過小、配氣相位失準、氣門彈簧折斷等原因?qū)е禄钊c氣門相撞，或維修時氣缸內(nèi)掉入異物。對受損的活塞，若其頂部雖有凹陷但無裂損可繼續(xù)使用，若發(fā)現(xiàn)有裂紋或孔洞必須更換新件。

破損的活塞如圖2-30所示。

活塞燒蝕呈現(xiàn)在活塞頂部，輕者有疏松狀麻坑，重者有局部燒熔現(xiàn)象。活塞燒蝕主要是由于氣缸內(nèi)溫度過高所引起。燒蝕較輕的活塞，允許繼續(xù)使用，燒蝕嚴重時必須更換。

（3）活塞環(huán)槽磨損的檢查與修理　活塞環(huán)槽的磨損通常發(fā)生在高度方向上，第一道活塞環(huán)槽磨損最嚴重。活塞環(huán)槽磨損后使活塞環(huán)側(cè)隙增大，如不及時修理或更換活塞，會導致發(fā)動機工作時燒機油和氣缸壓力下降等后果。

① 活塞環(huán)側(cè)隙的檢查。活塞環(huán)側(cè)隙是指活塞環(huán)與活塞環(huán)槽在高度方向上的配合間隙。如圖2-31所示，測量時，將一新活塞環(huán)放入環(huán)槽，用塞尺測量環(huán)的側(cè)隙。

新裝時側(cè)隙一般為0.02～ 0.05mm，極限值為0.15mm，達到極限值時應更換活塞環(huán)。

② 活塞環(huán)端隙的檢查。如圖2-32所示，將活塞環(huán)放入氣缸，使其水平停放在距上平面15mm的氣缸內(nèi)，用厚薄規(guī)進行測量，其磨損極限為1.00mm。

（4）活塞刮傷的檢查與修理　活塞刮傷一般都有明顯的痕跡，輕度刮傷的活塞，如果不影響與氣缸的配合間隙，允許用細砂布研磨后繼續(xù)使用，刮傷嚴重的活塞必須更換，并根據(jù)下述情況查明故障原因。

① 活塞裙部兩側(cè)同時出現(xiàn)刮傷，通常是新?lián)Q活塞與氣缸配合間隙過小所致。

② 活塞裙部垂直活塞銷方向的一側(cè)刮傷，通常是怠速轉(zhuǎn)速過低使缸壁潤滑不良或發(fā)動機長期大負荷工作，而導致活塞受側(cè)壓力較大的一側(cè)刮傷。

③ 活塞裙部兩側(cè)銷座處刮傷，通常是活塞銷與座孔配合過緊，受熱后沿活塞銷方向膨脹量過大造成。

④ 活塞與氣缸配合間隙過大，將會引起第一道環(huán)槽的上部磨損或刮傷。

⑤ 刮傷部位出現(xiàn)在一側(cè)活塞銷座的上方，通常是連桿變形造成的。

（5）活塞的測量

① 檢查活塞裙部的磨損。在與活塞銷垂直的方向，用外徑千分尺測量活塞裙部直徑，如圖2-33所示。若測量值超過極限值時，在發(fā)動機大修時應更換全部活塞。

② 活塞更換時，只能用質(zhì)量等級和尺寸相同的產(chǎn)品更換，其一臺發(fā)動機上同組活塞的質(zhì)量差不得大于標準規(guī)定。

（6）活塞的拆裝　發(fā)動機工作過程中，活塞與氣缸進行了良好的自然磨合，在拆裝時不允許各缸活塞互換。

2 活塞環(huán)

（1）活塞環(huán)的拆裝

① 從活塞上拆裝活塞環(huán)時應使用專用卡鉗，如圖2-35所示；若手工拆裝活塞環(huán)時，應先用布包住活塞環(huán)開口端部，然后用兩手拇指使活塞環(huán)開口張大。

② 安裝非矩形斷面的氣環(huán)時，應注意活塞環(huán)端面上是否有裝配標記（如“TOP”等標記）。若有，有標記的一面應向上。

③ 組合式油環(huán)的安裝順序是襯簧、上刮油鋼片、下刮油鋼片，襯簧接頭處不能重疊過多，安裝后兩刮油鋼片開口應相對并與襯簧接頭錯開90°。

④ 活塞環(huán)開口方向的布置直接影響氣缸的磨損和密封性，開口方向的布置形式很多，但最好按原車要求進行。常見的活塞環(huán)開口方向布置形式如圖2-36所示。

⑤ 如圖2-37所示，在將活塞連桿組裝配到氣缸內(nèi)時，應使用專用工具（活塞環(huán)壓縮器）將活塞環(huán)壓緊。再按圖2-38所示的方法，用錘子的木柄將活塞連桿組安裝到氣缸筒里。

（2）活塞環(huán)的選配

① 更換活塞環(huán)時，應選用與氣缸和活塞同一修理尺寸級別的活塞環(huán)，同時還應檢查其側(cè)隙和開口間隙是否符合標準，以保證活塞環(huán)與環(huán)槽和氣缸的良好配合。轎車發(fā)動機活塞環(huán)側(cè)隙一般為0.03～0.07mm，開口間隙為0.10～0.50mm。

② 檢查活塞環(huán)開口間隙時，將活塞環(huán)放入氣缸內(nèi)，使活塞倒置將活塞環(huán)推到氣缸中部位置，然后用塞尺插入活塞環(huán)開口處檢查其間隙值，如圖2-39所示。活塞環(huán)開口間隙過小，可進行銼修；活塞環(huán)開口間隙過大或有其他損壞，則必須更換。

3 活塞銷

（1）活塞銷的拆裝　采用半浮式連接的活塞銷，必須在壓床上拆卸或安裝，在維修中若不更換活塞，就不必拆下活塞銷。采用鋁合金活塞時，活塞銷在常溫下與座孔為過渡配合，安裝時先將活塞在溫度為70～80℃的水中或油中加熱，然后再將活塞銷裝入，如圖2-40所示。

（2）活塞銷與活塞銷座孔的選配　發(fā)動機工作中，活塞銷座孔一般比活塞銷更容易磨損。活塞銷座孔磨損后，因修理成本較高，一般都更換活塞，并同時更換活塞銷和活塞環(huán)。

采用半浮式連接的活塞銷，將活塞放置在銷座孔處于垂直方向的位置上，在常溫下活塞銷應能用手推緩緩通過活塞銷座孔。采用全浮式連接的活塞銷，在活塞加熱到70～80℃時，應能用手掌心將涂有潤滑油的活塞銷推入座孔。若不符合上述要求，過松或過緊均應重新選配活塞銷，對采用全浮式連接的活塞銷，允許通過鉸削或鏜削活塞銷座孔的方法達到配合要求。

4 連桿

（1）連桿的拆裝

① 連桿大頭內(nèi)孔是與連桿蓋配對裝合后加工的，而且連桿裝配后的質(zhì)量在出廠時都有較嚴格的控制。

② 連桿上的噴油孔和偏位連桿都有方向性，同時為保證連桿大頭和連桿小頭與配合件的配合位置，連桿的桿身上刻有朝前標記（圖2-34），并在連桿大頭側(cè)面刻有缸位序號，裝配時不可裝反，也不可裝錯缸位。

③ 連桿螺栓必須根據(jù)不同發(fā)動機的要求按規(guī)定力矩擰緊。

（2）連桿變形的檢查和校正

① 連桿變形主要是彎曲和扭曲，其主要危害是導致氣缸、活塞和連桿軸承異常磨損。對采用全浮式連接的活塞銷，連桿彎曲可能會引起活塞銷卡環(huán)脫出。

② 連桿變形量的檢查必須使用專用的連桿檢測儀器。檢查連桿變形時，將連桿軸承蓋裝好，活塞銷裝入連桿小頭，再將連桿大頭固定在檢測儀器的定心軸上，然后把三點式量規(guī)的V形槽貼緊活塞銷，用塞尺測量檢測儀器平面與量規(guī)指銷之間的間隙。三點式量規(guī)有三個指銷，上面有一個，下面有兩個，三個指銷均與檢測儀器平面接觸，說明連桿無變形；若量規(guī)僅上面一個指銷（或下面兩個指銷）與檢測儀器平面有間隙，說明連桿有彎曲變形，如圖2-41所示，間隙大小反映了連桿的彎曲程度；若量規(guī)下面的兩個指銷與檢測儀器平面的間隙不同，說明連桿有扭曲變形，如圖2-42所示，兩指銷的間隙差反映了連桿的扭曲程度。