活動(dòng)三　認(rèn)識(shí)活塞連桿組的構(gòu)造

一輛2012年產(chǎn)雪佛蘭科魯茲轎車，搭載LDE發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程2000km。該車發(fā)動(dòng)機(jī)由于進(jìn)水而損壞，需要更換活塞連桿總成。那什么是活塞連桿總成呢？它由哪些零件組成，又是如何工作的？下面就來一起學(xué)習(xí)一下。

活動(dòng)目標(biāo)

概念復(fù)習(xí)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成，其作用是把燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

活動(dòng)過程

步驟一　認(rèn)識(shí)活塞連桿組的作用和結(jié)構(gòu)

1．活塞連桿組的作用

活塞連桿組的作用是承受氣體的作用力，并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)傳遞給曲軸。

2．活塞連桿組的結(jié)構(gòu)

活塞連桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸承等零部件組成，如圖2-63所示。

步驟二　了解活塞的作用和結(jié)構(gòu)

1．活塞的作用

活塞承受氣缸中的燃燒壓力，并將此壓力通過活塞銷和連桿傳給曲軸。此外，活塞還與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。

2．活塞的結(jié)構(gòu)

活塞可分為活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部3部分，如圖2-64所示。

（1）活塞頂部

活塞頂部是燃燒室的組成部分，常制成不同的形狀，如圖2-65所示。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂部多采用平頂或凹頂。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)都是高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，所以在活塞頂部開有氣門避讓孔，防止氣門撞擊活塞，如圖2-66所示。

（2）活塞頭部

活塞頂部至最下面一道活塞環(huán)槽之間的部分稱為活塞頭部，活塞頭部的結(jié)構(gòu)如圖2-67所示，其主要用來是安裝各活塞環(huán)。上面的兩道槽用來安裝氣環(huán)，最下面的一道槽用來安裝油環(huán)。由于第一道氣環(huán)的壓力比較大，所以在第一道氣環(huán)環(huán)槽處安裝第一道氣環(huán)加強(qiáng)環(huán)。油環(huán)槽的底部鉆有若干回油孔，使油環(huán)從氣缸壁上刮下的多余潤(rùn)滑油經(jīng)此流回油底殼。

（3）活塞裙部

活塞環(huán)槽以下的所有部分稱為活塞裙部，其作用是引導(dǎo)活塞在氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并承受側(cè)壓力，活塞裙部的結(jié)構(gòu)如圖2-68所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，為使活塞受熱后能與氣缸壁間保持均勻的間隙，通常采取：①活塞裙部制成錐形；②在活塞上開絕熱糟及膨脹糟，如圖2-69所示。

高速發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，將活塞銷座孔向主推力面偏移1～2mm，可減輕活塞越過上止點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的“敲缸”現(xiàn)象，如圖2-70所示。如果裝反會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)和噪聲。為了防止裝反，活塞頂上一般都打有箭頭等安裝記號(hào)。箭頭指向發(fā)動(dòng)機(jī)的前端。

步驟三　掌握活塞環(huán)的分類、作用和結(jié)構(gòu)

1．活塞環(huán)的分類

活塞環(huán)是中間斷開的彈性金屬環(huán)，可分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。

活塞環(huán)在高溫、高壓、高速及潤(rùn)滑條件極差的條件下工作，是發(fā)動(dòng)機(jī)所有零件中最易磨損的。

2．氣環(huán)的作用、密封原理及結(jié)構(gòu)

（1）氣環(huán)的作用

氣環(huán)的作用是密封氣缸中的高溫、高壓燃?xì)?/b>，防止它們漏入曲軸箱，同時(shí)，它還將活塞頭部70％～80％的熱量傳導(dǎo)給氣缸壁。

（2）氣環(huán)的密封原理

氣環(huán)在自由狀態(tài)下，外徑略大于氣缸直徑，如圖2-71所示。裝入氣缸后因壓縮產(chǎn)生彈力，在彈力的作用下緊貼在氣缸壁上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，高壓氣體的壓力更加強(qiáng)了活塞環(huán)的密封作用。

圖2-71　氣環(huán)的密封

（3）氣環(huán)的結(jié)構(gòu)

①端隙。活塞裝入氣缸后，活塞環(huán)開口處兩端的距離稱為活塞環(huán)的端隙，如圖2-71所示。若端隙過大，則漏氣量大，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率減小；端隙過小，會(huì)使活塞環(huán)高溫時(shí)在氣缸中卡滯，拉傷氣缸并造成斷裂。端隙一般為0.20～0.90mm。為了防止氣體從端隙處漏出，活塞環(huán)的開口相互錯(cuò)開90°～120°，從而對(duì)氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。

②側(cè)隙。活塞環(huán)與環(huán)槽間存在軸向的間隙，該間隙稱為側(cè)隙，如圖2-72所示。側(cè)隙過大，會(huì)造成響聲、引起漏氣；側(cè)隙過小，活塞環(huán)受熱卡死在環(huán)槽中會(huì)拉傷氣缸并漏氣。

圖2-72　活塞環(huán)的側(cè)隙和背隙

③背隙。背隙是活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部的間隙，如圖2-72所示。

④氣環(huán)的斷面形狀。氣環(huán)的斷面決定了氣環(huán)與缸套接觸面積的大小。接觸面積越小，越利于密封并能減少氣環(huán)運(yùn)動(dòng)消耗的功，并增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

如圖2-73所示，氣環(huán)常見的斷面形狀有以下幾種：

圖2-73　氣環(huán)斷面形狀

矩形環(huán)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、散熱性好，但有泵油作用。

錐面環(huán)：與缸壁為線接觸，有利于密封和磨合，但其傳熱性差，不宜用于第一道氣環(huán)。

梯形環(huán)：主要優(yōu)點(diǎn)是能使沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出，同時(shí)其密封作用強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，但上、下兩面的精磨工藝較復(fù)雜。

桶面環(huán)：接觸面積小，有利于密封，但凸圓弧表面的加工較困難。

扭曲環(huán)：扭曲環(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)外，還能減小泵油作用、減輕磨損、提高散熱能力，目前在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。扭曲環(huán)分內(nèi)倒角在上的正扭曲環(huán)和外倒角在下的反扭曲環(huán)，如圖2-74所示，目前大部分扭曲環(huán)同時(shí)使用這兩種結(jié)構(gòu)。

圖2-74　扭曲環(huán)的工作原理

3．油環(huán)

（1）油環(huán)的作用

活塞上行時(shí)，油環(huán)將潤(rùn)滑油均勻分布到氣缸壁上；活塞下行時(shí)，油環(huán)刮去多余的潤(rùn)滑油，經(jīng)活塞上的回油孔流回油底殼，如圖2-75所示。油環(huán)還起到輔助密封的作用。

圖2-75　油環(huán)的作用

目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)有普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種，如圖2-76所示。

圖2-76　油環(huán)的分類

（2）油環(huán)的結(jié)構(gòu)

普通油環(huán)的斷面與矩形氣環(huán)相似。為提高對(duì)缸壁的壓力，增強(qiáng)刮油效果，在其外圓上切有環(huán)形槽，槽底開有若干個(gè)回油孔或狹縫，如圖2-76所示。

組合油環(huán)由上、下刮片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力作用的襯簧組成，如圖2-76所示。主要優(yōu)點(diǎn)為刮油能力強(qiáng)，對(duì)缸套變形的適應(yīng)性好，回油通路大。

步驟四　認(rèn)識(shí)活塞銷的作用和結(jié)構(gòu)

1．活塞銷的作用

活塞銷的作用是連接活塞和連桿小頭，將活塞所承受的氣體壓力傳給連桿。

2．活塞銷的結(jié)構(gòu)

卡簧和活塞銷的結(jié)構(gòu)如圖2-77所示。根據(jù)活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套孔的配合情況，將活塞銷分為全浮式和半浮式兩種活塞銷，如圖2-78所示。

圖2-77　卡簧和活塞銷的結(jié)構(gòu)

圖2-78　活塞銷的結(jié)構(gòu)

全浮式活塞銷在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，活塞銷在連桿小頭襯套孔和活塞銷座孔內(nèi)作自由轉(zhuǎn)動(dòng)，增大了實(shí)際活動(dòng)接觸面，減少磨損且使磨損較均勻。科魯茲發(fā)動(dòng)機(jī)采用該活塞銷。

為防止活塞銷的軸向竄動(dòng)而損壞氣缸壁，在活塞銷座兩端用活塞銷卡簧來限位。

步驟五　了解連桿的作用和結(jié)構(gòu)

1．連桿的作用

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?b>曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2．連桿的結(jié)構(gòu)

連桿可分為連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分，如圖2-79所示。

（1）連桿小頭

連桿小頭主要用來安裝活塞銷，從而連接活塞。全浮式連桿小頭孔內(nèi)壓有減磨襯套。

（2）桿身

連桿桿身多采用“工”字形斷面，以提高其抗彎剛度。在桿身內(nèi)有縱向的壓力油通道，以對(duì)活塞銷進(jìn)行壓力潤(rùn)滑。

（3）連桿大頭

連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。為便于安裝，通常將連桿大頭做成剖分式，上半部與桿身為一體，下半部即連桿蓋，兩者通過連桿螺栓連接。

連桿大頭的切口形式有兩種，如圖2-80所示。連桿大頭沿著與桿身軸線垂直的方向切開，稱為橫切口連桿，多用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。有些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿大頭尺寸較大，為了維修拆裝時(shí)仍能將其從氣缸中抽出，將連桿大頭沿與連桿桿身軸線成30°～60°（常用45°）的方向切開，即為斜切口連桿。

步驟六　認(rèn)識(shí)連桿軸承的作用和結(jié)構(gòu)

1．連桿軸承的作用

連桿軸承裝在連桿大頭孔內(nèi)，用以保護(hù)連桿軸頸及連桿大頭孔。

2．連桿軸承的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的連桿軸承是由鋼背、減磨層和鍍?cè)诒砻娴?b>耐磨合金組成的，如圖2-81所示。

在自由狀態(tài)下，軸承的曲率半徑和周長(zhǎng)都略大于連桿大頭孔的曲率半徑和周長(zhǎng)，裝入后，使其緊貼在大頭的孔壁上。在兩個(gè)軸承的剖分面上，均制有定位凸鍵，以防止連桿軸承在工作中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向移動(dòng)；在其內(nèi)表面還加工有油槽用以貯油，從而保證軸承的潤(rùn)滑。

活動(dòng)評(píng)價(jià)

試著完成下面的練習(xí)題，而后將自己的答案與課本對(duì)照，將錯(cuò)誤答案改正過來并仔細(xì)復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，直到能夠正確完成所有練習(xí)為止。

一、填空題

1．活塞連桿組由＿＿＿、活塞環(huán)、＿＿＿、＿＿＿等組成。

2．活塞結(jié)構(gòu)由活塞頂部、＿＿＿、＿＿＿等組成。

3．連桿結(jié)構(gòu)由連桿小頭、＿＿＿、＿＿＿等組成。

二、判斷題

1、科魯茲發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頭部有氣門避讓孔。（　）

2、氣環(huán)在自由狀態(tài)下，外徑略小于氣缸直徑。（　）

3、連桿軸承裝在連桿小頭孔內(nèi)，用以保護(hù)連桿軸頸及連桿大頭孔。（　）

4、科魯茲發(fā)動(dòng)機(jī)采用全浮式活塞銷。（　）

三、看圖識(shí)物

1．根據(jù)圖2-82所示活塞連桿組結(jié)構(gòu)，填入對(duì)應(yīng)字母。

A．連桿　B．連桿螺栓　C．活塞　D．活塞銷

E．上刮片　　F．第一道氣環(huán)　G．彈簧片　H．下刮片

I．活塞銷卡簧　J．連桿軸承　K．連桿軸承蓋　L．第二道氣環(huán)

2．根據(jù)圖2-83所示活塞的結(jié)構(gòu)，填入對(duì)應(yīng)字母。

A．油環(huán)環(huán)槽　B．第一道氣環(huán)加強(qiáng)環(huán)

C．回油孔　D．氣環(huán)環(huán)槽