【48812】修建电气：发动机常识——活塞

  功用：活塞的功用是接受气体压力，并经过活塞销传给连杆唆使曲轴旋转，活塞顶部仍是焚烧室的组成部分。

  作业条件：活塞在高温、高压、高速、光滑不良的条件下作业。活塞直接与高温气体触摸，瞬时温度可达2500K以上，因而，受热严峻，而散热条件又很差，所以活塞作业时温度很高，顶部高达600～700K，且温度散布很不均匀；活塞顶部接受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞发生冲击，并接受侧压力的效果；活塞在气缸内以很高的速度（8～12m/s）往复运动，且速度在不断地改变，这就发生了很大的惯性力，使活塞遭到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下作业，会发生变形并加快磨损，还会发生附加载荷和热应力，一同遭到燃气的非物理性腐蚀效果。因而要求：（1）要有满意的刚度和强度，传力可靠性；（2）导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损；（3）质量小，分量轻，尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满意上面的要求，因而，活塞一般都采纳高强度铝合金，但在一些低速柴油机上选用高档铸铁或耐热钢。

  1.活塞顶部：活塞顶部接受气体压力，它是焚烧室的组成部分，其形状、方位、巨细都和焚烧室的详细方法有关，都是为满意可燃混合气构成和焚烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。平顶活塞顶部是一个平面，结构相对比较简单，制作简单，受热面积小，顶部应力散布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少选用。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向效果，有利于改进换气进程，二行程汽油机常选用凸顶活塞。凹顶活塞顶部呈洼陷形，凹坑的形状和方位有必要有利于可燃混合气的焚烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

  2.活塞头部：活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它稀有道环槽，用以装置活塞环，起密封效果，又称为防漏部。柴油机紧缩比高，一般有四道环槽，上部三道装置气环，下部装置油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽作业条件最恶劣，一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量首要也是经过防漏部经过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。总归，活塞头部的效果除了用来装置活塞环外，还有密封效果和传热效果，与活塞环一同密封气缸，避免可燃混合气漏到曲轴箱内，一同还将（70～80）%的热量经过活塞环传给气缸壁。

  3.活塞裙部：活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包含装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向效果，并接受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的巨细和活塞直径。所谓侧压力是指在紧缩行程和作功行程中，效果在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。紧缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，因为焚烧压力大大高于紧缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于紧缩行程中的侧压力。活塞裙部接受侧压力的两个旁边面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相笔直的方向上。

  （1）预先做成椭圆形，为了使裙部两头接受气体压力并与气缸坚持小而安全的空隙，要求活塞在作业时具有正确的圆柱形。可是，因为活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属厚，受热胀大量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。其他，裙部接受气体侧压力的效果，导致沿活塞销轴向变形量较笔直活塞销方向大。这样，假如活塞冷态时裙部为圆形，那么作业时活塞就会变成一个椭圆，使活塞与气缸之间圆周空隙不持平，构成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常作业。因而，在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座笔直，短轴方向沿销座方向。这样活塞作业时趋近正圆。

  （2）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，胀大量也相应是上部大、下部小。为了使作业时活塞上下直径趋于持平，即为圆柱形，就有必要预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。

  （3）为了减小活塞裙部的受热量，通常在裙部开横向的隔热槽，为了补偿裙部受热后的变形量，裙部开有纵向的胀大槽。槽的形状有“T”形或“”形槽。横槽一般开在最下一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两头（也有开在油环槽之中的），以减小头部热量向裙部传递，故称为隔热槽。竖槽会使裙部具有必定的弹性，从而使活塞装置时与气缸间具有尽可能小的空隙，而在热态时又具有补偿效果，不致构成活塞在气缸中卡死，故将竖槽称为胀大槽。裙部开竖槽后，会使其开槽的一侧刚度变小，在装置时应使其坐落作功行程中接受侧压力较小的一侧。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。

  （4）有些活塞为了减轻分量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两头切去一部分，以减小惯性力，减小销座邻近的热变形量，构成拖板式活塞或短活塞，拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的合作空隙较小，适用于高速发动机。

  （5）为了减小铝合金活塞裙部的热胀大量，有些汽油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是，因为恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其线胀系数仅为铝合金的1/10，而销座经过恒范钢片与裙部相连，控制了裙部的热胀大变形量。

  （6）有的汽油机上，活塞销孔中心线是违背活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm.这种结构可使活塞在从紧缩行程到作功行程中较为柔软地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声响。在装置时，这种活塞销偏置的方向不能装反，不然换向敲击力会增大，使裙部受损。

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