2.2.1活塞连杆组在线视频

同学们好

上次课我们学习了

柴油机主体机件中机体

气缸盖和气缸套

等固定件的功用和结构型式

柴油机主体机件的

运动部件

曲柄连杆机构

又具有怎样的特征呢

曲柄连杆机构通常可分为

做往复运动的活塞连杆组

和做旋转运动的曲轴飞轮组

它们共同完成活塞上下往复运动

和曲轴旋转运动

二者之间的运动转换

对外输出机械功

本节课我们重点关注

活塞连杆组

活塞连杆组通常由活塞

活塞环

连杆

用于连接活塞和连杆的活塞销

使连杆和曲轴连接在一起的

连杆大头盖和连杆螺栓

以及为了减小磨损

便于润滑的连杆衬套

与连杆轴瓦等部件组成

接下来我们将对活塞连杆组的

主要部件

活塞

活塞环和连杆进行深入的学习

首先我们来看一下活塞

活塞起什么作用呢

从前面讲述的

柴油机工作原理中我们知道

活塞顶部与气缸套

和气缸盖共同组成燃烧室

和柴油机的工作空间

因此活塞的功用之一

就是组成气缸的工作容积和燃烧室

活塞的功用之二则是承受燃气压力

并通过连杆传递给曲轴

对外输出动力

此外

为了保证柴油机进气

压缩

做功和排气各个工作过程的正常进行

必须要求活塞与气缸套之间

具有可靠的密封

因此活塞的第三个作用

就是密封气缸并传递热量

为了使活塞实现以上

三个方面的功能

活塞在结构上可分为活塞顶部

环槽部

裙部和销座四部分

活塞顶部是燃烧室的组成部分

用来承受燃气压力

活塞顶部有多种形状

如平顶

凸顶

球形凹坑和ω形凹坑等

135系列柴油机和康明斯柴油机

均采用ω形凹坑

使得活塞顶部能适应油束形状

更有利于可燃混合气的形成和燃烧

此外

为了满足柴油机换气过程的要求

和避免在进排气上止点处

早开晚闭的气门

与上行的活塞顶部相碰撞

活塞顶部沿圆周方向

与进排气门的对应位置

加工有进排气门凹坑

活塞环槽部用来安装活塞环

通常包括2至3道气环槽

和1至2道油环槽

一般情况下

油环槽位于最下边

环槽的底面钻有回油孔

可将油环从气缸套

刮除的多余机油通过这些小孔

泄回油底壳

活塞裙部为桶形

用来承受活塞受到的侧向压力

和保持活塞正确的运动方向

销座是活塞与活塞销的连接部分

位于活塞裙部的上方

用来安装并支撑活塞销

从总体上来看

活塞呈上小下大的形状

为什么要做成这个形状呢

我们知道

活塞顶部

直接与高温高压燃气相接触

因此

活塞顶部比裙部温度高

加上活塞头部较厚

使得活塞上部的膨胀量

大于活塞下部

故常将活塞制成上小下大的形状

从而使高温下工作的活塞

近似为圆柱形

与气缸套间隙近似均匀

防止活塞因受热膨胀而卡死

或冷启动时不因间隙过大漏气

而影响启动

接下来我们再来分析活塞环

通常情况下

为了确保活塞的运动顺畅

必须使活塞在柴油机最大设计

热负荷条件下膨胀之后的外径

小于气缸套的内径

否则活塞就会卡死在气缸套内

也就是说

活塞和气缸套之间必须留有间隙

但是这样一来

活塞与气缸套之间的间隙

就会导致漏气

此外

活塞在气缸套内高速运动

还必须得到可靠的润滑

否则会导致活塞

和气缸套之间的磨损加剧

从而使柴油机的功率下降

油耗增加

那么怎样来解决气缸套的密封

和活塞的润滑问题呢

解决的办法

就是在活塞的环槽部安装活塞环

根据作用的不同

活塞环可分为两种

一种是气环

一种是油环

它们的外径

会略大于气缸套的内径

内径会小于活塞的外径

因此随活塞安装到气缸套内时

在自身的弹力作用下

活塞环会贴紧在气缸套上

并随活塞一起上下运动

其中气环的主要作用是密封气缸

防止气缸内新鲜空气和燃气

漏入曲轴箱

这对保证柴油机的启动性能

延长机油更换期具有重要意义

同时气环还用于传递热量

把活塞吸收的热量传递给气缸套

再由气缸套传递给冷却水

考虑到安装和受热膨胀方面的因素

自由状态下

气环是一个不呈正圆的切口环

这个切口的大小一方面应能保证气环

受热后有膨胀的余地

不致因膨胀而使活塞环卡死或折断

另一方面又不能过大

否则会使窜气量增加

容易漏机油

常见的气环切口形状有直切口

斜切口和搭切口三种

那么气环是如何实现

其密封功能的呢

我们知道气环外径

大于气缸套内径

因此

气环在自身弹力作用下

会紧贴在气缸套上

起到阻止气体泄漏的作用

这种密封通常称为第一次密封

此外

在压缩和做功冲程

气缸内的高压气体

经过活塞头部与气缸套之间的间隙

沿活塞环与环槽间隙向下泄漏

径向压力差P2使气环外表面

紧压在气缸套上

轴向压力差P1使气环

紧贴在环槽端面上

从而形成第二次密封

活塞环在第一次密封

和第二次密封的作用下

填充了活塞和气缸套之间的间隙

从而起到了密封气缸的功能

在上述两次密封中

气环的本身弹力是密封的先决条件

如果气环没有弹力或弹力不足

气环就不能紧贴在气缸套上

因而也就无法形成压力差

就不会形成第二次密封

我们再来看油环

油环外测加工有凹槽

以减小接触面积

提高环与气缸套的比压

便于刮油

和使机油沿气缸分布得更均匀

凹槽底部有间断切槽

当油环随活塞向下运动时

油环外圆像两把刀口

可将气缸套上多余的机油刮下

并通过切槽和活塞上的油孔

流回曲轴箱

这就是气环和油环的功用和机理

那么安装气环和油环时

应该注意什么事项呢

为了保证气缸的密封

气环之间需形成迷宫密封

也就是说要使各气环的开口

两两之间在空间上相隔尽量远

也就是说

相互错开一定角度

同时

开口不得对准活塞销方向

如图所示为康明斯N系列柴油机的

活塞环布置示意图

从中我们可以看到

第一道环和第二道环的开口

相互错开180度

第三和第四道环的开口

也相互错开180度

而第二道环和第三道环的开口

大约是90度

最后我们来学习连杆

我们知道在曲柄连杆机构中

活塞所做的运动是上下往复运动

曲轴所做的运动则是旋转运动

那么将活塞的往复运动

转换为曲轴的旋转运动的

关键部件就是连杆

连杆通常由连杆小头

杆身

连杆大头以及连杆大头盖等组成

连杆大头和大头盖之间

使用连杆螺栓连接

从而将连杆与曲轴连接起来

连杆小头内装有一个衬套

用来支撑活塞销

连杆杆身断面呈工字形

既能减轻质量

又能保证连杆有足够的刚度和强度

好 本节课内容到此结束

谢谢大家