活塞產品知識

1、2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞產品知識ALBAMA2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞工作原理和作用n原理：原理： 四沖程發(fā)動機包括：進氣-壓縮-燃燒-排氣這四個過程，而在這些過程中，活塞頂部氣壓的不斷地循環(huán)改變，從而導致活塞的上下來回運動。這樣內燃機燃料的熱能就轉化成為活塞的上下運動的動能，而活塞就是充當這種轉化的介質。 作用：作用： 1.組成燃燒室，承受燃氣作用力，并把它傳給連桿。 2.密封氣缸，防止燃氣泄漏及潤滑油竄入燃燒室。 3.將熱量傳給氣缸壁。 4.將連桿的側壓力傳給氣缸壁（圖）2009-2-20ALBAMA E

2、NGINE PARTS CO.構造：構造：q活塞頂部 Piston Roofq活塞頭部 Piston Headq活塞裙部 Skirt活塞的結構設計 Piston2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頂部 Piston Roof活塞頂部平面：活塞頂部平面：氣門凹坑 valve relief（圖）主要是為氣門提供足夠空間，使進排氣順暢，同時節(jié)省空間。（圖）2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頂部 Piston Roof 平頂活塞頂部(Flat head)是一個平面，結構簡單，制造容易，受熱面積小，頂部應力分布較為均勻，一般用在汽油機上，

3、柴油機很少采用。圖2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頂部 Piston Roof凹頂活塞頂部(Cup head)呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的燃燒，有雙渦流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 多用于柴油機。2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頂部 Piston Roof球形頂（Home head）凸起呈球頂形，其頂部強度高，起導向作用，有利于改善換氣過程，二行程汽油機（摩托車）常采用圓頂活塞。 凸頂活塞(Hump head） 異型頂異型頂（Contour head）2009-2-20ALBAMA ENGINE PA

4、RTS CO.活塞頭部 Piston Headq活塞頭部指活塞第一道油環(huán)槽(groove）下側邊至頂面的部分。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，起密封作用，又稱為防漏部。 q 柴油機壓縮比比汽油機壓縮比高（具體），一般有四道環(huán)槽，上部三道安裝氣環(huán)(Compression ring)，下部安裝油環(huán)。 2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頭部的作用 Functionsq安裝活塞環(huán)安裝活塞環(huán) q密封作用密封作用 ：與活塞環(huán)一起：與活塞環(huán)一起密封氣缸，密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內防止可燃混合氣漏到曲軸箱內 q傳熱作用傳熱作用：將將(7080)%的熱量通的熱量通過活塞

5、環(huán)傳給氣缸壁過活塞環(huán)傳給氣缸壁 2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頭部 Piston Headn設計要點是（加頂部的） 1.具有足夠的機械強度和剛度。 2.保證工作溫度不過高，溫差少。 3.尺寸盡可能緊湊，以減少活塞的重量。（圖）2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頭部結構 汽油機一般有三道環(huán)槽，q第一道環(huán)槽工作條件最惡劣，一般離頂部較遠些。其中有兩道氣環(huán)槽和一道油環(huán)槽，q在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環(huán)從氣缸壁上刮下的機油經過這些小孔流回油底殼。2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞頭部第

6、一道環(huán)槽設計n環(huán)槽磨損對活塞的使用性能影響極大（列出），為了延長活塞的壽命，要特別注意提高第一環(huán)槽的耐磨性。 鑲耐磨圈鑲耐磨圈就是在第一道環(huán)槽處（有時包括第二環(huán)槽）鑄入一個耐磨奧氏體高鎳鑄鐵圈（圖）耐磨原理 粘結率85%上n為了解決解決活塞頭部裂紋。1.在燃燒室喉口注入耐熱護圈（圖p27）2.在第一環(huán)槽上方車隔熱槽，使部分熱負荷分流。（圖）2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞裙部 Skirtq裙部為 活塞從第一道油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括裝活塞銷的銷座孔(pin hole)；q活塞銷座孔加工精度很高？，制作較厚；q卡環(huán) (Circlip)：有些沒有

7、銷座孔近外端面處有卡環(huán)槽，限制活塞銷軸向竄動2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.裙部形狀(1)預先做成預先做成橢圓形橢圓形 Oval Shapeq如果活塞冷態(tài)時裙部為橢圓形，由于如果活塞冷態(tài)時裙部為橢圓形，由于熱脹冷縮作用，工作時活塞厚端膨脹熱脹冷縮作用，工作時活塞厚端膨脹較多，薄端較少，就會有橢圓形變成較多，薄端較少，就會有橢圓形變成一個圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙一個圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙相等，發(fā)動機就正常工作了。相等，發(fā)動機就正常工作了。q橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近向沿銷座方向。這樣活

8、塞工作時趨近正圓。正圓。 q裙部的橢圓度一般為裙部的橢圓度一般為0.3-0.5mm 0.3-0.5mm 2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.裙部 Skirt(2)錐形，階梯形錐形，階梯形活塞活塞 Taper & Ladder Shape 活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于膨脹量也相應是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形而做成相等，即為圓柱形而做成. . 2009-2-20ALBAMA ENGINE PA

9、RTS CO.裙部 Skirt (3)（3）裙部開槽（用于汽油機）裙部開槽（用于汽油機）q橫向隔熱槽橫向隔熱槽(Horizontal Slot)：減小活塞裙部的受熱量；：減小活塞裙部的受熱量；q縱向膨脹槽縱向膨脹槽(Vertical Slot)：補償裙部受熱后的變形量。：補償裙部受熱后的變形量。q縱槽圓孔：防止槽端延伸破裂縱槽圓孔：防止槽端延伸破裂 槽的形狀有槽的形狀有“T”形或形或“”形槽等形槽等 2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.裙部 Skirt (4) （4 4）裙部開孔）裙部開孔 ，裙部不受側力部分切除裙部不受側力部分切除 q減輕重量減輕重量 q減小慣性力

10、減小慣性力 q減小銷座附近的熱變形量減小銷座附近的熱變形量(5) (5) 裙部外表面下陷：裙部外表面下陷： 0.5-1.0mm0.5-1.0mm配合間隙配合間隙 拖板式拖板式（Slipper）結構裙部彈性好，質量小，結構裙部彈性好，質量小，活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速汽油活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速汽油發(fā)動機。發(fā)動機。 2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞表面處理技術n1.裙部鍍錫（提高活塞與缸套的磨合性方法厚度）照片n2.裙部涂石墨（有印刷和噴涂兩種。初期磨合中減少磨損及拉缸的危險）n3.裙部涂二硫化鉬（MOS2）（改善磨合，減少拉缸）n4.電

11、鍍硬鐵（有效解決冷起動及提高壽命）n5.活塞頂面陽極氧化（提高頂部的耐熱性）n6.頂部噴涂陶瓷（與活塞頂面陽極氧化相同，隔熱降溫效果更好）n7.頂部鍍鉻（耐熱，減少吸熱） （圖）2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.常用術語n環(huán)岸：指活塞環(huán)槽二側外圓表面。圖片n火力岸：指活塞頂面至第一道環(huán)槽上側邊的一部分外圓表面。n頭部：指活塞第一道油環(huán)槽下側邊至頂面的一部分。n裙部：指活塞第一道油環(huán)槽下側邊至活塞底面面的一部分。n壓縮高：指活塞頂面到銷孔中心的距離。n配缸間隙：冷態(tài)下活塞裙部最大外圓直徑與缸套內徑的配合間隙n趾口：裙部底面內腔凹臺，是用于加工測量定位的。2009-2

12、-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞材料及成形工藝 Material & Foundingq材料：鋁合金材料：鋁合金 Aluminium Alloy; （高級鑄鐵；（高級鑄鐵； 耐熱鋼）耐熱鋼） 密度小；熱膨脹系數(shù)小；耐磨性好；易散熱；好加工等密度小；熱膨脹系數(shù)小；耐磨性好；易散熱；好加工等符合各符合各種特性的材料種特性的材料q成形方法：成形方法：（1 1）鑄造）鑄造(Casting)：強度下降小，成本低；容易出現(xiàn)氣孔、縮：強度下降小，成本低；容易出現(xiàn)氣孔、縮松；松；（2 2）鍛造）鍛造(Forging)：強度高，導熱性好，成本高，用于強化發(fā)：強度高，導熱性好，成本高，用于

13、強化發(fā)動機；動機；（3 3）液態(tài)模鍛：兼有前兩者特點，切削少，利用率高，消除鑄）液態(tài)模鍛：兼有前兩者特點，切削少，利用率高，消除鑄造缺陷，提高毛坯質量造缺陷，提高毛坯質量2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞工作條件 Working Conditions & Requirements活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。 q受熱嚴重，散熱條件很差，工作時溫度很高，頂部高達受熱嚴重，散熱條件很差，工作時溫度很高，頂部高達600700K，溫度分布很不均勻；，溫度分布很不均勻；q頂部承受氣體壓力很大，作功行程壓力最大，

14、汽油機高達頂部承受氣體壓力很大，作功行程壓力最大，汽油機高達3 35MPa5MPa，柴油機高達，柴油機高達6 69MPa9MPa；q高速高速(8(812m/s)12m/s)往復運動，且速度在不斷地變化；往復運動，且速度在不斷地變化；q產生變形并加速磨損，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。產生變形并加速磨損，同時受到燃氣的化學腐蝕作用?；钊阅芤蠡钊阅芤髊要有足夠的剛度和強度，傳力可靠；要有足夠的剛度和強度，傳力可靠； q導熱性好，耐高壓、耐高溫、耐磨損；導熱性好，耐高壓、耐高溫、耐磨損；q質量小，重量輕，盡可能減小往復慣性力。質量小，重量輕，盡可能減小往復慣性力。 2009-2-20ALBAM

15、A ENGINE PARTS CO.活塞工藝 Technology (1)鑲恒范鋼片鑲恒范鋼片 Invar Insert q減小鋁合金活塞裙部的熱膨減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量脹量q恒范鋼為含鎳恒范鋼為含鎳33%33%36%36%的低的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的為鋁合金的1/101/10鑲鑄筒形鋼片（柴油機）鑲鑄筒形鋼片（柴油機）鑲復式鋼片鑲復式鋼片2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞工藝 Technology (2)鑲防脹鋼圈鑲防脹鋼圈 Piston Insertq 特點：膨脹系數(shù)低，減少熱膨脹特點：膨脹系數(shù)低，減少熱膨脹;

16、降低磨損，延長壽命。降低磨損，延長壽命。q材料（膨脹系數(shù)與鋁合金相近）：材料（膨脹系數(shù)與鋁合金相近）： 鎳奧氏體鑄鐵鎳奧氏體鑄鐵 高錳奧氏鑄鐵高錳奧氏鑄鐵 一道鋼圈 Top ring insert二道鋼圈 Top & 2nd ring insert耐熱鋼圈 Heat resistant insert2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞工藝 Technology (3)冷油道冷油道 Oil Cooling Gallery 第一環(huán)槽的環(huán)形冷卻油道使環(huán)槽第一環(huán)槽的環(huán)形冷卻油道使環(huán)槽溫度下降了溫度下降了50左右左右。工藝：工藝：q用工業(yè)鹽作模，成功率不高用工業(yè)鹽作模，成功率不高q冷油道與鋼圈一起鑄造，工藝難冷油道與鋼圈一起鑄造，工藝難油冷活塞 q 振蕩冷卻q 噴油冷卻2009-2-20ALBAMA ENGINE PARTS CO.活塞試驗考核方法性能試驗n機油消耗量測試 n活塞漏氣試驗n活塞防拉缸試驗可靠性試驗全速全負荷和超速超負荷可靠性試驗熱沖擊試驗2009-2-20ALBAMA ENGINE PA