2)活塞头部。由活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽,油环从气缸壁上刮下来的多余机油,经回油孔或横向切槽流回油底壳。
! T" ?. U) l0 t1 ?7 p活塞头部应该足够厚,从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑,过渡圆角 R 应足够大,以减小热流阻力,便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁,使活塞顶部的温度不致过高。
5 Q% r4 Y) ~9 k' Q/ t/ D在第一道气环槽上方设置一道较窄的隔热槽的作用是隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流,使部分热量由第二、三道活塞环传出,从而可以减轻第一道活塞环的热负荷,改善其工作条件,防止活塞环粘结
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" [2 ^2 m7 F/ O( N( {5 x塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。在强化程度较高的发动机中,第一道环槽温度较高,磨损严重。为了增强环槽的耐磨性,通常在第一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。在高强化直喷式燃烧室柴油机中,在第一环槽和燃烧室喉口处均镶嵌耐热护圈,以保护喉口不致因为过热而开裂。
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( I7 I8 T7 u" H3)活塞裙部。 活塞头部以下的部分为活塞裙部。裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向,气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大,活塞敲缸;间隙过小,活塞可能被气缸卡住。此外,裙部应有足够的实际承压面积,以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面,承受压缩侧向力的一面称次推力面。8 I: h0 c& |$ C9 M" U
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4 `7 b# g0 Y6 k5 g. |发动机工作时,活塞在气体力和侧向力的作用下发生机械变形,而活塞受热膨胀时还发生热变形。这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大。因此,为使活塞工作时裙部接近正圆形与气缸相适应,在制造时应将活塞裙部的横断面加工成椭圆形,并使其长轴与活塞销孔轴线垂直。现代汽车发动机的活塞均为椭圆裙。
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* \* r& X# G$ _2 F外,沿活塞轴线方向活塞的温度是上高下低,活塞的热膨胀量自然是上大下小。因此为使活塞工作时裙部接近圆柱形,须把活塞制成上小下大的圆锥形或桶形。/ n; F) o% x- m( z* f" p8 y
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/ k9 M9 |3 c: |/ m8 _% M在活塞销座处镶铸恒范钢片的活塞称恒范活塞。由于恒范活塞在销座处只靠恒范钢片与活塞裙相连且恒范钢的热膨胀系数只有铝合金的1/10左右,因此当温度升高时,在恒范钢片的牵制下,裙部在活塞销孔轴线方向的热膨胀量很小。若将普通碳素钢片铸在销座处的铝合金层内侧形成双金属壁,则由于两种金属的热膨胀系数不同,当温度升高时双金属壁发生弯曲,而钢片两端的距离基本不变,从而限制了裙部的热膨胀量。因为这种控制热膨胀的作用随温度升高而增大,所以称这种活塞为自动热补偿活塞。 * y7 @/ Y% z W% L/ e# q
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/ B$ T- L5 v1 D' c" Q9 e$ n在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。在保证裙部有足够承压面积的条件下,将不承受侧向力一侧的裙部部分地去掉,即为半拖鞋式裙部;若全部去掉则为拖鞋式裙部。优点是:
" I; u# X9 }- @$ @3 P4 I①质量轻,比全裙式活塞轻10%~10%,适应高速发动机减小往复惯性力的需要。
0 p" @& m: `8 [: H- ]' f②裙部弹性好,可以减小活塞与气缸的配合间隙。
: r4 ~' {+ l% }! x% R5 G8 Z: t) o③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。
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活塞销孔轴线通常与活塞轴线垂直相交。这时,当压缩行程结束、作功行程开始,活塞越过上止点时,侧向力方向改变,活塞由次推力面贴紧气缸壁突然转变为主推力面贴紧气缸壁,活塞与气缸发生“拍击”,产生噪声,且有损活塞的耐久性。在许多高速发动机中,活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线1~2mm。压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾斜,活塞在越过上止点时,将逐渐地由次推力面转变为由主推力面贴紧气缸壁,从而消减了活塞对气缸的拍击。
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- q e8 Y9 u. a6 w1 w4.活塞的冷却
1 w/ v# L$ @* m7 c2 ~& I高强化发动机尤其是活塞顶上有燃烧室凹坑的柴油机,为了减轻活塞顶部和头部的热负荷而采用油冷活赛。用机油冷却活塞的方法有:
$ w: t4 I0 \! w1)自由喷射冷却法。 从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油。6 D+ Y* E4 J6 O F' z
2)振荡冷却法。 从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中,由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。
" B+ l% _& T6 o( ~( ]3)强制冷却法。 在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管,使机油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增压发动机所采用。
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5.活塞的表面处理9 m5 d: o& q; P+ o' ~. ^0 u
根据不同的目的和要求,进行不同的活塞表面处理,其方法有:# g1 y" `+ `2 W! S
1)活塞顶进行硬模阳极氧化处理,形成高硬度的耐热层,增大热阻,减少活塞顶部的吸热量。
* Z1 r9 l, X* ^1 ]: x8 }8 E2)活塞裙部镀锡或镀锌,可以避免在润滑不良的情况下运转时出现拉缸现象,也可以起到加速活塞与气缸的磨合作用。1 ^. [- M8 o0 G, q K5 }: Q$ a
3)在活塞裙部涂覆石墨,石墨涂层可以加速磨合过程,可使裙部磨损均匀,在润滑不良的情况下可以避免拉缸。