活塞——發動機最重要的零件

    柴油發電機組有發動機，發電機，控制系統，冷卻系統幾大部分組成。對于活塞，知道發動機的人都知道，它是發動機的最重要的零件之一。300kw柴油發電機組廠家上海翼中整理如下，關于活塞的相關知識。 

    活塞連桿組由活塞、活塞環、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成。  

    一、活塞功用：活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。   

    工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500K以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600～700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機高達3～5MPa，柴油機高達6～9MPa，這就使得活塞產生沖擊，并承受側壓力的作用；活塞在氣缸內以很高的速度(8～12m/s)往復運動，且速度在不斷地變化，這就產生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會產生變形并加速磨損，還會產生附加載荷和熱應力，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。

因此要求：

(1) 要有足夠的剛度和強度，傳力可靠性；

(2) 導熱性好，耐高壓、耐高溫、耐磨損；

(3) 質量小，重量輕，盡可能減小往復慣性力。鋁合金材料基本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強度鋁合金，但在一些低速柴油機上采用高級鑄鐵或耐熱鋼。  

    二、活塞構造：活塞可分為三部分，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。  

    1.活塞頂部：活塞頂部承受氣體壓力，它是燃燒室的組成部分，其形狀、位置、大小都和燃燒室的具體形式有關，都是為滿足可燃混合氣形成和燃燒的要求，其頂部形狀可分為四大類，平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成型頂活塞。平頂活塞頂部是一個平面，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，柴油機很少采用。凸頂活塞頂部凸起呈球頂形，其頂部強度高，起導向作用，有利于改善換氣過程，二行程汽油機常采用凸頂活塞。凹頂活塞頂部呈凹陷形，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。  

    2.活塞頭部：活塞頭部指第一道活塞環槽到活塞銷孔以上部分。它有數道環槽，用以安裝活塞環，起密封作用，又稱為防漏部。康明斯柴油機壓縮比高，一般有四道環槽，上部三道安裝氣環，下部安裝油環。汽油機一般有三道環槽，其中有兩道氣環槽和一道油環槽，在油環槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環從氣缸壁上刮下的機油經過這些小孔流回油底殼。第一道環槽工作條件最惡劣，一般應離頂部較遠些。活塞頂部吸收的熱量主要也是經過防漏部通過活塞環傳給氣缸壁，再由冷卻水傳出去。總之，活塞頭部的作用除了用來安裝活塞環外，還有密封作用和傳熱作用，與活塞環一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內，同時還將(70～80)%的熱量通過活塞環傳給氣缸壁。   

3.活塞裙部：活塞裙部指從油環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。活塞裙部對活塞在氣缸內的往復運動起導向作用，并承受側壓力。裙部的長短取決于側壓力的大小和活塞直徑。所謂側壓力是指在壓縮行程和作功行程中，作用在活塞頂部的氣體壓力的水平分力使活塞壓向氣缸壁。壓縮行程和作功行程氣體的側壓力方向正好相反，由于燃燒壓力大大高于壓縮壓力，所以，作功行程中的側壓力也大大高于壓縮行程中的側壓力。活塞裙部承受側壓力的兩個側面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。

結構特點：  

    （1）預先做成橢圓形，為了使裙部兩側承受氣體壓力并與氣缸保持小而安全的間隙，要求活塞在工作時具有正確的圓柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均勻，活塞銷座孔部分的金屬厚，受熱膨脹量大，沿活塞銷座軸線方向的變形量大于其他方向。另外，裙部承受氣體側壓力的作用，導致沿活塞銷軸向變形量較垂直活塞銷方向大。這樣，如果活塞冷態時裙部為圓形，那么工作時活塞就會變成一個橢圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙不相等，造成活塞在氣缸內卡住，發動機就無法正常工作。因此，在加工時預先把活塞裙部做成橢圓形狀。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正圓。  

    （2）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相等，即為圓柱形，就必須預先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。  

    （3）為了減小活塞裙部的受熱量，通常在裙部開橫向的隔熱槽，為了補償裙部受熱后的變形量，裙部開有縱向的膨脹槽。槽的形狀有"T"形或"Π"形槽。橫槽一般開在最下一道環槽的下面，裙部上邊緣銷座的兩側(也有開在油環槽之中的)，以減小頭部熱量向裙部傳遞，故稱為隔熱槽。豎槽會使裙部具有一定的彈性，從而使活塞裝配時與氣缸間具有盡可能小的間隙，而在熱態時又具有補償作用，不致造成活塞在氣缸中卡死，故將豎槽稱為膨脹槽。裙部開豎槽后，會使其開槽的一側剛度變小，在裝配時應使其位于作功行程中承受側壓力較小的一側。柴油機活塞受力大，裙部一般不開槽。  

    （4）有些活塞為了減輕重量，在裙部開孔或把裙部不受側壓力的兩邊切去一部分，以減小慣性力，減小銷座附近的熱變形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式結構裙部彈性好，質量小，活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速發動機。  

    （5）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內嵌入鋼片。恒范鋼片式活塞的結構特點是，由于恒范鋼為含鎳33%～36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。  

    （6）有的汽油機上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，向作功行程中受主側壓力的一方偏移了1～2mm。這種結構可使活塞在從壓縮行程到作功行程中較為柔和地從壓向氣缸的一面過渡到壓向氣缸的另一面，以減小敲缸的聲音。在安裝時，這種活塞銷偏置的方向不能裝反，否則換向敲擊力會增大，使裙部受損。

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