(1)活塞
活塞的功用是承受燃气的压力,并经过连杆将力传给曲轴。
活塞的工作条件十分---,它是在高温、高压的燃气作用下,不断地作高速往复直线运动。由于受到周期性变化的燃气压力和往复惯性力的作用,活塞承受很大的机械负荷和热负荷,加之温度分布不均匀,就会引起热应力。因此,要求活塞必须有较轻的重量以及足够的强度与刚度。活塞在高温、高压、高速条件下工作,其润滑条件较差,活塞与汽缸壁摩擦---。为减小磨损,活塞表面必须耐磨。
高速内燃机的活塞通常采用铸铝合金。随着内燃机的不断强化,采用锻铝合金或共晶铝硅合金的活塞日益增多,而高增压内燃机较多采用铸铁活塞,其目的在于提高其强度,减小热膨胀系数。活塞的基本构造可分为顶部、环槽部(防漏部或头部)、活塞销座和裙部四部分。
顶部顶部是构成燃烧室的一部分,其结构形状与发动机及燃烧室的型式有关。活塞顶部的几种不同结构形状。小型内燃机大多采用平顶活塞,优点是制造简单,受热面积小。大多数内燃机的活塞顶部由于要形成特殊形状的燃烧室,其形状比较复杂,一般都制有各种各样的凹坑。凹坑是为了---发动机的燃烧状况而设置的,使可燃混合气的形成更有利,燃烧过程更完善。有的内燃机为避免气门与活塞顶相碰撞,在顶部还制有浅的气门避碰凹坑。
内燃机活塞所受的热负荷大(尤其是直接喷射式内燃机),往往会使活塞引起热疲劳,产生裂纹。因此,有的内燃机可从连杆小头上的喷油孔喷射机油,以冷却活塞顶内壁。也有的内燃机在机体里设有专门的喷油机构,也可起到同样的作用。活塞顶部因承受燃气压力,所以一般比较厚;有的活塞顶内部还制有加强筋。
环槽部环槽部主要用于安装活塞环以防止燃油或燃气漏入曲轴箱,并将活塞吸收的热量经活塞环传给汽缸壁,与此同时阻止润滑油窜入燃烧室。活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽,上面2一3道用于安装气环,下面1、2道是油环槽。油环槽的底部钻有许多径向小孔,以便油环从汽缸壁上刮下多余的润滑油从小孔流回曲轴箱。
有的内燃机在活塞顶到一环槽之间,或者一直到以下几道环槽处,都开有细小的隔热沟槽。沟槽在活塞工作时,可形成一定的退让性,可以防止活塞与汽缸壁的咬合,故这种活塞可适当减小活塞与汽缸间的间隙。
二道环槽的耐磨性,有的内燃机在环槽部位上随着内燃机的不断强化,为了提高一镶铸耐热和耐磨的奥氏体铸铁护槽圈。
活塞销座销座用以安装活塞销,主要起传递气压力的作用。活塞销座与顶部之间往往还有加强筋,以增加刚度。销座孔内设有安装弹性卡环的环槽,活塞销卡环是用来防止活塞销在工作中发生轴向窜动,窜出活塞销座孔而打坏汽缸体。
裙部活塞头部低一道油环槽以下的部分称为裙部。其作用主要是对活塞在汽缸内的运动加以导向,此外它还承受侧压力。柴油机由于燃气压力高,侧压力大,所以裙部也比较长,以减小单位面积上的压力和磨损。
由于柴油机汽缸压力很大,要求裙部具有足够大的承压面积,又要在任何情况下保持它与汽缸壁有佳的配合间隙(既不因间隙过大而使密封性变差和产生敲缸现象,又不因间隙过小而刮伤汽缸壁,甚至发生咬缸现象)。故其活塞裙部通常不开切槽,只是将活塞轴向制成上小下大的圆锥形,并将裙部径向做成椭圆形。因此,柴油机活塞与汽缸壁的装配间隙要比油机的大。为了---柴油机压缩终了有足够的压力和温度,则要求其有---的密封性,因此,柴油机应具有更多的密封环和刮油环。
活塞销与销座孔的技术要求
在常温下,应有微量过盈(一般为0.0025、0.04mm),加温到75~85℃时,又有微量间隙,使活塞销能在销座孔内转动,而冷却后,活塞裙部椭圆变形即长轴缩短(与活塞硝轴线相垂直方向);短轴伸长(活塞销轴线方向),其变化均不应超过0.04mmo这一点,是活塞销与销座孔修配的关键。若配合太紧,机油进不去,使活塞销的润滑变坏,加剧磨损,甚至会产生卡缸现象;若配合太松,会使活塞销在活塞往复运动中撞击活塞和连杆衬套,磨损加剧,---时会出现活塞销折断或窜出,造成事故。
接触面积不少于75%。这是因为,接触面积太小,单位面积承受载荷上升,加速磨损,影响松紧度,内燃机寿命下降。
活塞销与销座孔的配合,是通过对活塞销座孔的搪削或铰削完成的。铰削销座孔时,应选用长刃铰刀,使两个销座孔能同时进行铰削,以---两孔的同心度。
选择铰刀根据销座孔的实际尺寸选择铰刀,并将铰刀夹在虎钳上,使其与钳口的平面保持垂直。
调整铰刀铰刀向上调整尺寸缩小,向下调整尺寸扩大。因一刀是试验性的微量铰削,销座孔铰削量较小,一般是调整到刀片上端露出销座孔即可,以后各刀的调整量也不应过大,一般是旋转调整螺母60°~90°为宜,当铰削量过小时,可再旋转调整螺母30°~60°。
铰削铰削时,两手握住活塞稳妥轻压,轻压的力要均匀,掌握要平正,按顺时针方向旋转铰削。为了使销座孔铰削正直,每调整一次铰刀,要从销座孔的两个方向铰一下,当转到某个位置很紧时,可稍倒转一下,再继续顺时针方向旋转,能在转不动时硬转,这样对刀片和销孔表面均有影响,而且要一直铰到底,将活塞从铰刀的另一端取出;中途不能倒转回来,因为,这样会使活塞销孔内圆表面出现与铰刀刀片数目相同的阶梯,以致在工作过程中,活塞销和孔的配合间隙会迅速增大;为了提高粗糙度,接近铰好时,铰刀的铰削量应尽量调小
试配铰削过程中应随时用活塞销试配,防止把活塞销座孔铰大,当铰削到用手掌的力量将活塞销推入一个销座孔的1/3左右时,应停止铰削。然后用木锤或垫以铜铳用手锤轻轻将活塞销打入一个销座孔,试配一两次检查接触情况后,再继续打入另一个座孔。---时,活塞销要放正,以防销子倾斜损伤销座孔的工作面,后将活塞销铳出,查看接触面情况,适当进行修刮。
刮配修刮不仅能增加活塞销与销座孔的接触面积,而且还可以获得合适的配合紧度,修刮时刀刃应与销座孔的轴线成30°~40°角,以避免修刮面积过大,刮伤未接触的部位,修刮时应按从里到外,刮重留轻,刮大留小的原则进行,两端边缘处---始少刮或不刮,以防止刮成喇叭口形,待活塞销与销座孔的松紧度和接触面接近合适时,再稍修刮两端,修刮后,使松紧度和接触面都达到要求。
松紧度的要求:常温下,油机能用手掌的力量,把活塞销推进一个座孔的1/2一2/3为宜;柴油机要求活塞在水中加温到75~85℃时,在活塞销上涂以机油,用手掌稍用力将其推入销座孔为合适接触面的要求:接触面75‰以上,在销座孔工作面上的印痕应星点分布均匀,轻重一致。
连杆组的功用是连接活塞与曲轴,将活塞承受的燃气压力传给曲轴,静音型预制发电方舱,并和连杆配合,把活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动。
连杆在工作时,承受有三种作用力:活塞传来的气体压力;活塞组零件及连杆本身(小头)的惯性力;连杆本身绕活塞销作变速摆动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性的变化,因此连杆承受着压缩、拉伸和横向弯曲等交变应力。连杆或连杆螺栓一旦断裂,就可能造成整机破坏的重---故。如果刚度不足,使大头孔变形失圆,大头轴承的润滑条件受到破坏,则轴承会---而烧损。连杆杆身变形弯曲,则会造成汽缸与活塞的偏磨,引起漏气和窜机油。所以要求连杆在尽可能轻的情况下,---有足够的强度和刚度。
为---连杆结构轻巧,且有足够的刚度和强度,一般常用中碳钢(如45号钢)模锻或滚压成形,并经调质处理。中小功率内燃机连杆有采用球墨铸铁制造的,其效果---,且成本较低。强化程度高的内燃机采用合金钢(如40cr、40mnb、42crmo等)滚压制造而成。合金钢的特点是强度高,但对应力集中比较敏感,因此采用合金钢制造连杆的时候,对其外部形状、过渡圆角和表面粗糙度等都有严格要求。近年来,硼钢、可锻铸铁及稀镁土球墨铸铁已广泛用于制造内燃机连杆,其强度接近于中碳钢,并且其切削性能---,对应力集中不敏感,制造成本低。
供油干脆
供油干脆即供油迅速开始和断然结束。在柱塞偶件的上端面上,装有另一副精密偶件(出油阀与出油阀座),称为出油阀副。出油阀的主要作用就是使喷油泵供油开始及时迅速而停油干脆利落。
出油阀上部有一圆锥面,出油阀弹簧将此锥面压紧在出油阀座上,使柱塞上部空间与高压油管隔断。锥面下部有一圆柱形的环带称为减压环带,减压环带与出油阀座的内孔精密配合,也具有密封作用。减压环带下面的阀杆上铣有四个直槽,使断面呈十字形。十字部分在出油阀升降时起导向作用,而四个沟槽则是柴油的通路。
当柱塞开始压油至柴油压力超过出油阀弹簧弹力时,出油阀开始升起,但并不出油,当出油阀升至减压环带下边缘离开出油阀座孔时,高压柴油才通过十字槽、高压油管流向喷油器,使供油迅速开始。
当柱塞斜槽边缘与回油孔接通时,高压柴油即倒流入低压油腔内。出油阀在出油阀弹簧及高压柴油的共同作用下迅速下落,高压油管中的油压迅速降低。
当减压环带的下边缘进入出油阀座的内孔时,柱塞上部的油腔即与高压油管隔断。随着出油阀的继续下落直至圆锥面落座,出油阀上方的高压油腔让出了一部分容积,因而高压油管中的油腔容积突然增大,油压又迅速降低,喷油立即停止,这就---了喷油后期燃油的雾化,同时防止出现二次喷射和滴漏现象。此外,由于出油阀锥面与阀座配合严密,使高压油管中能保留一定量的柴油和保持一定的剩余压力,使下次供油比较迅速,且供油量较为均匀稳定。如减压环带磨损或间隙过大,使密封---,就会导致柴油机工作性能恶化。出油阀副也是成对进行选配并精细研磨而成的偶件,在使用时不能随意更换。
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