活塞产品知识毕业设计.ppt

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1、2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞产品知识ALBAMA,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工作原理和作用,原理:四冲程发动机包括:进气-压缩-燃烧-排气这四个过程,而在这些过程中,活塞顶部气压的不断地循环改变,从而导致活塞的上下来回运动。这样内燃机燃料的热能就转化成为活塞的上下运动的动能,而活塞就是充当这种转化的介质。作用:1.组成燃烧室,承受燃气作用力,并把它传给连杆。2.密封气缸,防止燃气泄漏及润滑油窜入燃烧室。3.将热量传给气缸壁。4.将连杆的侧压力传给气缸壁(图),2009-2-20,ALBAMA ENGINE

2、 PARTS CO.,构造:活塞顶部 Piston Roof活塞头部 Piston Head活塞裙部 Skirt,活塞的结构设计,Piston,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,活塞顶部平面:气门凹坑 valve relief(图)主要是为气门提供足够空间,使进排气顺畅,同时节省空间。(图),2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,平顶活塞顶部(Flat head)是一个平面,结构简单,制造容易,受热面积小,顶部应力分布较为均匀,一般用在汽油机上,柴油机很少采用。图

3、,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,凹顶活塞顶部(Cup head)呈凹陷形,凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧,有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。多用于柴油机。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞顶部 Piston Roof,球形顶(Home head)凸起呈球顶形,其顶部强度高,起导向作用,有利于改善换气过程,二行程汽油机(摩托车)常采用圆顶活塞。,凸顶活塞(Hump head),异型顶(Contour head),2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS

4、 CO.,活塞头部 Piston Head,活塞头部指活塞第一道油环槽(groove)下侧边至顶面的部分。它有数道环槽,用以安装活塞环,起密封作用,又称为防漏部。,柴油机压缩比比汽油机压缩比高(具体),一般有四道环槽,上部三道安装气环(Compression ring),下部安装油环。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部的作用 Functions,安装活塞环 密封作用:与活塞环一起密封气缸,防止可燃混合气漏到曲轴箱内 传热作用:将(7080)%的热量通过活塞环传给气缸壁,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部 Pi

5、ston Head,设计要点是(加顶部的)1.具有足够的机械强度和刚度。2.保证工作温度不过高,温差少。3.尺寸尽可能紧凑,以减少活塞的重量。(图),2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部结构,汽油机一般有三道环槽,第一道环槽工作条件最恶劣,一般离顶部较远些。其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞头部第一道环槽设计,环槽磨损对活塞的使用性能影响极大(列出),为了延长活塞的寿命,要特别注意提高第一环槽的耐磨性。

6、镶耐磨圈就是在第一道环槽处(有时包括第二环槽)铸入一个耐磨奥氏体高镍铸铁圈(图)耐磨原理 粘结率85%上为了解决解决活塞头部裂纹。1.在燃烧室喉口注入耐热护圈(图p27)2.在第一环槽上方车隔热槽,使部分热负荷分流。(图),2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞裙部 Skirt,裙部为 活塞从第一道油环槽下端面起至活塞最下端的部分,它包括装活塞销的销座孔(pin hole);活塞销座孔加工精度很高?,制作较厚;卡环(Circlip):有些没有销座孔近外端面处有卡环槽,限制活塞销轴向窜动,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部形

7、状,(1)预先做成椭圆形 Oval Shape如果活塞冷态时裙部为椭圆形,由于热胀冷缩作用,工作时活塞厚端膨胀较多,薄端较少,就会有椭圆形变成一个圆,使活塞与气缸之间圆周间隙相等,发动机就正常工作了。椭圆的长轴方向与销座垂直,短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。裙部的椭圆度一般为0.3-0.5mm,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt,(2)锥形,阶梯形活塞 Taper&Ladder Shape 活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是上部高、下部低,膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等,即为圆柱形而做成.,2

8、009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt(3),(3)裙部开槽(用于汽油机)横向隔热槽(Horizontal Slot):减小活塞裙部的受热量;纵向膨胀槽(Vertical Slot):补偿裙部受热后的变形量。纵槽圆孔:防止槽端延伸破裂 槽的形状有“T”形或“”形槽等,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,裙部 Skirt(4),(4)裙部开孔,裙部不受侧力部分切除 减轻重量 减小惯性力 减小销座附近的热变形量(5)裙部外表面下陷:配合间隙 拖板式(Slipper)结构裙部弹性好,质量小,活塞与气缸的配合间隙较小,适用于高

9、速汽油发动机。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞表面处理技术,1.裙部镀锡(提高活塞与缸套的磨合性方法厚度)照片2.裙部涂石墨(有印刷和喷涂两种。初期磨合中减少磨损及拉缸的危险)3.裙部涂二硫化钼(MOS2)(改善磨合,减少拉缸)4.电镀硬铁(有效解决冷起动及提高寿命)5.活塞顶面阳极氧化(提高顶部的耐热性)6.顶部喷涂陶瓷(与活塞顶面阳极氧化相同,隔热降温效果更好)7.顶部镀铬(耐热,减少吸热)(图),2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,常用术语,环岸:指活塞环槽二侧外圆表面。图片火力岸:指活塞顶面至第一道环槽上侧边的一

10、部分外圆表面。头部:指活塞第一道油环槽下侧边至顶面的一部分。裙部:指活塞第一道油环槽下侧边至活塞底面面的一部分。压缩高:指活塞顶面到销孔中心的距离。配缸间隙:冷态下活塞裙部最大外圆直径与缸套内径的配合间隙趾口:裙部底面内腔凹台,是用于加工测量定位的。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞材料及成形工艺 Material&Founding,材料:铝合金 Aluminium Alloy;(高级铸铁;耐热钢)密度小;热膨胀系数小;耐磨性好;易散热;好加工等符合各种特性的材料成形方法:(1)铸造(Casting):强度下降小,成本低;容易出现气孔、缩松;(2)锻造(

11、Forging):强度高,导热性好,成本高,用于强化发动机;(3)液态模锻:兼有前两者特点,切削少,利用率高,消除铸造缺陷,提高毛坯质量,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工作条件 Working Conditions&Requirements,活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。受热严重,散热条件很差,工作时温度很高,顶部高达600700K,温度分布很不均匀;顶部承受气体压力很大,作功行程压力最大,汽油机高达35MPa,柴油机高达69MPa;高速(812m/s)往复运动,且速度在不断地变化;产生变形并加速磨损,同时受到燃气的化学腐蚀作用。活塞性

12、能要求要有足够的刚度和强度,传力可靠;导热性好,耐高压、耐高温、耐磨损;质量小,重量轻,尽可能减小往复惯性力。,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology(1),镶恒范钢片 Invar Insert 减小铝合金活塞裙部的热膨胀量恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金的1/10镶铸筒形钢片(柴油机)镶复式钢片,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology(2),镶防胀钢圈 Piston Insert 特点:膨胀系数低,减少热膨胀;降低磨损,延长寿命。材料(膨胀系数与

13、铝合金相近):镍奥氏体铸铁 高锰奥氏铸铁,一道钢圈 Top ring insert二道钢圈 Top&2nd ring insert耐热钢圈 Heat resistant insert,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞工艺 Technology(3),冷油道 Oil Cooling Gallery 第一环槽的环形冷却油道使环槽温度下降了50左右。工艺:用工业盐作模,成功率不高冷油道与钢圈一起铸造,工艺难,油冷活塞 振荡冷却 喷油冷却,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞试验考核方法,性能试验机油消耗量测试 活塞漏气试验活

14、塞防拉缸试验,可靠性试验全速全负荷和超速超负荷可靠性试验热冲击试验,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,活塞技术标准和检验方法,技术标准在国内有两种:1)国标:GB114882内燃机铝活塞技术条件和GB350883内燃机铸造活塞晶相检验标准 2)工业部部标:JB3931_85 汽车,摩托车铸造铝活塞技术条件和JB393285汽车,摩托车铸造铝活塞晶相表准标准包括:1.材料常温抗拉强度(经热处理后)2.活塞硬度3.活塞直径尺寸的热稳定性4.活塞的晶相组织5.铸造表面缺陷6.加工表面缺陷7.加工表面粗糙度8.活塞裙部圆周壁厚差应符合一定地标准,2009-2-20,ALBAMA ENGINE PARTS CO.,THE END,

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