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此外,活塞在侧压力作用下还会产生挤压变形!上述变形的综合结果,使得活塞裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆.此外,由于活塞沿轴线方向温度和质量的分布都不均匀,导致了各断面的热膨胀是上大下小。活塞环汽车发动机的活塞是发动机中的主要配件之一,它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组,与气缸盖等共同组成燃烧室,承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴,以完成内燃发动机的工作过程!由于活塞处于一个高速、高压和高温的恶劣工作环境,又要考虑到发动机的运行平稳及耐用,因此要求活塞也必须要有足够的强度和刚度,导热性好,耐热性高,膨胀系数小(尺寸及形状变化要小),相对密度小(重量轻),耐磨及耐腐蚀,还要成本低.
由于要求多而高,有些要求互相矛盾,很难找到一个能够完全满足各项要求的活塞材料.现代发动机的活塞普遍用铝合金制造,因为铝合金材具有密度小,导热性好的突出优点,但同时又有膨胀系数比较大,高温强度比较差的缺点,这些缺点只能通过合理的结构设计以满足使用要求!所以,汽车发动机的质量优劣,不但要看采用的材料,同时也要看设计的合理性.汽车中有上万个零件,大至如曲轴、变速箱体,小至弹簧垫圈、螺栓螺帽。每一个零件都有它的作用,象活塞环这样的“小不点”,从形状上看似简单,重量很轻,价格也很便宜,但作用却非同小可!
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缺少了它固然汽车动弹不得,甚至它有一点什么小毛病,汽车也会不正常,要么耗油大,要么动力不足.在整个活塞组与气缸的配合中,活塞组中真正与气缸缸壁接触的是活塞环,它填补了活塞与气缸壁间的空隙,以封闭燃烧室,因此它也是发动机中很容易磨损的零件!活塞环一般由铸铁做成,有一定弹性,截面有多种形状,表面有涂层以增加磨合性能!当发动机运转时活塞会受热膨胀,因此活塞环有开口间隙,安装时为了保持密封性,要将各活塞环的开口间隙位置错开。
为满足以上的功能要求,通常将活塞的外圆设计成异型外圆(中凸变椭圆),即垂直于活塞轴线的横剖面为椭圆或修正椭圆,且椭圆度沿轴线方向按一定的规律变化(如图1所示),椭圆度精度达0!005mm;活塞纵剖面的外轮廓为高次函数的拟合曲线,轮廓精度为0。005~0。01mm;为提高活塞的承载能力,以提高发动机的升功率,通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型(异型销孔),销孔尺寸精度达IT4级,轮廓精度为0.
一个活塞往往有三至四个活塞环,它们按照作用的不同,分为气环和油环两大类。气环装在活塞头部上端的环槽内,用来防止漏气,将活塞头部的热量传递到气缸壁,疏散活塞的热量.油环的作用是防止润滑油窜入燃烧室,将气缸壁上过量的润滑油刮回到油底壳,它安装在气环的下方环槽内.只要保证密封功能的要求,活塞环数目少比数目多好,活塞环数目少既保持了很小的摩擦面积,减少功率损耗,又缩短了活塞的高度,相应也就降低了发动机的高度。
此外,活塞还与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室.活塞顶是燃烧室的组成部分,因而常制成不同的形状,汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶,以便使燃烧室结构紧凑,散热面积小,制造工艺简单.凸顶活塞常用于二行程汽油机。柴油机的活塞顶常制成各种凹坑!活塞头部是活塞销座以上的部分,活塞头部安装活塞环,以防止高温、高压燃气窜入曲轴箱,同时阻止机油窜入燃烧室;活塞顶部所吸收的热量大部分也要通过活塞头部传给汽缸,进而通过冷却介质传走。
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活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽,活塞环数取决于密封的要求,它与发动机的转速和汽缸压力有关。高速发动机的环数比低速发动机的少,汽油机的环数比柴油机的少。一般汽油机采用2道气环、1道油环;柴油机为3道气环、1道油环;低速柴油机采用3~4道气环!为减少摩擦损失,应尽量降低环带部分高度,在保证密封的条件下应力争减少环数!活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙!其作用是引导活塞在汽缸中作往复运动并承受侧压力.发动机工作时,因缸内气体压力的作用,活塞会产生弯曲变形,活塞受热后,由于活塞销处的金属多,因此其膨胀量大于其他各处!