一、活塞連桿總成的作用

      柴油發(fā)電機的活塞連桿總成用來(lái)將燃燒過(guò)程中獲得的動(dòng)力傳遞給曲軸，其三維立體圖如1圖所示。在該總成上有若干個(gè)零件?；钊B桿總成由如下零件組成（如圖2所示）：氣環(huán)、油環(huán)、活塞、活塞銷(xiāo)和鎖止環(huán)、連桿、軸承（襯套）、螺栓、軸承蓋、螺母。當該軸承置于缸體內時(shí)，發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程中往復運動(dòng)被傳遞給曲軸轉換成旋轉運動(dòng)。

      活塞連桿組的主要功用是將活塞的往復運動(dòng)轉化為曲軸的旋轉運動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機中，活塞在氣缸內做往復運動(dòng)，而曲軸則是以旋轉的方式工作。因此，為了將活塞的運動(dòng)轉化為曲軸的運動(dòng)，需要使用活塞連桿組?；钊B桿組由活塞、連桿和曲軸組成，通過(guò)連桿將活塞與曲軸連接起來(lái)，從而實(shí)現將活塞的往復運動(dòng)轉化為曲軸的旋轉運動(dòng)。

      活塞連桿組還具有平衡作用。在發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，活塞的往復運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生慣性力，這會(huì )對發(fā)動(dòng)機的平衡性產(chǎn)生影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，活塞連桿組采用了對稱(chēng)結構，使得活塞在往復運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力能夠相互抵消，從而保證發(fā)動(dòng)機的平衡性。

      活塞連桿組還具有傳遞動(dòng)力的作用。在發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，活塞的往復運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生壓縮和爆發(fā)力，這些力量需要通過(guò)活塞連桿組傳遞到曲軸上，從而驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機的工作。因此，活塞連桿組的設計和制造質(zhì)量對發(fā)動(dòng)機的性能和壽命有著(zhù)重要的影響。

二、活塞功能、要求與工作條件

1、活塞的功能

      活塞與汽缸、汽缸蓋組成工作室，并通過(guò)活塞銷(xiāo)和連桿向曲軸傳遞機械能。

2、活塞的工作條件與結構

① 活塞工作時(shí)，頂部要承受很高的爆發(fā)壓力。因此，要求活塞應具有足夠的強度。

② 活塞承受高溫燃氣的作用。發(fā)動(dòng)機工作時(shí)瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫燃氣，其頂部最高溫度可達300℃～400℃，整個(gè)活塞的溫度分布又極不均勻，易產(chǎn)生熱應力及疲勞熱裂現象。當環(huán)槽溫度超過(guò)220℃時(shí)，就會(huì )使潤滑油變質(zhì)或炭化，造成活塞環(huán)粘結，失去彈性，使活塞迅速磨損以至破裂。

③ 活塞的往復慣性力與轉速的平方成正比?；钊趶娏业臒嶝摵珊蜋C械負荷作用下，勢必引起活塞的熱變形和受力變形。

3、對活塞的要求

      必須將活塞總成設計成具有能夠在惡劣條件下工作的性能?；钊敳慨a(chǎn)生的溫度非常高，該熱量導致應力和膨脹問(wèn)題?；钊糠昼娚舷乱苿?dòng)多次，這就產(chǎn)生了高壓和應力。為了解決這些情況，大多數活塞都是由鋁制成的。鋁制活塞比較輕。不過(guò)，某些大型發(fā)動(dòng)機，尤其是某些柴油機可能會(huì )使用鑄鐵活塞。這種情況，轉速就比較低。

4、活塞膨脹過(guò)程

      當燃燒發(fā)生在活塞頂部時(shí)，某些熱量通過(guò)活塞體向下傳遞，這就使活塞膨脹。如果膨脹過(guò)大，活塞就可能將汽缸磨損壞。為了補償膨脹，老式活塞就有一分開(kāi)式的裙部，如圖3所示。當活塞裙部膨脹，開(kāi)槽就靠緊而不增加尺寸。用于老式發(fā)動(dòng)機的T形槽是另一種控制膨脹的方式。對于這種情況，T形槽阻止熱量從頭部到裙部的傳遞，也使膨脹發(fā)生在開(kāi)槽內部。

      某些發(fā)動(dòng)機采用鋼環(huán)。鋼環(huán)與鋁環(huán)的膨脹量不一樣。鋼環(huán)具有調節膨脹或將膨脹量降低至最小的優(yōu)點(diǎn)。

      凸輪形活塞也用來(lái)調節發(fā)動(dòng)機的膨脹量，如圖4所示?；钊幕w呈凸輪形或雞蛋形。隨著(zhù)運轉過(guò)程中活塞受熱，就會(huì )變圓。設計此種活塞的目的是使最大膨脹量發(fā)生在尺寸B上，而尺寸A仍保持不變。

三、活塞的組成及構造

      活塞由活塞頂、活塞上部（也稱(chēng)防漏部）、活塞裙等部分組成，如圖2所示?；钊且豢盏匿X筒，它的頂部是封閉的，底部是敞開(kāi)的。它裝配在發(fā)動(dòng)機汽缸或缸套內，能夠在缸徑中交替上下移動(dòng)?；钊腔钊h(huán)的支架。圖5、圖6所示為活塞的共用零件，包括如下：

（1）環(huán)岸：

      頂環(huán)上部的活塞部分或者環(huán)槽之間的部分。環(huán)岸將活塞環(huán)限制并支撐在各自的環(huán)槽內。

（2）導熱槽：

      在某些活塞頂部開(kāi)的窄槽，用來(lái)減少傳到頂環(huán)槽的熱量。在發(fā)動(dòng)機運轉過(guò)程中，該槽充滿(mǎn)了碳，從而減少了傳到頂環(huán)的熱量。導熱槽也可設計成活塞上的開(kāi)槽。

（3）活塞頭：

      活塞頂面，在該表面上燃燒氣體產(chǎn)生壓力?；钊^可以是平的、凹的、凸的或不規則形狀的。

（4）活塞銷(xiāo)：

      連桿上端和活塞之間的連接部件。這些連接可以有以下幾種形式：在活塞上固定，在連桿上浮動(dòng)；在連桿上固定，在活塞上浮動(dòng)；在連桿和活塞上全都浮動(dòng)。第3種形式需要用鎖止環(huán)將活塞銷(xiāo)固定在位。某些活塞銷(xiāo)和連桿通過(guò)過(guò)盈配合連在一起。過(guò)盈配合也稱(chēng)作壓力配合，是一種連桿外徑和活塞銷(xiāo)內徑相互干擾的配合。也就是說(shuō)外徑比內徑小，這樣兩個(gè)零件在裝配過(guò)程中就必須通過(guò)壓力結合在一起。

（5）裙部：

      活塞銷(xiāo)孔上方第一個(gè)環(huán)槽和活塞底部之間的活塞部分。裙部形成了與缸壁接觸的支撐區域，并與活塞銷(xiāo)成90°。

（6）止推面：

      承載活塞載荷的活塞裙部部分。

（7）氣環(huán)凹槽：

      在活塞周圈上開(kāi)的凹槽，用來(lái)保持氣環(huán)。

（8）油環(huán)凹槽：

     在活塞周圈上開(kāi)的凹槽，油環(huán)凹槽通常要比氣環(huán)凹槽寬。在油環(huán)的底部通常開(kāi)有孔或槽以使潤滑油落回曲軸箱。

（9）活塞銷(xiāo)襯套：

      裝配在活塞銷(xiāo)和活塞之間的襯套。它作為支撐材料大多用在鑄鐵活塞上。該襯套也可位于連桿總成的小端，通常由銅制成。

四、活塞部件的形狀

1、活塞頂

      活塞頭部形狀根據發(fā)動(dòng)機的不同而有所不同。頭部形狀用來(lái)產(chǎn)生擾流并改變壓縮比，通常，小型、低成本的發(fā)動(dòng)機都使用平頂。這種頭部接近某些發(fā)動(dòng)機的氣門(mén)，而發(fā)動(dòng)機要求活塞上必須有為氣門(mén)留出的凹部區域。另一種類(lèi)型的頭部稱(chēng)作凸頂，用來(lái)增加壓縮比。盤(pán)形的頭部也能改變壓縮比。圖7表示了不同種類(lèi)型的活塞頭部設計。當然還可以采用其他類(lèi)型的活塞頭部，但僅做某些特殊用途。

      活塞頂部承受高溫燃氣的壓力需要有足夠的強度?；钊敵Ｖ瞥筛鞣N形狀以滿(mǎn)足燃燒要求。為防止活塞由于熱膨脹而卡死在汽缸中，所以活塞的直徑必須小于汽缸直徑，以形成必不可少的膨脹間隙。為了減少活塞頂的熱量過(guò)多的向頭部傳遞，有的活塞在第一道氣環(huán)槽的上部制有隔熱槽。

2、活塞上部

      活塞上部是用來(lái)安裝活塞環(huán)的。上面的2～3道環(huán)槽安裝氣環(huán)，下面的1～2道環(huán)槽安裝油環(huán)，油環(huán)槽的底面鉆有許多小孔，以便刮油環(huán)從缸壁上刮下的潤滑油經(jīng)小孔流回油底殼。活塞頭部的散熱問(wèn)題是應著(zhù)重解決的問(wèn)題。為了降低第一道活塞環(huán)的溫度，有些柴油發(fā)電機活塞的第一道氣環(huán)上面還有一道絕熱槽（有些稱(chēng)避熱槽），如圖8（a）所示。

3、活塞裙（也稱(chēng)導向部）

     活塞頭的下部叫活塞裙，主要是引導活塞在汽缸內作直線(xiàn)運動(dòng)，并把連桿的側向力傳給汽缸壁，所以應有足夠的承壓面積。

      活塞裙的上部有活塞銷(xiāo)孔，活塞銷(xiāo)裝在銷(xiāo)孔內，為增強活塞銷(xiāo)孔的強度，在銷(xiāo)孔的內端沿孔的周?chē)朴屑訌娊?，以形成銷(xiāo)座。

      自20世紀70年代以來(lái)，使發(fā)動(dòng)機變得盡可能小而且動(dòng)力還要強勁已越來(lái)越重要。要達到這個(gè)目的的一種方法就是使活塞連桿的高度保持最小，這可以通過(guò)縮短連桿來(lái)實(shí)現?？刹捎猛闲饺共?，去掉活塞裙部部分使曲軸上的平衡重碰不到活塞。這種設計就意味著(zhù)曲軸中心和活塞頂部之間能有較小的距離。由于缸徑和沖程仍保持原樣，所以發(fā)動(dòng)機的輸出功率不受影響。

4、裙部最終加工面

      裙部表面有些粗糙，裙部上加工有小凹槽以使潤滑油在凹槽內傳遞，如圖8（b）所示，這有助于活塞裙部在汽缸中上下移動(dòng)時(shí)得到潤滑。不過(guò)，如果發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，潤滑油就會(huì )變薄，從而可能導致活塞過(guò)度磨損。某些活塞的裙部上具有浸硅表面，浸硅（硅顆粒嵌入到活塞的外表面內）有助于減少裙部與缸壁之間的摩擦。

五、活塞銷(xiāo)的作用和安裝

1、活塞銷(xiāo)作用

      活塞銷(xiāo)是用來(lái)連接活塞和連桿的，并把活塞所承受的力傳給連桿，外形如圖9所示。裝配后，它的兩端支承在活塞銷(xiāo)座孔中，中部穿過(guò)連桿小頭孔與連接桿小頭襯套配合工作。 

2、活塞銷(xiāo)工作條件

      活塞銷(xiāo)在高溫下承受很大的周期性沖擊負荷，而且潤滑條件較差，因此要求強度高而且表面耐磨。為了減小往復慣性力，還要求質(zhì)量輕。所以活塞銷(xiāo)采用優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼，制成空心管狀，經(jīng)滲碳淬火提高表面硬度，最后進(jìn)行研磨。

3、活塞銷(xiāo)安裝方法

     活塞銷(xiāo)安裝的方法有固定和浮式兩種。現代大多數柴油發(fā)電機都采用浮式活塞銷(xiāo)，這種活塞銷(xiāo)既可在銷(xiāo)座內轉動(dòng)，又可在連桿小頭內轉動(dòng)，所以浮式活塞銷(xiāo)具有磨損均勻、構造簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命較長(cháng)的特點(diǎn)。

（1）為了防止銷(xiāo)子的軸向移動(dòng)，在活塞銷(xiāo)座兩端的凹槽中放有卡環(huán)，進(jìn)行軸向定位。多數柴油發(fā)電機的活塞銷(xiāo)都采用激濺潤滑。

（2）由于活塞銷(xiāo)孔的膨脹系數大于活塞銷(xiāo)，所以安裝活塞銷(xiāo)時(shí)，應先將活塞放在溫度為70℃～90℃的水或油中加熱，然后把銷(xiāo)子壓入銷(xiāo)孔內。

（3）活塞銷(xiāo)是用來(lái)將活塞連接到連桿上?；钊N(xiāo)可以是壓進(jìn)去的，也可以是全浮式的。如果采用壓力配合的活塞銷(xiāo)，它是壓進(jìn)連桿內的，在活塞內是自由浮動(dòng)的。如果采用全浮式活塞，需用兩個(gè)活塞銷(xiāo)鎖環(huán)將活塞保持在位。