新聞主題	柴油機活塞銷(xiāo)的形狀和安裝方式

 

摘要：活塞銷(xiāo)的功用是連接活塞和連桿，承受活塞運動(dòng)時(shí)的往復慣性力和氣體壓力，并傳遞給連桿。它的中部穿過(guò)連桿小頭孔，兩端則支承在活塞銷(xiāo)座孔中?；钊N(xiāo)在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負荷，且由于活塞銷(xiāo)在銷(xiāo)孔內擺動(dòng)角度不大，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件較差。為此活塞銷(xiāo)必須有足夠的剛度、強度和耐磨性，質(zhì)量盡可能小，銷(xiāo)與銷(xiāo)孔應該有適當的配合間隙和良好的表面質(zhì)量。在一般情況下，活塞銷(xiāo)的剛度尤為重要，如果活塞銷(xiāo)發(fā)生彎曲變形，可能使活塞銷(xiāo)座損壞。

 

一、活塞銷(xiāo)結構和原理

1、工作原理

      活塞銷(xiāo)在傳遞氣體壓力時(shí)，會(huì )分解出使活塞壓向汽缸壁的側向壓力，簡(jiǎn)稱(chēng)側壓力。作功時(shí)活塞裙部受到的側壓力較大，該面稱(chēng)為主壓力面，壓縮時(shí)活塞群部的受力面稱(chēng)為次壓力面。一般發(fā)動(dòng)機的活塞銷(xiāo)座孔軸線(xiàn)與活塞軸線(xiàn)垂直相交，當壓縮行程結束、作功行程開(kāi)始，活塞越過(guò)上止點(diǎn)時(shí)，活塞從沿著(zhù)一側缸壁運動(dòng)轉換到沿著(zhù)另一側缸壁運動(dòng)，此時(shí)活塞由次側壓力面受力突然變?yōu)橹鱾葔毫γ媸芰?，活塞對缸壁產(chǎn)生“拍擊”（俗稱(chēng)敲缸），增加了發(fā)動(dòng)機的噪聲，且破壞油膜，增加磨損，影響發(fā)動(dòng)機的使用壽命。如果將活塞銷(xiāo)座孔軸線(xiàn)向主側壓力面偏移1～2mm，因銷(xiāo)座偏置，在接近壓縮上止點(diǎn)時(shí)，由于作用在活塞上的氣體壓力與連桿推力不同心而產(chǎn)生一個(gè)轉矩，在轉矩的作用下使活塞傾斜，裙部下端提前換向，而活塞在越過(guò)上止點(diǎn)后，連桿對活塞產(chǎn)生一個(gè)向左的側壓力，在側壓力的作用下，活塞以左下端接觸處為支點(diǎn)，頂部向左轉（不是平移），實(shí)現換向。

2、活塞銷(xiāo)材料及形狀

      活塞銷(xiāo)在高溫下承受很大的周期性沖擊負荷?；钊N(xiāo)的外圓表面與連桿小頭襯套的相對滑動(dòng)速度不高，但一般潤滑條件較差，多為飛濺潤滑。因此，要求活塞銷(xiāo)有足夠的強度和剛度，表面應耐磨，內部應有較好的韌性和較高的抗疲勞強度。為了減少往復慣性力，活塞銷(xiāo)的重量要輕?；钊N(xiāo)通常采用優(yōu)質(zhì)鋼材（20鋼）或合金鋼制造。其外表面要經(jīng)過(guò)滲碳或氰化處理，然后精磨，以達到很高的表面光潔度和精度。為提高其抗疲勞強度，可將活塞銷(xiāo)內外表面同時(shí)進(jìn)行滲碳淬火處理。

      活塞銷(xiāo)的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼，如20、20Mn、15Cr、20Cr或20MnV等。外表面滲碳淬硬，再經(jīng)精磨和拋光等精加工。這樣既提高了表面硬度和耐磨性，又保證有較高的強度和沖擊韌性。

      塞銷(xiāo)的結構形狀很簡(jiǎn)單，基本上是一個(gè)厚壁空心圓柱。其內孔形狀有圓柱形、兩段截錐形和組合形。圓柱形孔加工容易，但活塞銷(xiāo)的質(zhì)量較大；兩段截錐形孔的活塞銷(xiāo)質(zhì)量較小，且因為活塞銷(xiāo)所受的彎矩在其中部最大，所以接近于等強度梁，但錐孔加工較難。 

      直通圓柱形孔和圓錐形孔的活塞銷(xiāo)〔圖1（a）、（b）〕質(zhì)量較??；中間或單側封閉的活塞銷(xiāo)〔圖1（c）、（d））適用于二沖程發(fā)動(dòng)機，內部有塑料芯的鋼套銷(xiāo)〔圖1（e）〕則可用于要求不高的汽油機，成形銷(xiāo)（圖1f）用于增壓發(fā)動(dòng)機。

3、分類(lèi)

（1）全浮式結構

      所謂全浮式活塞銷(xiāo)結構是指在發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，活塞銷(xiāo)在連桿小頭及活塞銷(xiāo)座中都能自由轉動(dòng)。這種結構簡(jiǎn)單，活塞銷(xiāo)的緩慢轉動(dòng)有利于飛濺來(lái)的潤滑油分布于摩擦表面，使磨損減輕，沿活塞銷(xiāo)長(cháng)度和圓周上的磨損可以比較均勻。為防止活塞銷(xiāo)軸向竄動(dòng)拉傷氣缸壁，活塞銷(xiāo)的兩端裝有活塞銷(xiāo)卡環(huán)，卡環(huán)應裝入活塞銷(xiāo)座孔的槽內。

（2）半浮式結構

      半浮式活塞銷(xiāo)結構是在發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，活塞銷(xiāo)和活塞銷(xiāo)座孔為間隙配合，而活塞銷(xiāo)與連桿小頭為過(guò)盈配合，活塞銷(xiāo)只能在銷(xiāo)座孔內浮動(dòng)，銷(xiāo)座孔內無(wú)卡環(huán)，兩端小頭不必裝連桿襯套，活塞銷(xiāo)各部分磨損不均勻。

 

圖1  柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)形狀圖

圖2  柴油機活塞銷(xiāo)類(lèi)型及其連接方式

 

二、活塞銷(xiāo)安裝和注意事項

 

1、安裝方式

（1）加熱法

      由于鋁活塞的膨脹系數大，為保證工作時(shí)活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔之間的間隙適當，在常溫時(shí)它們之間有一定的過(guò)盈。為了安裝方便和不損傷配合表面，通常將活塞放入水或油中加熱到一定的溫度（約70～90℃），再將活塞銷(xiāo)推入座孔中，如圖3所示。  

（2）壓裝法

       將活塞銷(xiāo)放在軸承孔中，然后使用壓裝工具將活塞銷(xiāo)壓入孔中，如圖4所示。需要注意的是，壓裝時(shí)要均勻施力，避免出現偏斜或變形情況。

2、注意事項

      壓裝完成后，需要對活塞銷(xiāo)和軸承孔進(jìn)行檢查，確保其質(zhì)量達到標準要求。

（1）工具準備：

       在進(jìn)行活塞銷(xiāo)壓裝工藝之前，需要準備好相應的工具，如壓裝工具、夾具等，以確保工藝的安全性和效率。

（2） 加工質(zhì)量：

       活塞銷(xiāo)和軸承孔的加工質(zhì)量對工藝的成功與否至關(guān)重要。在加工過(guò)程中，需要嚴格按照要求進(jìn)行加工，并進(jìn)行質(zhì)量檢查，以確保零件尺寸和加工質(zhì)量符合要求。

（3）均勻施力：

       在進(jìn)行活塞銷(xiāo)壓裝時(shí)，需要保證施力均勻，避免出現偏斜或變形情況。如果施力不均勻，可能會(huì )導致活塞銷(xiāo)和軸承孔的損壞。

（4）安全措施：

      在進(jìn)行活塞銷(xiāo)壓裝工藝時(shí)，需要注意安全措施，如佩戴手套、護目鏡等。如果操作不當，可能會(huì )導致工傷事故的發(fā)生。

 

圖3  活塞銷(xiāo)壓入活塞銷(xiāo)座孔中（加熱法）

圖4  柴油機活塞銷(xiāo)壓入裝配法

 

三、活塞銷(xiāo)的常見(jiàn)故障

 

1、故障現象

（1）活塞銷(xiāo)的磨損

① 原因

      承受較大的交變負荷。

② 后果

      柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)座孔及連桿襯套配合處相對磨損；活塞銷(xiāo)與活塞銷(xiāo)座孔、活塞銷(xiāo)與連桿襯套配合間隙增大。產(chǎn)生敲擊聲（銷(xiāo)子響）。

（2）活塞銷(xiāo)斷裂

① 原因

      柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)質(zhì)量不好，有裂紋。

② 后果

      打壞汽缸體，造成事故。

2、活塞銷(xiāo)的檢驗與修理

（1）活塞銷(xiāo)磨損的測量與修復

      先用經(jīng)驗法手動(dòng)檢查活塞銷(xiāo)的磨損情況。用一只手握住活塞，用另一只手將連桿順豎直方向上下移動(dòng)，檢查活塞銷(xiāo)與活塞的配合是否正常。如稍許感覺(jué)到移動(dòng)量，則應更換活塞及活塞銷(xiāo)。當無(wú)法確認磨損量是否影響使用，請按下列方法測量：

① 活塞銷(xiāo)外徑測量

      活塞銷(xiāo)外徑檢查的方法應用千分尺測量，如圖5所示。測量時(shí)要測三個(gè)部位：兩頭和中間。每一部位所測得的任意兩相互垂直的直徑之差即為該部位的失圓度；三個(gè)部位上所測得的最大與最小直徑之差即為錐形度；其失圓度及錐形度一般不應大于0.005mm。

② 配合間隙測量

      計算出活塞銷(xiāo)孔（或連桿小頭襯套）與活塞銷(xiāo)的配合間隙。如果配合間隙超過(guò)規定極限值，應鉸削或更換連桿小頭襯套，也可成組地更換活塞及活塞銷(xiāo)?；钊N(xiāo)孔（或連桿小頭襯套）與活塞銷(xiāo)的配合間隙允許的極限值為一般為0.03mm。

③ 銷(xiāo)孔內徑測量

      測量活塞銷(xiāo)孔內徑的方法，測量活塞銷(xiāo)孔內徑一般用游標卡尺，測量活塞銷(xiāo)外徑一般使用千分尺。為了測量準確，一般需在縱橫兩個(gè)方向上取點(diǎn)。

      當徑向磨損大于0.5mm時(shí)，必須更換；當徑向磨損小于0.5mm時(shí)，可采用鍍鉻或鐓粗的方法修復（鐓：沖壓金屬板使其變形，不加熱叫冷鐓，加熱叫熱鐓）。

（2）活塞銷(xiāo)裂紋的檢驗方法

      先將活塞銷(xiāo)清洗干凈，使用裂紋檢測套件（零件號 3375432）或等同工具檢查活塞碗、活塞冠或活塞銷(xiāo)孔有無(wú)裂紋，如圖6所示。如有裂紋、表面脫落或銹蝕嚴重等均應更換。

（3）活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔的修配

① 活塞銷(xiāo)除標準尺寸外，還有四級加大修理尺寸：+0.08mm、+0.12mm、+0.020mm、+025mm。

② 選配時(shí)應根據銷(xiāo)孔磨損以后的內徑，選用近似于內徑的加大柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)（一般比銷(xiāo)孔的內徑大0.025~0.05mm），如選用最大一級的加大柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)配合時(shí)仍感松曠，則應重選活塞。

③ 柴油發(fā)電機大修時(shí)，因選配的活塞是新的，因此，活塞銷(xiāo)應選配標準的，以便給以后的維修留有更換的余地。

④ 新選配的活塞銷(xiāo)錐形度和失圓度應不超過(guò)0.005mm，表面粗糙度不低于0.32，對多缸柴油發(fā)電機而言，各缸的活塞銷(xiāo)質(zhì)量相差不得超過(guò)10g。

⑤ 柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔，在常溫（15~25℃）下，應有0.025~0.04mm的過(guò)盈量。

 

圖5  活塞銷(xiāo)外徑檢修方法

圖6  柴油機活塞銷(xiāo)孔裂紋檢測套件

 

總結：

      柴油發(fā)電機活塞銷(xiāo)的作用是連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。其工作條件承受大的沖擊載荷，其本身又作擺轉運動(dòng)，潤滑條件很差。因此，要求活塞銷(xiāo)足夠的強度和剛度，表面韌性好，耐磨性好，重量輕?；钊N(xiāo)主要由低碳鋼和低碳合金鋼制成，經(jīng)滲碳淬火處理以提高硬度，精加工后進(jìn)行磨光，有較高的尺寸精度和表面光潔度。

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