新聞主題	柴油機(jī)活塞銷的形狀和安裝方式

 

摘要：活塞銷的功用是連接活塞和連桿，承受活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的往復(fù)慣性力和氣體壓力，并傳遞給連桿。它的中部穿過連桿小頭孔，兩端則支承在活塞銷座孔中。活塞銷在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負(fù)荷，且由于活塞銷在銷孔內(nèi)擺動(dòng)角度不大，難以形成潤(rùn)滑油膜，因此潤(rùn)滑條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強(qiáng)度和耐磨性，質(zhì)量盡可能小，銷與銷孔應(yīng)該有適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和良好的表面質(zhì)量。在一般情況下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發(fā)生彎曲變形，可能使活塞銷座損壞。

 

一、活塞銷結(jié)構(gòu)和原理

1、工作原理

      活塞銷在傳遞氣體壓力時(shí)，會(huì)分解出使活塞壓向汽缸壁的側(cè)向壓力，簡(jiǎn)稱側(cè)壓力。作功時(shí)活塞裙部受到的側(cè)壓力較大，該面稱為主壓力面，壓縮時(shí)活塞群部的受力面稱為次壓力面。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞銷座孔軸線與活塞軸線垂直相交，當(dāng)壓縮行程結(jié)束、作功行程開始，活塞越過上止點(diǎn)時(shí)，活塞從沿著一側(cè)缸壁運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到沿著另一側(cè)缸壁運(yùn)動(dòng)，此時(shí)活塞由次側(cè)壓力面受力突然變?yōu)橹鱾?cè)壓力面受力，活塞對(duì)缸壁產(chǎn)生“拍擊”（俗稱敲缸），增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，且破壞油膜，增加磨損，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。如果將活塞銷座孔軸線向主側(cè)壓力面偏移1～2mm，因銷座偏置，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(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩的作用下使活塞傾斜，裙部下端提前換向，而活塞在越過上止點(diǎn)后，連桿對(duì)活塞產(chǎn)生一個(gè)向左的側(cè)壓力，在側(cè)壓力的作用下，活塞以左下端接觸處為支點(diǎn)，頂部向左轉(zhuǎn)（不是平移），實(shí)現(xiàn)換向。

2、活塞銷材料及形狀

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

      活塞銷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(qiáng)度和沖擊韌性。

      塞銷的結(jié)構(gòu)形狀很簡(jiǎn)單，基本上是一個(gè)厚壁空心圓柱。其內(nèi)孔形狀有圓柱形、兩段截錐形和組合形。圓柱形孔加工容易，但活塞銷的質(zhì)量較大；兩段截錐形孔的活塞銷質(zhì)量較小，且因?yàn)榛钊N所受的彎矩在其中部最大，所以接近于等強(qiáng)度梁，但錐孔加工較難。 

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

3、分類

（1）全浮式結(jié)構(gòu)

      所謂全浮式活塞銷結(jié)構(gòu)是指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞銷在連桿小頭及活塞銷座中都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，活塞銷的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)有利于飛濺來的潤(rùn)滑油分布于摩擦表面，使磨損減輕，沿活塞銷長(zhǎng)度和圓周上的磨損可以比較均勻。為防止活塞銷軸向竄動(dòng)拉傷氣缸壁，活塞銷的兩端裝有活塞銷卡環(huán)，卡環(huán)應(yīng)裝入活塞銷座孔的槽內(nèi)。

（2）半浮式結(jié)構(gòu)

      半浮式活塞銷結(jié)構(gòu)是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞銷和活塞銷座孔為間隙配合，而活塞銷與連桿小頭為過盈配合，活塞銷只能在銷座孔內(nèi)浮動(dòng)，銷座孔內(nèi)無卡環(huán)，兩端小頭不必裝連桿襯套，活塞銷各部分磨損不均勻。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)活塞銷形狀圖

圖2  柴油機(jī)活塞銷類型及其連接方式

 

二、活塞銷安裝和注意事項(xiàng)

 

1、安裝方式

（1）加熱法

      由于鋁活塞的膨脹系數(shù)大，為保證工作時(shí)活塞銷與銷座孔之間的間隙適當(dāng)，在常溫時(shí)它們之間有一定的過盈。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℃），再將活塞銷推入座孔中，如圖3所示。  

（2）壓裝法

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

2、注意事項(xiàng)

      壓裝完成后，需要對(duì)活塞銷和軸承孔進(jìn)行檢查，確保其質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）工具準(zhǔn)備：

       在進(jìn)行活塞銷壓裝工藝之前，需要準(zhǔn)備好相應(yīng)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：

       活塞銷和軸承孔的加工質(zhì)量對(duì)工藝的成功與否至關(guān)重要。在加工過程中，需要嚴(yán)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)行活塞銷壓裝時(shí)，需要保證施力均勻，避免出現(xiàn)偏斜或變形情況。如果施力不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致活塞銷和軸承孔的損壞。

（4）安全措施：

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

 

圖3  活塞銷壓入活塞銷座孔中（加熱法）

圖4  柴油機(jī)活塞銷壓入裝配法

 

三、活塞銷的常見故障

 

1、故障現(xiàn)象

（1）活塞銷的磨損

① 原因

      承受較大的交變負(fù)荷。

② 后果

      柴油發(fā)電機(jī)活塞銷、活塞銷座孔及連桿襯套配合處相對(duì)磨損；活塞銷與活塞銷座孔、活塞銷與連桿襯套配合間隙增大。產(chǎn)生敲擊聲（銷子響）。

（2）活塞銷斷裂

① 原因

      柴油發(fā)電機(jī)活塞銷質(zhì)量不好，有裂紋。

② 后果

      打壞汽缸體，造成事故。

2、活塞銷的檢驗(yàn)與修理

（1）活塞銷磨損的測(cè)量與修復(fù)

      先用經(jīng)驗(yàn)法手動(dòng)檢查活塞銷的磨損情況。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)，檢查活塞銷與活塞的配合是否正常。如稍許感覺到移動(dòng)量，則應(yīng)更換活塞及活塞銷。當(dāng)無法確認(rèn)磨損量是否影響使用，請(qǐng)按下列方法測(cè)量：

① 活塞銷外徑測(cè)量

      活塞銷外徑檢查的方法應(yīng)用千分尺測(cè)量，如圖5所示。測(cè)量時(shí)要測(cè)三個(gè)部位：兩頭和中間。每一部位所測(cè)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(cè)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(yīng)大于0.005mm。

② 配合間隙測(cè)量

      計(jì)算出活塞銷孔（或連桿小頭襯套）與活塞銷的配合間隙。如果配合間隙超過規(guī)定極限值，應(yīng)鉸削或更換連桿小頭襯套，也可成組地更換活塞及活塞銷。活塞銷孔（或連桿小頭襯套）與活塞銷的配合間隙允許的極限值為一般為0.03mm。

③ 銷孔內(nèi)徑測(cè)量

      測(cè)量活塞銷孔內(nèi)徑的方法，測(cè)量活塞銷孔內(nèi)徑一般用游標(biāo)卡尺，測(cè)量活塞銷外徑一般使用千分尺。為了測(cè)量準(zhǔn)確，一般需在縱橫兩個(gè)方向上取點(diǎn)。

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

（2）活塞銷裂紋的檢驗(yàn)方法

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

（3）活塞銷與銷座孔的修配

① 活塞銷除標(biāo)準(zhǔn)尺寸外，還有四級(jí)加大修理尺寸：+0.08mm、+0.12mm、+0.020mm、+025mm。

② 選配時(shí)應(yīng)根據(jù)銷孔磨損以后的內(nèi)徑，選用近似于內(nèi)徑的加大柴油發(fā)電機(jī)活塞銷（一般比銷孔的內(nèi)徑大0.025~0.05mm），如選用最大一級(jí)的加大柴油發(fā)電機(jī)活塞銷配合時(shí)仍感松曠，則應(yīng)重選活塞。

③ 柴油發(fā)電機(jī)大修時(shí)，因選配的活塞是新的，因此，活塞銷應(yīng)選配標(biāo)準(zhǔn)的，以便給以后的維修留有更換的余地。

④ 新選配的活塞銷錐形度和失圓度應(yīng)不超過0.005mm，表面粗糙度不低于0.32，對(duì)多缸柴油發(fā)電機(jī)而言，各缸的活塞銷質(zhì)量相差不得超過10g。

⑤ 柴油發(fā)電機(jī)活塞銷與銷座孔，在常溫（15~25℃）下，應(yīng)有0.025~0.04mm的過盈量。

 

圖5  活塞銷外徑檢修方法

圖6  柴油機(jī)活塞銷孔裂紋檢測(cè)套件

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)活塞銷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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑條件很差。因此，要求活塞銷足夠的強(qiáng)度和剛度，表面韌性好，耐磨性好，重量輕。活塞銷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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