一、活塞連桿總成的作用

      柴油發(fā)電機(jī)的活塞連桿總成用來將燃燒過程中獲得的動力傳遞給曲軸，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、活塞銷和鎖止環(huán)、連桿、軸承（襯套）、螺栓、軸承蓋、螺母。當(dāng)該軸承置于缸體內(nèi)時，發(fā)動機(jī)工作過程中往復(fù)運(yùn)動被傳遞給曲軸轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

      活塞連桿組的主要功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在發(fā)動機(jī)中，活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動，而曲軸則是以旋轉(zhuǎn)的方式工作。因此，為了將活塞的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為曲軸的運(yùn)動，需要使用活塞連桿組?；钊B桿組由活塞、連桿和曲軸組成，通過連桿將活塞與曲軸連接起來，從而實現(xiàn)將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

      活塞連桿組還具有平衡作用。在發(fā)動機(jī)工作時，活塞的往復(fù)運(yùn)動會產(chǎn)生慣性力，這會對發(fā)動機(jī)的平衡性產(chǎn)生影響。為了解決這個問題，活塞連桿組采用了對稱結(jié)構(gòu)，使得活塞在往復(fù)運(yùn)動時產(chǎn)生的慣性力能夠相互抵消，從而保證發(fā)動機(jī)的平衡性。

      活塞連桿組還具有傳遞動力的作用。在發(fā)動機(jī)工作時，活塞的往復(fù)運(yùn)動會產(chǎn)生壓縮和爆發(fā)力，這些力量需要通過活塞連桿組傳遞到曲軸上，從而驅(qū)動發(fā)動機(jī)的工作。因此，活塞連桿組的設(shè)計和制造質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的性能和壽命有著重要的影響。

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，并通過活塞銷和連桿向曲軸傳遞機(jī)械能。

2、活塞的工作條件與結(jié)構(gòu)

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

② 活塞承受高溫燃?xì)獾淖饔谩０l(fā)動機(jī)工作時瞬時產(chǎn)生的高溫燃?xì)?，其頂部最高溫度可達(dá)300℃～400℃，整個活塞的溫度分布又極不均勻，易產(chǎn)生熱應(yīng)力及疲勞熱裂現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)槽溫度超過220℃時，就會使?jié)櫥妥冑|(zhì)或炭化，造成活塞環(huán)粘結(jié)，失去彈性，使活塞迅速磨損以至破裂。

③ 活塞的往復(fù)慣性力與轉(zhuǎn)速的平方成正比?；钊趶?qiáng)烈的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)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(shè)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(dǎo)致應(yīng)力和膨脹問題?；钊糠昼娚舷乱苿佣啻危@就產(chǎn)生了高壓和應(yīng)力。為了解決這些情況，大多數(shù)活塞都是由鋁制成的。鋁制活塞比較輕。不過，某些大型發(fā)動機(jī)，尤其是某些柴油機(jī)可能會使用鑄鐵活塞。這種情況，轉(zhuǎn)速就比較低。

4、活塞膨脹過程

      當(dāng)燃燒發(fā)生在活塞頂部時，某些熱量通過活塞體向下傳遞，這就使活塞膨脹。如果膨脹過大，活塞就可能將汽缸磨損壞。為了補(bǔ)償膨脹，老式活塞就有一分開式的裙部，如圖3所示。當(dāng)活塞裙部膨脹，開槽就靠緊而不增加尺寸。用于老式發(fā)動機(jī)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)生在開槽內(nèi)部。

      某些發(fā)動機(jī)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(diào)節(jié)膨脹或?qū)⑴蛎浟拷档椭磷钚〉膬?yōu)點。

      凸輪形活塞也用來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的膨脹量，如圖4所示。活塞的基體呈凸輪形或雞蛋形。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)過程中活塞受熱，就會變圓。設(shè)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(gòu)造

      活塞由活塞頂、活塞上部（也稱防漏部）、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，底部是敞開的。它裝配在發(fā)動機(jī)汽缸或缸套內(nèi)，能夠在缸徑中交替上下移動?；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(nèi)。

（2）導(dǎo)熱槽：

      在某些活塞頂部開的窄槽，用來減少傳到頂環(huán)槽的熱量。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，該槽充滿了碳，從而減少了傳到頂環(huán)的熱量。導(dǎo)熱槽也可設(shè)計成活塞上的開槽。

（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(guī)則形狀的。

（4）活塞銷：

      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；在連桿上固定，在活塞上浮動；在連桿和活塞上全都浮動。第3種形式需要用鎖止環(huán)將活塞銷固定在位。某些活塞銷和連桿通過過盈配合連在一起。過盈配合也稱作壓力配合，是一種連桿外徑和活塞銷內(nèi)徑相互干擾的配合。也就是說外徑比內(nèi)徑小，這樣兩個零件在裝配過程中就必須通過壓力結(jié)合在一起。

（5）裙部：

      活塞銷孔上方第一個環(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(qū)域，并與活塞銷成90°。

（6）止推面：

      承載活塞載荷的活塞裙部部分。

（7）氣環(huán)凹槽：

      在活塞周圈上開的凹槽，用來保持氣環(huán)。

（8）油環(huán)凹槽：

     在活塞周圈上開的凹槽，油環(huán)凹槽通常要比氣環(huán)凹槽寬。在油環(huán)的底部通常開有孔或槽以使?jié)櫥吐浠厍S箱。

（9）活塞銷襯套：

      裝配在活塞銷和活塞之間的襯套。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(jù)發(fā)動機(jī)的不同而有所不同。頭部形狀用來產(chǎn)生擾流并改變壓縮比，通常，小型、低成本的發(fā)動機(jī)都使用平頂。這種頭部接近某些發(fā)動機(jī)的氣門，而發(fā)動機(jī)要求活塞上必須有為氣門留出的凹部區(qū)域。另一種類型的頭部稱作凸頂，用來增加壓縮比。盤形的頭部也能改變壓縮比。圖7表示了不同種類型的活塞頭部設(shè)計。當(dāng)然還可以采用其他類型的活塞頭部，但僅做某些特殊用途。

      活塞頂部承受高溫燃?xì)獾膲毫π枰凶銐虻膹?qiáng)度?；钊敵Ｖ瞥筛鞣N形狀以滿足燃燒要求。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?shù)臒崃窟^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。活塞頭部的散熱問題是應(yīng)著重解決的問題。為了降低第一道活塞環(huán)的溫度，有些柴油發(fā)電機(jī)活塞的第一道氣環(huán)上面還有一道絕熱槽（有些稱避熱槽），如圖8（a）所示。

3、活塞裙（也稱導(dǎo)向部）

     活塞頭的下部叫活塞裙，主要是引導(dǎo)活塞在汽缸內(nèi)作直線運(yùn)動，并把連桿的側(cè)向力傳給汽缸壁，所以應(yīng)有足夠的承壓面積。

      活塞裙的上部有活塞銷孔，活塞銷裝在銷孔內(nèi)，為增強(qiáng)活塞銷孔的強(qiáng)度，在銷孔的內(nèi)端沿孔的周圍制有加強(qiáng)筋，以形成銷座。

      自20世紀(jì)70年代以來，使發(fā)動機(jī)變得盡可能小而且動力還要強(qiáng)勁已越來越重要。要達(dá)到這個目的的一種方法就是使活塞連桿的高度保持最小，這可以通過縮短連桿來實現(xiàn)?？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(shè)計就意味著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)動機(jī)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?jié)櫥驮诎疾蹆?nèi)傳遞，如圖8（b）所示，這有助于活塞裙部在汽缸中上下移動時得到潤滑。不過，如果發(fā)動機(jī)過熱，潤滑油就會變薄，從而可能導(dǎo)致活塞過度磨損。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(nèi)）有助于減少裙部與缸壁之間的摩擦。

五、活塞銷的作用和安裝

1、活塞銷作用

      活塞銷是用來連接活塞和連桿的，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座孔中，中部穿過連桿小頭孔與連接桿小頭襯套配合工作。 

2、活塞銷工作條件

      活塞銷在高溫下承受很大的周期性沖擊負(fù)荷，而且潤滑條件較差，因此要求強(qiáng)度高而且表面耐磨。為了減小往復(fù)慣性力，還要求質(zhì)量輕。所以活塞銷采用優(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、活塞銷安裝方法

     活塞銷安裝的方法有固定和浮式兩種。現(xiàn)代大多數(shù)柴油發(fā)電機(jī)都采用浮式活塞銷，這種活塞銷既可在銷座內(nèi)轉(zhuǎn)動，又可在連桿小頭內(nèi)轉(zhuǎn)動，所以浮式活塞銷具有磨損均勻、構(gòu)造簡單、安裝方便、使用壽命較長的特點。

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

（2）由于活塞銷孔的膨脹系數(shù)大于活塞銷，所以安裝活塞銷時，應(yīng)先將活塞放在溫度為70℃～90℃的水或油中加熱，然后把銷子壓入銷孔內(nèi)。

（3）活塞銷是用來將活塞連接到連桿上?；钊N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，它是壓進(jìn)連桿內(nèi)的，在活塞內(nèi)是自由浮動的。如果采用全浮式活塞，需用兩個活塞銷鎖環(huán)將活塞保持在位。