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山西省农业机械化学校教案授课日期2013、9、23时间分配复习提问5分钟所需学时4内容讲授分钟累计学时课堂小结5分钟课题：项目二曲柄连杆机构的构造与检修任务3活塞环与活塞销的构造与检修教学目的：1、掌握活塞连杆组的组成；掌握活塞环的结构和密封原理。2、掌握活塞连杆组的正确拆装；掌握活塞环的检测教学重点：活塞环的拆装与检测教学难点：活塞环的密封原理教学方法及教改手段：理实一体教学教学用具：丰田-5A解剖发动机；农用车柴油发动机教材分析及教学内容：任务3活塞环和活塞销的检测回忆前面的内容导入新课：活塞连杆组是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销及连杆等组成。如图所示：相关知识一、活塞环活塞环安装在活塞环槽内，其作用是密封活塞与气缸壁之间的间隙，防止窜气，同时气环还起刮油、布油的辅助作用，使活塞往复运动更圆滑。活塞环按其功用可分为气环和油环两类。1、气环：气环也叫压缩环。作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；图2-22气环（3）辅助刮油、布油。一般汽油机设有2道气环，而柴油机由于压缩比高，常设有3道气环。通常在保证密封的前提下，尽可能减少环数。密封原理：（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径＞缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。这样，由切口相互错开的几道气环所构成的“迷宫式”封气装置，就足以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。气环的密封原理1-第一密封面；2-第二密封面；PA-第一密封面的压紧力；PB-第二密封面的压紧力；P-气缸内气体压力；P1-环侧气体压力；P2-背压力；P0-环的弹力；Pj-环的惯性力；F-环与缸壁的摩擦力活塞环的间隙发动机工作时，为保证气缸的密封性，防止环卡死在缸内或胀死于环槽中，安装时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。如图所示：（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为0.04mm～0.10mm；其它气环一般为0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，一般为0.025mm～0.07mm；（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。一般为0.5mm～1mm。油环的背隙较气环大，目的是增大存油间隙，以利于减压泄油。图2-37活塞环的间隙1-气缸；2-活塞环；3-活塞；△1-开口间隙；△2-侧隙；△3-背隙活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。图2-41活塞环的泵油作用危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。气环的断面形状：气环按断面形状有以下几种类型：矩形环、锥面环、扭曲环、梯形环和桶面环。如图所示：a)矩形环；b)锥形环；c)内切口扭曲环；d)外切口扭曲环；e)梯形环；f)桶形环（1）矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。（2）锥形环1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。（3）扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。1）扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F和F不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。图2-44扭曲环的作用原理a)矩形环；b)扭曲环2）特点：具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。3）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。（4）桶形环：其特点为1）环的外圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；3）环上下运动时，均能形成楔形油膜。（5）梯形环：当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。图2-45梯形环工作情况1-气缸壁；2-活塞；3-扭曲环2、油环：正称为刮油环。功用：用来将气缸壁上多余的机油刮回油底壳，并在气缸壁上均匀地布油，此外，油环也兼起密封作用。通常发动机有1～2道油环。油环分为普通油环和组合油环两种，如图所示。（1）整体式：其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。其特点为1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮片长而产生径向力。第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。2）无侧隙，无窜油。3）刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。4）上下片可分别动作，适应性好。5）回油能力强。图2-46组合式油环1-钢片；2-衬簧；3-径向衬簧；4-轴向衬簧；5-活塞二、活塞销活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销一般用低碳合金钢制造，为减轻重量，增加刚度，活塞销通常做成空心圆柱体，外表面进行渗碳或渗氮处理以提高表面硬度，以保证内部具有一定的冲击韧性。如图所示。活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套的连接配合，有全浮式和半浮式两种：全浮式：在发动机运转过程中，活塞销能在连杆小头衬套孔和活塞销座孔中缓慢地转动，保证活塞销外表面均匀磨损。为防活塞销在工作中发生轴向窜动而刮伤气缸壁，在活塞销座两端加装卡环以实现轴向定位。由于铝合金活塞销座受热膨胀量大于钢制活塞销，为保证在高温下工作时有正常配合间隙（0.01～0.02mm），在冷态装配时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。所以在装配时，为防刮伤配合表面，先将活塞放入353～373K（80～100℃）的水或油中加热后，再将活塞销装入。半浮式：活塞销与活塞销座孔和连杆小头孔之间一处为过盈配合，一处为间隙配合。通常活塞销与连杆小头之间为过盈配合，活塞销与活塞销座孔之间为间隙配合。活塞销不会发生轴向窜动，不需要安置卡环，也省去了连杆小头衬套。这种连接方式结构简单，适用于轻型高速发动机。如夏利轿车TJ—376-Q型发动机。实践操作操作一活塞环的拆装活塞环的拆卸1、用活塞环钳拆下第一道、第二道气环。如图2-29所示。注意，第二道气环为锥面环，有朝上记号；拆下的环顺序摆放。图2-28活塞销连接方式1-连杆小头衬套；2-活塞销；3-连杆；4-卡环图2-27活塞销2、用手拆卸组合式油环的上下刮片，再拆卸衬环。注意不要用力过大，以防环变形、折断；拆下的环顺序摆放。活塞环的安装1、清洁活塞环槽和活塞环2、用手安装组合式油环的衬环，再装上下刮片。注意不要用力过大。3、用活塞环钳安装第一、第二道气环。注意第二道气环的朝上记号，不能装反。操作二活塞环的检测边间隙的测量1、清除环槽内的积碳，清洗干净活塞环和活塞2、让活塞环在相应的环槽内滚动一圈，要求环能灵活滚动，不松旷，不卡滞。3、用塞尺测量边间隙，至少在圆周上均匀测三处。如图2-30。测量时应该注意：根据边间隙的标准值选取合适厚薄的塞尺片；塞尺插入间隙能抽动且感觉稍有阻力为合适；塞尺片不能折弯；使用前后均应清洁塞尺片。图2-29活塞环的拆卸图2-30边间隙的测量端间隙的测量1、清洁活塞环和汽缸内部，在活塞连杆组件上做距活塞顶97mm的标记。2、活塞环装入汽缸，用活塞头部将环推到记号位置。即活塞环位于距汽缸上面97mm的位置（此处汽缸没有磨损），如图2-31所示。操作时应注意，推动环要“稳”，环推入应“平”。3、选用合适的塞尺测量活塞环的端间隙。如图2-32所示：背间隙的测量为测量方便，通常以活塞环槽的深度与活塞环的宽度的差值表示，其值要比背间隙的值小。一般应在0-0.35mm。操作三活塞销的拆装活塞销的拆卸（以全浮式为例）1、用尖嘴钳将活塞销孔两侧的卡簧取出，如图2-33所示2、用专业工具拆卸活塞销，如图2-34所示。或者用铳头将活塞销从活塞和连杆小头衬套内铳出。图2-31活塞环的推入图2-32端间隙的测量图2-33活塞销卡簧的拆卸1-尖嘴钳；2-卡簧；3-活塞图2-34活塞销的拆卸1-调整窗口；2-活塞；3-冲头；4-冲头；5-导管；6-活塞销7-工具活塞销的安装1、将活塞放到加热至60℃（即略微比手烫，但长时间接触也不觉烫手）的热油或水中加热活塞。2、用拇指仅需较小的力就能将涂有机油的活塞销压入活塞销孔座，并且将活塞销垂直于地面时，活塞销不能再重力作用下自行滑出，用手晃动活塞销，应无间隙感表明活塞销与座孔配合适宜。如图2-35所示。3、装上活塞销卡簧(卡簧与活塞销端面应有0.15mm的间隙，以满足活塞销和活塞热胀冷缩的需要)。如图2-36所示。半浮式活塞销利用专用工具拆卸，固定活塞，用压力机压动活塞销。安装时，顺序相反，要注意连杆与活塞销的配合紧度，过松就要更换连杆与活塞销。课堂小结：这次课我们学习了活塞环和活塞销的构造与检修。要求同学们掌握活塞环和活塞销的结构特点和工作原理；能正确拆装活塞环和活塞销；会检测活塞环的“三隙”。课后作业：1、活塞环的“三隙”指哪三个间隙？是如何定义的？2、如何拆卸全浮式活塞销？图2-35装配活塞销图2-36安装活塞销卡簧