新聞主題	柴油機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，承受活塞運動時的往復慣性力和氣體壓力，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荷，且由于活塞銷在銷孔內擺動角度不大，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強度和耐磨性，質量盡可能小，銷與銷孔應該有適當的配合間隙和良好的表面質量。在一般情況下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發生彎曲變形，可能使活塞銷座損壞。

 

一、活塞銷結構和原理

1、工作原理

      活塞銷在傳遞氣體壓力時，會分解出使活塞壓向汽缸壁的側向壓力，簡稱側壓力。作功時活塞裙部受到的側壓力較大，該面稱為主壓力面，壓縮時活塞群部的受力面稱為次壓力面。一般發動機的活塞銷座孔軸線與活塞軸線垂直相交，當壓縮行程結束、作功行程開始，活塞越過上止點時，活塞從沿著一側缸壁運動轉換到沿著另一側缸壁運動，此時活塞由次側壓力面受力突然變為主側壓力面受力，活塞對缸壁產生“拍擊”（俗稱敲缸），增加了發動機的噪聲，且破壞油膜，增加磨損，影響發動機的使用壽命。如果將活塞銷座孔軸線向主側壓力面偏移1～2mm，因銷座偏置，在接近壓縮上止點時，由于作用在活塞上的氣體壓力與連桿推力不同心而產生一個轉矩，在轉矩的作用下使活塞傾斜，裙部下端提前換向，而活塞在越過上止點后，連桿對活塞產生一個向左的側壓力，在側壓力的作用下，活塞以左下端接觸處為支點，頂部向左轉（不是平移），實現換向。

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荷。活塞銷的外圓表面與連桿小頭襯套的相對滑動速度不高，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，活塞銷的重量要輕。活塞銷通常采用優質鋼材（20鋼）或合金鋼制造。其外表面要經過滲碳或氰化處理，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，可將活塞銷內外表面同時進行滲碳淬火處理。

      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。

      塞銷的結構形狀很簡單，基本上是一個厚壁空心圓柱。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，但活塞銷的質量較大；兩段截錐形孔的活塞銷質量較小，且因為活塞銷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〔圖1（a）、（b）〕質量較小；中間或單側封閉的活塞銷〔圖1（c）、（d））適用于二沖程發動機，內部有塑料芯的鋼套銷〔圖1（e）〕則可用于要求不高的汽油機，成形銷（圖1f）用于增壓發動機。

3、分類

（1）全浮式結構

      所謂全浮式活塞銷結構是指在發動機工作時，活塞銷在連桿小頭及活塞銷座中都能自由轉動。這種結構簡單，活塞銷的緩慢轉動有利于飛濺來的潤滑油分布于摩擦表面，使磨損減輕，沿活塞銷長度和圓周上的磨損可以比較均勻。為防止活塞銷軸向竄動拉傷氣缸壁，活塞銷的兩端裝有活塞銷卡環，卡環應裝入活塞銷座孔的槽內。

（2）半浮式結構

      半浮式活塞銷結構是在發動機工作時，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浮動，銷座孔內無卡環，兩端小頭不必裝連桿襯套，活塞銷各部分磨損不均勻。

 

圖1  柴油發電機活塞銷形狀圖

圖2  柴油機活塞銷類型及其連接方式

 

二、活塞銷安裝和注意事項

 

1、安裝方式

（1）加熱法

      由于鋁活塞的膨脹系數大，為保證工作時活塞銷與銷座孔之間的間隙適當，在常溫時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，需要對活塞銷和軸承孔進行檢查，確保其質量達到標準要求。

（1）工具準備：

       在進行活塞銷壓裝工藝之前，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） 加工質量：

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

（3）均勻施力：

       在進行活塞銷壓裝時，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，可能會導致活塞銷和軸承孔的損壞。

（4）安全措施：

      在進行活塞銷壓裝工藝時，需要注意安全措施，如佩戴手套、護目鏡等。如果操作不當，可能會導致工傷事故的發生。

 

圖3  活塞銷壓入活塞銷座孔中（加熱法）

圖4  柴油機活塞銷壓入裝配法

 

三、活塞銷的常見故障

 

1、故障現象

（1）活塞銷的磨損

① 原因

      承受較大的交變負荷。

② 后果

      柴油發電機活塞銷、活塞銷座孔及連桿襯套配合處相對磨損；活塞銷與活塞銷座孔、活塞銷與連桿襯套配合間隙增大。產生敲擊聲（銷子響）。

（2）活塞銷斷裂

① 原因

      柴油發電機活塞銷質量不好，有裂紋。

② 后果

      打壞汽缸體，造成事故。

2、活塞銷的檢驗與修理

（1）活塞銷磨損的測量與修復

      先用經驗法手動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，檢查活塞銷與活塞的配合是否正常。如稍許感覺到移動量，則應更換活塞及活塞銷。當無法確認磨損量是否影響使用，請按下列方法測量：

① 活塞銷外徑測量

      活塞銷外徑檢查的方法應用千分尺測量，如圖5所示。測量時要測三個部位：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。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 銷孔內徑測量

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

      當徑向磨損大于0.5mm時，必須更換；當徑向磨損小于0.5mm時，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）活塞銷裂紋的檢驗方法

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

（3）活塞銷與銷座孔的修配

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

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

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

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

⑤ 柴油發電機活塞銷與銷座孔，在常溫（15~25℃）下，應有0.025~0.04mm的過盈量。

 

圖5  活塞銷外徑檢修方法

圖6  柴油機活塞銷孔裂紋檢測套件

 

總結：

      柴油發電機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，其本身又作擺轉運動，潤滑條件很差。因此，要求活塞銷足夠的強度和剛度，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，經滲碳淬火處理以提高硬度，精加工后進行磨光，有較高的尺寸精度和表面光潔度。

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