凸顶
横流扫气 回流扫气
3）直喷式燃烧室柴油机活塞顶部
凹坑
形状、位置和大小必须与柴油机混合气形成 相适应与燃烧室要求相适应
4）分隔式燃烧室柴油机活塞顶部
（2）活塞头部结构
位置
活塞环槽以上部 位
主要作用
承受气体压力
与活塞环实现气 缸密封
将热量通过活塞 环传给气缸壁
活塞头部结构
活塞连杆组
活塞组
活塞
活塞（※）
活塞环
活塞销
活 塞
活塞销
连杆 组
环
连杆组
曲轴
连杆小头（※） 飞轮
连杆杆身
组
连杆大头（※）
本节课程任务
活塞裙部椭圆位置及原因： 3种 活塞销座轴线布置及特点：2种 气环开口形状及特点： 3种 气环断面形状及特点： 5种 连杆小头与活塞销的连接方式：2种 连杆大头剖分形式：2种 连杆大头定位方式：2类4种
一、活 塞（※）
活塞功用 活塞工作条件 活塞材料及要求 活塞结构（※） 活塞销孔偏置（※） 拖鞋式活塞
1. 活塞功用
承受气缸中的燃气压力 将燃气作用力通过活塞销和连杆传给
曲轴，推动曲轴旋转 参与组成燃烧室
2. 活塞工作条件
直接与高温燃气接触
燃气最高 温度2500K
以上
活塞顶部 温度高达
活塞隔热槽
使部分热流转向二、三 环，降低一环温度
环槽护圈
可保护和加强铝合金活 塞环槽
热负荷较高发动机采用
（3）活塞裙部结构（※）
位置
活塞环槽以下部位
主要作用
为活塞导向和承受侧 压力
裙部变形
热变形使销座轴线方 向膨胀变形
燃气压力使裙部弯曲 变形
侧压力使销座轴线方 向挤压变形
矩形环
锥面环
扭曲环
反扭曲 锥面环
梯形环
桶面环
1）矩形环
特点
工艺性和导热效果 较好
产生泵油作用
2）扭曲环
正扭曲环
扭曲成碟子形
内圆上边缘切槽 外圆下边缘切槽
反扭曲环
扭曲成盖子形
内圆下边缘切槽
① 扭曲环工作原理
进气、压缩和排 气行程：
环扭曲，消除泵 油现象，减轻磨 损
作功行程：
少磨损，不泵油
扭曲锥面环
扭曲环的外圆面为锥面 正反扭曲锥面环
4）梯形环
梯形环特点
断面为梯形，抗粘结性好， 避免环被粘结而折断
侧向力换向活塞左右摆动时， 梯形环的侧隙发生变化，将 环槽中的胶质挤出
作功行程中，燃气径向压力 加强了环的密封
缺点
上下面精磨工艺复杂
5）桶面环
梯形环特点
特点
保证裙部足够承压面，将不 承受侧向力一侧的裙部全部 去掉
优点
①质量轻，比全裙式活塞轻 10％～10％，适应高速发动 机减小往复惯性力的需要。
②裙部弹性好，可以减小活 塞与气缸的配合间隙。
③能够避免与曲轴平衡重发 生运动干涉。
二、活 塞 环
活塞环工作条件与材料 气环结构原理（※） 油环结构原理
1. 活塞环工作条件与材料
活塞环功用
气环
密封 导热
油环
刮油 均匀油膜 辅助密封
活塞环工作条件与材料
活塞环工作条件
高温 高压 高速 及润滑条件极差
磨损严重 发动ห้องสมุดไป่ตู้零 件中工作寿命最短
活塞环材料
优质灰铸铁 合金铸铁 球墨铸铁
钢带
第一道气环常 镀铬或喷钼
其它气环 磷化或镀锡
提高耐磨性 改善润滑性
改善磨合性 耐磨性
2. 气环结构原理
气缸
气环密封原理
F1 环自身弹力 F2 燃气背压力 F3 燃气正压力
第二 密封面
第一 密封面
F3
F1
F2
活塞
活塞环
（1）气环开口形状（※）
直开口
工艺性好 密封效 果差
阶梯开口
密封性好 工艺性 较差
斜开口
工艺性密封性介 于之间
（2）气环断面形状（※）
燃气压力作用使 环不再扭曲，与 矩形环相同
② 扭曲环工作示意
进气、压缩和 排气行程：
环扭曲，消除 泵油现象，减 轻磨损
作功行程：
燃气压力作用 使环不再扭曲， 与矩形环相同
3）锥面环
锥面环特点
环的外圆面为锥面，理论上为线接 触。
工作过程
活塞下行： 能刮油 活塞上行：锥面油楔作用浮起，减
附加载荷
活塞工作条件
活塞受力特点
气压力 惯性力
周期性 变化
活塞各部温度 极不均匀
活塞受到 交变的 拉伸、压缩 或弯曲载荷
活塞内部产生 热应力
3. 活塞材料及要求
活塞材料 优
质量小
约为铸铁 50％~70％
常用
点 导热性好 约为铸铁3倍
铝合金 缺 热膨胀系数大
点 高温强度硬度下降快
高级铸铁 或耐热钢
外圆面为外凸圆弧形缺点 桶面环上下运动时 均能形成
楔形油膜，将环浮起，减轻环 与气缸壁的磨损
其密封性、磨合性、对气缸表 面的适应性都比较好
缺点
凸圆弧表面加工困难
3. 油环结构原理
油环刮油原理
活塞下行 活塞上行
油环类型
普通油环
槽孔式 槽孔撑簧式
组合油环
600~700K
机械强度 显著下降
热膨胀量 增大
活塞工作条件
承受燃气冲击性高压力（作功行程）
瞬
汽油机
时
3~5MPa
最
大
压 力
柴油机 6~9MPa
导致活塞 侧压力大
加速活塞 表面磨损
引起活塞 变形
活塞工作条件
活塞在气缸中高速运动
平均速度 可达
10~14m/s
产生很大 惯性力
曲柄连杆机 构各零件和 轴承承受
1）活塞裙部椭圆形
冷态下裙部 椭圆位置
长轴：垂 直于活塞 销方向
短轴：活 塞销方向
5. 活塞销孔偏置
活塞销对中布置
活塞越过上止点时 侧压力方向改变会 产生“敲缸”噪声
活塞销偏移布置
偏移活塞轴线 1~2mm
可减轻活塞“敲缸” 噪声
但会引起裙部两端 尖角的磨损或变形 增大
6. 拖鞋式活塞
4. 活塞构造
活塞顶部结构 活塞头部结构 活塞裙部结构
（※）
（1）活塞顶部结构
位置
燃烧室组成部分
类型
平顶活塞 凸顶活塞 凹顶活塞
应用
汽油机：三种 柴油机：凹顶
1）四冲程汽油机活塞顶部
平顶
吸热面积小 制造工艺简单
凹顶
改善混合气形 成和燃烧
调节压缩比
2）二冲程汽油机活塞顶部
个别汽车柴油机
活塞材料及要求
对活塞的要求
足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚 活塞质量小、比重小 受热面小，散热好 热膨胀系数小，导热性好 耐磨
活塞材料及要求
活塞成型方法 高温强度下降较小、成本低
铸造 易出现气孔、缩松等铸造缺陷 强度比铸造高、导热性也较好
锻造 适用于强化发动机
制造成本高 液态 兼顾锻造与铸造的特点 模锻 消除铸造缺陷和提高毛坯质量