(1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重
NP
P SP
RP TP
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(2)压缩行程：侧压 力NP向右，活塞的 右侧面压向气缸壁， 左侧磨损严重
SP
NP
P
TP
RP
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2）往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力 都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下 止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最 大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运 动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。
2、气环断面形状
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1） 矩形环
结构简单，与缸壁接触 面积大，散热好，但易泵油。
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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。
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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； （4）加剧了气缸的磨损。
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措施：
（1）采用扭曲环； （2）采用组合式油环；
（3）油环下设减压腔
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6）油环
(1)作用：刮油。即 将气缸壁上多余的 润滑油刮下来。
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2）活塞头部 用以安装活塞环。
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3）活塞销座 用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环
槽，用以安装卡环。
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6、活塞工作特点
1）受力变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。
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2、变形规律
（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量， 使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁， 且铝合金的膨胀系数大于铸铁； （2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温 度上高下低，壁厚上厚下薄； （3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销 座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀 量大，以及侧压力作用的结果。
10）组合式活塞 (1)采用组合式的原因
a.强化强度提高，活塞头部的热负荷增加。一般的铝合 金不能满足要求。
b.出于减小往复惯性力的考虑，减轻重量。
(2)制作方法
a.用耐热材料制成活塞头部 b.用铝合金或铸铁制造活塞裙部 c.然后将二者用螺栓连接起来。
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11）油冷活塞
为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要，保 证活塞顶的足够强度又使第一道 环的温度不至太高，在强化度较 高的中、高速柴油机中普遍采用 了整体油冷活塞即在整体活塞顶 部及环槽部开有冷却液流道或冷 却腔，用润滑系统中冷却油作为 冷却介质，对活塞顶部及环槽区 进行强制冷却。
7）裙部开绝热—膨 胀槽（“T”形或形槽）， 其中横槽叫绝槽，竖槽叫 膨胀槽。
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8）采用双金属活塞： 即在活塞裙部或销座内嵌 铸入钢片，以减少裙部的 膨胀量。
（1）恒范钢片式：活 塞销座通过恒范钢片与裙 部相连，而恒范钢片（含 镍33%～36%）的膨胀系数 仅为铝合金的十分之一。 这样，使裙部膨胀量大为 减少。
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3、活塞环的间隙
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 0.04mm ～ 0.10mm ； 其 它 气 环 0.03mm ～ 0.07mm 。 油 环 一 般 侧 隙 较 小 ， 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。 0.5mm～1mm；
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（2）自动调节式： 膨胀系数小的低碳
钢片贴在销座铝层的内 侧，依靠钢片的牵制作 用，及钢片与铝壳之间 的双金属效应来减小裙 部侧压力方向的膨胀量。
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(3)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中， 冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙” 和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉 应力而 膨胀量减小。
（1）蛇形油管冷却活塞：采用螺 旋形铜管或钢管铸入活塞本体， 使冷却油流经蛇型管，在润滑油 压力作用下进行循环冷却。为了 增强冷却效果，也有铸成后再用 酸蚀掉铜管。
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11（）2）油冷却冷油活腔活塞塞：活
塞 头内部设置冷却油腔，冷
却 油不充满整个油腔，一般
只 充30-50%，由于活塞往
复 运动的惯性，冷却油在油
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4、活塞材料
发动机活塞广泛采用铝合金。
特点： 1、质量小（约为铸铁活塞的50%～70%）； 2、导热性好（约为铸铁的三倍）； 3、热膨胀系数大。
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5、活塞结构
活塞可分为顶部、 环槽部、裙部和活塞 销座四部分。
活塞变形示意动画
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制造时 变形后
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活塞温度分布
散热方式：
a．顶部吸收的热量62-67%由活塞环传给汽缸盖，由 汽缸套传给冷却水。
b．14%由活塞裙部传给缸套。 c．期于部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的滑油和 气体。
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3.结构措施
1）圆弧过渡：非冷却整体铝活塞的头部热流 密度很大，为降低活塞头部和环槽温度，加大 散热面积，保证热流密度大致相等，顶底内壁 和侧壁相连接部分多用大圆弧过渡，同时减少 了应力集中
✓交变载荷
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➢受力分析
曲柄连杆机构受的力 主要有气压力P，往复 惯 性 力 Pj ， 旋 转 离 心 力Pc和摩擦力F。
P
F
Pj
PC
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1）气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压 力NP和SP， SP分解为RP和TP，RP使曲轴主 轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。
腔 中震荡冲刷，冷却油与油
腔 面相对运动速度较大，容
易 形成紊流，冷却效果较好。
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活塞的检查
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2.1.2、活塞环
1、活塞环（气环）功用
（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；70% （3）辅助刮
油、布油。
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2.1.1、活塞
1、活塞功用
1）与气缸盖、气缸 壁等共同组成燃烧 室； 2）承力传力：承受 气体压力，并将此 力传给连杆，以推 动曲轴旋转。
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2、活塞工作条件
✓高温
2770K
✓高压 11.76MPa
✓高速运动 30m/s
✓侧压力
✓摩擦力
✓惯性力
✓润滑冷却差
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6、活塞环的安装
活塞环的检查与安装
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2.1.3、活塞销
1、作用：连接活塞和连杆， 并传递活塞的力给连杆。 2、结构：用低碳钢或低碳合金 钢制成的厚壁管状体。
（1）定义：在发动机正常工作温度下， 活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中 都能转动。
(2)装配： ①销与销座孔在冷态时为过渡配合，
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3）扭曲环 特点将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒 角而具成有。锥形环的特点；
减小扭了曲泵原油理作：用当；活塞环装入气缸后，环受到压 缩产作生功弯行曲程变环形不，再断扭面曲中，性两层个以密外封产面生达拉到应完力全、接 中触性 ，层利以于外散产热生。压应力，矩形环由于中性层内外 断安面装不：对内称上，切使扭F曲和环F不装在入同第一一平道面环内槽，，从外而下形切成扭 力曲偶 环装M，入在第力二偶、的三作道用环下槽，。活塞环发生微量的扭曲 变形。
采用分组选配法。 ②热装合：将活塞放入热水或热油
中加热后，迅速将销装入。
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2）半浮式
(1)定义：销与销座孔和连杆小头两处， 一处固定，一处浮动。（一般固定连 杆小头） (2)装配：加热连杆小头后，将销装入， 冷态时为过盈配合。
3.结构措施
3）耐磨镶座：整体铝活塞第一环槽因温度高， 材料硬度下降较多，及润滑条件差，环槽磨损 严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因 素。为了改善这种情况，有些柴油机活塞在第 一或第一和第二道环槽处铸入耐磨镶座以提高 环槽部分的耐磨性。
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3.结构措施
4）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 5）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座 孔轴线方向，即侧压 力方向。 6）销座处凹陷 0.5mm～1.0mm。
的共同作用下，使环 F
靠在环槽的上侧或下
Pj
侧，形成第二密封面。 第二密封面
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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。
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4）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。
(2)类型 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。
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②组合式： 由上下刮
油片和产生 径向、轴向 弹力的衬簧 组成。
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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