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五、活塞銷座
銷座部位獲得加強(qiáng)并適當(dāng)放大活塞銷直徑,銷座與環(huán)區(qū)的連接部位是應(yīng)力集中的危險(xiǎn)斷面區(qū)?,F(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)鋁合金活塞中應(yīng)力最大的部位在銷座,疲勞裂紋往往出現(xiàn)在銷孔頂部,并沿著活塞銷座的縱向平面延伸。在該區(qū)域采用大圓弧過(guò)渡,旨在減少應(yīng)力集中,也增加受力面積。在強(qiáng)化機(jī)型中通常還用4根筋把活塞銷座與活塞頂部直接連接起來(lái),以直接傳遞一部分負(fù)荷,減輕上述危險(xiǎn)部位的載荷。
活塞銷直徑有稍加放大的趨勢(shì),目的也是增加銷與銷座的承壓面積。缸徑越大、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度越高,活塞銷直徑與缸徑之比也越大。
六、活塞型面
活塞型面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性影響極大,因此在設(shè)計(jì)新發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)確定活塞型面是一項(xiàng)重要的研究課題。活塞型面對(duì)氣缸壁的摩擦、由活塞敲擊引起的噪聲,以及環(huán)隙對(duì)冷油機(jī)中碳?xì)浠衔锏男纬珊蛯?duì)柴油機(jī)中空氣利用和壓縮比均有重要影響,直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。活塞型面又與拉缸、擦傷以及裙部變形而引起機(jī)油耗增大和竄氣量增大密切相關(guān),直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。
活塞型面從最初的多段正圓柱逐漸演變到現(xiàn)在的環(huán)帶多段正圓錐和漸變橢圓錐,裙部漸變桶面橢圓錐。
裙部形狀一般為桶面 - 橢圓形。桶的軸線與活塞軸線重合,垂直于軸線的活塞截面外周是橢圓形,短軸沿活塞銷方向。有些活塞裙部做成多級(jí)連續(xù)橢圓錐、多級(jí)連續(xù)特殊圓等。桶面裙部的優(yōu)點(diǎn)是均布機(jī)油、抗拉缸、防竄油、油膜承載能力大、減少摩擦功和摩損。
然而確定型面是一個(gè)極其繁復(fù)的過(guò)程,需要反復(fù)進(jìn)行各種試驗(yàn),往往要花很長(zhǎng)的時(shí)間。傳統(tǒng)的方法是通過(guò)對(duì)活塞溫度場(chǎng)和剛度分析,使用有限元法并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)繪制出一個(gè)活塞型面,然后將所得到的試驗(yàn)樣品裝入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行活塞磨痕試驗(yàn),觀察活塞和缸套上的磨痕。經(jīng)過(guò)逐次逼近,最終即可定出活塞型面。可是由于活塞的運(yùn)動(dòng)、各種有關(guān)因素引起的熱變形,活塞還可能受到由缸蓋螺釘擰緊力矩、冷卻不均勻、氣缸壁溫度分布等引起的氣缸壁變形的影響,以及各缸燃燒不均勻等影響,還有活塞本身的特性(如剛度、自動(dòng)控制熱膨脹活塞的膨脹率隨活塞截面不同而變化)都使型面的確定增加了難度。
現(xiàn)在采用將復(fù)合材料涂在尺寸較小的試驗(yàn)活塞表面上,使活塞裙部與氣缸壁間隙接近于零。在發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下進(jìn)行磨痕試驗(yàn)。試驗(yàn)后留下來(lái)的復(fù)合材料所確定的型面即作為最后的活塞型面。用這種方法只需要作一次磨痕試驗(yàn)即可確定活塞型面。大大節(jié)省了研制時(shí)間,此外還可以從試驗(yàn)活塞磨損部位的磨痕定量分析磨損強(qiáng)度。