内燃发电机组技术手册
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3.2 活塞连杆组

活塞连杆组由活塞组(活塞、活塞环、活塞销)和连杆组(连杆小头、连杆杆身、连杆大头、连杆轴承)组成。图3-25所示为国产135系列柴油机的活塞连杆组。

图3-25 135系列柴油机活塞连杆组

1—连杆总成;2—活塞;3—连杆;4—连杆盖;5—连杆衬套;6—连杆螺栓;7,8—气环;9—油环;10—活塞销;11—活塞销卡环;12—连杆轴瓦;13—定位套筒

3.2.1 活塞组构造

(1)活塞

活塞的功用是承受燃气的压力,并经过连杆将力传给曲轴。

活塞的工作条件十分恶劣,它是在高温、高压的燃气作用下,不断地作高速往复直线运动。由于受到周期性变化的燃气压力和往复惯性力的作用,活塞承受很大的机械负荷和热负荷,加之温度分布不均匀,就会引起热应力。因此,要求活塞必须有较轻的重量以及足够的强度与刚度。活塞在高温、高压、高速条件下工作,其润滑条件较差,活塞与汽缸壁摩擦严重。为减小磨损,活塞表面必须耐磨。

高速内燃机的活塞通常采用铸铝合金。随着内燃机的不断强化,采用锻铝合金或共晶铝硅合金的活塞日益增多,而高增压内燃机较多采用铸铁活塞,其目的在于提高其强度,减小热膨胀系数。活塞的基本构造如图3-26所示,它可分为顶部、环槽部(防漏部或头部)、活塞销座和裙部四部分。

图3-26 活塞的基本构造

1—顶部;2—环槽部;3—销座;4—裙部

①顶部 顶部是构成燃烧室的一部分,其结构形状与发动机及燃烧室的型式有关。图3-27所示为活塞顶部的几种不同结构形状。小型内燃机大多采用平顶活塞[图3-27(a)],优点是制造简单,受热面积小。大多数内燃机的活塞顶部由于要形成特殊形状的燃烧室,其形状比较复杂,一般都制有各种各样的凹坑[图3-27(c)、(d)]。凹坑是为了改善发动机的燃烧状况而设置的,使可燃混合气的形成更有利,燃烧过程更完善。有的内燃机为避免气门与活塞顶相碰撞,在顶部还制有浅的气门避碰凹坑[图3-27(d)]。

图3-27 活塞顶部

内燃机活塞所受的热负荷大(尤其是直接喷射式内燃机),往往会使活塞引起热疲劳,产生裂纹。因此,有的内燃机可从连杆小头上的喷油孔喷射机油,以冷却活塞顶内壁。也有的内燃机在机体里设有专门的喷油机构,也可起到同样的作用。活塞顶部因承受燃气压力,所以一般比较厚;有的活塞顶内部还制有加强筋。

②环槽部 环槽部主要用于安装活塞环以防止燃油或燃气漏入曲轴箱,并将活塞吸收的热量经活塞环传给汽缸壁,与此同时阻止润滑油窜入燃烧室。活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽,上面2~3道用于安装气环,下面1~2道是油环槽。油环槽的底部钻有许多径向小孔,以便油环从汽缸壁上刮下多余的润滑油从小孔流回曲轴箱。

有的内燃机在活塞顶到第一环槽之间,或者一直到以下几道环槽处,都开有细小的隔热沟槽,如图3-28中1所示。沟槽在活塞工作时,可形成一定的退让性,可以防止活塞与汽缸壁的咬合,故这种活塞可适当减小活塞与汽缸间的间隙。

随着内燃机的不断强化,为了提高第一、二道环槽的耐磨性,有的内燃机在环槽部位上镶铸耐热和耐磨的奥氏体铸铁护槽圈,如图3-28中2所示。

图3-28 带护槽圈和隔热槽的活塞

1—隔热槽;2—护槽圈

③活塞销座 销座用以安装活塞销,主要起传递气压力的作用。活塞销座与顶部之间往往还有加强筋,以增加刚度。销座孔内设有安装弹性卡环的环槽,活塞销卡环是用来防止活塞销在工作中发生轴向窜动,窜出活塞销座孔而打坏汽缸体。

④裙部 活塞头部最低一道油环槽以下的部分称为裙部。其作用主要是对活塞在汽缸内的运动加以导向,此外它还承受侧压力。柴油机由于燃气压力高,侧压力大,所以裙部也比较长,以减小单位面积上的压力和磨损。

由于柴油机汽缸压力很大,要求裙部具有足够大的承压面积,又要在任何情况下保持它与汽缸壁有最佳的配合间隙(既不因间隙过大而使密封性变差和产生敲缸现象,又不因间隙过小而刮伤汽缸壁,甚至发生咬缸现象)。故其活塞裙部通常不开切槽,只是将活塞轴向制成上小下大的圆锥形,并将裙部径向做成椭圆形。因此,柴油机活塞与汽缸壁的装配间隙要比汽油机的大。为了保证柴油机压缩终了有足够的压力和温度,则要求其有更好的密封性,因此,柴油机应具有更多的密封环和刮油环。

(2)活塞环

活塞环是具有弹性的金属开口圆环,按其功用不同可分为气环和油环两种。安装在活塞头部上端的是2~4道气环,下端的是1~2道油环,如图3-25的7、8、9所示。

①气环 气环的功用是保证活塞与汽缸壁之间的密封,防止活塞上部的高压气体漏入曲轴箱。当密封不良时,压缩冲程中的气体漏出较多,使压缩终了的压力降低,对于内燃机会造成启动困难。高温燃气漏入曲轴箱还会使活塞温度升高,机油因受热而氧化变质。除密封作用外,气环还起传热作用。活塞顶部所吸收的热量,大部分要通过气环传给汽缸壁(因活塞头部并不接触汽缸壁),再由外部的冷却介质带走。

气环,特别是第一道气环,除了随活塞沿汽缸壁作高速往复直线运动外,还受到高温和高压燃气的压力以及润滑条件差等因素的影响,从而使气环的力学性能降低,弹性下降,而且会引起润滑油的炭化,甚至可能造成拉缸和漏气。因此要求气环应有足够的弹力,才能使环的四周紧贴在汽缸壁上,这时高压燃气就不可能通过气环与汽缸壁之间的接触面漏出。而作用在环上端面的燃气,使环紧压在活塞环槽中,使下端面与环槽紧贴。进入环的内侧面与环槽之间的燃气,其压力向外,使环更加贴紧汽缸壁。因此利用气环本身的弹力和燃气的压力,即可阻止高压燃气的泄漏。

活塞环通常采用优质灰铸铁或合金铸铁制成。为了提高第一道气环的工作性能,提高其耐磨性,常在第一道气环的表面镀上多孔性铬层或钼层。近年来,第一道气环也有用球墨铸铁或钢制成的。在自由状态下,环的外径略大于汽缸直径,装入汽缸后,活塞环产生弹力压紧在汽缸壁上,开口处应保留一定的间隙(称为端隙或开口间隙,内燃机活塞环的开口间隙通常为0.4~0.8mm),以防止活塞环受热膨胀时卡死在汽缸中。活塞环装入环槽后,在高度方向也应有一定的间隙(称为侧隙,内燃机活塞环的侧隙通常为0.08~0.16mm)。当活塞环安装在活塞上时,应按规定将各环的开口处互相错开120°~180°,并且活塞环开口应与活塞销座孔错开45°以上,以防活塞环装入汽缸后产生漏气现象。

为了改善活塞环的工作条件,使活塞环与汽缸更好地走合,有些活塞环采用了不同的断面,在安装时要特别注意。

气环的基本断面形状是矩形[图3-29(a)]。矩形环易于制造,应用广泛,但其磨合性比较差,不能满足发动机日益强化的要求。这种普通的压缩环可随意安装在气环槽内。

图3-29 气环的断面形状

有的发动机采用锥面环结构[图3-29(b)、(c)]。这种环的工作表面制成0.5°~1.5°的锥角,使环的工作表面与缸壁的接触面减小,可以较快地磨合。锥角还兼有刮油的作用。但锥面环的磨损较快,影响使用寿命。安装时有棱角的一面朝下。

有些内燃机采用扭曲环[图3-29(d)、(e)]。扭曲环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分,形成台阶形断面。这种断面内外不对称,环装入汽缸受到压缩后,在不对称内力的作用下,产生明显的断面倾斜,使环的外表面形成上小下大的锥面。这就减小了环与缸壁的接触面积,使环易于磨合,并具有向下刮油的作用。而且环的上下端面与环槽的上下端面在相应的地方接触,既增加密封性,又可防止活塞环在槽内上下窜动而造成泵油和磨损。这种环目前使用较广泛。安装扭曲环时,必须注意其上下方向,不能装反,内切口要朝上,外切口要朝下。

在一些热负荷较大的内燃机上,为了提高气环的抗结焦能力,常采用梯形环[图3-29(f)]。这种环的端面与环槽的配合间隙随活塞在侧向力作用下作横向摆动而改变,能将环槽中的积炭挤碎,防止活塞环结胶卡住。这种环同普通气环一样可随意安装。

还有一种形式的气环——桶面环[图3-29(g)],它的工作表面呈凸圆弧形,其上下方向均与汽缸壁呈楔形,易于磨合,润滑性能好,密封性强。这种环已普遍用于强化内燃机上。这种环同普通的压缩环一样,可随意安装在气环槽内。

②油环 油环的功用是将汽缸表面多余的润滑油刮下,不让它窜入燃烧室,同时使汽缸壁上润滑油均匀分布,改善活塞组的润滑条件。

油环位于气环的下面,其工作温度和燃气压力相对较低,而油环为了有效地刮油,又要求有较高的压力压向汽缸壁。因此,油环一方面本身的弹力较大,同时又尽可能地减小环与汽缸壁的接触面,以增强单位面积的接触压力。

油环分为普通油环和组合油环两种。

普通油环的断面形状如图3-30所示。其结构形式与矩形断面气环相似,所不同的是在环的外圆柱面中间有一道凹槽,在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔。当活塞运动时,汽缸壁上多余的润滑油就被油环刮下,经油环上的排油孔和活塞上的回油孔流回曲轴箱。一般内燃机的油环多采用如图3-30(f)所示的结构。这种环可任意安装。有些内燃机的油环,在工作表面的单向或双向,同向或反向倒出锥角[如图3-30(a)、(b)、(c)所示],以提高油环的刮油能力。安装时(a)和(c)可以任意安装,(b)要使有锥角的一面朝上。有的内燃机将油环工作表面加工成鼻形[如图3-30(d)所示],其刮油能力更好。还有一些内燃机将两片单独的油环装在同一环槽内[如图3-30(e)所示],这种油环的作用不仅能使回油通道增大,而且由于两个环片彼此独立运动,较能适应汽缸的不均匀磨损和活塞摆动。安装时,以上两种环都要使有锥角的一面朝上。

图3-30 普通油环的断面形状

还有的发动机采用一种钢片组合油环,它是有几片薄钢片状的片簧(刮片)和波纹形的衬簧共放在一个油环槽中的,如图3-31所示。它是由三片片簧和两个衬簧(一个轴向、一个径向)组成,两片片簧放在轴向衬簧上面,一片放在轴向衬簧下面,轴向衬簧用以保证环与环槽间的侧隙,径向衬簧放在环槽底部,安装时几片片簧的开口应互相错开。通常,这种环的片簧采用合金钢制成,与缸壁接触的外圆表面采用镀铬处理。

图3-31 钢片组合油环

1,3—片簧;2—轴向衬簧;4—径向衬簧

钢片组合油环的摩擦件(片簧)与弹力件分开,能避免磨损后弹力减弱而引起刮油能力下降的情况,同时又具有双片油环的特点。

目前,在高速内燃发动机上广泛采用在普通油环内装螺旋弹簧涨圈油环(如图3-32所示),这种油环的作用与钢片组合油环相似,制造安装也比较方便。

图3-32 弹簧涨圈油环

(3)活塞销

活塞销的功用是连接活塞和连杆,承受活塞运动时的往复惯性力和气体压力,并传递给连杆。活塞销的中部穿过连杆小头孔,两端则支承在活塞销座孔中(如图3-33所示)。

图3-33 活塞销及其连接方式

1—连杆小端衬套;2—活塞销;3—连杆;4—卡环

活塞销在高温下承受很大的周期性冲击负荷。活塞销的外圆表面与连杆小头衬套的相对滑动速度不高,但一般润滑条件较差,多为飞溅润滑。因此,要求活塞销有足够的强度和刚度、表面应耐磨、内部应有较好的韧性和较高的抗疲劳强度。为了减少往复惯性力,活塞销的重量要轻。活塞销通常采用优质钢材(20号钢)或合金钢制造。其外表面要经过渗碳或氰化处理,然后精磨,以达到很高的表面粗糙度和精度。为提高其抗疲劳强度,可将活塞销内外表面同时进行渗碳淬火处理。

活塞销一般制成空心圆柱体,以使其重量轻,强度和刚度下降也不多。

活塞销通常采用全浮式安装。所谓全浮式是指在发动机工作时,活塞销在连杆小头及活塞销座中都能自由转动。这种结构简单,活塞销的缓慢转动有利于飞溅来的润滑油分布于摩擦表面,使磨损减轻,沿活塞销长度和圆周上的磨损可以比较均匀。为防止活塞销轴向窜动拉伤汽缸壁,活塞销的两端装有活塞销卡环,卡环应装入活塞销座孔的槽内。

由于铝活塞的膨胀系数大,为保证工作时活塞销与销座孔之间的间隙适当,在常温时它们之间有一定的过盈。为了安装方便和不损伤配合表面,通常将活塞放入水或油中加热到一定的温度(约70~90℃),再将活塞销推入座孔中。

3.2.2 活塞组检修技能

3.2.2.1 活塞常见故障与检修

(1)活塞的常见故障

活塞的常见故障包括三个方面:①活塞裙部的磨损;②活塞环槽的磨损;③活塞销座孔的磨损。

1)活塞裙部的磨损

①原因 活塞在正常工作时,它的裙部与活塞销座孔成垂直方向的工作面,由于侧压力的作用,与汽缸壁直接摩擦,其表面产生有规律的缕丝状的磨痕。在一般情况下,这种磨损并不影响活塞与汽缸壁的正常配合。活塞在工作中,因装有活塞环,其头部很少与汽缸壁接触(头部直径一般比下部要小些,相差约0.6~0.9mm),顶部因受热较强而金属也较厚,热起来会膨胀。裙部虽与汽缸壁接触,但其单位压力不大,而润滑条件又较好,所以,磨损也较小。由于活塞与连杆高速运转时产生侧压力,活塞将形成径向磨损。因此,衡量活塞是否可用,取决于活塞与汽缸壁之间因增大的间隙程度。

②活塞与汽缸壁之间间隙增大的后果 出现金属敲击声(俗称敲缸);加剧活塞与缸壁的磨损;漏气,启动性差;转速不稳,功率下降;机油消耗量增加,排气冒蓝烟。

2)活塞环槽的磨损

①原因 活塞环在环槽内运动,使活塞环槽在高度方向受到最大磨损,使之变成阶梯形或梯形(外大内小),同时,使环槽磨损变宽,第一道环槽的磨损大于其他环槽。活塞环在槽壁上的单位压力及高温的影响是磨损的主要原因,环槽磨损的速度在很大程度上取决于活塞环平面的粗糙度和活塞的构造情况。

②后果 活塞环的侧隙及背隙增大;窜油(燃油漏入机油盆)、泵油作用上升(机油参与燃烧,排气冒蓝烟);机油消耗量增加;功率、经济性下降。

3)活塞销座孔的磨损

①原因 活塞销座孔的磨损一般小于活塞环槽的磨损,其磨损速度取决于活塞销座孔的粗糙度以及活塞销与销座孔的配合情况。由于气体压力和惯性力的作用,活塞销座孔的磨损是不圆的,而最大的磨损则发生在垂直于活塞顶的方向上(即活塞销座孔的上下方)。

②后果 销孔的配合松旷;销子响;销子窜出来拉坏汽缸。

另外,活塞还会产生周壁裂纹和刮伤等故障。如发现有以上损伤,则不能使用。

(2)活塞的检验、选配与修理

1)活塞外观检验

①目测法 用肉眼或放大镜观察活塞外表面:有无裂纹;有无拉毛和划痕;裙部颜色(白色的好,其他色差)。

②敲击法 用手锤轻轻敲击活塞裙部,根据声音判断好坏。如果声音嘶哑,无尾声,则表示有裂纹,应予以更换;若声音清脆,则表示活塞没有裂纹。

2)活塞裙部的测量 活塞裙部的最大磨损量、锥形度和失圆度可用外径千分尺(如图3-34所示)或千分表(如图3-35所示)进行测量。

图3-34 用外径千分尺测量活塞的锥形度和失圆度

图3-35 用千分表测量活塞的锥形度和失圆度

值得注意的是:测量活塞时,应在活塞裙部的上、中、下三处分别测出前后和左右的数值来(见图3-36),测得活塞纵向直径最大值与最小值之差为锥形度,横断面直径最大值与最小值之差为失圆度,然后,按照说明书技术要求进行对照,看是否可继续使用。

图3-36 活塞测量的位置

3)活塞裙部与汽缸壁径向间隙的检查 活塞裙部与汽缸壁径向间隙各机均有明确规定。检查方法是:选择适当长度、厚度与所测定间隙大小相等的厚薄规,活塞倒过来顶朝下,厚薄规放在活塞裙部,同时装入汽缸(此时,活塞不装活塞环,若是使用过的旧活塞和旧汽缸应放在磨损量最大的地方),到位后拉出厚薄规,用手拉出,稍有一定阻力为合适。

4)压缩室高度的检查与调整

①压缩室高度的定义 所谓压缩室高度,是指活塞到达上止点时,活塞顶与汽缸盖之间的距离(间隙),也称压缩室余隙。

在修理内燃机时,若更换或修理过汽缸套、连杆、连杆瓦、活塞销衬套、汽缸垫等机件,均应对压缩室高度进行检查与调整。

②压缩室高度的检查 其方法是:把铅块或铅丝(选用的铅块厚度或铅丝直径不能小于规定的压缩室高度,但也不能太大,一般比规定的压缩室高度大1.5~2倍左右)放在活塞顶上(注意避开气门),并将汽缸盖按规定力矩拧紧,然后慢慢转动曲轴,使活塞经过上止点,最后将铅块(或铅丝)取出,用千分尺测量其厚度,此厚度就是压缩室的高度。

注意:检查压缩室高度一定要在连杆轴瓦检修完以后进行,测得的压缩室高度不能超过原机规定数值的5%。

③压缩室高度的调整 压缩室高度的调整通常有两种方法。一种是利用汽缸垫的厚度来调整,缸垫加厚,压缩室高度上升;缸垫减薄,压缩室高度下降。另一种是利用连杆轴瓦间的垫片厚度来调整,垫片加厚,压缩室高度下降;垫片减薄,压缩室高度上升。柴油机压缩室高度的调整方法通常采用后者,而汽油机压缩室高度的调整方法通常采用前者。

5)活塞的选配 活塞的选配应按汽缸的修理尺寸来决定,由于汽缸有六级修理尺寸,所以,活塞也有与之相对应的六级修理尺寸(mm):0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50,在选配活塞时应注意:一台内燃机上应选用同一厂牌成组的活塞,以便使材料、性能、重量和尺寸一致。同一组活塞的直径差,不得大于0.025mm;各个活塞的重量差不得超过活塞自重的1%~1.5%。各机型都有明确的规定。

6)活塞的修理

①活塞裙部的磨损、活塞裙部的失圆度与锥形度大于规定值时应更换。

②活塞环槽磨损加宽,使活塞环的侧隙大于规定允许值时,可按照加大尺寸的活塞环在车床上车削活塞环槽。

③活塞销座孔磨损超过规定值时,要将销孔用铰刀铰到修理尺寸,并配上加大尺寸的活塞销。

④活塞脱顶,裙部拉伤严重时应予以更换。

⑤在不具备修理条件时,通常采用更换标准尺寸活塞或汽缸(套)的方法予以解决。

3.2.2.2 活塞环的常见故障与检修

(1)活塞环的常见故障

1)上下环面磨损

①原因 这是因为活塞在汽缸里作往复变速运动,因而,环的运动方向也随之频繁地改变,结果使环的上下面在环槽内不断撞击,这样就造成了环的上下面磨损。与环槽的磨损情况相似,也是越靠近活塞顶,环的磨损越大。

②后果 活塞环的侧隙增大。

2)弹力减弱

①原因 磨损和高温作用

②后果 侧隙、背隙、端隙增大;密封作用下降;漏气、窜机油,发动机机油消耗量增加;功率、经济性下降。

3)断裂

①原因 安装方法不当,卡伤撞断活塞环;侧隙、端隙过小,使环卡断;承受大负荷的撞击(如内燃机突爆时);修理时缸肩未刮除,将第一道活塞环撞断。

②后果:拉伤活塞及汽缸壁。

(2)活塞环的检验与修理

1)活塞环间隙的检查与修理

①侧隙的检查 侧隙(也叫边隙),是指活塞环与环槽平面间(槽内的上下平面间)的间隙。侧隙过大,将影响活塞的密封作用;侧隙过小,将会使活塞环卡死在环槽内。

侧隙的测量是把活塞环放在各自的环槽内,围绕着环槽滚行一周,应能自由滚动,而且既不松动又不涩滞,用厚薄规按规定间隙大小测量(如图3-37所示)。

图3-37 测量活塞环侧隙

1—活塞环;2—活塞;3—厚薄规

如活塞环侧隙过小,可采用下列方法:将活塞环放在极细的(00号)砂布上研磨,研磨时,砂布应放在平板上,稍涂机油,使环贴紧砂布,细心、均匀地作回转运动(如图3-38所示);用平板玻璃涂以磨料(金刚砂)及机油,将活塞环平放细磨。如侧隙过大,活塞环将不能使用,要采用加厚的活塞环,但更普遍的方法是更换活塞。

图3-38 活塞环磨薄的方法

1—平板;2—活塞环;3—砂布

②背隙的检查 背隙(也叫槽隙),是指活塞与活塞环装入汽缸后,活塞环背部与活塞环槽之间的间隙。为了测量方便,通常用活塞环槽的深度与活塞环的厚度之差来表示(可用带深度尺的游标卡尺测量)。活塞环一般应低于环岸0.2~0.35mm,以免在汽缸内卡住。如果背隙过小,可将活塞环槽车深。

③开口间隙的检查 开口间隙(也叫端隙),是指活塞环装入汽缸后,在活塞环的开口处两端之间的间隙。开口间隙的大小与汽缸直径有关,汽缸直径每100mm,开口间隙为0.25~0.45mm,而且第一道环最大,然后依次减小。若开口间隙过大,汽缸密封不好;若开口间隙过小,活塞环受热膨胀后将卡死在汽缸内。

检查活塞环的开口间隙,是先把活塞环平正的放在待配的汽缸内,用活塞头部将活塞环推至汽缸的未磨损处(或新汽缸的任何一处),使活塞环平行于汽缸体平面,然后用厚薄规测量其开口处两端之间的间隙(如图3-39所示)。

图3-39 活塞环开口间隙的检查

如果其开口间隙超过规定值过大,则不能使用,必须更换活塞环;若开口间隙过小,可用细锉刀锉环口一端,加以调整(如图3-40所示),锉时要注意:环口端面要平整,锉后要留有倒角,以防止环外口的锋利边拉坏汽缸,并且要边锉边检查,以防造成开口间隙过大。

图3-40 锉削活塞环

2)活塞环漏光度的检查 活塞环必须与汽缸壁处处贴合,以便有效地起到密封作用,为此,在选配活塞环时,应进行漏光度的检查。

检查的方法,通常是将活塞环平放在汽缸内,在活塞环下边放一个灯泡,上面放一个盖板盖住环的内圆,观察环与缸壁之间的漏光缝隙(如图3-41所示)。一般要求是:活塞环漏光间隙不得超过0.03mm;漏光弧长在圆周上一处不得大于30°;同一环上的漏光处不超过2处,总弧长不超过60°;在环端开口处左右30°范围内不允许漏光。

图3-41 活塞环漏光度的检查

1—活塞环;2—汽缸;3—盖板;4—灯泡

3)活塞环弹性的检查 为了保证活塞环与汽缸的紧密配合,活塞环应有一定的弹性。弹性过大,对汽缸壁产生过大的压力,增加摩擦损失,汽缸壁容易早期磨损;弹性过小,则活塞环在汽缸内就不能起到很好的密封作用,容易使汽缸漏气窜油。

活塞环的弹性可在弹性检验器上检验,如图3-42所示。检验时,将活塞环放在检验器的凹槽内,环的开口向外,然后移动杠杆上的重锤,按规定所需的力,使活塞环的开口间隙压紧至规定尺寸,如果荷重符合技术规定的数据,活塞环的弹力便认为合格。

图3-42 用弹性检验器检查活塞环的弹性

如果没有检验器,可用新旧对比法,将被检验的旧活塞环与新环上下直立放在一起,在环上施加一定压力,如图3-43所示。如果被检验的旧活塞环开口相碰,而新活塞环口还有相当间隙时,即表示旧环弹性不够,应予以更换。

图3-43 用新旧对比法检查活塞环

4)活塞环的选配 内燃机大修时,应按照汽缸的修理尺寸,选用与汽缸、活塞相适应的同级活塞环,不可用大尺寸的活塞环锉小使用,因为,如果选用了较大的活塞环,虽然可将开口处锉去一部分,勉强装入汽缸内,但这样会使活塞环失圆,使活塞环与汽缸壁接触不严密而造成漏气,影响内燃机的正常工作性能。

活塞环除标准尺寸外,为了适应汽缸修理的需要,其修理加大尺寸与汽缸修理加大尺寸相同,即共有六级加大尺寸,每级加大0.25mm,直至1.5mm,在活塞环端面上都印有活塞环的修理尺寸。也有生产厂家将活塞环开口间隙做小一些,以便装配时调整。

5)活塞环的装配 安装活塞环一般采用专用工具——活塞环钳,在没有专用工具的条件下,也可用三块铁片或平口起子安装(如图3-44所示)。有的活塞环采用了不同的断面,在安装时要特别注意其安装方向(参见图3-29和图3-30)。

图3-44 活塞环的拆装方法

3.2.2.3 活塞销的常见故障与检修

(1)活塞销的常见故障

1)活塞销的磨损

①原因 承受较大的交变负荷。

②后果 活塞销、活塞销座孔及连杆衬套配合处相对磨损;活塞销与活塞销座孔、活塞销与连杆衬套配合间隙增大;产生敲击声(销子响)。

2)断裂

①原因 活塞销质量不好,有裂纹。

②后果 打坏汽缸体,造成事故。

(2)活塞销的检验与修理

1)活塞销磨损的测量与修复

①磨损的测量 内燃机的活塞销,应用千分尺测量(如图3-45所示)。测量时要测三个部位(如图3-46所示):两头和中间。每一部位所测得的任意两相互垂直的直径之差即为该部位的失圆度;三个部位上所测得的最大与最小直径之差即为锥形度;其失圆度及锥形度一般不应大于0.005mm。

图3-45 活塞销的测量

图3-46 活塞销测量的部位

②修复 当径向磨损大于0.5mm时,必须更换;当径向磨损小于0.5mm时,可采用镀铬或镦粗的方法修复(镦:冲压金属板使其变形,不加热叫冷镦,加热叫热镦)。

2)活塞销裂纹的检验 方法是先将活塞销清洗干净,然后用放大镜观察,必要时可用磁力探伤法检查。如有裂纹、表面脱落或锈蚀严重等均应更换。

(3)活塞销与销座孔的修配

1)活塞销的选配

①活塞销除标准尺寸外,还有四级加大修理尺寸:+0.08mm、+0.12mm、+0.020mm、+0.25mm。

②选配时应根据销孔磨损以后的内径,选用近似于内径的加大活塞销(一般比销孔的内径大0.025~0.05mm),如选用最大一级的加大活塞销配合时仍感松旷,则应重选活塞。

③内燃机大修时,因选配的活塞是新的,因此,活塞销应选配标准的,以便给以后的维修留有更换的余地。

④新选配的活塞销锥形度和失圆度应不超过0.005mm,表面粗糙度不低于0.32μm,对多缸内燃机而言,各缸的活塞销质量相差不得超过10g。

⑤活塞销与销座孔,在常温(15~25℃)下,应有0.025~0.04mm的过盈量。

2)活塞销与销座孔的技术要求

①在常温下,应有微量过盈(一般为0.0025~0.04mm),加温到75~85℃时,又有微量间隙,使活塞销能在销座孔内转动,而冷却后,活塞裙部椭圆变形即长轴缩短(与活塞销轴线相垂直方向);短轴伸长(活塞销轴线方向),其变化均不应超过0.04mm。这一点,是活塞销与销座孔修配的关键。若配合太紧,机油进不去,使活塞销的润滑变坏,加剧磨损,甚至会产生卡缸现象;若配合太松,会使活塞销在活塞往复运动中撞击活塞和连杆衬套,磨损加剧,严重时会出现活塞销折断或窜出,造成事故。

②接触面积不少于75%。这是因为,接触面积太小,单位面积承受载荷上升,加速磨损,影响松紧度,内燃机寿命下降。

活塞销与销座孔的配合,是通过对活塞销座孔的搪削或铰削完成的。铰削销座孔时,应选用长刃铰刀,使两个销座孔能同时进行铰削,以保证两孔的同心度。

3)活塞销座孔的铰配步骤

①选择铰刀 根据销座孔的实际尺寸选择铰刀,并将铰刀夹在虎钳上,使其与钳口的平面保持垂直。

②调整铰刀 铰刀向上调整尺寸缩小,向下调整尺寸扩大。因第一刀是试验性的微量铰削,销座孔铰削量较小,一般是调整到刀片上端露出销座孔即可,以后各刀的调整量也不应过大,一般是旋转调整螺母60°~90°为宜,当铰削量过小时,可再旋转调整螺母30°~60°。

③铰削 铰削时,两手握住活塞稳妥轻压,轻压的力要均匀,掌握要平正,按顺时针方向旋转铰削(如图3-47所示)。为了使销座孔铰削正直,每调整一次铰刀,要从销座孔的两个方向铰一下,当转到某个位置很紧时,可稍倒转一下,再继续顺时针方向旋转,绝不能在转不动时硬转,这样对刀片和销孔表面均有影响,而且要一直铰到底,将活塞从铰刀的另一端取出;中途不能倒转回来,因为,这样会使活塞销孔内圆表面出现与活络铰刀刀片数目相同的阶梯,以致在工作过程中,活塞销和孔的配合间隙会迅速增大;为了提高粗糙度,接近铰好时,铰刀的铰削量应尽量调小一些。

图3-47 活塞销座孔的铰削

1—导向套;2—活塞;3—可调铰刀;4—虎钳

④试配 铰削过程中应随时用活塞销试配,防止把活塞销座孔铰大,当铰削到用手掌的力量将活塞销推入一个销座孔的1/3左右时,应停止铰削。然后用木锤或垫以铜铳用手锤轻轻将活塞销打入一个销座孔,试配一两次检查接触情况后,再继续打入另一个座孔。打压时,活塞销要放正,以防销子倾斜损伤销座孔的工作面,最后将活塞销铳出,查看接触面情况,适当进行修刮。

⑤刮配 修刮不仅能增加活塞销与销座孔的接触面积,而且还可以获得合适的配合紧度,修刮时刀刃应与销座孔的轴线成30°~40°角,以避免修刮面积过大,刮伤未接触的部位,修刮时应按从里到外,刮重留轻,刮大留小的原则进行,两端边缘处最好开始少刮或不刮,以防止刮成喇叭口形,待活塞销与销座孔的松紧度和接触面接近合适时,再稍修刮两端,修刮后,使松紧度和接触面都达到要求。

松紧度的要求:常温下,汽油机能用手掌的力量,把活塞销推进一个座孔的1/2~2/3为宜;柴油机要求活塞在水中加温到75~85℃时,在活塞销上涂以机油,用手掌稍用力将其推入销座孔为合适。接触面的要求:接触面75%以上,在销座孔工作面上的印痕应星点分布均匀,轻重一致。

3.2.3 连杆组构造

连杆组的功用是连接活塞与曲轴,将活塞承受的燃气压力传给曲轴,并和连杆配合,把活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动。

连杆在工作时,承受有三种作用力:活塞传来的气体压力;活塞组零件及连杆本身(小头)的惯性力;连杆本身绕活塞销作变速摆动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性的变化,因此连杆承受着压缩、拉伸和横向弯曲等交变应力。连杆或连杆螺栓一旦断裂,就可能造成整机破坏的重大事故。如果刚度不足,使大头孔变形失圆,大头轴承的润滑条件受到破坏,则轴承会发热而烧损。连杆杆身变形弯曲,则会造成汽缸与活塞的偏磨,引起漏气和窜机油。所以要求连杆在尽可能轻的情况下,保证有足够的强度和刚度。

为保证连杆结构轻巧,且有足够的刚度和强度,一般常用优质中碳钢(如45号钢)模锻或滚压成形,并经调质处理。中小功率内燃机连杆有采用球墨铸铁制造的,其效果良好,且成本较低。强化程度高的内燃机采用高级合金钢(如40Cr、40MnB、42CrMo等)滚压制造而成。合金钢的特点是抗疲劳强度高,但对应力集中比较敏感,因此采用合金钢制造连杆的时候,对其外部形状、过渡圆角和表面粗糙度等都有严格要求。近年来,硼钢、可锻铸铁及稀镁土球墨铸铁已广泛用于制造内燃机连杆,其抗疲劳强度接近于中碳钢,并且其切削性能很好,对应力集中不敏感,制造成本低。

(1)普通连杆

内燃机的连杆组主要由连杆小头、连杆杆身、连杆大头、连杆盖、连杆轴瓦、连杆衬套和连杆螺栓等部分组成(如图3-48所示)。

图3-48 连杆(A—集油孔;B—喷油孔)

1—连杆体;2—连杆衬套;3—连杆轴承上轴瓦;4—连杆轴承下轴瓦;5—连杆盖;6—螺母;7—连杆螺栓

①连杆小头 连杆小头的结构通常为短圆管形,用来安装活塞销。通常以半径较大的圆弧与杆身圆滑衔接,从而减少过渡处的应力集中。在小头孔中压配有耐磨的锡青铜、铝青铜或铁基粉末冶金的薄壁衬套,以减小活塞销的磨损。为了润滑衬套和全浮式活塞销的配合表面,在连杆小头和衬套上方钻孔或铣槽,以收集飞溅下来的油雾。对采用压力润滑方式的连杆,在杆身中钻有油道,润滑油从曲轴连杆轴颈,经过杆身油道进小头衬套的摩擦表面。

②连杆杆身 连杆杆身一般采用“工”字形断面,这是因为在材料断面面积相等的条件下,其抗弯断面模数最大,因此连杆可在最轻的情况下获得最大的结构刚度和强度。

③连杆大头 连杆大头是连杆与曲轴连杆轴颈相连接的部分,亦是连杆轴颈的轴承部分。连杆大头一般通过孔心分成两部分,以利于拆装,其中被分开的小部分称为连杆盖(或连杆瓦盖),装配时,这两部分用两个或四个连杆螺栓连接。

连杆螺栓一般用中碳合金钢经精加工调质处理制成。为使连杆轴瓦与大头贴合良好,防止大头剖分面在受力时产生缝隙,连杆螺栓必须具有一定的预紧力。所以各生产厂对螺栓的扭紧力矩都作了详细的规定。装配时,连杆螺栓应按一定次序、对称均匀、分2~3次逐步拧紧,达到规定的扭紧力矩。连杆螺栓紧固后,为防止其松脱,一般采用开口销、铁丝、锁紧片等锁紧。当螺纹精确加工且合理拧紧时,不加任何锁紧装置,连杆螺栓也不会松动。所以在现代内燃机中,连杆螺栓大多没有特别的锁紧装置。

由于大头孔的精度要求很高,因此必须在剖分后再组合在一起进行孔的加工。孔加工后必须通过定位装置将大头盖与连杆大头之间的相对位置加以固定,以防装配时错位。同时在大头与大头盖的一侧打上配对记号,以免装错。

连杆大头的剖分形式有平切口和斜切口两种。剖分面垂直于连杆杆身中心线的称为平切口[如图3-48(a)所示]。剖分面与杆身中心线倾斜成一定角度(30°~60°,通常成45°)的称为斜切口[如图3-48(b)所示]。

(2)V型连杆

V型内燃机左右两侧相对应的两个汽缸的连杆,通常都装在同一个曲柄销上。按照两个连杆连接方式的不同,可分为下列三种形式。

①并列连杆 相对应的左右两缸的连杆,一前一后地装在同一曲柄销上,如图3-49所示。由于连杆的结构形式相同,因此可以通用,而且两侧汽缸的活塞连杆组的运动规律相同。其缺点是两侧汽缸的中心线沿曲轴轴向要错开一段距离,因而曲轴的长度增加,使曲轴刚度降低。

图3-49 并列连杆

②主副连杆 主副连杆又称关节式连杆,一列汽缸的连杆装在连杆轴颈上,称为主连杆;另一列汽缸的连杆,通过一圆柱销与主连杆的耳销孔相连接,称为副连杆。如图3-50所示。左右两列对应汽缸的主副连杆及其中心线位于同一平面内。

图3-50 V型主副连杆

1—主连杆;2—副连杆插销;3—副连杆;4—主连杆耳

这种形式的优点是曲轴的长度不需加长,使曲轴刚度加强。缺点是连杆不能互换。副连杆对主连杆产生附加弯矩,以及左右两列汽缸的活塞连杆组运动规律不同。

③叉片式连杆 左右两列汽缸相对应的两个连杆中,一个连杆的大头做成叉形,另一个连杆的大头插在叉形连杆的开挡内(如图3-51所示),称为叉片式连杆。

图3-51 叉片式连杆

1—叉形连杆;2—内连杆;3—叉形连杆轴承盖;4—轴瓦;5—销钉

叉形连杆杆身的工字断面的长轴位于垂直于摆动平面的平面内。其翼板伸到大头的部分就成为叉形,这使片式连杆摆动时,在叉形连杆杆身上开槽的高度可以减小,因而强度有所提高。

叉形连杆的优点是两列汽缸中活塞连杆组的运动规律相同,曲轴的长度不需加长。缺点是叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂,大头的刚度也不够高。

在缸径较大,缸数较多的V型内燃机上,多采用主副连杆和叉片式连杆,而一般V型内燃机则多采用并列式连杆。

(3)连杆轴承

内燃机中的轴承以滑动轴承(又称轴瓦)为多,其中受力较大且具有重要作用的是连杆轴承和曲轴主轴承。它们的工作情况对内燃机的可靠性、使用寿命等有很大影响。它们的工作情况和材料要求大致相同,因此在此一并介绍。

轴瓦是用厚1~3mm的钢带作瓦背,其上浇有厚0.3~1.0mm的减摩合金(白合金、铜铅合金或铝基合金)的薄壁零件(图3-25中的12)。由于连杆轴承在工作时受到气体压力和活塞连杆组往复惯性力的冲击作用,而且轴承工作表面和轴之间有很高的相对滑动速度,由于高负荷、高速度的作用,所以轴承很容易发热和磨损。这就要求减摩合金的机械强度要高,耐腐蚀,耐热性和减摩性要好。由于柴油机的轴承负荷大,所以柴油机通常采用铜铅合金或铝基合金轴瓦。它们的抗疲劳强度高,承载能力大,耐磨性也好,但其减摩性较差。为了改善减摩合金的表面性能,通常在减摩合金上再镀一层极薄的合金(多为铅锡合金),构成“钢背-减摩合金-表层”的三层金属轴瓦。我国在中小型内燃机上广泛采用了铝基合金轴瓦,其疲劳强度高,减摩性也不差,耐腐蚀性好,制造成本低。

轴瓦的构造如图3-52所示。为了使轴瓦在工作中不致转动或轴向移动,在轴瓦上冲出高出背面的定位凸键,在轴瓦装入大头孔中时,两个凸键应分别嵌入连杆杆身和连杆盖的相应凹槽中。有些轴瓦在内表面有浅槽,用以储油以利润滑。但实践证明,开油槽的轴瓦承载能力显著降低,因此受力大的轴瓦,如主轴承的下轴瓦最好不开槽。

图3-52 连杆轴瓦

1—钢背;2—油槽;3—定位凸键;4—减摩合金层

轴瓦的内外表面都经过精密加工,因此,不允许以任何不适当的手工方式加工(如锉连杆盖、焊补合金等)。装配时,连杆轴瓦与曲柄销间应有适当的油膜间隙。安装轴瓦时,必须保持干净,如有任何杂物落入,将会破坏其紧密性,引起轴瓦变形、过热甚至烧坏合金。

3.2.4 连杆组检修技能

(1)连杆的常见故障

连杆是内燃机动力传递的主要机件,在工作中受力复杂,经长期工作,可能产生以下几种常见故障。

①裂纹 报废。

②侧向弯曲[如图3-53(a)所示] 侧向弯曲容易导致:连杆大小头孔的中心线不平行;活塞在汽缸中产生偏斜,摩擦力增大,功率损耗增加;活塞和活塞环磨损加剧;漏入曲轴箱废气增多,窜机油;连杆衬套和轴瓦在整个工作表面受载不均,引起连杆衬套和轴瓦发热,磨损加剧。

③扭曲[如图3-53(b)所示] 连杆扭曲容易导致:连杆和活塞销、活塞销与活塞憋住,使其转动不灵,严重时将产生强烈的敲缸声。

④连杆在平面方向的弯曲[如图3-53(c)所示]。

图3-53 连杆常见的几种变形

⑤连杆大小端孔产生失圆和锥形。

⑥连杆螺栓、螺母损伤。

连杆的弯曲和扭曲,往往是由于内燃机超负荷和突爆等原因造成的,从以上它们产生的后果知道,连杆有了弯曲和扭曲,不仅降低了它本身的强度,而且还使活塞组与汽缸的配合失常,给活塞组和汽缸带来不正常的纵向磨损。因此,在修理时必须认真、准确地对连杆进行检验和校正。

连杆弯曲和扭曲的检验是在连杆校验器上进行。连杆校验器的结构如图3-54所示,是由槽块座、固定螺钉、平板、调整螺母及扩张块五部分组成。另外,还附有校正连杆弯曲和扭曲的专用工具。

(2)连杆组的检验与修理

1)连杆弯曲度的检验与校正

①弯曲度的检验 连杆弯曲度的检验在连杆校正器上进行。根据连杆轴承的孔径,选择合适的扩张块一副装入心轴,将连杆大头的轴承盖装好,此时,不装轴承(连杆瓦),按规定的扭力拧紧,同时装入已配好的活塞销,然后将连杆大头套入校正器的心轴上,旋动调整螺母,借心轴上斜面凸轴的作用,使扩张块渐渐向外张,与连杆大头孔配至适当的紧度为止,并使连杆固定在适当的位置上,如槽块座位置不当时,可进行调整,使活塞销紧贴槽块座的上平面(或下平面)。如图3-54(a)所示。检查两边间隙,若两边间隙不一样,说明连杆弯曲,两边间隙相差越大,说明连杆弯曲越厉害。当两边间隙的误差超过0.05~0.1mm时,应进行校正。根据检查的结果,确定连杆弯曲的方向和程度,然后进行校正。

图3-54 连杆弯扭的检查

1—垂直板;2—槽块座(小角铁);3—连杆;4—横轴调整螺栓;5—扩张块(定心块)

②弯曲度的校正 连杆弯曲度的校正,一般是利用连杆校正器上的附属工具进行,如图3-55所示,根据连杆弯曲的方向,把校正的专用工具夹在虎钳上,对连杆进行压正,注意:要边压边检查,直至连杆校正为止。

图3-55 用连杆校正器校正连杆的弯曲

由于连杆弯曲或扭曲后有残余应力存在,虽然在当时是压好的,但有可能会发生重复变形。为了解决这个问题,连杆校正后可放在机油中加温到150~200℃,以消除或减小连杆弯曲和扭曲的残余应力。当连杆的弯曲和扭曲程度很小时,校正后可不做此项工作。在没有连杆校正器的情况下,也可以利用其他简单工具(如虎钳)进行校正,如图3-56所示。

图3-56 在虎钳上校正连杆的弯曲

2)连杆扭曲度的检验与校正

①扭曲度的检验 检查连杆的扭曲时,应使活塞销紧靠槽块座的侧面,如图3-54(b)所示,观察两边的间隙,若间隙不一样,说明连杆发生扭曲,其两边间隙差应在0.05~0.1mm范围内,如果超出此值,应进行校正。

②扭曲的校正 校正连杆扭曲的方法,如图3-57所示,将校扭曲的两根杠杆夹住连杆两边,不带螺孔的一根杠杆应放在间隙大的一边,逐渐旋紧压力螺钉,迫使两根杠杆向两边分开,渐渐将连杆反扭,边校正边检查,直至连杆校正为止。

图3-57 杠杆夹校正连杆的扭曲

在没有连杆校正器时,可用管子钳进行校正。方法是:将连杆的大头夹紧在虎钳上,根据扭曲的方向利用管子钳扳正,如图3-58所示,边校正边检查,直至校正为止。

图3-58 在虎钳上校正连杆的扭曲

3)连杆螺栓和螺母损伤的检验与更换

①连杆螺栓和螺母的常见故障 裂纹;伸长;螺纹松旷;螺纹损伤。

②产生原因 螺栓、螺母的质量不好;更换连杆螺栓、螺母时,未成套更换;螺栓、螺母与连杆大端的螺栓孔靠合不紧密,松旷间隙大;扭紧螺母时,用力过大;或在同一连杆上,两个螺母的扭力不一致;螺栓头和螺母与连杆的支承表面贴附不平整,在螺栓和螺母装紧后,有歪斜现象;连杆轴瓦的间隙过大,或连杆轴颈的失圆度过大。

在通常情况下,连杆螺栓、螺母不是一下子损坏的,而是由于以上某些原因长期存在而未及时发现,引起材料疲劳而产生的。因此,修理时应仔细检验,并进行合理装配,以免因螺栓和螺母的损伤而发生严重事故。

③检验方法 用5~10倍的放大镜,在螺栓的圆角处和螺纹附近,仔细检查有无损伤现象;利用电磁探伤器,检查有无裂纹;用量尺检查螺栓长度有无拉伸现象,用螺纹规检查螺纹有无损伤。

④螺栓、螺母的更换(技术鉴定) 在检验时,如发现螺栓螺母有下列情况之一者,必须予以更换:螺纹有损坏现象,或拉纹在两扣以上;螺栓有裂纹或有明显的凹痕;螺栓伸长超过原长的0.3%;螺母装在螺栓上有明显的松旷现象。

4)活塞销与连杆衬套的修配

①连杆衬套的选配 更换活塞销时,应选配连杆衬套,如衬套磨损过薄,则应更换新衬套。衬套与连杆小头内径的配合,应有0.04~0.10mm的过盈量。

新选配的衬套应有一定的加工余量,不宜过大或过小,因为,若加工余量过大,则铰削的次数太多,容易把内孔铰偏;若加工余量太小,则不容易保证修配质量。

经验的判断方法是:在衬套压入连杆小头之前,与选配好的新活塞销试套,如果能勉强套上,则为合适。

拆连杆衬套,用冲子冲出即可。安装连杆衬套时,用冲子冲入或用台钳压入(如图3-59所示),有条件的地方,可在压床上进行。安装时,应注意使衬套的油孔与连杆小头上的油孔对准。若新衬套上无油孔时,应在压入前先将油孔钻好。

图3-59 压配连杆衬套

1—连杆衬套;2—连杆;3—台钳;4—垫板

②活塞销与连杆衬套的技术要求 配合间隙:汽油机在常温下,有0.003~0.010mm的微量间隙;而柴油机应有0.02~0.12mm的间隙。接触面积:不少于75%。其间隙过大、过小,接触面积过小的危害与活塞销、销座孔间间隙过大、过小,接触面积过小的危害相同。活塞销与连杆衬套的正确配合,是通过铰削来实现的。

③连杆衬套的铰配 连杆衬套的铰配步骤与活塞销座孔的铰配步骤相似。

a.选择铰刀:根据活塞销实际尺寸选择铰刀,将铰刀夹入虎钳与钳口平面垂直。

b.调整铰刀:把连杆小端套入铰刀内,一手托住连杆的大端,一手压小端,以刀刃能露出衬套上平面3~5mm为第一刀的铰削量。铰刀的调整量,以旋转螺母60°~90°为宜。如铰削量过大或过小,都会使连杆在铰削过程中摆动,铰出棱坎或喇叭口。

c.铰削:铰削时,一手把住连杆大端,并均匀用力拨转,一手把持小端,并向下施压力进行铰削。铰削中应保持连杆与铰刀成直角,以免铰偏(如图3-60所示)。调一次铰刀铰到底后,再将连杆翻面铰一次,以免铰成锥形,当衬套下平面与刀刃下方向平齐时,应下压连杆小头,使衬套从铰刀下方脱出,以免起棱。

图3-60 连杆衬套的铰削

d.试配:在铰削时应经常用活塞销试配,以防铰大,当铰削到用手掌的力能将销子推入衬套1/3~2/3时,应停止铰削,此时,可将销子压入或用木锤打入衬套内(打时要防止销子倾斜),并夹持在虎钳上左右往复拨转连杆,然后压出销子,查看衬套的接触情况。

e.刮配:根据活塞销与连杆衬套的接触面和松紧情况,用刮刀加以修刮,修刮后,应达到各机说明书上的要求。

对柴油机而言,一般的检验方法是:将活塞销涂以机油,能用手掌的力量把活塞销推入连杆衬套,并且没有间隙的感觉,则认为松紧度为合适[如图3-61(a)];对汽油机而言,一般的检验方法是:将活塞销涂以机油,能用大拇指的力量把活塞销推入连杆衬套,并且没有间隙的感觉,则认为松紧度为合适[如图3-61(b)];接触面积在75%以上,并且接触点分布均匀,轻重一致,则认为接触面符合要求。

图3-61 活塞销与连杆衬套配合紧度的检验

(3)活塞连杆组的装配与检验

活塞与活塞销、活塞销与连杆衬套、连杆等分别修配好后,还要进行装配与检验。

1)连杆组的装配 具有分开式连杆盖的连杆,大头的孔是在连杆轴承盖、杆身和连杆螺栓装配好了才进行加工的。在盖和身分开面的一外侧刻有同一个号码(见图3-62),例如6,两个“6”字应装在同一侧,如果装错了,孔可能变成锥形,或者盖和杆身的分开面会错开。

图3-62 连杆盖与杆身的安装

一般情况下,连杆上刻有号码的一边朝向凸轮轴,修刮连杆轴瓦和装配时不要弄错。与此同时,某些凸轮轴机构是依靠通过连杆大端的喷油孔(如图3-63所示)喷出的润滑油来润滑的,所以油孔应朝向凸轮轴方向。

图3-63 连杆大头上的喷油孔

2)活塞与连杆的装配与检验

①将活塞上所标记的装配方向认定准确

a.有膨胀槽的活塞,应朝向连杆喷油孔的相对面。

b.活塞顶上的箭头:指向排气管。

c.活塞顶上的凹槽:按相关位置装配。

d.活塞平顶无记号:任意装配(但不能装错缸)。

②活塞、活塞销及连杆小头的装配 将铝制活塞(全浮式)活塞,放入水中加热到75~85℃,取出活塞后迅速擦净销孔,将活塞销推入孔的一端,立即在衬套内涂以少许机油,把连杆伸入活塞内与活塞销对正(注意方向:一般大头上有油匙的一边应朝向工作时的转动方向)。继续用手的腕力将活塞销推入另一销孔(或用木锤敲进)。尤其用木锤往里敲时,活塞销一定要装正,否则对销孔内表面有损伤。装好后继续放入水中加温,当温度达到90℃左右时,再从水中取出,当活塞销处于垂直地面位置时,活塞销在孔中应不能自动下移,如果下移就证明配合松;另外应摇动连杆,看活塞销是否在孔中转动,如能转动,证明配合正常。如活塞销在孔中不转动,则证明配合过紧,此时应把销子打出来,适当修刮。

③活塞销与连杆衬套装配检验 在常温下,检查活塞销与衬套的配合情况时,可以手扶住活塞,另一手持连杆大头部分摆动,如果活塞销和衬套配合正常,摆动时应有一定的阻力;或用手握住活塞,使连杆大头部分稍向上,如图3-64中的虚线位置,若衬套与活塞销配合正常,则连杆能借本身的重量徐徐下降。若配合松时,则下降很快;若配合紧了,则连杆不下降。若配合稍松,可用合适的工具在衬套两边轻轻敲击数下,这样可以使衬套内径稍变小,若紧得不多,则不必用刮刀修刮,可将活塞销装进衬套,然后将活塞销夹在虎钳上,来回搬动连杆,使衬套内表面磨得光滑些即可。

图3-64 检查活塞销与衬套的配合情况

④活塞连杆装好后,在活塞销两端装入卡环 一定要把卡环装在槽内,并使开口朝向活塞的上边(活塞顶端方向),这是因为活塞销端部受热膨胀的系数大,卡环长期受高温而失去弹力,开口朝上时,卡环端部回缩,不易跑出槽外,同时,开口朝上,还可以保存润滑油。

卡环有两种(钢丝和钢片)。如卡环为钢片时,其卡环槽深度为0.6~0.7mm;卡环为钢丝时,槽的深度为钢丝直径的1/2~2/3,卡环装入槽内与槽的四周应接触严密。卡环与活塞销两端的间隙均应不小于0.10mm。保留此间隙的目的在于使活塞销受热后有膨胀的余地。若没有此间隙,活塞销膨胀会使活塞的变形加大,甚至顶出卡环,易造成“拉缸”事故。间隙过小或没有时,可将活塞销磨短少许即可。

⑤检查活塞连杆组的弯扭 在连杆校验器上检查整套活塞连杆组是否有弯扭现象(检查时不装活塞环),检查方法如图3-65所示。方法:按要求将活塞连杆组装在连杆校验器上,使活塞的底部与槽块的顶部接触,通过左右间隙的测量来确定活塞连杆组的扭曲,不得超过0.10mm;通过测量活塞裙部上下与平块之间的间隙来确定活塞连杆组的弯曲,不得超过0.10mm,若超过规定就要重新对轴承、活塞销孔、连杆衬套、连杆的弯曲与扭曲进行校验。

图3-65 活塞连杆组的检验

1—平板;2—槽块座;3—扩张块

⑥活塞连杆组的重量规定 内燃机的型号不同,要求也不一样,各内燃机说明书均有具体规定,例如,135系列柴油机,新机时,在同一台柴油机中各活塞质量差不得大于5g,在同一台柴油机中各连杆组(包括连杆体、连杆盖、大小头轴承、连杆螺钉)质量差不得大于30g。一般修理时要求略低一些,例如铸铁活塞直径在150mm左右的,各缸质量差不能超过15g,连杆不能超过30~40g,活塞连杆组不超过60~80g,汽缸直径在100mm左右的铝活塞各缸质量差不超过10g,连杆不能超过25~30g,活塞连杆组不能超过40~50g。

(4)偏缸检查

前面讲述的连杆校正器是检验连杆弯曲和扭曲的专用工具,在维修工作中用它既方便又能较好地保证质量,但根据工作条件和使用环境的不同,有的单位不一定具备,在这种情况下,可以采用偏缸检查的方法检查活塞连杆组的弯曲与偏斜现象。

1)偏缸的检验方法 将不带活塞环的活塞连杆组,按规定装入汽缸中,连接连杆轴颈,按规定扭力拧紧螺栓螺母,转动曲轴使活塞处于上(下)止点;然后用厚薄规测量活塞头部各方向与汽缸壁的间隙(如图3-66所示),如间隙相同,即表示装配合适,活塞偏缸间隙最大不得超过0.10mm。如相对间隙相差很大,甚至某一方向没有间隙时,即表示有偏缸存在,应予以调整,再行配合。根据经验方法,也可从汽缸下端看其漏光情况,来判断其是否有偏缸现象存在。

图3-66 偏缸的检查

2)产生偏缸的原因

①汽缸方面:活塞在汽缸上、中、下部位,向同一方向歪斜,可能是因搪缸不当,发生汽缸轴线与曲轴轴线不相垂直(向发动机前后倾斜),汽缸轴线向前后位移等。

②曲轴方面:活塞在汽缸上(下)部位有不同方向的歪斜,可能因连杆轴颈锥形与主轴线不平行,或因曲轴箱变形和曲轴轴承配合不当,使曲轴轴线与汽缸轴线不相垂直,以及曲轴弯曲等,活塞在汽缸中部位置改变歪斜方向,是因为连杆轴颈轴线与曲轴轴线不在同一平面内。

③连杆方面:个别活塞在汽缸上、中、下部位向同一方向歪斜,歪斜方向就是连杆小端的弯曲方向,在中部歪斜严重,上行和下行偏缸方向有改变,则为连杆扭曲。

④活塞方面:可能因活塞销座孔铰偏不正。

总之,偏缸不一定是单一零件的问题,影响它的因素很多,因此,必须根据检查情况多方分析,找出原因,加以修整。