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汽车曲柄连杆组的结构组成


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活塞连杆组处于发动机的中心位置, 是发动机的动力源。如图 3-24 所示, 活塞连杆组将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动, 并把作用在活塞组上的燃气压力传递给曲轴, 使曲轴旋转并输出动力。





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一、 活塞连杆组的结构


如图 3-25 所示, 活塞连杆组主要由活塞、 活塞环、 活塞销、 连杆、 连杆轴瓦、 连杆轴承盖、 连杆螺栓等组成。



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1. 活塞

      活塞是发动机的重要动力部件, 活塞与气缸盖、 气缸等形成密闭的容器, 保证工作过程的顺利进行, 同时将承受的燃气压力变为动力, 通过连杆传给曲轴。

      如图 3-26 所示, 活塞需要承受高温高压, 并在高速、 润滑不良和散热困难的条件下工作。因此, 活塞需要有足够大的刚度和强度, 还需要耐高温、 高压, 且重量较轻。活塞一般采用铝合金制成。

      活塞顶部与气缸盖、 气缸体共同组成燃烧室。顶部的凹坑可以改善混合气的形成和燃烧情况。活塞头部是指活塞环槽以上的部分。油环下面钻有许多油孔, 油环从气缸壁上刮下来的机油可以通过油孔流回油底壳。活塞裙部是指油环槽以下部分, 用于活塞在气缸内做往复运动时导向和承受侧压力。

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2. 活塞环

活塞环包括气环和油环两种, 如图 3 27 所示。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封, 防止高温高压燃气进入曲轴箱; 同时还将活塞顶部的大部分热量传导给气缸体, 再由冷却液或空气带走。油环由两片刮片和衬簧组成, 它主要起到刮油、 布油和辅助密封作用。油环用来刮除气缸体上多余的机油, 并在气缸体上铺涂一层均匀的机油膜, 这样既可以防止机油串入, 又可以减小活塞与气缸之间的摩擦阻力。


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3. 活塞销

活塞销的作用是连接活塞和连杆小头, 它把活塞承受的气体作用力传递给连杆, 使连杆小头同活塞一起运动。为了减轻重量, 活塞销一般用优质合金钢制造, 并做成空心,如图3-28所示。活塞销多采用 “ 全浮式” 支撑, 它可以在连杆小头衬套和销座孔内转动,其两端采用卡环定位。“ 半浮式” 活塞销通常与连杆小头固定, 与活塞之间可以相对运动。


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4. 连杆

      连杆是活塞与曲轴连接的部件, 其作用是将活塞承受的力传给曲轴, 并将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动。

      如图 3-29 所示, 连杆由连杆小头、 杆身和连杆大头构成。连杆小头通过活塞销连接活塞, 有些连杆小头孔内还压入耐磨青铜衬套, 如图 3 30 所示。连杆小头油孔向活塞顶内壁喷射机油, 用于冷却活塞。连杆大头通过连杆轴承连接曲轴, 连杆大头孔内安装连杆轴承。连杆通常采用碳钢等材料锻造成形, 为了减轻重量及不易变形, 断面均制成“ 工” 字形。

      连杆轴承用来保护曲轴连杆轴颈及连杆大头孔, 它由钢背和减摩层组成, 如图 3-31 所示。钢背由 1 ~ 3mm 的低碳钢制成。减摩层为 0. 3 ~ 0. 7mm 的减摩合金, 层质较软, 能有效保护轴颈。


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二、 活塞连杆组的拆卸和安装


1. 拆装前的准备


1) 准备好活塞环压缩器、 活塞环扩张器、 连杆校正仪等活塞连杆组拆装专用设备, 及千分尺、 塞尺等量具, 如图 3-32 所示。


2) 用橡胶锤推出活塞连杆组时, 应事先刮去气缸上的积炭形成的台阶, 以免损坏活塞环。注意清除气缸上的积炭时, 不要采用过于锋利的刮刀, 以免损坏气缸。


3) 测量工具要轻拿轻放, 不得碰撞或跌落。


4) 准备软管, 拆下连杆螺母时, 剪一段短软管套在连杆螺栓上, 防止损伤螺纹。


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2. 拆装的其他注意事项


1) 彻底清洗活塞连杆组零部件, 目视检查活塞等零部件有无明显的损坏, 如活塞、 连杆轴承等出现图 3-33 所示的损伤, 则需要更换。


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2) 需要敲击活塞或连杆时, 只能采用橡胶锤或木棒。用橡胶锤推出活塞连杆组时, 注意不要倾斜, 不要硬撬和硬敲, 以免损坏气缸。


3) 取出活塞连杆组后, 应将连杆轴承盖、 螺栓螺母及连杆轴承按原位装回, 如图3-34所示, 并检查连杆的装配标记及序号。安装连杆时, 其止口方向应与气缸体曲轴轴承止口方向一致。



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4) 装配活塞环从下至上的顺序: 油环隔圈、 油环侧轨、 第二道环、 第一道环。用活塞环扩张器拆下活塞环, 如图 3-35 所示, 观察活塞环上的标记, “ TOP” 朝向活塞顶。安装活塞环时, 将活塞环开口相互错开 120° ( 对 3 道气环而言) 或 180° ( 对 2 道气环而言) , 不要重合, 且避开活塞销座及其垂直部分, 将 1 ~ 3 道气环的切口相互错开形成“ 迷宫式” 封气装置。



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5) 观察活塞的安装方向及序号, 如果无序号则需要进行标记, 有的活塞上标有 “ IN”的位置朝向发动机进气侧。


6) 拆卸活塞, 加热到 60℃ , 利用专用工具, 拆下活塞销。活塞和活塞销是配套件, 需要注意按顺序摆放。


7) 将 1 缸曲柄转到下止点位置, 使用活塞环压缩器, 按正确的位置把活塞和连杆总成推入各自的气缸, 如图 3-36 所示, 注意活塞的标记朝前, 然后把连杆轴承盖装在连杆上。

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8) 在连杆盖螺母下方涂一薄层机油, 拧紧螺母时应多次交替进行, 最后以 29N·m +90°的方法拧紧螺母。拧紧螺母后, 曲轴应转动灵活。


9) 安装活塞销卡环时, 其端隙与活塞上的安装切口部位要错开, 如图 3-37 所示。


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三、 活塞连杆组的检修


1. 检测活塞与气缸配合间隙

     在与活塞销孔轴线垂直的方向处测量活塞头部直径, 如图 3-38 所示, 在距活塞底部12. 6mm 处, 丰田 1ZR 发动机标准直径为 80. 461 ~ 80. 471mm。若直径不符合标准要求, 应更换活塞。以上止点时活塞裙部所对应位置作为测量点, 使用量缸表测量气缸内径。用气缸直径减去活塞直径即配合间隙, 也是活塞油膜间隙, 丰田 1ZR 发动机活塞油膜间隙标准为0. 029 ~ 0. 052mm。超过最大油膜间隙 0. 090mm 时, 需要更换所有活塞或气缸体。


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2. 检查活塞环的配合间隙

      活塞环的背隙是活塞与活塞环装入气缸后, 活塞环内圆柱面与活塞环槽底间的间隙, 其值为活塞环槽深度与活塞径向厚度的差值。丰田 1ZR 发动机 3 道活塞环标准间隙分别为:第一道为 0. 02 ~ 0. 07mm, 第二道为 0. 02 ~ 0. 06mm, 第三道 ( 油环) 为 0. 02 ~ 0. 065mm。如果环槽间隙不符合规定, 则应更换活塞。

      活塞环侧隙是指活塞环的厚度与活塞上相应环槽宽度的差值, 其测量方法如图3-39 所示。活塞环端隙是指活塞环随活塞装入气缸后环的两端头之间的间隙, 测量方法如图 3-40所示, 要用活塞从气缸体的顶部将活塞环推至活塞环底部使其行程超过 50mm。


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3. 检查活塞销油膜间隙

测量活塞销孔径、 连杆小头孔径、 活塞销直径, 分别用活塞销孔径、 连杆小头孔径减去活塞销直径, 即油膜间隙, 油膜间隙通常不应大于 0. 01mm。



4. 检查连杆的损坏情况

检查连杆螺栓受力部分的直径, 如果直径小于最小值, 则更换连杆螺栓。查看连杆的凸点朝前标志, 分清测量的 A 向和 B 向, 如图 3-41 所示, 正对着朝前标志, 与垂直方向偏左相夹 15°大头直径方向为 A 向, 与水平面右端偏上相夹 15°直径方向为 B 向。用内径百分表测量 A 前、 A 后、 B 前、 B 后的数值, 并计算出圆度和圆柱度。


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把活塞销和连杆装在测量校正仪上, 测量三脚架安放在活塞销上, 分别测量弯曲值和扭曲值, 如图 3-42 和图 3-43 所示。丰田 1ZR 发动机连杆最大弯曲值为 0. 05mm, 最大扭曲值为 0. 15mm。



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