任务六 活塞连杆组的组装
教学目标
知识目标
1.能描述活塞连杆组的功用，了解活塞连杆组的工作条件。
2.能熟知活塞连杆组的结构特点。
3.能认知各类型活塞连杆组的构造。
技能目标
1.能合理使用量具测量活塞连杆组。
2.能对活塞连杆组的损伤进行分析。
3.能参照维修手册完成活塞连杆组的选配。
知识链接
活塞连杆组的检修主要包括活塞、活塞环、活塞销的选配，连杆的检验和校正，以及活塞连杆组的组装。在发动机维修过程中，一般活塞、活塞环和活塞销等都作为易损件进行更换，在更换过程中，采用选配的方式。这些零件的选配是发动机维修工艺过程中的一项重要的工艺，直接影响发动机维修质量。所谓选配，即不完全互换性，就是以较大的公差加工零件，得到较高的配合精度的工艺。
一、活塞销的构造
1.活塞销作用
活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体力传给连杆。活塞销是在承受大小和方向都不断交化的冲击性载荷下工作的。同时，由于是做低速摆转运动，不易建立油膜，故润滑条件较差，因此要求有足够的刚度和强度，表面耐磨性、质量尽可能小。为此，活塞销通常制成空心圆柱体。
2.活塞销类型
如图1-6-1所示，活塞销的内孔形状有圆柱形、两段截锥形、中间封闭式、单侧封闭式、内有塑料芯、成形销等。圆柱形孔易加工，但活塞销的质量较大。两段截锥形的活塞销质量较小，又接近等强度梁的要求，但孔的加工较复杂。组合形介于两者之间。
3.连接方式
活塞与连杆通过活塞销连接，一般有全浮式和半浮式连接方式，如图1-6-2所示。
（1）全浮式。在发动机正常工作温度时，活塞销能在连杆小头衬套和活塞销座孔中自由转动。因增大了实际接触面积，减小了磨损且使磨损均匀，所以全浮式连接被广泛使用。全浮式活塞销会发生轴向窜动，因此设有轴向限位装置，多在销座孔内装有活塞销挡圈。装配时将铝活塞放到热水或热油中加热，使销座孔胀大，然后迅速将销装入。
（2）半浮式。销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。图1-6-2（b）所示是销与连杆小头固定，与销座孔浮动的方式。该连接方式是销座孔内无卡簧，小头处无衬套，省去了衬套的修理作业内容。半浮式连接减轻了往复运动件的质量，适用于轻型高速发动机。
二、连杆的构造
连杆是连接活塞和曲轴的杆状零件，其作用是把活塞承受的力传给曲轴，并和曲轴配合，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。
1.连杆的组成
如图1-6-3所示，连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，习惯上常把整个连杆组（或除去连杆轴瓦）称作连杆。
2.连杆的材料
连杆体和盖一般用中碳钢或中碳合金钢制成，也有少数用球墨铸铁制造。连杆体与连杆盖用螺栓紧固为一体。在工作时气体压力和往复惯性所产生的冲击性拉压交变负荷，以及连杆摆动时产生的横向惯性使连杆承受弯曲交变载荷，特别是当装配不当时，如两端轴孔轴线不平行或杆身本身已有弯曲时，连杆将在工作中产生越来越大的弯曲变形，从而导致整个曲柄连杆机构工作失常，加剧零件损坏。因而，连杆应有足够的刚度和强度。
3.连杆的结构
（1）连杆小头。用来安装活塞销。活塞销为全浮式的连杆小头孔内，压有青铜衬套或铁基粉末冶金衬套。为了润滑活塞销和衬套，小头和衬套上设有集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时飞溅上来的机油，以便润滑。有的发动机连杆小头采用压力润滑，在连杆杆身内钻有纵向的压力油道。
（2）杆身。通常做成“工”字形断面，在强度和刚度足够的前提下尽量减小质量，一般在杆身上有向前安装标记。
（3）连杆大头。与曲轴的连杆轴颈相连的。为了便于安装，大头一般做成分开式的，一半为连杆体大头，一半为连杆盖，二者一般用螺栓装配。
连杆盖与连杆大头是组合后镗孔，为防止装配错误，在同侧刻有记号，如图1-6-4所示；有些发动机在连杆大头与杆身连接处面对气缸主承压面的一侧，钻一个喷油孔（直径1～1.5 mm），当曲轴转至曲柄销的油道口与该喷油孔相对的瞬间（活塞处于上止点附近时），喷出机油，以润滑气缸壁的承压面，喷油孔正好在上止点附近时连通，这样润滑油可喷射到气缸的大部分表面上。有些V型发动机每对连杆的油孔相对，这样不但能够润滑存油较少的气缸壁上侧，而且还可以互相喷射一部分润滑油润滑对方的气缸壁和活塞销，有的还有一喷油孔，向上喷油以润滑凸轮轴。
图1-6-4 连杆油道示意图
1.喷油嘴；2.大端内径；3.向前标记；4.大端内径尺寸
技术提示
由于喷油孔、斜切口的方向性，以及为防止在维修中不慎调位而破坏大头与配合件的配合位置，连杆都在杆身制有方向（朝前）标记，并在大头侧面有缸号标记，不可装反，也不可乱缸。
图1-6-5 连杆类型
（4）连杆类型
连杆大头剖分面的方向可分为平切口和斜切口两种，如图1-6-5所示。
① 平切口连杆。其剖切面垂直于连杆轴线。一般汽油机连杆大头尺寸都小于气缸直径，故多采用平切口。
② 斜切口连杆。一般用于柴油机，因为发动机连杆大头直径较大，为了拆装时能从气缸内通过，采用了这种形式。另外斜切口再配以较好的切口定位，还减轻了连杆螺栓的受力。
（5）连杆螺栓
连杆螺栓通常用优质合金钢制成，连杆螺栓只要螺纹精加工和正确拧紧后，不锁止也不会松动，所以不采用特别的锁止装置。但有些发动机为了更可靠还是采用了锁止装置，如开口销、双螺母、自锁螺母和自锁螺栓等。
技术提示
不论任何自锁件，拆卸几次以后便失去了自锁作用，应及时更换。
三、连杆轴承
连杆轴颈上装有连杆轴瓦（小瓦），并通过连杆轴承盖装配。连杆轴瓦（小瓦）一般包括：
1.钢背
连杆轴瓦的衬背（亦称钢背）通常采用强度、弹性、可塑性等几方面互相兼顾的低碳钢制成。
2.减磨合金层
浇铸在钢背内圆上厚为0.3～0.7 mm的薄层耐磨合金制成，层质较软能保护轴颈。减磨层内表面有更低的粗糙度，以便建立良好的油膜，如图1-6-6所示。
3.弹开量
轴瓦在自由状态时，曲率半径和周长都略大于连杆大头孔的曲率半径和周长，装入连杆大头孔时有一定的过盈度，从而保证在连杆螺栓拧紧后，轴瓦瓦背能和连杆大头孔紧密贴合，保证轴瓦安装后不转动。(https://www.daowen.com)
4.定位唇
为了防止运转过程中轴瓦相对于大头孔移动，在轴瓦上冲有定位唇，而在连杆大头的剖分面相应的部位开有定位凹槽。
图1-6-6 轴瓦减磨合金层
技能实训一 活塞连杆组组装
step 1 组装前的准备
活塞连杆组组装前应做好以下准备：
（1）所有的零件应修复或更换，保证符合使用要求；
（2）所有的零件和工具以及工作台都应清洗干净；
（3）准备必要的工具，包括专用工具。
step 2 组装工艺过程
（1）活塞与连杆的装配
在活塞加温状态下进行活塞与连杆的装配。全浮式活塞销与销座孔在常温下有微量的过盈，所以安装时一定要将活塞加热再进行装配，即应用热装法。其方法是在水中将活塞加热至60～80℃，取出活塞迅速擦净座孔，将活塞销推入活塞一端的承孔，随即放入连杆小头（在衬套上涂上一层润滑油）于活塞两座之间，要注意连杆的方向，要保证连杆、活塞的方向的统一性。然后将活塞销完全推入连杆衬套，直至活塞的另一端，按要求在两端装上锁环。锁环与活塞销两端须有0.10 mm的间隙，否则工作时活塞销伸长会把锁环顶出造成拉缸事故。锁环嵌入环槽中的深度，应不小于钢丝直径的2/3。
技术提示
热装法装配活塞销时，不能用火烧方式加热活塞，以免改变活塞材料性能，甚至导致活塞变形；也不能直接敲击活塞销进入活塞销孔，应采用压力机压装，不具备设备条件时，应将活塞销上加软质的垫铁，用手锤轻轻打入。
（2）活塞环的安装
在活塞和连杆安装完毕后再进行装活塞环。安装时应按一定的顺序进行，即先装油环，然后是第二道气环，最后装第一道气环；安装时要注意环的位置，一组环中有外表进行镀铬处理的环要装在第一道环槽内；安装时还要注意安装的方向，扭曲环是内切口向上，外切口向下安装，有记号的环，记号一面向上安装；安装好的活塞环要在装入发动机时进行润滑并进行错口，所谓错口就是将活塞环的开口在安装时错开。一般采用120°错口方式，即第一道气环的开口对应在活塞做功承压面的对面，第二道气环与第一道错开120°，第三道气环或油环与第二道气环错开120°。也有90°错口或180°错口方式，即相邻两活塞环错开90°或180°，如图1-6-7所示。
技术提示
为了保证全浮式活塞销工作时不脱出，造成拉缸，在装配锁环时要在装配后，用尖嘴钳子夹锁环转动锁环，确认不脱出为合适，另外，要清理锁环槽内的金属屑等杂质，保证锁环卡入可靠。
图1-6-7 活塞环的安装
1.尺寸；2.厂名；3.代码标记；4.代码标记；5.油环下刮油片开口间隙；6.压缩环开口间隙；7.油环上刮油片开口间隙；8.压缩环和油环膨胀器开口间隙
技能实训二 活塞敲缸响故障诊断与排除
发动机怠速时，在气缸上部发出清晰的“嗒嗒嗒”的金属敲击声；冷车时响声明显，热车时响声减弱或消失；该缸“断火”后，响声减弱或消失。以上故障可能是由于活塞与气缸壁间隙过大、气缸润滑不良、活塞环黏环、连杆弯曲、活塞销与连杆小头装配过紧等原因造成，具体诊断与排除如下：
step 1 听诊
将听诊器或长螺丝刀抵触到气缸体的上部进行听诊，响声明显。
step 2 断火
发动机单缸断火，响声明显减弱或消失。
step 3 试车
启动发动机，在冷车时响声明显，随着发动机温度提高响声减弱或消失，可以确定为配缸间隙大导致的敲缸。
step 4 确诊
为进一步确诊是否是活塞敲缸响，可将发动机熄火，然后拆卸下怀疑有响声的气缸上的火花塞或喷油器，往气缸内注入适量的机油，转动曲轴几圈后装上火花塞或喷油器，重新启动发动机，若响声暂时减弱或消失，然后又马上重复出现，则可确诊是该缸活塞敲缸响。
step 5 缸压试验
如果发现加机油口有大量的废气排出，检查发动机气缸压力，发现某缸气缸压力过低，可以说明该缸可能是活塞环黏环造成敲缸响。
技能实训三 活塞销响故障诊断与排除
发动机在怠速、低速或从怠速向低速突然改变转速时，可听到明显而又清脆的“嗒嗒嗒”的类似两钢球相撞击的声音。以上故障可能是由于活塞销与连杆衬套磨损过甚而松旷、机油压力过低且飞测不足造成润滑变差、活塞销销环脱落导致活塞销窜动、活塞销座与活塞销配合松旷等原因造成，具体诊断与排除如下：
step 1 判断方法
（1）转速变化时，响声也随之周期性变化，加速时声响更大，在发动机转速稍高于怠速时比较明显，比轴承响且清脆，节气门抖动，从怠速向低速加速时，响声能随转速度的变化而变化，且在转速升高的瞬间，发出清脆、连续而有节奏的响声。
（2）温度上升，响声没有减弱，甚至更明显。
（3）单缸断火时，响声减弱或消失。复火时响声会明显出现一响或连续两响。严重时，在响声较大的转速下进行断火试验，往往响声不消失且变得杂乱。
（4）用螺丝刀或听诊器抵触在发动机上侧部或气缸盖上察听，同时变换转速，在气缸壁上部听诊比在下部明显。
若响声不明显，可略将点火时间提前，这时响声会较前明显，特点是上下双响，声音较脆。
（5）根据不同征兆具体诊断。
① 若转速越高，响声越大，单缸断火时响声反而杂乱，则故障为活塞销与衬套间隙过大。
② 若怠速运转时响声为有节奏而较沉重的响声，提高转速，声响不减，同时伴有机体轻微抖动。断火试验响声加重，则说明活塞销自由窜动。
③ 若急加速时声响尖锐而清晰，断火试验响声减轻或消失，则很可能是活塞销折断。
step 2 主要损坏部件和处理
（1）按照故障判断故障主要部件分别为活塞销、活塞及活塞环。若不及时处理，严重的话可能会导致气缸内部其他部件损坏。
（2）最佳处理方式为拆检发动机，更换活塞销、活塞及活塞环。
学后测试
1.简述活塞销的构造。
2.简述连杆的构造。
3.简述连杆轴承构造。
4.简述活塞连杆组组装。
5.诊断与排除活塞敲缸响故障。
6.诊断与排除活塞销响故障。