一、活塞連桿總成的作用

      柴油發電機的活塞連桿總成用來將燃燒過程中獲得的動力傳遞給曲軸，其三維立體圖如1圖所示。在該總成上有若干個零件。活塞連桿總成由如下零件組成（如圖2所示）：氣環、油環、活塞、活塞銷和鎖止環、連桿、軸承（襯套）、螺栓、軸承蓋、螺母。當該軸承置于缸體內時，發動機工作過程中往復運動被傳遞給曲軸轉換成旋轉運動。

      活塞連桿組的主要功用是將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。在發動機中，活塞在氣缸內做往復運動，而曲軸則是以旋轉的方式工作。因此，為了將活塞的運動轉化為曲軸的運動，需要使用活塞連桿組。活塞連桿組由活塞、連桿和曲軸組成，通過連桿將活塞與曲軸連接起來，從而實現將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。

      活塞連桿組還具有平衡作用。在發動機工作時，活塞的往復運動會產生慣性力，這會對發動機的平衡性產生影響。為了解決這個問題，活塞連桿組采用了對稱結構，使得活塞在往復運動時產生的慣性力能夠相互抵消，從而保證發動機的平衡性。

      活塞連桿組還具有傳遞動力的作用。在發動機工作時，活塞的往復運動會產生壓縮和爆發力，這些力量需要通過活塞連桿組傳遞到曲軸上，從而驅動發動機的工作。因此，活塞連桿組的設計和制造質量對發動機的性能和壽命有著重要的影響。

二、活塞功能、要求與工作條件

1、活塞的功能

      活塞與汽缸、汽缸蓋組成工作室，并通過活塞銷和連桿向曲軸傳遞機械能。

2、活塞的工作條件與結構

① 活塞工作時，頂部要承受很高的爆發壓力。因此，要求活塞應具有足夠的強度。

② 活塞承受高溫燃氣的作用。發動機工作時瞬時產生的高溫燃氣，其頂部最高溫度可達300℃～400℃，整個活塞的溫度分布又極不均勻，易產生熱應力及疲勞熱裂現象。當環槽溫度超過220℃時，就會使潤滑油變質或炭化，造成活塞環粘結，失去彈性，使活塞迅速磨損以至破裂。

③ 活塞的往復慣性力與轉速的平方成正比。活塞在強烈的熱負荷和機械負荷作用下，勢必引起活塞的熱變形和受力變形。

3、對活塞的要求

      必須將活塞總成設計成具有能夠在惡劣條件下工作的性能。活塞頂部產生的溫度非常高，該熱量導致應力和膨脹問題。活塞每分鐘上下移動多次，這就產生了高壓和應力。為了解決這些情況，大多數活塞都是由鋁制成的。鋁制活塞比較輕。不過，某些大型發動機，尤其是某些柴油機可能會使用鑄鐵活塞。這種情況，轉速就比較低。

4、活塞膨脹過程

      當燃燒發生在活塞頂部時，某些熱量通過活塞體向下傳遞，這就使活塞膨脹。如果膨脹過大，活塞就可能將汽缸磨損壞。為了補償膨脹，老式活塞就有一分開式的裙部，如圖3所示。當活塞裙部膨脹，開槽就靠緊而不增加尺寸。用于老式發動機的T形槽是另一種控制膨脹的方式。對于這種情況，T形槽阻止熱量從頭部到裙部的傳遞，也使膨脹發生在開槽內部。

      某些發動機采用鋼環。鋼環與鋁環的膨脹量不一樣。鋼環具有調節膨脹或將膨脹量降低至最小的優點。

      凸輪形活塞也用來調節發動機的膨脹量，如圖4所示。活塞的基體呈凸輪形或雞蛋形。隨著運轉過程中活塞受熱，就會變圓。設計此種活塞的目的是使最大膨脹量發生在尺寸B上，而尺寸A仍保持不變。

三、活塞的組成及構造

      活塞由活塞頂、活塞上部（也稱防漏部）、活塞裙等部分組成，如圖2所示。活塞是一空的鋁筒，它的頂部是封閉的，底部是敞開的。它裝配在發動機汽缸或缸套內，能夠在缸徑中交替上下移動。活塞是活塞環的支架。圖5、圖6所示為活塞的共用零件，包括如下：

（1）環岸：

      頂環上部的活塞部分或者環槽之間的部分。環岸將活塞環限制并支撐在各自的環槽內。

（2）導熱槽：

      在某些活塞頂部開的窄槽，用來減少傳到頂環槽的熱量。在發動機運轉過程中，該槽充滿了碳，從而減少了傳到頂環的熱量。導熱槽也可設計成活塞上的開槽。

（3）活塞頭：

      活塞頂面，在該表面上燃燒氣體產生壓力。活塞頭可以是平的、凹的、凸的或不規則形狀的。

（4）活塞銷：

      連桿上端和活塞之間的連接部件。這些連接可以有以下幾種形式：在活塞上固定，在連桿上浮動；在連桿上固定，在活塞上浮動；在連桿和活塞上全都浮動。第3種形式需要用鎖止環將活塞銷固定在位。某些活塞銷和連桿通過過盈配合連在一起。過盈配合也稱作壓力配合，是一種連桿外徑和活塞銷內徑相互干擾的配合。也就是說外徑比內徑小，這樣兩個零件在裝配過程中就必須通過壓力結合在一起。

（5）裙部：

      活塞銷孔上方第一個環槽和活塞底部之間的活塞部分。裙部形成了與缸壁接觸的支撐區域，并與活塞銷成90°。

（6）止推面：

      承載活塞載荷的活塞裙部部分。

（7）氣環凹槽：

      在活塞周圈上開的凹槽，用來保持氣環。

（8）油環凹槽：

     在活塞周圈上開的凹槽，油環凹槽通常要比氣環凹槽寬。在油環的底部通常開有孔或槽以使潤滑油落回曲軸箱。

（9）活塞銷襯套：

      裝配在活塞銷和活塞之間的襯套。它作為支撐材料大多用在鑄鐵活塞上。該襯套也可位于連桿總成的小端，通常由銅制成。

四、活塞部件的形狀

1、活塞頂

      活塞頭部形狀根據發動機的不同而有所不同。頭部形狀用來產生擾流并改變壓縮比，通常，小型、低成本的發動機都使用平頂。這種頭部接近某些發動機的氣門，而發動機要求活塞上必須有為氣門留出的凹部區域。另一種類型的頭部稱作凸頂，用來增加壓縮比。盤形的頭部也能改變壓縮比。圖7表示了不同種類型的活塞頭部設計。當然還可以采用其他類型的活塞頭部，但僅做某些特殊用途。

      活塞頂部承受高溫燃氣的壓力需要有足夠的強度。活塞頂常制成各種形狀以滿足燃燒要求。為防止活塞由于熱膨脹而卡死在汽缸中，所以活塞的直徑必須小于汽缸直徑，以形成必不可少的膨脹間隙。為了減少活塞頂的熱量過多的向頭部傳遞，有的活塞在第一道氣環槽的上部制有隔熱槽。

2、活塞上部

      活塞上部是用來安裝活塞環的。上面的2～3道環槽安裝氣環，下面的1～2道環槽安裝油環，油環槽的底面鉆有許多小孔，以便刮油環從缸壁上刮下的潤滑油經小孔流回油底殼。活塞頭部的散熱問題是應著重解決的問題。為了降低第一道活塞環的溫度，有些柴油發電機活塞的第一道氣環上面還有一道絕熱槽（有些稱避熱槽），如圖8（a）所示。

3、活塞裙（也稱導向部）

     活塞頭的下部叫活塞裙，主要是引導活塞在汽缸內作直線運動，并把連桿的側向力傳給汽缸壁，所以應有足夠的承壓面積。

      活塞裙的上部有活塞銷孔，活塞銷裝在銷孔內，為增強活塞銷孔的強度，在銷孔的內端沿孔的周圍制有加強筋，以形成銷座。

      自20世紀70年代以來，使發動機變得盡可能小而且動力還要強勁已越來越重要。要達到這個目的的一種方法就是使活塞連桿的高度保持最小，這可以通過縮短連桿來實現。可采用拖鞋式裙部，去掉活塞裙部部分使曲軸上的平衡重碰不到活塞。這種設計就意味著曲軸中心和活塞頂部之間能有較小的距離。由于缸徑和沖程仍保持原樣，所以發動機的輸出功率不受影響。

4、裙部最終加工面

      裙部表面有些粗糙，裙部上加工有小凹槽以使潤滑油在凹槽內傳遞，如圖8（b）所示，這有助于活塞裙部在汽缸中上下移動時得到潤滑。不過，如果發動機過熱，潤滑油就會變薄，從而可能導致活塞過度磨損。某些活塞的裙部上具有浸硅表面，浸硅（硅顆粒嵌入到活塞的外表面內）有助于減少裙部與缸壁之間的摩擦。

五、活塞銷的作用和安裝

1、活塞銷作用

      活塞銷是用來連接活塞和連桿的，并把活塞所承受的力傳給連桿，外形如圖9所示。裝配后，它的兩端支承在活塞銷座孔中，中部穿過連桿小頭孔與連接桿小頭襯套配合工作。 

2、活塞銷工作條件

      活塞銷在高溫下承受很大的周期性沖擊負荷，而且潤滑條件較差，因此要求強度高而且表面耐磨。為了減小往復慣性力，還要求質量輕。所以活塞銷采用優質低碳合金鋼，制成空心管狀，經滲碳淬火提高表面硬度，最后進行研磨。

3、活塞銷安裝方法

     活塞銷安裝的方法有固定和浮式兩種。現代大多數柴油發電機都采用浮式活塞銷，這種活塞銷既可在銷座內轉動，又可在連桿小頭內轉動，所以浮式活塞銷具有磨損均勻、構造簡單、安裝方便、使用壽命較長的特點。

（1）為了防止銷子的軸向移動，在活塞銷座兩端的凹槽中放有卡環，進行軸向定位。多數柴油發電機的活塞銷都采用激濺潤滑。

（2）由于活塞銷孔的膨脹系數大于活塞銷，所以安裝活塞銷時，應先將活塞放在溫度為70℃～90℃的水或油中加熱，然后把銷子壓入銷孔內。

（3）活塞銷是用來將活塞連接到連桿上。活塞銷可以是壓進去的，也可以是全浮式的。如果采用壓力配合的活塞銷，它是壓進連桿內的，在活塞內是自由浮動的。如果采用全浮式活塞，需用兩個活塞銷鎖環將活塞保持在位。