单元二曲柄连杆机构资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单元二 曲柄连杆机构,1.1概述,1.2组成,2.1气缸体与曲轴箱,2.,3活塞连杆组,2.4曲轴飞轮组,8/9/2024,1,整 体 概 述,THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW,PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT,第一部分,1.1 概述,1.1功用,将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力,8/9/2024,3,1.2组成,一、,机体组（不动件）,气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫,8/9/2024,4,二、,活塞连杆组（,运动件）,由活塞、活塞环、活塞销和连杆组成,三、,曲轴飞轮组,曲轴、飞轮、减振器,8/9/2024,5,1.3受力分析,曲柄连杆机构受的力主要有,气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F,。,P,P,j,P,C,F,8/9/2024,6,1.3.1气压力,气压力P的集中力P,P,分解为侧压力N,P,和S,P,，S,P,分解为R,P,和T,P,，R,P,使曲轴主轴颈处受压，T,P,为周向产生转矩的力。,(1)作功行程,侧压力N,P,向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,N,P,S,P,P,R,P,T,P,8/9/2024,7,(2)压缩行程,侧压力N,P,向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,N,P,P,S,P,R,P,T,P,8/9/2024,8,1.3.2 往复惯性力P,j,活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。,Pj,8/9/2024,9,1.3.3 离心惯性力P,C,旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,8/9/2024,10,4.摩擦力F,指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。,F,8/9/2024,11,机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。,2机体组,8/9/2024,12,2.1气缸体与曲轴箱,2.1.1缸体的结构,机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。,8/9/2024,13,2.1.2.气缸的排列形式,（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。,（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。,（3）对置式：是V型的特殊形式。,8/9/2024,14,2.1.3.,曲轴箱的型式,（1）,平分式,定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上,。,特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。,应用：中小型发动机。,8/9/2024,15,（2）龙门式,定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。,特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。,应用：大中型发动机。,8/9/2024,16,（3）隧道式,定义：主轴承座孔不分开。,特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。,应用：负荷较大的柴油机。,8/9/2024,17,2.1.4油底壳,1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。,2.构造：,（1）用薄钢板冲压而成。,（2）内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。,（3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,8/9/2024,18,2.1.5气缸套,1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾。,气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。,8/9/2024,19,2.型式,（1）,干式缸套,13mm,定义,：其外表面不直接与冷却水接触。,特点：,1)壁厚较薄（1mm3mm）；,2)与缸体承孔过盈配合；,3)不易漏水漏气。,13mm,8/9/2024,20,（2）,湿式缸套,定义,：其外表面直接与冷却水接触。,特点：,1)壁厚较厚（59mm）；,2)散热效果好；,3)易漏水漏气；,4)易穴蚀,59mm,0.050.15mm,8/9/2024,21,定位：,1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。,2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,0.050.15mm,A,B,8/9/2024,22,密封：,上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。,0.050.15mm,8/9/2024,23,下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈,8/9/2024,24,2.1.6气缸盖,1.结构,气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。,8/9/2024,25,2.汽油机燃烧室,（1）盆形燃烧室：其特点为,1）气门平行于气缸轴线；,2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流；,3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。,8/9/2024,26,（2）楔形燃烧室,其特点为：,1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；,2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；,燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。,8/9/2024,27,（3）半球形燃烧室,其特点为,1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；,2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；,3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。,8/9/2024,28,2.1.7气缸垫,1.作用,保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。,8/9/2024,29,2.构造,金属石棉垫,包括铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以加强导热）。,8/9/2024,30,（1）金属骨架石棉垫：,以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。,8/9/2024,31,纯金属垫：由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。,8/9/2024,32,安装注意：,金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,8/9/2024,33,2.1.8机体的检验,2.1.8.1机体的损伤形式,1.裂纹,2.变形,3.磨损,2.1.8.2机体的检验,缸体变形检修,点击播放,气缸磨损检验,点击播放,气缸盖拆装,点击播放,8/9/2024,34,3 活塞连杆组,8/9/2024,35,组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承,8/9/2024,36,3.1活塞,3.1.1功用,1.与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；,2.承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。,8/9/2024,37,3.1.2材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为,1.质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；,2.导热性好（约为铸铁的三倍）；,3.热膨胀系数大。,8/9/2024,38,3.1.3组成,根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。,销座,8/9/2024,39,1.顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。,汽油机活塞的顶部形状有：,（1）平顶：受热面积小，广泛采用。,（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。,（3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。,8/9/2024,40,2.活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。,8/9/2024,41,3.1.4活塞的变形及采取的相应措施,1.变形原因：,热膨胀、侧压力和气体压力,。,8/9/2024,42,2.变形规律,（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；,（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；,（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,点击观看,活塞变形动画,8/9/2024,43,冷态时,正常工作时,头部椭圆,裙部截锥体,8/9/2024,44,3.结构措施,（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。,（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。,（3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。,8/9/2024,45,（4）裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽,。,8/9/2024,46,（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。,1）恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。,8/9/2024,47,2）自动调节式：,膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。,8/9/2024,48,3)筒形钢片式：,浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。,8/9/2024,49,3.1.5偏置销座,1.定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。,2.作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。,8/9/2024,50,3.原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。,8/9/2024,51,可见偏置销座使活塞换向分成了两步,第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；,第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,8/9/2024,52,3.2 活塞环,活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。,功用：气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用,8/9/2024,53,3.2.1活塞环的间隙,活塞环有三隙，即端隙、侧隙和北隙,（1）端隙,1,：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；,8/9/2024,54,（2）,侧隙,2,：又称边隙，是,环高方向上与环槽之间的间隙,。第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm；,（3）,背隙,3,：是,活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙,。0.5mm1mm；,2,3,8/9/2024,55,3.2.2气环的密封原理,（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P,0,作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,第一密封面,8/9/2024,56,（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力P,j,，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P,1,，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,第二密封面,P,j,F,P,1,8/9/2024,57,（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,8/9/2024,58,3.2.3.活塞环的泵油作用及危害,原因：,（1）存在侧隙和背隙；,（2）环运动时在环槽中靠上靠下。,8/9/2024,59,现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。,点击观看,活塞环泵油动画,8/9/2024,60,泵油的危害：,（1）增加了润滑油的消耗；,（2）火花塞沾油不跳火；,（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；,（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；,（5）加剧了气缸的磨损。,8/9/2024,61,防止活塞环泵油的措施：,（1）采用扭曲环；,（2）采用组合式油环；,（3）油环下设减压腔,8/9/2024,62,3.2.4气环的断面形状,（1）矩形环,结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。,矩形断面,8/9/2024,63,（2）锥形环,1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。,2）安装注意：,锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；,锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。,8/9/2024,64,（3）扭曲环,将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。,扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使拉力和压力不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。,e,8/9/2024,65,1）特点,具有锥形环的特点；,减小了泵油作用；,作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。,2）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。,8/9/2024,66,（4）桶形环,其特点为：,1）环的外圆面为凸圆弧形；,2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；,环上下运动时，均能形成楔形油膜。,8/9/2024,67,（5）梯形环,当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。,8/9/2024,68,3.2.5油环,1.作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。,2.类型,（1）整体式,其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。,8/9/2024,69,（2）组合式：,由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。,8/9/2024,70,组合式油环的特点,1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮片长而产生径向力。,第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。,2)无侧隙，不窜油。,3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。,4)上下片可分别动作，适应性好。,5)回油能力强。,点击观看动画,8/9/2024,71,3.3活塞销,（一）作用,连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。,（二）结构,用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。,8/9/2024,72,（三）连接方式,1.,全浮式,（1）定义,在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动,。,8/9/2024,73,(2)装配,1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。,2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。,8/9/2024,74,2.,半浮式,(1)定义,销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动,。（一般固定连杆小头）,(2)装配,加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。,8/9/2024,75,3.4连杆,3.4.1功用：,将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。,3.4.2组成：,连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。,8/9/2024,76,3.4.3构造,1.小头：用来安装活塞销，以连接活塞。,2.杆身：常做成“工”字形断面。,3.大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖,8/9/2024,77,(1)切口形式,有平切口和斜切口两种。,8/9/2024,78,(2)切口定位方式,连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于直切口连杆。,8/9/2024,79,锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。,套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。,止口定位,8/9/2024,80,(3)喷油孔,有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。,8/9/2024,81,3.4.4连杆的安装,1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。,2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。,8/9/2024,82,3.5连杆轴承（俗称小瓦）,3.5.1作用,保护连杆轴颈及连杆大头孔,。,8/9/2024,83,3.5.2组成,由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。,8/9/2024,84,3.5.3减磨层材料,（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。,（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。,(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。,1）铝锑镁合金和低锡铝合金：,械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。,2)高锡铝合金：,具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。,8/9/2024,85,3.5.4轴瓦的定位,8/9/2024,86,3.6活塞连杆组的检修,连杆变形检验,点击播放,活塞环的选配,点击播放,连杆衬套修复,点击播放,8/9/2024,87,2.4 曲轴飞轮组,由曲轴、飞轮、减振器等组成。,8/9/2024,88,2.4.1曲轴,2.4.1.1功用,1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。,2.驱动配气机构及其它附属装置。,材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。,8/9/2024,89,2.4.1.2构造,曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。,8/9/2024,90,1.主轴颈和连杆轴颈,1)主轴颈是曲轴的支承部分。,每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。,8/9/2024,91,2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。,8/9/2024,92,2.曲柄和平衡重,曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩,8/9/2024,93,3.曲拐的布置,（1）布置原则,1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为720,0,/缸数。,2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。,3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功,8/9/2024,94,（2）常用曲拐布置,1）直列四冲程四缸发动机,曲拐对称布置于同一平面内。,相邻作功气缸的曲拐夹角为720,0,/4=180,0,。,发动机工作顺序有两种,1342,1243,8/9/2024,95,1.4,2.3,8/9/2024,96,工作顺序为1342的发动机工作循环表如下,8/9/2024,97,直列四冲程六缸发动机,曲拐对称布置于三个平面内。,相邻作功气缸的曲拐夹角为720,0,/6=120,0,发动机工作顺序有两种：153624和142635,8/9/2024,98,1.6,2.5,3.4,1.6,3.4,2.5,1-5-3-6-2-4,1-4-2-6-3-5,8/9/2024,99,4.前端轴与后端轴,（1）作用：,前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。,（2）前后端的密封曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。,8/9/2024,100,常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等,8/9/2024,101,5.曲轴的轴向定位,（1）结构：,在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。,照片,8/9/2024,102,（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。,8/9/2024,103,（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。,8/9/2024,104,6.曲轴扭转减振器,曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。,8/9/2024,105,7.曲轴的检修,曲轴的测量,点击播放,曲轴弯扭检验,点击播放,8/9/2024,106,2.4.2飞轮,2.4.2.1功用,1.贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳。,2.利用飞轮上的齿圈起动时传力。,3.将动力传给离合器。,4.克服短暂的超负荷。,8/9/2024,107,Q|A,您的问题是？,善于提问,勤于思考,问答环节,结束语,感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边,谢谢您的观看与聆听,Thank 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