教育专题：曲柄连杆机构

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,*,第,2,章 曲柄连杆机构的构造与维修,学习目标,知识目标,1.,能够正确描述曲柄连杆机构的组成、构造和装配关系；,2.,能够正确叙述曲柄连杆机构主要机件的受力情况和工作,原理；,3.,能够正确描述曲柄连杆机构的装配要求。,能力目标,1.,会进行易损零件检测、修理或更换；,2.,会进行曲柄连杆机构的装配与调整；,3.,能对曲柄连杆机构常见故障进行分析、判断，并能排除,故障。,第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理,一、概 述,1.,曲柄连杆机构的组成,机体组,活塞连杆,曲轴飞轮组,机体组,气缸盖,气缸垫,气缸体,油底壳,活塞连杆组,活塞,活塞环,活塞销,连杆,曲轴飞轮组,曲轴,飞轮,扭转减振器,2.,工作条件和受力分析,工作条件：,高温、高压、高速、有化学腐蚀,受力分析：,气体作用力、往复惯性力、离心力、摩擦力、外界阻力,（,1,）气体作用力,作功行程气体压力,压缩行程气体压力,（,2,）往复惯性力与离心力,（,3,）摩擦力,任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在摩擦力。物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比，方向总是与物体运动的方向相反。,二、机体组,气缸体与气缸套,气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒，称为气缸。下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱，,有承孔、油道、水道。,气缸体的上、下表面是气缸体维修的基准。,前后两个平面加工，安装正时齿轮盖和飞轮壳。,气缸的排列形式,对置式,V,形式,直列式,气 缸,有整体式和镶套式,气缸套的形式,干式缸套,定义：,其外表面不直接与冷却水接触。,特点：,1),壁较薄（,1,3mm,）；,2,),与刚体承孔过盈配合；,3),不易漏水漏气。,湿式缸套,定义：,其外表面直接与冷却水接触。,特点：,1,),壁较厚（,5,9mm,）,;,2,),散热效果好；,3,),易漏水漏气,;,4,),易穴蚀。,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。,2,),轴向 利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,密封：,1,),下部 靠,1,3,个耐热耐油的橡胶密封圈。,2,),上部 缸套顶面高出缸体,0.05,0.15mm,，,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，具有防止水套漏水、气缸漏气和保证缸套定位的作用。,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。,燃烧室,楔形燃烧室,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；,3,),燃烧速度较快，,CO,和,HC,排放较低而,NO,排放稍高。,盆形燃烧室,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,排放较低。,半球形燃烧室：,1,）气门成横向,V,形排列，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,排放较高。,气缸垫,作用：,保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。,构造：,(,1,),金属,石棉垫,(,2,),金属骨架,石棉垫,(,3,),纯金属垫,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。,油底壳,油底壳的主要作用,贮存机油并密封曲轴箱。,内有稳油挡板、放油螺塞，有的还有磁铁。,三、,活塞连杆组,活塞连杆组,由活塞、连杆、活塞环、活塞销和连杆等组成。,活 塞,功用,与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；,承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。,材料,汽车发动机活塞广泛采用铝合金。,质量小（为铸铁活塞的,50%,70%,）；,导热性好（约为铸铁的,3,倍）；,热膨胀系数大。,组成,可分为顶部、环槽部、裙部。,活塞,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。,（,4,）组合顶。,活塞,环槽部,环槽部部分切有若干道用,以安装活塞环的槽。,活塞裙,部,为活塞运动导向和承受侧压力。,其型式有,（,1,）全裙式：裙部为一薄壁圆筒。,（,2,）拖板式：将非承压面的裙部全,部去掉。,活塞裙部变形,活塞的变形及采取的相应措施,变形原因：,热膨胀、侧压力和气体压力。,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。,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,0.5,1.0 mm,。,（,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。,（,5,）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌入铸钢片，以减少裙部的膨胀量。,防止变形的措施,偏置销座,定义：,活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移,1,2mm,。,作用：,减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。,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。,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。,活塞环,（一）气环,作用：,（,1,）密封：防止气缸内的,气体窜入油底壳；,（,2,）传热：将活塞头部的,热量传给气缸壁；,（,3,）辅助刮油、布油。,活塞环的间隙,（,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,0.25,0.50mm,。,（,2,）,侧隙,2,：,又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为,0.04,0.10mm,；其他气环一般为,0.03,0.07mm,。,油环一般侧隙较小，一般为,0.025,0.07mm,。,（,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。一般为,0.5,1mm,。,端 隙,1,气缸；,2 ,活塞环；,3 ,活塞；,1,开口间隙；,2,侧隙；,3,背隙,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。,危害：,（,1,）增加了润滑油的消耗；,（,2,）火花塞沾油不跳火；,（,3,）燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；,（,4,）环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性；,（,5,）加剧了气缸的磨损。,措施：,（,1,）采用扭曲环；,（,2,）采用组合式油环；,（,3,）油环下设减压腔。,活塞环的泵油,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。,（,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）；,（,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。,（二）,油环,作用,刮油，即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。,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。,（,2,）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬,簧组成。,1 ,钢片；,2 ,衬簧；,3 ,径向衬簧；,4 ,轴向衬簧；,5 ,活塞,组合式油环,活塞销,作用：连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。,结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。,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。 （,2,）装配：销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法；,将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入（热装合）。,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。,全浮式 半浮式,连 杆,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。,组成,连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺,栓和连杆轴瓦等组成。,连杆构造,小头 用来安装活塞销，以连,接活塞。,杆身 常做成,“,工,”,字形断面。,大头 与曲轴的连杆轴颈连。,大头一般做成分开式，即连杆大,头和连杆盖。,连杆大头,（,1,）切口形式,有平切口和斜切口两种。,（,2,）定位方式,1,）,连杆螺栓定位 依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，用于切口连杆。,2,）,锯齿形定位 依靠接合面的齿形定位。,3,）,套或销定位 依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧,配合定位。,4,）,止口定位。,连杆轴承,作用,保护连杆轴颈及连杆大头孔。,组成,由钢背和减摩层组成。钢背由,1,3mm,的低碳钢制成。,减摩层为,0.3,0.7mm,的减摩合金，层质较软能保护轴颈。,减摩层材料,（,1,）白合金（巴氏合金）：减摩性能好，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。但其减摩性能差。,（,3,）铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝,合金三种。,四、曲轴飞轮,组,曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、带轮、正时齿轮（或链轮）等,组成。,一、,曲轴,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.,驱动配气机构及其他附属装置。,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。,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。,1.,主轴颈和连杆轴颈,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。,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。,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。,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,/4=180,。发动机工作顺序有,1-3-4-2,和,1-2-4-3,两种。,2.,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,/6=120,。发动机工作顺序有,1-5-3-6-2-4,和,1-4-,2-6-3-5,两种。,前端轴与后端轴,（,1,）作用,前端轴用来安装正时齿轮、带轮及起动爪等；后端轴有,凸缘盘，用来安装飞轮。有的电喷发动机还装有曲轴位置传,感器和转速传感器的信号发生器。,（,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。常用的防漏装置有挡油,盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。,前端 后端,飞 轮,功用,1.,贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其他三,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。,飞 轮,第二节 曲柄连杆机构的维修,一、气缸体的修理,磨损规律,气缸磨损的测量,在活塞的全行程的上、中、下三个断面。,每个断面必须测量发动机纵向和横向两条直径。,气缸圆度误差。,气缸圆柱度误差。,气缸的测量,曲轴主轴承孔磨损测量,曲轴主轴承的圆度误,差大于,0.025mm,或穴蚀面,积大于,250mm,2,时，必须进,行修理。,气缸盖平面变形测量,二、活塞的测量,活塞环的检测,弹力和漏光度的检查,活塞环端隙的测量,活塞环侧隙的测量,活塞环背隙的测量,活塞环的安装,三、连杆的检测,连杆弯扭的检测,连杆扭曲的校正,四、曲轴弯曲的检验,五、飞轮的检验,第三节 常见故障诊断与排除,一、主轴瓦响,1,.,故障现象,(1),当发动机转速突然变化时，有明显而沉重的连续,“,嘡,嘡,”,声，并伴随气缸体产生抖动；,(2),发动机的转速升高，响声增大；,(3),发动机负荷变化时，响声明显。,主轴瓦响,2.,故障诊断与排除方法,(1),拆下机油加注口盖，耳朵贴近机油加注口倾听，同,时反复改变发动机的转速试验：突然加速或减速时，发动,机出现明显钝哑沉重的,“,嘡嘡,”,响声，当用听诊器或简易听诊,杆在气缸体曲轴位置察听时，响声明显。,(2),利用单缸断火法试验，响声没有变化，然后将相邻,两缸断火试验，如在某两缸断火后，响声明显减弱，说明,这两缸之间的主轴瓦发响。,(3),使发动机高速运转，机体会产生较大的振动，机油压力,偏低，说明主轴瓦间隙过大或轴承合金层脱落。,(4),放尽机油，拆下油底壳后检查：,如发现机油中和油底壳壁上有轴承合金屑粒，则说明轴,承合金脱落，应更换新的主轴瓦，并检查主轴颈有无损伤。,检查主轴承盖螺栓是否松动，如有松动，应按规定力矩,拧紧。,检测主轴瓦径向和轴向间隙，若间隙过大，应更换新主,轴瓦。,二、连杆轴瓦响,1.,故障现象,(1),发动机运转中，产生一种连续而短促的,“,当当,”,声，,中速运转时，响声比较明显，当突然加速时，响声随着增大；,(2),发动机负荷增加时，响声随着增大；,(3),发动机温度变化时，响声不随着变化。,连杆轴瓦响,2.,故障诊断与排除方法,(1),使发动机怠速运转，可听到短促的,“,当当,”,声，随着,转速的升高，响声会更突出，拆下机油加注口盖倾听，响声,为清脆的,“,当当,”,声，说明是连杆轴瓦响。,(2),利用单缸断火法试验：若某缸断火时响声减弱或消失，,在复火的瞬间响声又立即出现，则可断定该缸连杆轴瓦响。,(3),放尽机油，拆下油底壳检查：,发现机油中或油底壳壁上有轴承合金屑粒，说明连杆,轴瓦合金层脱落，应更换新的连杆瓦，并检查连杆轴颈,有无损伤；,检查连杆螺栓有无松动，如有松动，应按规定力矩拧紧；,若连杆螺栓不松动，用手上、下推拉连杆盖检查，如,感觉旷量较大，说明连杆轴瓦磨损过甚，应更换新的连杆轴瓦。,(4),检查机油压力是否过低，若属机油压力过低造成的响声，,应调整油压；若属机油粘度过小造成的响声，应更换机油。,三、活塞敲缸响,1.,故障现象,(1),发动机在怠速或低、中速运转时，在气缸上部发出,清晰、明显、有规律的,“,嗒嗒,”,声，中速以上一般减弱或消失；,(2),发动机温度低时响声明显，正常工作温度下，响声减弱,或消失；,(3),发动机在高温、高速运转时，发出,“,嘎嘎,”,连续不断且有,节奏的响声。,活塞敲缸,2.,故障诊断与排除方法,(1),发动机冷车起动，即发出有节奏的,“,嗒嗒,”,声，此时,应将发动机转速控制在响声最明显的范围内，在气缸体上,部用听诊器或简易听诊杆听诊，若响声在怠速、冷车时明显，在高速、温度升高后减弱或消失；同时伴有从机油加注口冒烟、排气管冒蓝烟现象，则说明活塞敲缸。,(2),将发动机置于响声最明显的转速上运转，逐缸进行,断火试验：若某缸断火后响声减弱或消失，说明该缸活塞,敲缸；若在断火后出现敲缸响声，并由间断响变成连续,响，则说明活塞裙部锥度过大，使活塞头部撞击气缸壁所,致。应检查并更换活塞。,(3),发动机熄火，拆下有响声气缸的火花塞或喷油器，往气缸,内注入少量机油，并用手摇柄或起动机带动曲轴转动数圈，然后,装上火花塞或喷油器，起动发动机。如响声在短时间内减弱或消,失，过一会儿又重新出现，说明该缸活塞裙部与气缸壁的间隙过,大。应检测气缸间隙，选配活塞或镗缸。,(4),发动机温度低时响声不明显，在温度升高后，使发动机,中、高速运转时，出现有节奏的,“,嘎嘎,”,声，温度越高，响声越,大，用单缸断火试验，响声没有变化，说明连杆有变形。应检查,并校正连杆。,(5),发动机温度低时响声不明显，当温度升高后，发动机处于,怠速运转时，出现,“,嗒嗒,”,声，机体抖动，温度越高，响声越,大，说明活塞变形或活塞环开口间隙过小，造成活塞与气缸壁的,配合间隙过小，致使润滑不良。应检查、更换活塞及活塞环。,四、活塞销响,1.,故障现象,(1),发动机在怠速或低速时，在气缸上部可听到尖锐、,清脆的,“,嗒嗒,”,声；,(2),发动机的转速升高，响声随着增大；,(3),一般情况下，发动机温度升高，响声不减弱，在低,速下急加速响声非常明显。,活塞销响,2.,故障诊断与排除方法,(1),发动机置于怠速下运转，然后由怠速向低速急抖节,气门，响声能随着转速变化。若抖动节气门时，出现清脆而,连贯的,“,嗒嗒,”,声，说明活塞销响。,(2),将发动机稳定在响声比较明显的转速上，逐缸进行,断火试验：若某缸断火后响声明显减弱或消失，且在复火的,瞬间能立即出现或连续出现两个响声，说明该缸活塞销响。,若响声严重，并且转速越高响声越大，断火后响声不消失且,变得杂乱，说明活塞销与连杆小头衬套的配合间隙过大。应,检查并更换连杆小头衬套或活塞销。,(3),发动机怠速运转时，出现有节奏而较为沉重的,“,吭吭,”,声，转速升高，响声并不消失，而又出现机体抖动。若用单,缸断火试验，响声反而加重，说明活塞销窜动响。可能是活,塞销卡环脱落。应立即拆检，如确系卡环脱落，活塞销已将,气缸壁划伤，则应更换气缸套。,五、曲轴箱窜气量和气缸漏气率的检测,1.,曲轴箱窜气量的检测,测量时，将曲轴箱密封,(,堵住机油尺口、曲轴箱通风进,出口等,),，由加机油口处用橡胶管将漏窜气体导入气体流量,计。当气体沿图中箭头所示方向移动时，由于流量孔板的两,边存在气体压力差，使压力计水柱移动，直至气体压力差与,水柱落差平衡为止。,压力计通常以气体流量为刻度单位，因而由压力计水柱,高度所对应的刻度值，可以确定窜入曲轴箱气体的流量。新,发动机曲轴箱的窜气量为,15,20L,min,，,而磨损了的发动机,可达,80,130L,min,。,实验表明，曲轴箱窜气量还与发,动机的转速，特别是与外部负荷的大,小有关。就车测试时，一般采用加,载、节气门全开，使发动机在,1000,1600r,mm,下运行。发动机加载可以在,底盘测功试验台上、坡道上或低挡行,驶用制动器进行。,气体流量计备有不同直径小孔的,流量孔板，可以根据漏窜气体的流量,范围来选用。,2,气缸漏气率的检测,气缸活塞组正常的漏气率为,6,15,，不得大于,20,40,。当超过这一数值时，如确认进、排气门和气缸垫密,封可靠，则说明气缸活塞组磨损严重。,测量时应听察漏气的响声，判断漏气部位。若散热器加,水口或相邻两缸火花塞孔处有漏气，表明缸垫漏气；若空气,滤清器有漏气，表明气门与座不密封；若机油加注口部位漏,气，表明气缸活塞组密封不良。,