曲柄连杆构造与维修

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,*,学习目标：,1、掌握曲柄连杆机构的作用和组成。,2、了解曲柄连杆机构的受力分析。,3、掌握机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组主要零件的构造和装配连接关系。,4、掌握机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组主要零件的检测和维修方法。,5、能进行曲柄连杆机构的装配与调整。,第2章 曲柄连杆机构的构造与检修,曲柄连杆机构是往复活塞式发动机实现能量转换的主要机构。其作用是将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴的转矩，使曲轴产生旋转运动而对外输出动力。,曲柄连杆机构由三部分组成，如图2.1所示。,2.1 概述,2.1.1,曲柄连杆机构的作用和组成,汽油发动机工作过程动态演示,多缸汽油发动机纵剖视图,多缸发动机的,曲柄连杆机构,演示,1、机体组,主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸垫等不动件。,2、活塞连杆组,主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆运动件。,3、曲轴飞轮组,主要包括曲轴、飞轮等机件。,在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞作往复直线运动，经活塞销、连杆和曲轴，将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。发动机产生的动力，大部分经曲轴后端的飞轮输出，还有一部分通过曲轴前端的齿轮和带轮驱动本机其他机构和系统。,2.1 概述,2.1.1 曲柄连杆机构的作用和组成,机体组,、活塞连杆组、曲轴飞轮组,1、气体作用力,在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力，燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶部，如图2.2a）所示。活塞所受总压力为FP，它传到活塞销上可分解为FP1和FP2。分力FP1通过活塞传给连杆，并沿连杆方向作用在连杆轴颈上。FP1还可分解为两个分力R和S。沿曲柄方向的分力R使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；与曲柄垂直的分力S除了使主轴颈与主轴承间产生压紧力外，还对曲轴形成转矩T，推动曲轴旋转。FP2把活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支撑在车架上。,2.1 概述,2.1.2 曲柄连杆机构受力分析,在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶部的气体压力FP也可分解为两个分力FP1和FP2，如图2.2b）所示。而FP1又分解为R和S两个分力。R使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；S对曲轴造成一个旋转阻力矩T，企图阻止曲轴旋转。而FP2则将活塞压向气缸的另一侧壁。,在发动机工作循环的任何工作行程中，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的，再加上连杆的左右摇摆，因而作用在活塞销和曲轴轴颈的表面以及二者的支撑表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。,2.1 概述,2.1.2 曲柄连杆机构受力分析,2、往复惯性力,往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。曲柄连杆机构中的活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动，其速度很高且数值变化，当活塞从上止点向下止点运动时，速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小至零。即前半行程是加速运动，惯性力向上，以Fj表示，如图2.3a)所示。后半行程是减速运动，惯性力向下，以Fj表示，如图2.3b)所示。同理，当活塞向上运动时，前半行程是加速运动，惯性力向下，后半行程是减速运动，惯性力向上。,惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈承受周期性的附加载荷，加快轴承磨损；未被平衡的变化的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机振动。,2.1 概述,2.1.2 曲柄连杆机构受力分析,3、离心力,物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。在曲柄连杆机构中，偏离曲轴轴线的曲柄、连杆轴颈、连杆大头在绕曲轴轴线旋转时，将产生离心力Fc，其方向沿曲柄向外，如图2.3所示。离心力在垂直方向上的分力Fcy与惯性力Fj的方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动。而水平方向的分力Fcx则使发动机产生水平方向的振动。此外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈受到又一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。,4、摩擦力,任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间都存在摩擦力。在曲柄连杆机构中，活塞、活塞环、气缸壁之间；曲轴、连杆轴承与轴颈之间都存在摩擦力，它是造成零件配合表面磨损的根源。,上述各种力作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使它们受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为保证发动机工作可靠，减少磨损，在结构上应采取相应措施。,2.1 概述,2.1.2 曲柄连杆机构受力分析,1、气缸体与曲轴箱,气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。水冷式发动机通常将气缸体与上曲轴箱铸成一体，简称气缸体，如图2.4所示。,气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸。下半部为支承曲轴的上曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在上曲轴箱上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。,气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，是气缸修理的加工基准。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,机体组,作用,是发动机各机构和各系统,主要零部件,的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，同时承受各种载荷,。,1、气缸体与曲轴箱,气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。水冷式发动机通常将气缸体与上曲轴箱铸成一体，简称气缸体，如图2.4所示。,气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸。下半部为支承曲轴的上曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在上曲轴箱上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。,气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，是气缸修理的加工基准。,下曲轴箱也称油底壳，如图2.5所示。主要用于贮存机油并密封曲轴箱，同时也可起到机油散热作用。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,（1）气缸体的结构型式,气缸体有三种结构型式，即平分式、龙门式和隧道式，如图2.6所示。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,气缸体,（2）气缸的排列方式,发动机气缸排列方式基本上有三种：直列式、V型和对置式，如图2.7所示。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,（3）气缸与气缸套,气缸套有两种结构，即干式和湿式，如图2.8所示。,干式气缸套不直接与冷却水接触，干式缸套是被压入缸体孔中的，由于缸套自上而下都支撑在缸体上，所以可以加工得很薄，壁厚一般为1-3mm。,湿式气缸套与冷却水直接接触，也是被压入缸体的。冷却水接触到缸套的中部，由于它只在上部和下部有支撑，所以必须比干式缸套厚一点，一般壁厚为5-9mm。为了保证径向定位，气缸套外表面有两个凸出的圆环带，即上支承定位带和下支承密封带，轴向定位利用上端凸缘实现。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,2、气缸盖,气缸盖的作用是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。,气缸盖是发动机上最复杂的零件之一。气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水套；有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道；有燃烧室、火花塞座孔或喷油器座孔；上置凸轮轴式发动机的气缸盖上还有用以安装凸轮轴的轴承座。如图2.9所示为桑塔纳轿车发动机气缸盖分解图。,图2.9 桑塔纳轿车发动机气缸盖,为保证高温高压燃气的密封，气缸盖用多个缸盖螺钉以一定力矩紧固到缸体上。气缸盖螺栓的拆装顺序一般采用对称法：装配时，由中间向两端逐个对称拧紧；拆卸时，则由两端向中间逐个对称拧松。几乎所有发动机都明确规定了气缸盖螺栓的拧紧力矩并要求分几次拧紧至规定值。铝合金气缸盖应在发动机冷态下按规定力矩拧紧，铸铁气缸盖应在热态下再拧紧一遍。这样气缸盖要承受多个缸盖螺钉的紧固力和高温高压燃气产生的机械负荷和热负荷，同时复杂的缸盖结构，使铸造残余应力难以彻底消除。因此要求气缸盖必须要有足够的刚度、强度才能保证发动发动机机正常工作。,气缸盖材料一般采用优质灰铸铁、合金铸铁或铝合金铸造。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,（1）气缸盖的结构形式,汽车发动机气缸盖的结构形式有两种：整体式和分开式。,整体式气缸盖是指多缸发动机的多个气缸共用一个缸盖。整体式缸盖结构紧凑，零件数少，可缩短气缸中心距和发动机总长度，制造成本低。当气缸数不超过6个，气缸直径小于105mm时，均采用整体式气缸盖。,分开式气缸盖是指一个、两个或三个气缸共用一个缸盖。这种结构刚度较高，变形小，易于实现对高温高压燃气的有效密封，同时易于实现发动机产品的系列化。但气缸盖零件数增多会使气缸中心距增大，一般用在缸径较大的发动机上。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,（2）燃烧室,汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。对燃烧室有如下基本要求：一是结构尽可能紧凑，冷却面积要小，以减少热量损失和缩短火焰行程；二是使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气混合质量和燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧；三是表面要光滑，不易积炭。,汽油机常用燃烧室形状有以下三种，即楔形、盆形和半球形，如图2.10所示。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,（3）气道,现代汽车发动机采用顶置气门，进、排气道都布置在气缸盖上。如果每个气门都有一个气道是最理想的，但由于空间的问题，有时只能将气道合并。这些气道被称为叉形气道，如图2.11所示。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,3、气缸垫,气缸垫用来保证气缸体与气缸盖结合面间的密封，防止漏气、漏水。,目前应用较多的有以下几种气缸垫。,（1）金属石棉气缸垫。石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，在缸口、水孔和油道口周围采用卷边加固，以防被高温燃气烧坏。这种气缸垫有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但强度较差。,（2）金属骨架石棉垫。用编织的钢丝网或冲孔钢片为骨架，外覆石棉及橡胶粘结剂压成垫片，只在缸口、油道口及水孔处用金属包边。这种缸垫弹性更好，但易粘结，只能一次性使用。,（3）金属片式气缸垫。这种气缸垫多用在强化发动机上，轿车和赛车上采用较多。它需要在密封的气缸孔、水孔、油道口周围冲压出一定高度的凸纹，利用凸纹的弹性变形实现密封。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,4、气缸盖罩,气缸盖罩密封配气机构等零部件，防止灰尘污染机油或灰尘进入加快气门传动机构的磨损。有的罩盖上有加机油口和曲轴箱通风管接口。,气缸盖罩用铝合金铸造或薄钢板冲压制成，与气缸盖结合面加上橡胶衬垫。,5、发动机的支承,发动机通过气缸体和飞轮壳或变速器壳支承在车架上。一般支承方法有三点支承和四点支承两种，如图2.12所示。所谓三点支承即前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端一点通过变速器壳支承在车架上。四点支承则为前端两点通过曲轴箱支承在车架上，岳端两点通过飞轮壳支承在车架上。,2.2 机体组的构造与检修,2.2.1 机体组的构造,