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第2章曲柄連桿機構(gòu)的構(gòu)造與維修 學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識目標(biāo)1 能夠正確描述曲柄連桿機構(gòu)的組成 構(gòu)造和裝配關(guān)系 2 能夠正確敘述曲柄連桿機構(gòu)主要機件的受力情況和工作原理 3 能夠正確描述曲柄連桿機構(gòu)的裝配要求 能力目標(biāo)1 會進(jìn)行易損零件檢測 修理或更換 2 會進(jìn)行曲柄連桿機構(gòu)的裝配與調(diào)整 3 能對曲柄連桿機構(gòu)常見故障進(jìn)行分析 判斷 并能排除故障 第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)的構(gòu)造和工作原理 一 概述 1 曲柄連桿機構(gòu)的組成機體組活塞連桿曲軸飛輪組 機體組 氣缸蓋氣缸墊氣缸體油底殼 活塞連桿組 活塞活塞環(huán)活塞銷連桿 曲軸飛輪組 曲軸飛輪扭轉(zhuǎn)減振器 2 工作條件和受力分析工作條件 高溫 高壓 高速 有化學(xué)腐蝕受力分析 氣體作用力 往復(fù)慣性力 離心力 摩擦力 外界阻力 1 氣體作用力 作功行程氣體壓力 壓縮行程氣體壓力 2 往復(fù)慣性力與離心力 3 摩擦力 任何一對互相壓緊并作相對運動的零件表面之間必定存在摩擦力 物體所受摩擦力的大小與正壓力和摩擦系數(shù)成正比 方向總是與物體運動的方向相反 二 機體組 氣缸體與氣缸套 氣缸體的上半部有引導(dǎo)活塞作往復(fù)運動的圓筒 稱為氣缸 下半部分有供安裝曲軸用的上曲軸箱 有承孔 油道 水道 氣缸體的上 下表面是氣缸體維修的基準(zhǔn) 前后兩個平面加工 安裝正時齒輪蓋和飛輪殼 氣缸的排列形式 對置式 V形式 直列式 氣缸 有整體式和鑲套式 氣缸套的形式 干式缸套定義 其外表面不直接與冷卻水接觸 特點 1 壁較薄 1 3mm 2 與剛體承孔過盈配合 3 不易漏水漏氣 濕式缸套定義 其外表面直接與冷卻水接觸 特點 1 壁較厚 5 9mm 2 散熱效果好 3 易漏水漏氣 4 易穴蝕 定位 1 徑向靠上下兩個凸出的 與氣缸體間為動配合的圓環(huán)帶 2 軸向利用缸套上部凸緣與缸體相應(yīng)的臺階 密封 1 下部靠1 3個耐熱耐油的橡膠密封圈 2 上部缸套頂面高出缸體0 05 0 15mm 當(dāng)氣缸蓋螺栓擰緊后 缸套與缸體凸臺接合處 缸套與缸墊接合處 承受較大的壓緊力 具有防止水套漏水 氣缸漏氣和保證缸套定位的作用 氣缸蓋 1 結(jié)構(gòu)氣缸蓋上有冷卻水套 燃燒室 進(jìn)排氣門道 氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)排氣門座 火花塞孔 汽油機 或噴油器座孔 燃燒室 楔形燃燒室1 氣門斜置 氣流導(dǎo)流較好 充氣效率高 2 有擠氣 冷激面 可形成擠氣渦流 3 燃燒速度較快 CO和HC排放較低而NO排放稍高 盆形燃燒室1 氣門平行于氣缸軸線 2 有擠氣 冷激面 可形成擠氣渦流 3 盆的形狀狹窄 氣門尺寸受限 換氣質(zhì)量較差 燃燒速度較低 CO和HC排放較高而NO排放較低 半球形燃燒室 1 氣門成橫向V形排列 氣門頭部直徑可以做得較大 換氣好 2 火花塞位于燃燒室的中部 火焰行程短 燃燒速度最高 動力性 經(jīng)濟性最好 是高速發(fā)動機常用的燃燒室 3 CO和HC排放最少 而NO排放較高 氣缸墊 作用 保證氣缸體與氣缸蓋間的密封 防止漏水 漏氣 構(gòu)造 1 金屬 石棉墊 2 金屬骨架 石棉墊 3 純金屬墊安裝注意 金屬皮的金屬 石棉墊 缸口金屬卷邊一面應(yīng)朝向易修整接觸面或硬平面 因卷邊一面會對與其接觸的平面造成壓痕變形 油底殼 油底殼的主要作用貯存機油并密封曲軸箱 內(nèi)有穩(wěn)油擋板 放油螺塞 有的還有磁鐵 三 活塞連桿組 活塞連桿組由活塞 連桿 活塞環(huán) 活塞銷和連桿等組成 活塞 功用與氣缸蓋 氣缸壁等共同組成燃燒室 承受氣體壓力 并將此力傳給連桿 以推動曲軸旋轉(zhuǎn) 材料汽車發(fā)動機活塞廣泛采用鋁合金 質(zhì)量小 為鑄鐵活塞的50 70 導(dǎo)熱性好 約為鑄鐵的3倍 熱膨脹系數(shù)大 組成可分為頂部 環(huán)槽部 裙部 活塞頂部 是燃燒室的組成部分 用來承受氣體壓力 汽油機活塞的頂部形狀有 1 平頂 受熱面積小 廣泛采用 2 凸頂 與半球形燃燒室配用 3 凹頂 高壓縮比發(fā)動機為了防止碰撞氣門 也可用凹坑的深度來調(diào)整壓縮比 4 組合頂 活塞環(huán)槽部 環(huán)槽部部分切有若干道用以安裝活塞環(huán)的槽 活塞裙部 為活塞運動導(dǎo)向和承受側(cè)壓力 其型式有 1 全裙式 裙部為一薄壁圓筒 2 拖板式 將非承壓面的裙部全部去掉 活塞裙部變形 活塞的變形及采取的相應(yīng)措施 變形原因 熱膨脹 側(cè)壓力和氣體壓力 變形規(guī)律 1 活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹量 使配缸間隙變小 因活塞溫度高于氣缸壁 且鋁合金的膨脹系數(shù)大于鑄鐵 2 活塞自上而下膨脹量由大而小 因溫度上高下低 壁上厚下薄 3 裙部周向近似橢圓形變化 長軸沿銷座孔軸線方向 因銷座處金屬量多而膨脹量大 以及側(cè)壓力作用的結(jié)果 結(jié)構(gòu)措施 1 活塞縱斷面制成上小下大的截錐形 2 活塞橫斷面制成橢圓形 長軸垂直于銷座孔軸線方向 即側(cè)壓力方向 3 銷座處凹陷0 5 1 0mm 4 裙部開絕熱 膨脹槽 T 形或 形槽 其中橫槽叫絕槽 豎槽叫膨脹槽 5 采用雙金屬活塞 即在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鑄鋼片 以減少裙部的膨脹量 防止變形的措施 偏置銷座 定義 活塞銷座朝向承受作功側(cè)壓力的一面偏移1 2mm 作用 減輕活塞換向時對氣缸壁的敲擊噪聲 原理 因銷座偏置 在接近上止點時 作用在活塞銷座軸線以右的氣體壓力大于左邊 使活塞傾斜 裙部下端提前換向 而活塞在越過上止點 側(cè)壓力反向時 活塞才以左下端接觸處為支點 頂部向左轉(zhuǎn) 不是平移 完成換向 偏置銷座使活塞換向分成了兩步 第一步是在氣體壓力較小時進(jìn)行 且裙部彈性好 有緩沖作用 第二步雖氣體壓力大 但它是個漸變過程 為此 兩步過渡使換向沖擊力大為減弱 活塞環(huán) 一 氣環(huán)作用 1 密封 防止氣缸內(nèi)的氣體竄入油底殼 2 傳熱 將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁 3 輔助刮油 布油 活塞環(huán)的間隙 1 端隙 1 又稱開口間隙 是活塞環(huán)裝入氣缸后開口處的間隙 一般為0 25 0 50mm 2 側(cè)隙 2 又稱邊隙 是環(huán)高方向上與環(huán)槽之間的間隙 第一道環(huán)因溫度高 一般為0 04 0 10mm 其他氣環(huán)一般為0 03 0 07mm 油環(huán)一般側(cè)隙較小 一般為0 025 0 07mm 3 背隙 3 是活塞環(huán)裝入氣缸后 活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部的間隙 一般為0 5 1mm 端隙 1 氣缸 2 活塞環(huán) 3 活塞 1 開口間隙 2 側(cè)隙 3 背隙 活塞環(huán)的泵油作用及危害 原因 1 存在側(cè)隙和背隙 2 環(huán)運動時在環(huán)槽中靠上靠下 危害 1 增加了潤滑油的消耗 2 火花塞沾油不跳火 3 燃燒室積碳增多 燃燒性能變壞 4 環(huán)槽內(nèi)形成積碳 擠壓活塞環(huán)而失去密封性 5 加劇了氣缸的磨損 措施 1 采用扭曲環(huán) 2 采用組合式油環(huán) 3 油環(huán)下設(shè)減壓腔 活塞環(huán)的泵油 氣環(huán)的斷面形狀 1 矩形環(huán)結(jié)構(gòu)簡單 與缸壁接觸面積大 散熱好 但易泵油 2 錐形環(huán)1 特點與缸壁線接觸 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 安裝注意 錐角朝下 在環(huán)端有向上或TOP等標(biāo)記 3 扭曲環(huán)將矩形環(huán)內(nèi)圓上方或外圓下方切成臺階或倒角而成 二 油環(huán) 作用刮油 即將氣缸壁上多余的潤滑油刮下來 類型 1 整體式 其外圓上切有環(huán)形槽 槽底開有回油用的小孔或窄槽 2 組合式 由上下刮油片和產(chǎn)生徑向 軸向彈力的襯簧組成 1 鋼片 2 襯簧 3 徑向襯簧 4 軸向襯簧 5 活塞 組合式油環(huán) 活塞銷 作用 連接活塞和連桿 并傳遞活塞的力給連桿 結(jié)構(gòu) 用低碳鋼或低碳合金鋼制成的厚壁管狀體 1 全浮式 1 定義 在發(fā)動機正常工作溫度下 活塞銷在連桿小頭孔和活塞銷座孔中都能轉(zhuǎn)動 2 裝配 銷與銷座孔在冷態(tài)時為過渡配合 采用分組選配法 將活塞放入熱水或熱油中加熱后 迅速將銷裝入 熱裝合 2 半浮式 1 定義 銷與銷座孔和連桿小頭兩處 一處固定 一處浮動 一般固定連桿小頭 2 裝配 加熱連桿小頭后 將銷裝入 冷態(tài)時為過盈配合 全浮式半浮式 連桿 功用將活塞的力傳給曲軸 變活塞的往復(fù)運動為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動 組成連桿組由連桿體 連桿蓋 連桿螺栓和連桿軸瓦等組成 連桿構(gòu)造小頭用來安裝活塞銷 以連接活塞 桿身常做成 工 字形斷面 大頭與曲軸的連桿軸頸連 大頭一般做成分開式 即連桿大頭和連桿蓋 連桿大頭 1 切口形式有平切口和斜切口兩種 2 定位方式1 連桿螺栓定位依靠連桿螺栓的光圓柱部分與螺栓孔的配合來定位 其定位精度較差 用于切口連桿 2 鋸齒形定位依靠接合面的齒形定位 3 套或銷定位依靠套或銷與連桿體 或蓋 的孔緊配合定位 4 止口定位 連桿軸承 作用保護連桿軸頸及連桿大頭孔 組成由鋼背和減摩層組成 鋼背由1 3mm的低碳鋼制成 減摩層為0 3 0 7mm的減摩合金 層質(zhì)較軟能保護軸頸 減摩層材料 1 白合金 巴氏合金 減摩性能好 但機械強度低 且耐熱性差 常用于負(fù)荷不大的汽油機 2 銅鉛合金 機械強度高 承載能力大 耐熱性好 多用于高負(fù)荷的柴油機 但其減摩性能差 3 鋁基合金 有鋁銻鎂合金 低錫鋁合金和高錫鋁合金三種 四 曲軸飛輪組 曲軸飛輪組由曲軸 飛輪 帶輪 正時齒輪 或鏈輪 等組成 一 曲軸功用1 把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵?2 驅(qū)動配氣機構(gòu)及其他附屬裝置 材料大多采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中合金碳鋼 有的采用球墨鑄鐵 構(gòu)造曲軸包括前端軸 主軸頸 連桿軸頸 曲柄 平衡重 后端軸等 一個連桿軸頸和它兩端的曲柄及主軸頸構(gòu)成一個曲拐 1 主軸頸和連桿軸頸主軸頸是曲軸的支承部分 每個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸者 稱為全支承曲軸 主軸頸數(shù)等于或少于連桿軸頸數(shù)者稱為非全支承曲軸 曲軸上有貫穿主軸頸 曲柄和連桿軸頸的油道 以便潤滑主軸頸和連桿軸頸 2 曲柄和平衡重曲柄是用來連接主軸頸和連桿軸頸的 平衡重的作用是平衡各機件產(chǎn)生的離心慣性力及其力矩 常用曲拐布置 1 直列四沖程四缸發(fā)動機曲拐對稱布置于同一平面內(nèi) 相鄰作功氣缸的曲拐夾角為720 4 180 發(fā)動機工作順序有1 3 4 2和1 2 4 3兩種 2 直列四沖程六缸發(fā)動機曲拐對稱布置于三個平面內(nèi) 相鄰作功氣缸的曲拐夾角為720 6 120 發(fā)動機工作順序有1 5 3 6 2 4和1 4 2 6 3 5兩種 前端軸與后端軸 1 作用前端軸用來安裝正時齒輪 帶輪及起動爪等 后端軸有凸緣盤 用來安裝飛輪 有的電噴發(fā)動機還裝有曲軸位置傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的信號發(fā)生器 2 前后端的密封曲軸前后端都伸出曲軸箱 為了防止?jié)櫥脱剌S頸流出 在曲軸前后都設(shè)有防漏裝置 常用的防漏裝置有擋油盤 填料油封 自緊油封 回油螺紋等 前端后端 飛輪 功用1 貯存能量 在作功行程貯存能量 用以完成其他三個行程 使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 2 利用飛輪上的齒圈起動時傳力 3 將動力傳給離合器 4 克服短暫的超負(fù)荷 飛輪 第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)的維修 一 氣缸體的修理 磨損規(guī)律 氣缸磨損的測量 在活塞的全行程的上 中 下三個斷面 每個斷面必須測量發(fā)動機縱向和橫向兩條直徑 氣缸圓度誤差 氣缸圓柱度誤差 氣缸的測量 曲軸主軸承孔磨損測量 曲軸主軸承的圓度誤差大于0 025mm或穴蝕面積大于250mm2時 必須進(jìn)行修理 氣缸蓋平面變形測量 二 活塞的測量 活塞環(huán)的檢測 彈力和漏光度的檢查 活塞環(huán)端隙的測量 活塞環(huán)側(cè)隙的測量 活塞環(huán)背隙的測量 活塞環(huán)的安裝 三 連桿的檢測 連桿彎扭的檢測 連桿扭曲的校正 四 曲軸彎曲的檢驗 五 飛輪的檢驗 第三節(jié)常見故障診斷與排除 一 主軸瓦響 1 故障現(xiàn)象 1 當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然變化時 有明顯而沉重的連續(xù) 嘡嘡 聲 并伴隨氣缸體產(chǎn)生抖動 2 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速升高 響聲增大 3 發(fā)動機負(fù)荷變化時 響聲明顯 主軸瓦響 2 故障診斷與排除方法 1 拆下機油加注口蓋 耳朵貼近機油加注口傾聽 同時反復(fù)改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速試驗 突然加速或減速時 發(fā)動機出現(xiàn)明顯鈍啞沉重的 嘡嘡 響聲 當(dāng)用聽診器或簡易聽診桿在氣缸體曲軸位置察聽時 響聲明顯 2 利用單缸斷火法試驗 響聲沒有變化 然后將相鄰兩缸斷火試驗 如在某兩缸斷火后 響聲明顯減弱 說明這兩缸之間的主軸瓦發(fā)響 3 使發(fā)動機高速運轉(zhuǎn) 機體會產(chǎn)生較大的振動 機油壓力偏低 說明主軸瓦間隙過大或軸承合金層脫落 4 放盡機油 拆下油底殼后檢查 如發(fā)現(xiàn)機油中和油底殼壁上有軸承合金屑粒 則說明軸承合金脫落 應(yīng)更換新的主軸瓦 并檢查主軸頸有無損傷 檢查主軸承蓋螺栓是否松動 如有松動 應(yīng)按規(guī)定力矩擰緊 檢測主軸瓦徑向和軸向間隙 若間隙過大 應(yīng)更換新主軸瓦 二 連桿軸瓦響 1 故障現(xiàn)象 1 發(fā)動機運轉(zhuǎn)中 產(chǎn)生一種連續(xù)而短促的 當(dāng)當(dāng) 聲 中速運轉(zhuǎn)時 響聲比較明顯 當(dāng)突然加速時 響聲隨著增大 2 發(fā)動機負(fù)荷增加時 響聲隨著增大 3 發(fā)動機溫度變化時 響聲不隨著變化 連桿軸瓦響 2 故障診斷與排除方法 1 使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn) 可聽到短促的 當(dāng)當(dāng) 聲 隨著轉(zhuǎn)速的升高 響聲會更突出 拆下機油加注口蓋傾聽 響聲為清脆的 當(dāng)當(dāng) 聲 說明是連桿軸瓦響 2 利用單缸斷火法試驗 若某缸斷火時響聲減弱或消失 在復(fù)火的瞬間響聲又立即出現(xiàn) 則可斷定該缸連桿軸瓦響 3 放盡機油 拆下油底殼檢查 發(fā)現(xiàn)機油中或油底殼壁上有軸承合金屑粒 說明連桿軸瓦合金層脫落 應(yīng)更換新的連桿瓦 并檢查連桿軸頸有無損傷 檢查連桿螺栓有無松動 如有松動 應(yīng)按規(guī)定力矩擰緊 若連桿螺栓不松動 用手上 下推拉連桿蓋檢查 如感覺曠量較大 說明連桿軸瓦磨損過甚 應(yīng)更換新的連桿軸瓦 4 檢查機油壓力是否過低 若屬機油壓力過低造成的響聲 應(yīng)調(diào)整油壓 若屬機油粘度過小造成的響聲 應(yīng)更換機油 三 活塞敲缸響 1 故障現(xiàn)象 1 發(fā)動機在怠速或低 中速運轉(zhuǎn)時 在氣缸上部發(fā)出清晰 明顯 有規(guī)律的 嗒嗒 聲 中速以上一般減弱或消失 2 發(fā)動機溫度低時響聲明顯 正常工作溫度下 響聲減弱或消失 3 發(fā)動機在高溫 高速運轉(zhuǎn)時 發(fā)出 嘎嘎 連續(xù)不斷且有節(jié)奏的響聲 活塞敲缸 2 故障診斷與排除方法 1 發(fā)動機冷車起動 即發(fā)出有節(jié)奏的 嗒嗒 聲 此時應(yīng)將發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制在響聲最明顯的范圍內(nèi) 在氣缸體上部用聽診器或簡易聽診桿聽診 若響聲在怠速 冷車時明顯 在高速 溫度升高后減弱或消失 同時伴有從機油加注口冒煙 排氣管冒藍(lán)煙現(xiàn)象 則說明活塞敲缸 2 將發(fā)動機置于響聲最明顯的轉(zhuǎn)速上運轉(zhuǎn) 逐缸進(jìn)行斷火試驗 若某缸斷火后響聲減弱或消失 說明該缸活塞敲缸 若在斷火后出現(xiàn)敲缸響聲 并由間斷響變成連續(xù)響 則說明活塞裙部錐度過大 使活塞頭部撞擊氣缸壁所致 應(yīng)檢查并更換活塞 3 發(fā)動機熄火 拆下有響聲氣缸的火花塞或噴油器 往氣缸內(nèi)注入少量機油 并用手搖柄或起動機帶動曲軸轉(zhuǎn)動數(shù)圈 然后裝上火花塞或噴油器 起動發(fā)動機 如響聲在短時間內(nèi)減弱或消失 過一會兒又重新出現(xiàn) 說明該缸活塞裙部與氣缸壁的間隙過大 應(yīng)檢測氣缸間隙 選配活塞或鏜缸 4 發(fā)動機溫度低時響聲不明顯 在溫度升高后 使發(fā)動機中 高速運轉(zhuǎn)時 出現(xiàn)有節(jié)奏的 嘎嘎 聲 溫度越高 響聲越大 用單缸斷火試驗 響聲沒有變化 說明連桿有變形 應(yīng)檢查并校正連桿 5 發(fā)動機溫度低時響聲不明顯 當(dāng)溫度升高后 發(fā)動機處于怠速運轉(zhuǎn)時 出現(xiàn) 嗒嗒 聲 機體抖動 溫度越高 響聲越大 說明活塞變形或活塞環(huán)開口間隙過小 造成活塞與氣缸壁的配合間隙過小 致使?jié)櫥涣?應(yīng)檢查 更換活塞及活塞環(huán) 四 活塞銷響 1 故障現(xiàn)象 1 發(fā)動機在怠速或低速時 在氣缸上部可聽到尖銳 清脆的 嗒嗒 聲 2 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速升高 響聲隨著增大 3 一般情況下 發(fā)動機溫度升高 響聲不減弱 在低速下急加速響聲非常明顯 活塞銷響 2 故障診斷與排除方法 1 發(fā)動機置于怠速下運轉(zhuǎn) 然后由怠速向低速急抖節(jié)氣門 響聲能隨著轉(zhuǎn)速變化 若抖動節(jié)氣門時 出現(xiàn)清脆而連貫的 嗒嗒 聲 說明活塞銷響 2 將發(fā)動機穩(wěn)定在響聲比較明顯的轉(zhuǎn)速上 逐缸進(jìn)行斷火試驗 若某缸斷火后響聲明顯減弱或消失 且在復(fù)火的瞬間能立即出現(xiàn)或連續(xù)出現(xiàn)兩個響聲 說明該缸活塞銷響 若響聲嚴(yán)重 并且轉(zhuǎn)速越高響