engine4-5(曲柄)

1、 任務(wù)任務(wù)1 基本認知基本認知 1.1 作用及組成： 作用：把燃氣作用在活塞頂上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的扭矩，以向工作機械輸出機械能 組成： 氣缸體與曲軸箱組 活塞連桿組 曲軸飛輪組 l 力的種類：氣體力氣體力 ， 運動質(zhì)量慣性力，磨運動質(zhì)量慣性力，磨擦力、外界阻力擦力、外界阻力 1、氣體作用力Fp ：合力F作用于活塞上，分解成 兩個力 ： Fp2壓向氣缸壁，加劇活塞和缸壁的磨損 Fp1沿連桿軸線，壓縮連桿 2、 往復慣性力 Fj ： 旋轉(zhuǎn)慣性力（離心力）Fe ： Fe的水平分力總與Fj方向相同 3、 摩擦力 4、上述各力都具有周期性，從而引起發(fā)動機的振動。 加快軸承及軸頸的變形和磨損a)作功行程 b

2、)壓縮行程圖圖2-2 氣體壓力作用情況示意圖氣體壓力作用情況示意圖a)活塞在上半行程的慣性力 b)活塞在下半行程的慣性力圖圖2-3 往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力作用情況示意圖往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力作用情況示意圖 l平衡方法： 1、減小曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量 2、加平衡重、設(shè)置平衡機構(gòu) 3、保證部件動平衡l單缸內(nèi)燃機的平衡方法： 發(fā)動機必須在轉(zhuǎn)速波動比較小的情況下平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，采用兩種措施： 1、安裝飛輪 2、增加缸數(shù)，選用合理的氣缸工作順序2.1 機體組件的功用及組成：機體組件的功用及組成： 組成組成：氣缸體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、氣缸襯墊(密封)、主軸承蓋、油底殼、干式或濕式氣缸套（鑲氣缸套） 功用功用：機體

3、組件是發(fā)動機的骨架，是曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)及各個系統(tǒng)主要的裝配基體；氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室；油底殼封閉曲軸箱。 水冷的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體稱為氣缸體（或機體） （風冷發(fā)動機是分別鑄造，氣缸體單體的）是發(fā)動機中最大最重的零件） 功用：功用：為活塞運動導向，對曲軸起支承作用2.2 .1工作條件及要求：工作條件及要求： 機體承受拉、壓、彎、扭等機械負荷和很大的熱負荷，磨損、腐蝕較嚴重。 具有足夠的強度和剛度， 耐磨損和耐腐蝕 能對氣缸進行適當?shù)睦鋮s 較高的尺寸精度，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。 圖2-5 氣缸體1-曲軸支乘孔 2-機體 3-氣缸 4-水道1-主油道孔；2

4、-冷卻水套；3-氣缸；4-冷卻液孔；5-螺紋孔；6-機體上平面；7-加強筋；8-主軸承座；9-機體下平面；10-曲軸箱11-氣缸體 圖圖2-4 發(fā)動機機體發(fā)動機機體486eq2491l 一般用高強度的灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鋁合金鑄造。 轎車發(fā)動機的機體采用鋁合金的較多，鋁合金機體具有以下優(yōu)點： 機體與活塞膨脹系數(shù)相同，降低噪聲和油耗。 導熱性好，可以提高壓縮比，提高功率 質(zhì)量輕，便于分配軸荷 散熱性好，可以減少冷卻液容量，減小散熱器尺寸 缺點： 制造成本高 l曲軸箱的結(jié)構(gòu)形式（主軸軸承孔的結(jié)構(gòu)）有三種： 一般式、龍門式、隧道式一般式龍門式隧道式結(jié)構(gòu)特點機體底平面與曲軸軸線在同一平面曲軸軸線高于曲軸

5、箱分開面主軸承孔不剖分高度小，質(zhì)量輕， ，加工方便曲軸前后端密封差與油底殼密封復雜結(jié)構(gòu)剛度和強度較好，密封簡單可靠，維修方便，但工藝性差機體剛度大主軸承同軸度好裝拆比較麻煩適用中小型發(fā)動機BJ492Q、CA488-3CA6102EQ6100-1黃河6135型柴油機 氣缸排列形式有3種:直列式、直列式、V型、水平對置式型、水平對置式三種布置方式比較：三種布置方式比較： 直列式直列式V型型水平對置式水平對置式排成排成方式方式垂直或水平排成一垂直或水平排成一直列直列V型兩列排列型兩列排列夾角小于夾角小于180度度水平相對排列水平相對排列特點特點寬度小，高度和長寬度小，高度和長度大，加工容易。度大，加

6、工容易。振動較小振動較小寬度大寬度大,高度和長度高度和長度小，形狀復雜小，形狀復雜剛度大，尺寸小剛度大，尺寸小加工困難加工困難重心低重心低平衡性好平衡性好適用范適用范圍圍六缸以下發(fā)動機六缸以下發(fā)動機大功率發(fā)動機大功率發(fā)動機8缸以上缸以上應(yīng)用較少應(yīng)用較少l氣缸結(jié)構(gòu)形式有三種:無氣缸套式,干氣缸套式,濕氣缸套式無氣缸套式干氣缸套式濕氣缸套式特點整體合金鑄鐵鑄造氣缸套單獨鑄造氣缸套單獨鑄造氣缸內(nèi)表面需研磨加工,并需特殊熱處理缸套外圓和座孔內(nèi)表面需加工，散熱效果差需裝配定位和密封剛度差,易漏水縮短氣缸中心距剛度大,工藝性好機體剛度大,氣缸中心距小,無封閉水套,易鑄造,傳熱好適用紅旗CA488-3上海桑

7、塔納JVCA6102、EQ6100-1廣泛用于柴油機l氣缸體的冷卻方式有兩種： 水冷：內(nèi)部有冷卻水套 風冷：導風系統(tǒng)主軸承蓋：主軸承蓋： 承受較高的機械負荷 采用鋼或合金鑄鐵或球墨鑄鐵 主軸承蓋不能互換 定位方式有側(cè)面定位和套筒定位兩種主軸承蓋螺栓：主軸承蓋螺栓： 壓緊主軸承蓋并使軸瓦產(chǎn)生必 要的預緊力 承受較高的拉力 多用合金鋼制造，需按規(guī)定的力矩擰緊一般式機體主軸承蓋為整體式一般式機體主軸承蓋為整體式l 功用：功用：l2.3.12.3.1工作條件及要求：工作條件及要求： 承受氣體力 緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷 燃燒室的熱負荷 要求：要求： 足夠的強度和剛度 有良好的冷卻 l2.3.22

8、.3.2氣缸蓋材料 一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄造 轎車多采用鋁合金氣缸蓋，其特點： 優(yōu)點：導熱性好，可提高壓縮比 鑄造性能好，易澆鑄復雜結(jié)構(gòu) 缺點： 熱負荷高時易變形，底平面溫 度 300oC以下。 l2.3.32.3.3氣缸蓋構(gòu)造氣缸蓋結(jié)構(gòu)：氣缸蓋結(jié)構(gòu)：復雜的箱形零件上面鑄有： 進、排氣門座孔 氣門導管孔 火花塞（噴油器）安裝孔 部分水套、進排氣道、燃燒室 （凸輪軸承孔、座、潤滑油道）影響因素：影響因素：每缸氣門數(shù)，凸輪軸位置， 冷卻 方式，進排氣道及燃燒室形狀結(jié)構(gòu)分類：結(jié)構(gòu)分類：整體式、分塊式、單體式(水冷)l2.3.42.3.4燃燒室 當活塞位于上止點時，活塞頂面以上、汽缸蓋底面以下

9、所形成的空間 結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求： 1、結(jié)構(gòu)緊湊 2、能夠增加進氣量 3、產(chǎn)生擠氣渦流 4、表面光滑，不易積碳 5、保證火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短l汽油機燃燒室的分類及其特點汽油機燃燒室的分類及其特點（如圖）（如圖）結(jié)構(gòu)氣門方向(與氣缸軸線)進氣道擠氣渦流應(yīng)用實例盆形簡單緊湊平行彎度大能EQ6100-1 奧迪100楔形較緊湊傾斜平直能CA6102半球形最緊湊兩列傾斜較平直不能國產(chǎn)富康TU蓬形進年來在高性能多氣門轎車發(fā)動機上廣泛應(yīng)用各種燃燒室l2.3.52.3.5 氣缸蓋的冷卻氣缸蓋的冷卻 氣缸蓋結(jié)構(gòu)復雜，溫差很大，熱應(yīng)力比機械應(yīng)氣缸蓋結(jié)構(gòu)復雜，溫差很大，熱應(yīng)力比機械應(yīng)力還大力還大l主要冷卻部位：主要冷卻

10、部位：1、進排氣門之間的鼻梁區(qū)和擠氣面 2、柴油機進排氣門座和噴油器安裝 孔之間的三角區(qū) 冷卻不良會導致：冷卻不良會導致：汽油機不正常燃燒 柴油機噴油器過熱，氣缸蓋開裂 解決方法：解決方法：(如圖如圖)汽油機鑄出導流板，導向鼻梁區(qū) 柴油機采用分水管或分水孔，直接噴向 三角區(qū)l氣缸襯墊是氣缸體頂面與氣缸蓋底面間的密封件氣缸襯墊是氣缸體頂面與氣缸蓋底面間的密封件l1、氣缸襯墊的功用及工作條件：氣缸襯墊的功用及工作條件： 功用：保持氣缸不漏氣 保持機體流向缸蓋的冷卻液和機油不泄露。 工作條件：承受擰緊氣缸蓋螺栓的壓力 受氣缸內(nèi)高溫高壓的作用 機油和冷卻液的腐蝕 要求：要求：足夠的強度， 耐壓、耐熱、

11、耐腐蝕， 具有彈性l2、分類及結(jié)構(gòu)：分類及結(jié)構(gòu)： 金屬-石棉、金屬-復合材料、全金屬（1）金屬-石棉氣缸墊： a、石棉基體，外包銅或鐵皮 b、鋼絲或鋼板為骨架，外覆石棉（2）金屬-復合材料：（3）全金屬氣缸墊：l作業(yè) P60（2）l1、要求：螺栓數(shù)目要足夠，保證壓緊均勻，減小局部變形，密封可靠 予緊力要足夠，保證必要的密封壓力，防止長期工作后發(fā)生松弛l2、材料：45或40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理l3、擰緊方式：l4、定位方式：套桶定位、定位螺栓、銷定位氣門室罩氣門室罩1、功用：儲存機油，密封機體或曲軸箱2、結(jié)構(gòu)特點： 薄鋼板沖壓或主鋁制成 內(nèi)設(shè)擋板，局部較深 密封凸緣具有剛度降噪型桑塔納發(fā)動機油底殼桑

12、塔納發(fā)動機油底殼l要求：支承應(yīng)具有彈性，消除底架扭轉(zhuǎn)對發(fā)動機的影響；減少發(fā)動機傳給底 盤和乘員的振動和噪聲 與發(fā)動機相連的管子采用軟管發(fā)動機通過氣缸體或飛輪殼或變速器上的支撐支承在車架上， 支承方式一般有三點支承和四點支承功用：功用： 將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵?。組成：組成：活塞組活塞組：活塞、活塞活塞、活塞環(huán)、活塞銷環(huán)、活塞銷 連桿組連桿組：連桿、連桿連桿、連桿軸瓦、連桿螺栓等軸瓦、連桿螺栓等 l3.1 活塞組活塞組l3.1.1活塞活塞 （1）活塞的功用及工作條件：）活塞的功用及工作條件： 功用：承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)

13、，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。 工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。 要求： 要有足夠的剛度和強度，合理的形狀和壁厚。 導熱性能好，要耐高壓、耐高溫、耐磨損； 質(zhì)量小,重量輕，盡可能地減小往復慣性力。 熱膨脹系數(shù)小，摩擦系數(shù)小 （2）材料：）材料：鋁合金材料基本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強度鋁合金，但在一些低速柴油機上采用高級鑄鐵或耐熱鋼。 （3）構(gòu)造）構(gòu)造:活塞可分為三部分:a）平頂 ； b) 凸頂 ； c) 凹頂圖圖2-15 活塞頂部形狀活塞頂部形狀圖圖2-22活塞頂部標記活塞頂部標記活塞頭部活塞頭部：由活塞頂至最下面一道活塞環(huán)槽之間由活塞頂至最下面一道

14、活塞環(huán)槽之間 的部分。的部分。 分為火力岸和環(huán)帶兩部分活塞頭部的作用： a、承受氣體壓力 b、安裝活塞環(huán)，與活塞環(huán)一起密封氣缸， c、將熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁(7080%的熱量) 活塞頭部一般做得較厚，從活塞頂?shù)江h(huán)槽區(qū)的斷面活塞頭部一般做得較厚，從活塞頂?shù)江h(huán)槽區(qū)的斷面變化要盡可能圓滑，過渡圓角變化要盡可能圓滑，過渡圓角R應(yīng)足夠大。應(yīng)足夠大。 有的發(fā)動機活塞在第一道環(huán)槽上面車出較環(huán)槽窄的有的發(fā)動機活塞在第一道環(huán)槽上面車出較環(huán)槽窄的隔熱槽。隔熱槽。 為了保為了保護和加強活護和加強活塞環(huán)槽可在塞環(huán)槽可在鋁合金活塞鋁合金活塞環(huán)槽部位鑄環(huán)槽部位鑄入由耐熱合入由耐熱合金鋼制造的金鋼制造的環(huán)槽護圈。環(huán)槽護

15、圈。 l 活塞裙部對活塞在氣缸內(nèi)的往復運動起導向作用，并承受側(cè)壓力。 要求：a 良好的導向 b 足夠的承壓面積工作過程中活塞的變形：工作過程中活塞的變形：裙部變?yōu)闄E圓原因：受熱 受力頭部變大原因：受熱 受力la 預先做成橢圓形 用于抵消由于受熱膨脹不均，長軸垂直與銷軸.lb 預先做成階梯形、錐形 為抵消高度方向的受熱膨脹不均勻，預先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。l c 活塞群部開槽 在裙部開橫向的隔熱槽，以減小頭部熱量向裙部傳遞，裙部開有縱向的膨脹槽，在熱態(tài)時又具有補償作用。柴油機活塞受力大，裙部一般不開槽。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。（ d 有些活塞

16、為了減輕重量，可以拖板式活塞或短活塞l恒范鋼片式恒范鋼片式：活塞銷座通過恒范鋼片與裙部相連，而恒范鋼片（含鎳33%36%）的膨脹系數(shù)僅為鋁合金的十分之一。這樣，使裙部膨脹量大為減少。l自動調(diào)節(jié)式自動調(diào)節(jié)式：膨脹系數(shù)小的低碳鋼片貼在銷座鋁層的內(nèi)側(cè)，依靠鋼片的牽制作用，及鋼片與鋁殼之間的雙金屬效應(yīng)來減小裙部側(cè)壓力方向的膨脹量。 （ e e減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片。l筒形鋼片式：筒形鋼片式：澆鑄時，將鋼筒夾在鋁合金中（圖），冷凝時鋼筒內(nèi)外側(cè)的鋁合金分別產(chǎn)生“收縮縫隙”和拉應(yīng)力。工作時因要先消除“收縮縫隙”和拉應(yīng)力而膨脹量減小。 l表面處理表面處理：為了改

17、善磨合性，活塞表面 鍍錫、鍍鋅、磷化、噴墨l銷座孔銷座孔：有的汽油機上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，向作功行程中受主側(cè)壓力的一方偏移了12mm。 防止敲缸活塞冷卻有三種方法：（如圖） 自由噴射冷卻法 震蕩冷卻法 強制冷卻法l3.1.2 活塞環(huán)活塞環(huán)l活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán),有氣環(huán)氣環(huán)和油環(huán)之分。l（1）功用及工作條件：）功用及工作條件： 功用：氣環(huán)是保證氣缸與活塞間的密封性，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁， 油環(huán)起刮油和布油的作用， 工作條件：高溫、高壓、高速和潤滑極其困難 要求：要求：活塞環(huán)彈性好，強度高、耐磨損平均壽命：平均壽命：6 6萬公里萬公里 （2）活塞環(huán)材料及表

18、面處理：）活塞環(huán)材料及表面處理： 良好的耐磨性、導熱性、耐熱性、沖擊韌性性足夠的彈性、高的強度 優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、鋼 第一道氣環(huán)：多孔鍍鉻或鉬 第二道氣環(huán)：鍍錫或磷化 油環(huán)：鍍鉻或鉬 （3）活塞環(huán)與活塞的配合：）活塞環(huán)與活塞的配合： 端隙（開口間隙）：0.250.50 側(cè)隙（邊隙）：0.040.10 二、三環(huán)0.030.07 油環(huán)0.250.07 背隙：0.5 1 油環(huán)更大l（4）氣環(huán)）氣環(huán) 密封機理密封機理作業(yè)作業(yè) P P60 (5)(6)60 (5)(6) 種類種類 矩形環(huán)、錐面、矩形環(huán)、梯形環(huán)、桶面環(huán)：a)矩形環(huán)；b)錐形環(huán)；c)內(nèi)切口扭曲環(huán)；d)外切口扭曲環(huán)；e)梯形環(huán)；

19、f)桶形環(huán) 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。 扭曲原理：當活塞環(huán)裝入氣缸后，環(huán)受到壓縮產(chǎn)生彎曲變形，斷面中性層以外產(chǎn)生拉應(yīng)力、中性層以外產(chǎn)生壓應(yīng)力，矩形環(huán)由于中性層內(nèi)外斷面不對稱，使F和F不在同一平面內(nèi)，從而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞環(huán)發(fā)生微量的扭曲變形。作功行程環(huán)不再扭曲，兩個密封面達到完全接觸，利于散熱。 l桶形環(huán)：桶形環(huán)：其特點為a 環(huán)的外圓面為凸圓弧形；b 環(huán)面與缸壁圓弧接觸，避免了棱角負荷；c 環(huán)上下運動時，均能形成楔形油膜。梯形環(huán)：梯形環(huán)：當活塞在側(cè)壓力作用下左、右換向時，環(huán)的側(cè)隙和背隙將不斷變化，使膠狀油焦不斷從環(huán)槽中被擠出。梯形環(huán)用于熱負荷較大的柴油機的第一道環(huán)。