曲柄連桿構(gòu)造與維修

1、學習目標：1、掌握曲柄連桿機構(gòu)的作用和組成。2、了解曲柄連桿機構(gòu)的受力分析。3、掌握機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組主要零件的構(gòu)造和裝配連接關(guān)系。4、掌握機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組主要零件的檢測和維修方法。5、能進行曲柄連桿機構(gòu)的裝配與調(diào)整。第第2 2章章 曲柄連桿機構(gòu)的構(gòu)造與檢修曲柄連桿機構(gòu)的構(gòu)造與檢修 曲柄連桿機構(gòu)是往復活塞式發(fā)動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要機構(gòu)。其作用是將燃氣作用在活塞頂上的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。曲柄連桿機構(gòu)由三部分組成，如圖2.1所示。2.1 2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 曲柄連桿機構(gòu)的作用和組成曲柄連桿機構(gòu)的作用和組成汽油發(fā)動機工

2、作過程動態(tài)演示汽油發(fā)動機工作過程動態(tài)演示多缸汽油發(fā)動機縱剖視圖多缸汽油發(fā)動機縱剖視圖 多缸發(fā)動機的多缸發(fā)動機的曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)演示演示1、機體組 主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸墊等不動件。2、活塞連桿組 主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿運動件。3、曲軸飛輪組 主要包括曲軸、飛輪等機件。 在發(fā)動機工作過程中，燃料燃燒產(chǎn)生的氣體壓力直接作用在活塞頂上，推動活塞作往復直線運動，經(jīng)活塞銷、連桿和曲軸，將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。發(fā)動機產(chǎn)生的動力，大部分經(jīng)曲軸后端的飛輪輸出，還有一部分通過曲軸前端的齒輪和帶輪驅(qū)動本機其他機構(gòu)和系統(tǒng)。2.1 2.1 概述概述2.1.1

3、 2.1.1 曲柄連桿機構(gòu)的作用和組成曲柄連桿機構(gòu)的作用和組成 機體組機體組 、活塞連桿組、曲軸飛輪組、活塞連桿組、曲軸飛輪組1、氣體作用力 在作功行程中，氣體壓力是推動活塞向下運動的力，燃燒氣體產(chǎn)生的高壓直接作用在活塞頂部，如圖2.2a）所示?；钊芸倝毫镕P，它傳到活塞銷上可分解為FP1和FP2。分力FP1通過活塞傳給連桿，并沿連桿方向作用在連桿軸頸上。FP1還可分解為兩個分力R和S。沿曲柄方向的分力R使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力；與曲柄垂直的分力S除了使主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力外，還對曲軸形成轉(zhuǎn)矩T，推動曲軸旋轉(zhuǎn)。FP2把活塞壓向氣缸壁，形成活塞與缸壁間的側(cè)壓力，有使機體翻倒的

4、趨勢，故機體下部的兩側(cè)應支撐在車架上。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu)受力分析曲柄連桿機構(gòu)受力分析 在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運動的阻力。這時作用在活塞頂部的氣體壓力FP也可分解為兩個分力FP1和FP2，如圖2.2b）所示。而FP1又分解為R和S兩個分力。R使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力；S對曲軸造成一個旋轉(zhuǎn)阻力矩T，企圖阻止曲軸旋轉(zhuǎn)。而FP2則將活塞壓向氣缸的另一側(cè)壁。在發(fā)動機工作循環(huán)的任何工作行程中，氣體作用力的大小都是隨著活塞的位移而變化的，再加上連桿的左右搖擺，因而作用在活塞銷和曲軸軸頸的表面以及二者的支撐表面上的壓力和作用點不斷變化，造成各處磨

5、損不均勻。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu)受力分析曲柄連桿機構(gòu)受力分析2、往復慣性力 往復運動的物體，當運動速度變化時，將產(chǎn)生往復慣性力。曲柄連桿機構(gòu)中的活塞組件和連桿小頭在氣缸中作往復直線運動，其速度很高且數(shù)值變化，當活塞從上止點向下止點運動時，速度變化規(guī)律是：從零開始，逐漸增大，臨近中間達最大值，然后又逐漸減小至零。即前半行程是加速運動，慣性力向上，以Fj表示，如圖2.3a)所示。后半行程是減速運動，慣性力向下，以Fj表示，如圖2.3b)所示。同理，當活塞向上運動時，前半行程是加速運動，慣性力向下，后半行程是減速運動，慣性力向上。 慣性力使曲柄連桿機構(gòu)的各零件和

6、所有軸頸承受周期性的附加載荷，加快軸承磨損；未被平衡的變化的慣性力傳到氣缸體后，還會引起發(fā)動機振動。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu)受力分析曲柄連桿機構(gòu)受力分析3、離心力 物體繞某一中心作旋轉(zhuǎn)運動時，就會產(chǎn)生離心力。在曲柄連桿機構(gòu)中，偏離曲軸軸線的曲柄、連桿軸頸、連桿大頭在繞曲軸軸線旋轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生離心力Fc，其方向沿曲柄向外，如圖2.3所示。離心力在垂直方向上的分力Fcy與慣性力Fj的方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動機的上、下振動。而水平方向的分力Fcx則使發(fā)動機產(chǎn)生水平方向的振動。此外，離心力使連桿大頭的軸承和軸頸受到又一附加載荷，增加了它們的變形和磨損。4、摩擦力

7、 任何一對互相壓緊并作相對運動的零件表面之間都存在摩擦力。在曲柄連桿機構(gòu)中，活塞、活塞環(huán)、氣缸壁之間；曲軸、連桿軸承與軸頸之間都存在摩擦力，它是造成零件配合表面磨損的根源。上述各種力作用在曲柄連桿機構(gòu)和機體的各有關(guān)零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等不同形式的載荷。為保證發(fā)動機工作可靠，減少磨損，在結(jié)構(gòu)上應采取相應措施。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu)受力分析曲柄連桿機構(gòu)受力分析1、氣缸體與曲軸箱 氣缸體是發(fā)動機各個機構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來保持發(fā)動機各運動件相互之間的準確位置關(guān)系。水冷式發(fā)動機通常將氣缸體與上曲軸箱鑄成一體，簡稱氣缸體，如圖2.4所示。

8、氣缸體上半部有若干個為活塞在其中運動導向的圓柱形空腔，稱為氣缸。下半部為支承曲軸的上曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在上曲軸箱上制有主軸承座孔，有的發(fā)動機還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤滑，在側(cè)壁上鉆有主油道，前后壁和中間隔板上鉆有分油道。 氣缸體的上、下平面用以安裝氣缸蓋和下曲軸箱，是氣缸修理的加工基準。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造機體組機體組 作用作用是發(fā)動機各機構(gòu)和各系統(tǒng)是發(fā)動機各機構(gòu)和各系統(tǒng)主要零部主要零部件件的安裝基礎，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的的安裝基礎，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，同時承受各種

9、載荷所有主要零件和附件，同時承受各種載荷。1、氣缸體與曲軸箱 氣缸體是發(fā)動機各個機構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來保持發(fā)動機各運動件相互之間的準確位置關(guān)系。水冷式發(fā)動機通常將氣缸體與上曲軸箱鑄成一體，簡稱氣缸體，如圖2.4所示。 氣缸體上半部有若干個為活塞在其中運動導向的圓柱形空腔，稱為氣缸。下半部為支承曲軸的上曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在上曲軸箱上制有主軸承座孔，有的發(fā)動機還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤滑，在側(cè)壁上鉆有主油道，前后壁和中間隔板上鉆有分油道。 氣缸體的上、下平面用以安裝氣缸蓋和下曲軸箱，是氣缸修理的加工基準。 下曲軸箱也稱油底殼，如圖2.5所示。主要用于貯存機油并密封

10、曲軸箱，同時也可起到機油散熱作用。 2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造（1）氣缸體的結(jié)構(gòu)型式 氣缸體有三種結(jié)構(gòu)型式，即平分式、龍門式和隧道式，如圖2.6所示。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造氣缸體氣缸體（2）氣缸的排列方式 發(fā)動機氣缸排列方式基本上有三種：直列式、V型和對置式，如圖2.7所示。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造（3）氣缸與氣缸套 氣缸套有兩種結(jié)構(gòu)，即干式和濕式，如圖2.8所示。 干

11、式氣缸套不直接與冷卻水接觸，干式缸套是被壓入缸體孔中的，由于缸套自上而下都支撐在缸體上，所以可以加工得很薄，壁厚一般為1-3mm。 濕式氣缸套與冷卻水直接接觸，也是被壓入缸體的。冷卻水接觸到缸套的中部，由于它只在上部和下部有支撐，所以必須比干式缸套厚一點，一般壁厚為5-9mm。為了保證徑向定位，氣缸套外表面有兩個凸出的圓環(huán)帶，即上支承定位帶和下支承密封帶，軸向定位利用上端凸緣實現(xiàn)。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造2 2、氣缸蓋、氣缸蓋 氣缸蓋的作用是封閉氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。 氣缸蓋是發(fā)動機上最復雜的零

12、件之一。氣缸蓋內(nèi)部有與氣缸體相通的冷卻水套；有進、排氣門座及氣門導管孔和進、排氣通道；有燃燒室、火花塞座孔或噴油器座孔；上置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還有用以安裝凸輪軸的軸承座。如圖2.9所示為桑塔納轎車發(fā)動機氣缸蓋分解圖。圖圖2.9 2.9 桑塔納轎車發(fā)動機氣缸蓋桑塔納轎車發(fā)動機氣缸蓋 為保證高溫高壓燃氣的密封，氣缸蓋用多個缸蓋螺釘以一定力矩緊固到缸體上。氣缸蓋螺栓的拆裝順序一般采用對稱法：裝配時，由中間向兩端逐個對稱擰緊；拆卸時，則由兩端向中間逐個對稱擰松。幾乎所有發(fā)動機都明確規(guī)定了氣缸蓋螺栓的擰緊力矩并要求分幾次擰緊至規(guī)定值。鋁合金氣缸蓋應在發(fā)動機冷態(tài)下按規(guī)定力矩擰緊，鑄鐵氣缸蓋應在熱態(tài)下

13、再擰緊一遍。這樣氣缸蓋要承受多個缸蓋螺釘?shù)木o固力和高溫高壓燃氣產(chǎn)生的機械負荷和熱負荷，同時復雜的缸蓋結(jié)構(gòu)，使鑄造殘余應力難以徹底消除。因此要求氣缸蓋必須要有足夠的剛度、強度才能保證發(fā)動發(fā)動機機正常工作。 氣缸蓋材料一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、合金鑄鐵或鋁合金鑄造。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造（1）氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式 汽車發(fā)動機氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式有兩種：整體式和分開式。 整體式氣缸蓋是指多缸發(fā)動機的多個氣缸共用一個缸蓋。整體式缸蓋結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)少，可縮短氣缸中心距和發(fā)動機總長度，制造成本低。當氣缸數(shù)不超過6個，氣缸直徑小于105mm時

14、，均采用整體式氣缸蓋。 分開式氣缸蓋是指一個、兩個或三個氣缸共用一個缸蓋。這種結(jié)構(gòu)剛度較高，變形小，易于實現(xiàn)對高溫高壓燃氣的有效密封，同時易于實現(xiàn)發(fā)動機產(chǎn)品的系列化。但氣缸蓋零件數(shù)增多會使氣缸中心距增大，一般用在缸徑較大的發(fā)動機上。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造（2）燃燒室 汽油機的燃燒室是由活塞頂部及缸蓋上相應的凹部空間組成。對燃燒室有如下基本要求：一是結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，冷卻面積要小，以減少熱量損失和縮短火焰行程；二是使混合氣在壓縮終了時具有一定的渦流運動，以提高混合氣混合質(zhì)量和燃燒速度，保證混合氣得到及時和充分燃燒；三是表

15、面要光滑，不易積炭。 汽油機常用燃燒室形狀有以下三種，即楔形、盆形和半球形，如圖2.10所示。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造（3）氣道 現(xiàn)代汽車發(fā)動機采用頂置氣門，進、排氣道都布置在氣缸蓋上。如果每個氣門都有一個氣道是最理想的，但由于空間的問題，有時只能將氣道合并。這些氣道被稱為叉形氣道，如圖2.11所示。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造3、氣缸墊 氣缸墊用來保證氣缸體與氣缸蓋結(jié)合面間的密封，防止漏氣、漏水。 目前應用較多的有以下幾種氣缸墊。（1）金屬石棉氣

16、缸墊。石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮，在缸口、水孔和油道口周圍采用卷邊加固，以防被高溫燃氣燒壞。這種氣缸墊有很好的彈性和耐熱性，能重復使用，但強度較差。（2）金屬骨架石棉墊。用編織的鋼絲網(wǎng)或沖孔鋼片為骨架，外覆石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成墊片，只在缸口、油道口及水孔處用金屬包邊。這種缸墊彈性更好，但易粘結(jié)，只能一次性使用。（3）金屬片式氣缸墊。這種氣缸墊多用在強化發(fā)動機上，轎車和賽車上采用較多。它需要在密封的氣缸孔、水孔、油道口周圍沖壓出一定高度的凸紋，利用凸紋的彈性變形實現(xiàn)密封。2.2 2.2 機體組的構(gòu)造與檢修機體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機體組的構(gòu)造機體組的構(gòu)造4、氣缸蓋罩 氣缸蓋罩密封配氣機構(gòu)等零部件，防止灰塵污染機油或灰塵進入