發(fā)動(dòng)機(jī)教案--模塊二項(xiàng)目二活塞連桿組構(gòu)造與檢修

1、宿遷開(kāi)放大學(xué) 江蘇省宿遷中等專業(yè)學(xué)校 課程單元教學(xué)簡(jiǎn)案發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修 課程單元教學(xué)簡(jiǎn)案學(xué)習(xí)情境（任務(wù)） 曲柄連桿機(jī)構(gòu)維修學(xué)習(xí)單元項(xiàng)目二活塞連桿組構(gòu)造與檢修 課次 1授課方式（請(qǐng)打）理論課 實(shí)踐課 理實(shí)一體課 習(xí)題課 其他 課時(shí)安排 8授課班級(jí) 上課時(shí)間2016年 月 日第 周 - 節(jié)星期 授課地點(diǎn) 2016年 月 日第 周 - 節(jié)星期 2016年 月 日第 周 - 節(jié)星期 學(xué)習(xí)目標(biāo)、要求知識(shí)點(diǎn)： ·活塞的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) ·活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) ·活塞銷的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) ·連桿組各零件的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 能力點(diǎn)：掌握活塞連桿組的部件組成 · 熟悉活

2、塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿的功用、材料、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn) 重點(diǎn)：1·活塞、連桿的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)難點(diǎn)：·活塞、連桿的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法手段一、活塞1活塞的功用和工作條件（1）活塞的功用·承受燃?xì)鈮毫Σ⒋肆鬟f給連桿、與氣缸蓋共同組成燃燒室（2）工作條件·高溫、高壓、高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)·高溫：與活塞頂部相接觸的燃?xì)鉁囟茸罡哌_(dá)22732773K，活塞頂部的最高溫度可達(dá)473673 K。材料的強(qiáng)度和硬度由于溫度升高而降低，溫度不均勻易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋。·高壓：作功沖程中受到燃?xì)獾膸_擊性的高壓力的作用。柴油機(jī)瞬時(shí)最高壓力6

3、9MPa，汽油機(jī)35 MPa。導(dǎo)致活塞側(cè)壓力增大，加速活塞表面磨損，引起活塞變形。·高速：在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞還承受本身所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力側(cè)壓力?；钊捎谑艿缴鲜鲋芷谛宰兓娜?xì)鈮毫蛻T性力的作用，各個(gè)部分就產(chǎn)生交變的拉伸，壓縮和彎曲應(yīng)力，使活塞容易變形。2活塞的材料及要求（1）材料及要求·要求：活塞的質(zhì)量要小，可以減小慣性力；熱膨脹系數(shù)要小，減小受熱時(shí)的變形；導(dǎo)熱性好，防止活塞過(guò)熱，發(fā)生損壞；耐磨性好，防止在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中大量磨損。·材料：常用鋁合金制造，質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好，但是熱膨脹系數(shù)大，高溫下，強(qiáng)度和硬度下降很快。有的柴油機(jī)采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼制造。（2）成型方

4、法·鑄造：高溫強(qiáng)度下降較小、成本低，易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷。·鍛造：強(qiáng)度比鑄造高、導(dǎo)熱性較好，適用于強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)，制造成本高。·液態(tài)模鍛：兼顧鍛造與鑄造的特點(diǎn)，消除鑄造缺陷且提高了毛坯質(zhì)量。3活塞的結(jié)構(gòu)型式·根據(jù)所起作用的不同，可將活塞分為頂部、頭部和裙部（如圖3-12）（1）活塞頂部·活塞頂部指活塞的頂面，它承受氣體壓力，并組成燃燒室。1）汽油機(jī)活塞頂部（如圖3-13）·多采用平頂、有些采用凹頂，二沖程汽油機(jī)多用凸頂。·平頂：吸熱面積小、制造工藝簡(jiǎn)單。 ·凹頂：改善混合氣形成和燃燒、調(diào)節(jié)壓縮比。2）柴油機(jī)活塞頂

5、部（如圖3-14）·多采用各種各樣的凹坑·凹坑：形狀、位置和大小必須與柴油機(jī)混合氣形成或與燃燒室要求相適應(yīng)。（2）活塞頭部（如圖3-15）·活塞環(huán)槽以上部位：承受氣體的壓力，與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體的密封，將熱量通過(guò)活塞環(huán)傳給氣缸壁。·環(huán)槽：用來(lái)安裝氣環(huán)和油環(huán)，一般氣環(huán)槽有23個(gè)，油環(huán)槽為一個(gè)。·隔熱槽：活塞頂面和燃?xì)饨佑|，使活塞頭部溫度過(guò)高，導(dǎo)致氣環(huán)損壞，造成漏氣，因此有的發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在第一到環(huán)的上方開(kāi)一條隔熱槽，改變熱流方向，降低第一道環(huán)的溫度。·護(hù)圈：保護(hù)環(huán)槽，防止高溫下?lián)p壞，一般為熱負(fù)荷較高的發(fā)動(dòng)機(jī)采用。護(hù)圈的材料一般為耐熱

6、且膨脹系數(shù)與鋁合金接近的高錳奧氏體鑄鐵。（3）活塞裙部· 活塞環(huán)槽以下部位。在活塞運(yùn)動(dòng)的時(shí)候起導(dǎo)向作用并承受側(cè)壓力。1）活塞裙部變形（如圖3-16）·燃?xì)馐谷共繌澢冃危?#183;側(cè)壓力使銷座軸線方向增大，使活塞工作時(shí)變成軸線沿活塞銷軸線方向的橢圓形·熱變形使銷座軸線方向增大 2）活塞裙部形狀（如圖3-17）·冷態(tài)下把活塞加工成裙部斷面為長(zhǎng)軸垂直于活塞銷方向的橢圓形活塞環(huán)1活塞環(huán)功用、工作條件及材料（1）活塞環(huán)功用·氣環(huán)功用：起到封氣、導(dǎo)熱，即防止高溫、高壓的燃?xì)飧Z入曲軸箱，污染機(jī)油，同時(shí)將活塞頂所吸收的大部分熱量傳給缸壁的作用。·

7、油環(huán)功用：刮除缸壁上多余的燃油，形成均勻的油膜，防止竄油，減小磨損。此外，起輔助封氣作用（2）活塞環(huán)工作條件·高溫 高壓 高速及潤(rùn)滑條件極差·磨損嚴(yán)重， 發(fā)動(dòng)機(jī)零件中工作壽命最短（3）活塞環(huán)材料·一般活塞環(huán)多用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造·第一道活塞環(huán)甚至所有的環(huán)，其外表面進(jìn)行多孔鍍鉻來(lái)減緩磨損·其他的環(huán)多采用鍍錫、磷化或硫化處理來(lái)提高磨合性2氣環(huán)結(jié)構(gòu)與工作 （1）氣環(huán)密封原理（如圖3-18）·氣環(huán)自由狀態(tài)非圓，隨活塞裝入氣缸后，靠氣彈力緊貼在氣缸壁上（F1），形成第一密封面。·同時(shí)，氣環(huán)在燃?xì)庾饔孟卤粔合颦h(huán)槽下端面（

8、F3），形成第二密封面。·另外，繞到環(huán)背后的燃?xì)馐箽猸h(huán)更貼緊缸壁（F2），加強(qiáng)了第一密封面的密封效果·幾道氣環(huán)切口錯(cuò)開(kāi)布置，這樣形成迷宮式封氣系統(tǒng)，這樣，竄入曲軸箱內(nèi)的燃?xì)饬恳押苌倭耍?）氣環(huán)切口形狀（如圖3-19）·直角型：工藝性好，密封性差·階梯形：密封性好，工藝性差·斜切口：密封性和工藝性介于上述二者之間（3）氣環(huán)斷面形狀（如圖3-20）1）矩形環(huán)·工藝性和導(dǎo)熱效果較好·但產(chǎn)生泵油作用2）扭曲環(huán)·正扭曲環(huán)：扭曲成碟子形。包括內(nèi)圓上邊緣切槽及外圓下邊緣切槽的氣環(huán)·反扭曲環(huán)：扭曲成蓋子形。內(nèi)圓下邊緣切槽

9、的氣環(huán)·進(jìn)氣、壓縮和排氣行程：環(huán)扭曲，消除泵油現(xiàn)象，減輕磨損·作功行程：燃?xì)鈮毫ψ饔檬弓h(huán)不再扭曲，與矩形環(huán)相同3）錐面環(huán)·環(huán)的外圓面為錐面，理論上為線接觸·活塞下行時(shí)：能刮油；·活塞上行時(shí)：錐面油楔作用浮起，減少磨損，不泵油·若扭曲環(huán)的外圓面為錐面則為扭曲錐面環(huán)，（正反扭曲錐面環(huán)）（4）梯形環(huán)·斷面為梯形，抗粘結(jié)性好，避免環(huán)被粘結(jié)而折斷·側(cè)向力換向活塞左右擺動(dòng)時(shí)，梯形環(huán)的側(cè)隙發(fā)生變化，將環(huán)槽中膠質(zhì)擠出·作功行程中，燃?xì)鈴较驂毫訌?qiáng)了環(huán)的密封 ·缺點(diǎn)：上下面精磨工藝復(fù)雜（5）桶面環(huán)·外圓

10、面為外凸圓弧形·桶面環(huán)上下運(yùn)動(dòng)時(shí) 均能形成楔形油膜，將環(huán)浮起，減輕環(huán)與氣缸壁磨損·其密封性、磨合性、對(duì)氣缸表面的適應(yīng)性都比較好 ·缺點(diǎn)：凸圓弧表面加工困難3油環(huán)結(jié)構(gòu)與工作 （1）油環(huán)刮油原理（如圖3-21）·在油環(huán)徑向方向開(kāi)有貫穿的油孔或油槽，在活塞的油環(huán)槽內(nèi)和環(huán)岸上開(kāi)有許多排小孔和斜孔·當(dāng)活塞下行時(shí)，刮下的油通過(guò)油環(huán)徑向槽內(nèi)的小孔或狹縫和環(huán)岸上的斜孔流入機(jī)體內(nèi)·當(dāng)活塞上行時(shí)，活塞環(huán)都貼在環(huán)槽下側(cè)面，使氣環(huán)與油環(huán)間的機(jī)油通過(guò)活塞環(huán)槽上的排油孔流入機(jī)體內(nèi)（2）油環(huán)類型與結(jié)構(gòu)1）普通油環(huán)（如圖3-22）·槽孔式油環(huán)：刮油靠油環(huán)自

11、身彈力、外圓面加工環(huán)形集油槽、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單加工容易成本低·槽孔撐簧式油環(huán)：槽孔式油環(huán)內(nèi)圓面加裝撐簧、增大接觸壓力提高刮油能力耐久性 ·槽孔式油環(huán) ·槽孔撐簧式油環(huán)2）鋼帶組合油環(huán)（如圖3-23）·接觸壓力大、刮油能力強(qiáng)、防機(jī)油上竄、上下刮片能單獨(dú)動(dòng)作、對(duì)氣缸活塞變形適應(yīng)能力強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)鋼成本高活塞銷1活塞銷功用、工作條件及材料（1）活塞銷功用·連接活塞和連桿·將活塞承受的力傳給連桿（2）活塞銷工作條件·承受沖擊載荷，潤(rùn)滑條件差，所以剛度，強(qiáng)度要求較高，韌性好，耐磨；質(zhì)量要小，銷和銷孔適當(dāng)?shù)呐浜喜⒁泻玫谋砻尜|(zhì)量（3）活塞銷材料

12、83;低碳鋼或低碳合金鋼，外表面滲碳淬硬，再精磨和拋光。既提高表面硬度和耐磨性 又保證較高強(qiáng)度和沖擊韌性連桿2活塞銷的結(jié)構(gòu)（內(nèi)孔形狀）（如圖3-24）·圓柱形·兩段截錐形·組合形 連桿組·連桿組的組成（如圖3-25）1連桿組功用、工作條件及材料（1）連桿組功用·將活塞承受的力傳給曲軸·并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（2）連桿組工作條件·連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)·連桿組主要受到壓縮、拉伸和彎曲交變載荷。最大壓縮載荷出現(xiàn)

13、在做功行程上止點(diǎn)附近，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)附近。在壓縮載荷和連桿組作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形·要求： 剛度高，尤其是大頭要有足夠的剛度；疲勞強(qiáng)度要求，防止斷裂；輕巧，減小慣性力（3）連桿組材料·連桿體、連桿蓋：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如45、42CrMo 40Cr 、40MnB·連桿螺栓：優(yōu)質(zhì)合金鋼，如40Cr、35CrMo2連桿構(gòu)造·連桿由連桿大頭、連桿小頭、連桿桿身等組成（圖3-26）·有的柴油機(jī)桿身內(nèi)還設(shè)有潤(rùn)滑油道（1）連桿小頭（與活塞銷連接方式）（如圖3-27）1）全浮式·青銅

14、襯套（連桿襯套）以一定的過(guò)盈壓入小頭內(nèi)部，工作時(shí)，活塞銷可以在小頭內(nèi)作一定角度的擺動(dòng)，而且還可在活塞銷座孔內(nèi)擺動(dòng)·全浮式活塞銷的連接方法，使活塞銷磨損均勻，為防止活塞銷兩端刮傷氣缸壁，在活塞銷孔外側(cè)裝置活塞銷檔圈（卡環(huán)）2）半浮式·活塞銷只在活塞銷孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，在小頭孔內(nèi)不轉(zhuǎn)·用螺栓將活塞銷夾緊在連桿小頭孔內(nèi)·另一種方法：首先將小頭加熱到300左右，再將活塞銷壓入小頭孔中，不用緊固螺栓，從而避免了因過(guò)度擰緊二使活塞銷變形 ·全浮式 ·半浮式（2）連桿桿身（圖3-28）·桿身斷面多為工字形，剛度大，質(zhì)量輕，適于模鍛（3）連桿大頭1

15、）剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）（圖3-29）平切口·結(jié)合面與連桿軸線垂直·這種剖分形式剛度大，變形小，加工簡(jiǎn)單，成本低，多應(yīng)用于汽油機(jī)斜切口·柴油機(jī)的曲柄銷直徑較大，所以連桿大頭的尺寸相應(yīng)較大，要使拆卸時(shí)能從氣缸上斷取出連桿體，必須采用斜切口·結(jié)合面與連桿軸線成30°60°夾角，而且要有一定形式的定位機(jī)構(gòu)·平切口 ·斜切口2）定位方式（防止連桿蓋橫向移動(dòng)）（圖3-30）平切口連桿·利用連桿螺栓上一段精密加工圓柱面與精密加工螺栓孔進(jìn)行定位斜切口連桿·連桿螺栓承受較大剪切力，易產(chǎn)生疲勞破

16、壞，應(yīng)采用能承受橫向力的定位方法·止口定位：利用連桿蓋與連桿體大端的止口進(jìn)行定位，由止口承受橫向剪切力。工藝簡(jiǎn)單，加工方便，但容易造成大頭尺寸增大，定位不可靠。·鋸齒定位：在連桿體與連桿蓋的結(jié)合面上拉處鋸齒，依靠齒面實(shí)現(xiàn)橫向定位。優(yōu)點(diǎn)是鋸齒接觸面大，貼合緊密，定位可靠，機(jī)構(gòu)緊湊，因此應(yīng)用廣泛·套筒定位：在連桿蓋上的每個(gè)連桿螺栓孔中，同心的壓入剛度大、抗剪切的定位套筒，套筒外圓與連桿體大端的定位孔為高精度配合。優(yōu)點(diǎn)是多向定位，定位可靠；缺點(diǎn)是工藝要求高，若定位孔距不準(zhǔn)，則會(huì)發(fā)生過(guò)定位而使大頭失圓 ·止口定位 ·鋸齒定位 ·套筒定位3V型

17、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿（圖3-31）（1）并列連桿·兩個(gè)完全相同的連桿一前一后地并列裝在同一個(gè)曲柄銷上，因此左右兩列活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全相同，前后連桿可以通用·但是增加了曲軸和發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度（2）主副連桿·副連桿通過(guò)銷軸鉸接在主連桿體或主連桿蓋上。一列氣缸裝主連桿，一列氣缸裝副連桿·這種結(jié)構(gòu)主副連桿不能互換，且副連桿對(duì)主連桿作用以附加彎矩·兩列氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和上止點(diǎn)位置均不相同·但發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度可縮短（3）叉形連桿·一列氣缸的連桿大頭為叉形，另一列氣缸的連桿則插在叉形連桿大頭的開(kāi)襠中·優(yōu)點(diǎn)是兩列氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同·

18、;但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和維修困難，且剛度差 ·并列連桿 ·主副連桿 ·叉形連桿重點(diǎn)講解：簡(jiǎn)要介紹：·要求學(xué)生了解活塞的功用和工作條件簡(jiǎn)要介紹：·要求學(xué)生了解活塞的材料及要求重點(diǎn)介紹：圖3-12：活塞頂部、頭部和裙部·要求學(xué)生比較理解汽油機(jī)與柴油機(jī)活塞頂部的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)圖3-13：汽油機(jī)活塞頂部圖3-14：柴油機(jī)活塞頂部·要求學(xué)生了解活塞頭部的結(jié)構(gòu)圖3-15：活塞頭部啟發(fā)分析：·要求學(xué)生理解掌握活塞裙部的變形及形狀圖3-16：活塞裙部變形圖3-17：活塞裙部形狀重點(diǎn)講解：簡(jiǎn)要介紹：·要求學(xué)生了解活塞環(huán)的功用和工作條件及材料重點(diǎn)介紹：·要求學(xué)生理解氣環(huán)密封原理3-18：氣環(huán)密封原理·要求學(xué)生了解氣環(huán)三種切口形狀及特點(diǎn)圖3-19：氣環(huán)