曲柄連桿構(gòu)造與維修

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和組成。2、了解曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析。3、掌握機(jī)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(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組主要零件的檢測(cè)和維修方法。5、能進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配與調(diào)整。第第2 2章章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與檢修曲柄連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與檢修 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要機(jī)構(gòu)。其作用是將燃?xì)庾饔迷诨钊斏系膲毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。曲柄連桿機(jī)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(jī)構(gòu)的作用和組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和組成汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工

2、作過(guò)程動(dòng)態(tài)演示汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程動(dòng)態(tài)演示多缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)縱剖視圖多缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)縱剖視圖 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)演示演示1、機(jī)體組 主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸墊等不動(dòng)件。2、活塞連桿組 主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、連桿運(yùn)動(dòng)件。3、曲軸飛輪組 主要包括曲軸、飛輪等機(jī)件。 在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)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(dòng)活塞作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)活塞銷(xiāo)、連桿和曲軸，將活塞的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力，大部分經(jīng)曲軸后端的飛輪輸出，還有一部分通過(guò)曲軸前端的齒輪和帶輪驅(qū)動(dòng)本機(jī)其他機(jī)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(jī)構(gòu)的作用和組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和組成 機(jī)體組機(jī)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(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)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(xiāo)上可分解為FP1和FP2。分力FP1通過(guò)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(gè)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(duì)曲軸形成轉(zhuǎn)矩T，推動(dòng)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(jī)體翻倒的

4、趨勢(shì)，故機(jī)體下部的兩側(cè)應(yīng)支撐在車(chē)架上。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析 在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運(yùn)動(dòng)的阻力。這時(shí)作用在活塞頂部的氣體壓力FP也可分解為兩個(gè)分力FP1和FP2，如圖2.2b）所示。而FP1又分解為R和S兩個(gè)分力。R使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力；S對(duì)曲軸造成一個(gè)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(dòng)機(jī)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(xiāo)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(diǎn)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(jī)構(gòu)受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析2、往復(fù)慣性力 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí)，將產(chǎn)生往復(fù)慣性力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的活塞組件和連桿小頭在氣缸中作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其速度很高且數(shù)值變化，當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度變化規(guī)律是：從零開(kāi)始，逐漸增大，臨近中間達(dá)最大值，然后又逐漸減小至零。即前半行程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上，以Fj表示，如圖2.3a)所示。后半行程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下，以Fj表示，如圖2.3b)所示。同理，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半行程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下，后半行程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上。 慣性力使曲柄連桿機(jī)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(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析3、離心力 物體繞某一中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生離心力。在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，偏離曲軸軸線(xiàn)的曲柄、連桿軸頸、連桿大頭在繞曲軸軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)機(jī)的上、下振動(dòng)。而水平方向的分力Fcx則使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。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(duì)互相壓緊并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面之間都存在摩擦力。在曲柄連桿機(jī)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(jī)構(gòu)和機(jī)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(dòng)機(jī)工作可靠，減少磨損，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采取相應(yīng)措施。2.1 2.1 概述概述2.1.2 2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析1、氣缸體與曲軸箱 氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來(lái)保持發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件相互之間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)通常將氣缸體與上曲軸箱鑄成一體，簡(jiǎn)稱(chēng)氣缸體，如圖2.4所示。

8、氣缸體上半部有若干個(gè)為活塞在其中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的圓柱形空腔，稱(chēng)為氣缸。下半部為支承曲軸的上曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在上曲軸箱上制有主軸承座孔，有的發(fā)動(dòng)機(jī)還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤(rùn)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(zhǔn)。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組機(jī)體組 作用作用是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)主要零部主要零部件件的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，同時(shí)承受各種

9、載荷所有主要零件和附件，同時(shí)承受各種載荷。1、氣缸體與曲軸箱 氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來(lái)保持發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件相互之間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)通常將氣缸體與上曲軸箱鑄成一體，簡(jiǎn)稱(chēng)氣缸體，如圖2.4所示。 氣缸體上半部有若干個(gè)為活塞在其中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的圓柱形空腔，稱(chēng)為氣缸。下半部為支承曲軸的上曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在上曲軸箱上制有主軸承座孔，有的發(fā)動(dòng)機(jī)還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤(rùn)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(zhǔn)。 下曲軸箱也稱(chēng)油底殼，如圖2.5所示。主要用于貯存機(jī)油并密封

10、曲軸箱，同時(shí)也可起到機(jī)油散熱作用。 2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)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(mén)式和隧道式，如圖2.6所示。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造氣缸體氣缸體（2）氣缸的排列方式 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列方式基本上有三種：直列式、V型和對(duì)置式，如圖2.7所示。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)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(diǎn)，一般壁厚為5-9mm。為了保證徑向定位，氣缸套外表面有兩個(gè)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(shí)現(xiàn)。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)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(dòng)機(jī)上最復(fù)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(jìn)、排氣門(mén)座及氣門(mén)導(dǎo)管孔和進(jìn)、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(dòng)機(jī)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋分解圖。圖圖2.9 2.9 桑塔納轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋桑塔納轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋 為保證高溫高壓燃?xì)獾拿芊?，氣缸蓋用多個(gè)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(duì)稱(chēng)法：裝配時(shí)，由中間向兩端逐個(gè)對(duì)稱(chēng)擰緊；拆卸時(shí)，則由兩端向中間逐個(gè)對(duì)稱(chēng)擰松。幾乎所有發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下按規(guī)定力矩?cái)Q緊，鑄鐵氣缸蓋應(yīng)在熱態(tài)下

13、再擰緊一遍。這樣氣缸蓋要承受多個(gè)缸蓋螺釘?shù)木o固力和高溫高壓燃?xì)猱a(chǎn)生的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，同時(shí)復(fù)雜的缸蓋結(jié)構(gòu)，使鑄造殘余應(yīng)力難以徹底消除。因此要求氣缸蓋必須要有足夠的剛度、強(qiáng)度才能保證發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造（1）氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式有兩種：整體式和分開(kāi)式。 整體式氣缸蓋是指多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)氣缸共用一個(gè)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(dòng)機(jī)總長(zhǎng)度，制造成本低。當(dāng)氣缸數(shù)不超過(guò)6個(gè)，氣缸直徑小于105mm時(shí)

14、，均采用整體式氣缸蓋。 分開(kāi)式氣缸蓋是指一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)氣缸共用一個(gè)缸蓋。這種結(jié)構(gòu)剛度較高，變形小，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫高壓燃?xì)獾挠行芊猓瑫r(shí)易于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的系列化。但氣缸蓋零件數(shù)增多會(huì)使氣缸中心距增大，一般用在缸徑較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造（2）燃燒室 汽油機(jī)的燃燒室是由活塞頂部及缸蓋上相應(yīng)的凹部空間組成。對(duì)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(shí)具有一定的渦流運(yùn)動(dòng)，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(shí)和充分燃燒；三是表

15、面要光滑，不易積炭。 汽油機(jī)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(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造（3）氣道 現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)采用頂置氣門(mén)，進(jìn)、排氣道都布置在氣缸蓋上。如果每個(gè)氣門(mén)都有一個(gè)氣道是最理想的，但由于空間的問(wèn)題，有時(shí)只能將氣道合并。這些氣道被稱(chēng)為叉形氣道，如圖2.11所示。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造3、氣缸墊 氣缸墊用來(lái)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(yīng)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?chē)捎镁磉吋庸?，以防被高溫燃?xì)鉄龎?。這種氣缸墊有很好的彈性和耐熱性，能重復(fù)使用，但強(qiáng)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(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)上，轎車(chē)和賽車(chē)上采用較多。它需要在密封的氣缸孔、水孔、油道口周?chē)鷽_壓出一定高度的凸紋，利用凸紋的彈性變形實(shí)現(xiàn)密封。2.2 2.2 機(jī)體組的構(gòu)造與檢修機(jī)體組的構(gòu)造與檢修2.2.1 2.2.1 機(jī)體組的構(gòu)造機(jī)體組的構(gòu)造4、氣缸蓋罩 氣缸蓋罩密封配氣機(jī)構(gòu)等零部件，防止灰塵污染機(jī)油或灰塵進(jìn)入