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1、曲柄連桿機(jī)構(gòu)第二章機(jī)體組活塞連桿組曲軸飛輪組2.1 概述一、功用將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能,再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對外輸出動(dòng)力。二、組成1、機(jī)體組2、活塞連桿組3、曲軸飛輪組三、工作條件承受機(jī)械載荷:氣體壓力、慣性力、離心力、摩擦力2.2 機(jī)體組機(jī)體組組成:氣缸體曲軸箱氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼一、氣缸體與曲軸箱1、氣缸體: 水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體,稱為氣缸體曲軸箱。一汽奧迪100汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體2、工作條件及要求工作條件:承受拉、壓、彎、扭等機(jī)械負(fù)荷與很大的熱負(fù)荷。要求:足夠的強(qiáng)度和剛度,耐磨損、耐腐蝕及適當(dāng)?shù)睦鋮s;結(jié)構(gòu)緊湊
2、,體積小、質(zhì)量輕。3、材料高強(qiáng)度灰鑄鐵鋁合金(轎車發(fā)動(dòng)機(jī))4、氣缸體的分類捷達(dá)轎車、富康轎車、桑塔納轎車負(fù)荷較大的柴油機(jī)上 。應(yīng)用應(yīng)用492Q汽油機(jī),90系列柴油機(jī)。強(qiáng)度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。性能性能機(jī)體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊,便于加工拆卸。剛度和強(qiáng)度差。龍門式隧道式名稱名稱一般式(平分式)油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式。(1)按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為(2)根據(jù)冷卻方式不同1、水冷2、風(fēng)冷散熱片風(fēng)冷氣缸體和氣缸蓋(3)根據(jù)氣缸的排
3、列方式結(jié)構(gòu)簡單、加工容易,但發(fā)動(dòng)機(jī)長度和高度較大??s短了機(jī)體的長度和高度,增加了剛度,減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量;形狀復(fù)雜,加工困難。高度小,總體布置方便。對對置氣缸式發(fā)動(dòng)機(jī)置氣缸式發(fā)動(dòng)機(jī)(4)整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體1、整體式氣缸體:氣缸直接鏜在氣缸體上。2、鑲嵌式氣缸體:氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。性性能及應(yīng)用能及應(yīng)用強(qiáng)度和剛度好,能承受大負(fù)荷。成本高。降低了制造成本,便于修理和更換氣缸套,延長了氣缸體的使用壽命。構(gòu)構(gòu)造造氣缸直接鏜在氣缸體上用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制成氣缸套,再裝到一般材料制成的氣缸體內(nèi)。類類型型整體式鑲嵌式(5)干缸套和濕缸套11.5外壁不直接與冷卻水接觸。鋼制氣缸套壁厚 1.5mm。
4、外壁直接與冷卻水接觸。用合金鑄鐵制造,壁厚58mm。干缸套濕缸套示意圖特點(diǎn)名稱強(qiáng)度和剛度都較好,加工復(fù)雜,拆裝不便,散熱不良。性能如何?散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強(qiáng)度和剛度不如干缸套,易漏水。二、曲軸箱1、概念:曲軸箱:氣缸體下部用來安裝曲軸的部分。2、結(jié)構(gòu):上曲軸箱 與氣缸體鑄成一體下曲軸箱 貯存潤滑油(油底殼)3、材料:薄鋼板沖壓桑塔納發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼三、氣缸蓋1、功用:密封氣缸的上部,與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。2、工作條件:承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機(jī)械負(fù)荷;因與高溫燃?xì)饨佑|而承受很高的熱負(fù)荷。3、材料:優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵,鋁合金(轎車)。4、結(jié)構(gòu):整體式、分塊式和單體式。
5、氣缸蓋氣缸墊襯墊氣缸蓋罩安裝火花塞5、燃燒室切諾基捷達(dá)奧迪應(yīng)用桑塔納夏利富康結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱面積小、熱損失少;火花塞置于燃燒室最高處,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長工藝性好、成本低、進(jìn)排氣效果不如半球形燃燒室楔形盆形示意圖特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程短、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高名稱半球形柴油機(jī)分隔式燃燒室6、氣缸蓋的冷卻汽油機(jī)氣缸蓋的進(jìn)、排氣門座之間的“鼻梁區(qū)”和擠氣面以及柴油機(jī)進(jìn)、排氣門座和噴油器安裝孔之間的“三角區(qū)”的冷卻十分重要。這些部位如果冷卻不良,會(huì)導(dǎo)致汽油機(jī)發(fā)生不正常燃燒,柴油機(jī)噴油器過熱,氣缸蓋開裂,進(jìn)排氣門座變形、漏氣并最終燒損氣門。四. 氣缸襯墊1、功用:安裝在氣缸蓋和氣缸體之間,保證氣
6、缸蓋與氣缸體接觸面的密封,防止漏氣、漏水和漏油。2、材料:足夠的強(qiáng)度、耐熱、耐壓、耐腐蝕、有彈性。3、分類:金屬-石棉襯墊、金屬-復(fù)合材料襯墊、全金屬襯墊。4、安裝時(shí)注意方向五五缸蓋螺栓缸蓋螺栓1.缸蓋螺栓數(shù)量 在結(jié)構(gòu)布置允許的條件下,螺栓數(shù)量多些,螺栓直徑小些。 通常,每個(gè)氣缸周圍有四個(gè)以上的螺栓。2.2.擰緊次序:擰緊次序: 由中間向四周對稱交叉進(jìn)行; 扭力扳手分23次擰緊;最后一次擰緊力符合工廠規(guī)定。2.3 活塞連桿組氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋C 質(zhì)量較小,盡可能減少往復(fù)慣性力3、材料:鋁合金:質(zhì)量小,導(dǎo)熱性好;灰鑄鐵或耐熱鋼。B 導(dǎo)熱性能好,耐高壓、高溫、磨損(一)活
7、塞1、功用:承受氣體壓力,并通過活塞銷傳給連桿以驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn),此外其頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。2、工作環(huán)境:高溫、散熱條件差:頂部工作溫度高達(dá)600700K,且分布不均勻;高速:線速度達(dá)到10m/s,承受很大的慣性力。高壓:活塞頂部承受最高可達(dá)6 9MPa(柴油機(jī))的壓力,使之變形,破壞配合聯(lián)結(jié);潤滑條件差,冷卻困難。A 剛度和強(qiáng)度應(yīng)足夠大,傳力可靠?;钊麘?yīng)具備的特點(diǎn)3、結(jié)構(gòu)(1)活塞頂部功用:是燃燒室的組成部分,主要作用承受氣體壓力?;钊敺诸愅鬼敯柬斒疽鈭D形狀結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較均勻,多用在汽油機(jī)上。平頂凸起呈球狀、頂部強(qiáng)度高,起導(dǎo)向作用、有利于改善換氣過程
8、。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒;提高壓縮比,防止碰氣門。(2)活塞頭部位置:第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。油環(huán)槽工作條件最惡劣,應(yīng)離頂部遠(yuǎn)些。作用: 1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸;2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi);3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。氣環(huán)槽活塞銷孔環(huán)槽護(hù)圈(3)活塞裙部位置:從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分,包括銷座孔。作用:對活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用;承受側(cè)壓力,防止破壞油膜;傳熱。裙部表面的保護(hù)1)鍍錫或鍍鋅油膜破壞時(shí),起潤滑作用;又可加速磨合作用。2)涂石墨(柴油機(jī))易脆斷可加速磨合,自潤滑。3)表面粗糙化有規(guī)律的粗糙化,可加速磨合
9、,溝谷可存機(jī)油潤滑。(4)活塞形狀工作時(shí),活塞受熱膨脹,由于銷座方向的金屬材料較多,所以膨脹量較大。所以在生產(chǎn)時(shí)先將活塞制成橢圓形,短軸在銷座軸方向。銷座方向裙部受側(cè)壓力的作用,導(dǎo)致活塞發(fā)生變形工作時(shí)向里變形桶形不受壓力的部分,去掉后可以減輕質(zhì)量。開槽活塞(汽油機(jī))絕熱槽膨脹槽圓槽活塞銷軸線向作功沖程受壓力側(cè)作功沖程受壓力側(cè)偏移12mm,消減活塞對氣缸的拍擊?;钊睦鋮s(二)活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán),分為氣環(huán)和油環(huán)。工作條件: 高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命:6萬公里(1)氣環(huán)作用:保證氣缸與活塞間的密封性,防止漏氣,并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁,再由冷卻水將其帶走。切口氣環(huán)
10、要求:良好的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐熱性、沖擊韌性、彈性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 材料:優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鋼和鋼帶等。 第一道活塞環(huán)外圓表面通常進(jìn)行鍍鉻或噴鉬處理,可以改善潤滑和提高耐磨性。其它各道活塞環(huán)大都采用鍍錫或磷化處理,以改善其磨合性。氣環(huán)的密封原理氣環(huán)開口形狀氣環(huán)斷面形狀:梯形環(huán) 加工困難,精度要求高桶面環(huán) 外圓為凸圓弧形斷面不對稱,受力不平衡,使活塞環(huán)扭曲減少了環(huán)與氣缸壁的接觸面,提高了表面接觸壓力,有利于磨合和密封。扭曲環(huán)錐面環(huán)矩形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng)用面廣示意圖特點(diǎn)形狀矩形環(huán)的泵油作用氣環(huán)的泵油作用演示(2)油環(huán)示意圖普通油環(huán)種類組合式油環(huán)刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油
11、片油環(huán)的刮油作用(三)活塞銷作用:連接活塞和連桿小頭,并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。工作條件:在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷。材料:低碳鋼或低碳合金鋼,外表面滲碳淬硬,再經(jīng)精磨和拋光等精加工,既可提高表面硬度和耐磨性,又保證有較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。構(gòu)造: 活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形,兩段截錐形,以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。活塞銷的連接方式連桿活塞銷全浮式半浮式活塞銷的偏置使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一邊過渡到另一邊,減少敲缸的聲音。(四)連桿作用:連接活塞與曲軸,并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸,使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作條件:承受壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。要
12、求:足夠的抗疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度,質(zhì)量應(yīng)盡可能小。材料:連桿體與連桿蓋:優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼纖維增強(qiáng)鋁合金連桿螺栓:優(yōu)質(zhì)合金鋼連桿組件分解圖連桿大頭的連接形式平分式斜分式連桿軸瓦定位凸鍵油槽潤滑減磨合金層V型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的布置形式并列式主副式叉式2.4一、曲軸飛輪組的組成曲軸飛輪組正時(shí)齒輪飛輪皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器起動(dòng)爪曲軸飛輪螺栓主軸瓦二、曲軸1、功用:把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩對外輸出。還用來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他各種輔助裝置。2、工作條件:受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。3、要求:足夠的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強(qiáng)度和剛度;軸頸承壓、耐磨;質(zhì)量盡量??;潤滑充分。4、材料
13、:中碳鋼和中碳合金鋼模鍛高強(qiáng)度球墨鑄鐵鑄造承受載荷較小的汽油機(jī)可以采用此種方式主軸承載荷較大縮短了曲軸的長度,使發(fā)動(dòng)機(jī)總體非全支承曲軸 長度有所減小采用此種支撐方式面增多,主軸承數(shù)增多,使機(jī)體加長彎曲強(qiáng)度,減輕主軸承的載荷全支承曲軸應(yīng)用柴油機(jī)一般多缺點(diǎn)曲軸的加工表優(yōu)點(diǎn)提高曲軸的剛度和5、曲軸的支承方式概念:在相鄰的兩個(gè)曲拐之間都設(shè)置一個(gè)主軸頸的曲軸,稱為全支承曲軸,否則稱為非全支承曲軸。連桿軸頸前端軸6、結(jié)構(gòu):曲軸軸頸平衡重后端軸曲拐曲拐:由一個(gè)連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。曲柄臂曲軸的結(jié)構(gòu)曲拐:由主軸頸、連桿軸頸、曲柄組成桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸飛輪組曲軸的軸向定位裝置半圓環(huán)止推翻邊軸瓦片止
14、推軸承環(huán)三、曲拐的布置1、一般規(guī)律1)各缸的作功間隔要盡量均衡,以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2)連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠(yuǎn)些,最好是在發(fā)動(dòng)機(jī)的前半部和后半部交替進(jìn)行。3)V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右氣缸盡量交替作功。4)曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平衡性好。2、常見曲軸曲拐的布置1)四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐布置2)四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序點(diǎn)火順序:各缸完成同名行程的次序。3)直列四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐布置四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序曲軸扭轉(zhuǎn)自振頻率發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化頻率共振功率損失、曲軸扭轉(zhuǎn)變形甚至扭斷、正時(shí)齒輪產(chǎn)生沖擊噪聲等臨界轉(zhuǎn)速:發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器(一)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),曲軸在周期性變化的轉(zhuǎn)矩作用下,各曲拐之間發(fā)生周期性相對扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。慣性盤橡膠墊減振器圓盤曲軸前端皮帶輪轂與橡膠層發(fā)生了內(nèi)摩擦,從而消耗了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量,消減了扭振。(二)扭轉(zhuǎn)減振器橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器功用:吸收曲軸扭轉(zhuǎn)皮帶盤振動(dòng)的能量,消減扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí),力圖保持等速轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性盤便五、飛輪(一)功用:將在作功行程中輸入于
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