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第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)第1頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)
第一節(jié)
概述
一、功用與組成
(一)、功用
把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系牧D(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)矩,向工作機(jī)械輸出機(jī)械能。
(二)、組成1、氣缸體與曲軸箱組:主要包括氣缸體、曲軸箱氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊和油底殼等;2、活塞連桿組:主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等;3、曲軸飛輪組:主要包括曲軸、飛輪和扭轉(zhuǎn)減振器等。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)中部分主要零件如圖2-1所示
第2頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三桑塔納轎車的曲柄連桿機(jī)構(gòu)第3頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第4頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三二、工作條件與受力分析
(一)、工作條件
高溫:最高可達(dá)2500K以上
高壓:最高可達(dá)3MPa—5MPa
高速:最高可達(dá)3000r/min—6000r/min
化學(xué)腐蝕:可燃混合氣和燃燒廢氣直接接觸機(jī)件。
第5頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三(二)曲柄連桿機(jī)構(gòu)
所受的力第6頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三1、氣體作用力
在每個(gè)工作循環(huán)中,氣體壓力始終存在并不斷變化。這里主要研究作功和壓縮行程中氣體作用力。
作功行程:
氣體壓力是推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的力。如圖2-2a所示。第7頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第8頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第9頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三結(jié)論:
在工作循環(huán)的任何行程中,氣體作用力的大小都是隨著活塞的位移而變化的。沿氣缸方向上個(gè)處的磨損是不均勻的;同樣,氣缸壁沿圓周方向的磨損也是不均勻的。
第10頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三2、往復(fù)慣性力與離心力1)、往復(fù)慣性力
指活塞組件和連桿小頭在氣缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力。
其大?。号c機(jī)件的質(zhì)量及加速度成正比;
其方向:總是與加速度的方向相反。
規(guī)律:當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí),前半程是加速運(yùn)動(dòng),慣性力向上;后半程是減速運(yùn)動(dòng),慣性力向下。第11頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三圖2-3a同理,活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí),前半程是減速運(yùn)動(dòng),慣性力向下;圖2-3a。第12頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三圖2-3b后半程是加速運(yùn)動(dòng),慣性力向上。圖2-3b第13頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第二節(jié)
氣缸體與曲軸箱組
氣缸體示意圖
一、氣缸體1、氣缸體:發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體,稱為氣缸體--曲軸箱,簡(jiǎn)稱氣缸體。
氣缸: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。2、氣缸的工作條件:高溫、高壓,并且有活塞在其中做高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
第14頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三3、材料:優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵、球墨鑄鐵或鋁合金。4、氣缸體的冷卻方式:水冷、風(fēng)冷。一般發(fā)動(dòng)機(jī)多采用水冷卻。水冷卻時(shí):用水套。
第15頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三圖片風(fēng)冷卻時(shí):用散熱片。第16頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三5、氣缸的排列型式:?jiǎn)瘟惺?、V型和對(duì)稱式。
第17頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三6、氣缸套的結(jié)構(gòu):干式、濕式。
第18頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三二、氣缸蓋與氣缸襯墊1、功用、結(jié)構(gòu)、材料
功用:密封氣缸上部,并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。
結(jié)構(gòu):氣缸蓋內(nèi)部有與氣缸體相通的冷卻水套,應(yīng)有進(jìn)、排氣門座及氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)、排氣通道,有燃燒室、火花塞座孔(汽油機(jī))或噴油器座孔(柴油機(jī)),有些還有用以安裝凸輪軸的軸承孔。圖2-10
材料:
灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金。
類型:?jiǎn)误w氣缸蓋、整體氣缸蓋。
第19頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三上海桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋第20頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三2、燃燒室及要求
燃燒室:由活塞頂部及缸蓋上相應(yīng)的凹部空間組成。
對(duì)燃燒室的要求:①結(jié)構(gòu)緊湊,面容比小,沖氣效率高;②在壓縮行程終了時(shí),具有一定的渦流;③表面光滑,不易積碳,排氣凈化好。
3、汽油機(jī)燃燒室的形狀:圖2-11
楔形:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊;
盆形:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊;
半球形:結(jié)構(gòu)更緊湊。
第21頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三汽油機(jī)的燃燒室形狀第22頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三4、氣缸墊的要求、功用、類型
氣缸墊的要求:①足夠的強(qiáng)度;②耐熱和耐腐蝕;③一定的彈性;④拆裝方便,壽命長(zhǎng)。
功用:保證燃燒室的密封。
類型:①金屬-石棉氣缸墊;②實(shí)心金屬片氣缸墊;③加強(qiáng)型無石棉氣缸墊。
氣缸蓋的擰緊:擰緊螺栓時(shí),必須按由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分幾次進(jìn)行,最后一次要用扳手按工廠規(guī)定的擰緊力矩值擰緊。
鋁合金氣缸蓋:最后必須在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下擰緊;
鑄鐵氣缸蓋:最后必須在發(fā)動(dòng)機(jī)熱態(tài)下擰緊。
第23頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三氣缸蓋襯墊的結(jié)構(gòu)第24頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三三、油底殼1、功用:儲(chǔ)存機(jī)油并封閉曲軸箱。2、結(jié)構(gòu)、材料:薄鋼板沖壓而成;底部裝有放油螺塞,有的螺栓帶有磁性。
第25頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三四、發(fā)動(dòng)機(jī)的支承1、發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方式:
三點(diǎn)支承:前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上,后端一點(diǎn)通過變速器殼支承在車架上。
四點(diǎn)支承:前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上,后端二點(diǎn)通過飛輪殼支承在車架上。
如圖2-14所示。
第26頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三發(fā)動(dòng)機(jī)的支承第27頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第三節(jié)
活塞連桿組
組成:活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿一、活塞1、功用:是與氣缸蓋共同構(gòu)成燃燒室,承受氣體壓力,并將此力通過活塞銷傳給連桿,以推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2、工作條件:高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良和散熱困難。3、受力情況:周期性的氣壓力、慣性力;一定的熱應(yīng)力。4、對(duì)活塞的要求:①足夠的強(qiáng)度與剛度;②良好的導(dǎo)熱性和耐磨性;③質(zhì)量??;④熱膨脹系數(shù)小,摩擦系數(shù)小。
第28頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三
活塞連桿組
第29頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三5、材料:鋁合金、灰鑄鐵。
6、結(jié)構(gòu):圖2-16頂部:凸頂、凹頂、平頂。
圖2-17頭部:環(huán)槽。裙部:全裙式、拖板式。圖2-19第30頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞的基本結(jié)構(gòu)第31頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞頂部的形狀第32頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三拖板式活塞第33頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三7、變形:裙部斷面變成長(zhǎng)軸在活塞銷方向上的橢圓形。
防止措施:必須預(yù)先在冷態(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。
具體的方法:
①
頭部加工成階梯形、截錐形;裙部加工成截錐形。
②“T”、“П”槽
;
③
雙金屬活塞。
第34頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞裙部的橢圓變形第35頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞頭部形狀及錐形裙部第36頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三開槽活塞第37頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三二、活塞環(huán)1、類型:氣環(huán)、油環(huán)。2、功用:氣環(huán):密封、導(dǎo)熱;
油環(huán):刮油、布油和輔助密封。3、工作條件:高溫、高壓、高速以及潤(rùn)滑困難。4、材料:
灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。目前汽車上廣泛應(yīng)用合金鑄鐵。
對(duì)活塞環(huán)材料的要求:好的耐磨性、耐熱性、磨合性、導(dǎo)熱性;高的強(qiáng)度、沖擊韌性和足夠的彈性。
第38頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三5、活塞環(huán)的間隙:為了保證氣缸的密封性,又防止環(huán)卡死或脹死在環(huán)槽中,按照時(shí),活塞環(huán)應(yīng)留有端隙、側(cè)隙和背隙。
端隙:△1一般為:0.25--0.50mm
側(cè)隙:△2一般為:第一環(huán):0.04--0.10mm;其他環(huán):0.03--0.07mm;油環(huán):0.025--0.07mm。
背隙:△3一般為:0.5--1mm。
其作用:增大存油間隙,以利于減壓泄油。
如圖2-30所示。
第39頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞環(huán)的間隙第40頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三6、氣環(huán)的密封原理:
⑴第一密封面:活塞環(huán)因彈力而壓緊在氣缸壁上,形成第一密封面。
⑵第二密封面:活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟?,壓緊在環(huán)槽的下端面上,形成第二密封面。
⑶第一密封面的第二次密封:燃?xì)饫@流到環(huán)的背面,并引發(fā)膨脹,使環(huán)更緊地貼在氣缸壁上,形成第一密封面的第二次密封。
如圖2-31所示。第41頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三氣環(huán)的密封原理
第42頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三6、氣環(huán)的切口形狀:氣環(huán)的切口間隙過大,則漏氣嚴(yán)重,使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減??;氣環(huán)的切口間隙過小,活塞環(huán)受熱膨脹后就可能卡死或折斷。a)、直角口;b)、階梯形;c)、斜口;d)、帶防轉(zhuǎn)銷釘槽
第43頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三7、氣環(huán)斷面形狀:a)、矩形環(huán);b、)錐面環(huán);c)、正扭曲內(nèi)切環(huán);d)、反扭曲內(nèi)切環(huán);e)、梯形環(huán);f)、桶形環(huán)
第44頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三矩形斷面環(huán)的泵油作用第45頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三扭曲環(huán)的工作原理第46頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三
8、油環(huán)的分類:①普通油環(huán);(一般為合金鑄鐵)圖2-38。
②組合油環(huán)。(一般為高速發(fā)動(dòng)機(jī)采用)
第47頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三油環(huán)的刮油作用第48頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三三、活塞銷1、功用:是連接活塞和連桿小頭,將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。2、工作條件:高溫下的周期性沖擊載荷,潤(rùn)滑條件差。3、材料:低合金滲碳鋼。4、形狀、結(jié)構(gòu):空心圓柱體。
它的形狀:
①圓柱形;②端部呈錐形擴(kuò)展;③中間封閉式;④單側(cè)封閉式;⑤內(nèi)有塑料芯的鋼套銷;⑥成型銷
如圖2-40所示。5、連接配合:一般采用全浮式。
為了防止活塞銷的軸向竄動(dòng),在活塞銷座兩端用卡環(huán)在銷座凹槽中加以軸向定位。
第49頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞銷的形狀第50頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三活塞銷的連接方法第51頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三四、連桿1、功用:將活塞承受的力傳給曲軸,推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng),從而使活塞的往返運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2、工作條件:氣體作用力、往復(fù)作用慣性力、旋轉(zhuǎn)作用慣性力。3、材料:中碳鋼、中碳合金鋼。4、結(jié)構(gòu)、組成:小頭、桿身、大頭。
如圖2-42、2-43所示。
第52頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三連桿組件第53頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三連桿構(gòu)造圖第54頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三5、連桿大頭的剖分:
平切口、斜切口。一般采用斜切口。6、連桿大頭的定位:
平切口:利用連桿上精加工的圓柱凸臺(tái)或光圓柱
部分,與經(jīng)過精加工的螺栓孔來保證。
斜切口:止口定位、套筒定位、鋸齒定位。
如圖2-44所示。
第55頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三斜切口
連桿的定位方式第56頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三7、V形發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿:1)、并列連桿式;2)、主副連桿式;3)、叉形連桿式;8、連桿大頭螺母的鎖止:開口銷、雙螺母、自鎖螺母
。第57頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三9、連桿軸承:
①結(jié)構(gòu):鋼背和減摩層組成的分開式薄壁軸承。
②要求:足夠的疲勞強(qiáng)度、良好的抗咬性、順應(yīng)性、嵌藏性,足夠的結(jié)合強(qiáng)度和良好的耐磨性。
③材料:白合金、銅鉛合金和鋁基合金。
④鎖止:在軸承的剖分面上,分別沖壓出高于鋼背的兩個(gè)定位凸唇,裝配時(shí),這兩個(gè)凸唇分別嵌入在連桿大頭和連桿蓋的相應(yīng)的凹槽中。
第58頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三第四節(jié)
曲軸飛輪組
曲軸飛輪組的組成:曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時(shí)齒輪等。圖2-48一、曲軸1、功用:承受連桿傳來的力并通過飛輪輸出、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置。2、工作條件:旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力。3、材料:優(yōu)質(zhì)中碳鋼、中碳合金鋼、球墨鑄鐵。4、組成:主軸徑、連桿軸徑、曲柄、平衡重、前端軸和后端凸緣等。
5、結(jié)構(gòu):
第59頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三曲軸飛輪組
第60頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三①曲軸的支承型式示意圖,圖2-49;
第61頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三②組合式曲軸,圖2-50;
第62頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三③曲軸平衡重作用示意圖,圖2-51;
第63頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三④裝配式平衡曲軸,圖2-52;
第64頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三⑤曲軸前端的結(jié)構(gòu),圖2-53;
第65頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三⑥回油螺紋的密封原理,圖2-55;
第66頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三⑦曲軸推力軸承,圖2-56;
第67頁,共76頁,2023年,2月20日,星期三6、曲軸的形狀與各曲拐的相對(duì)位置取決于缸數(shù)、氣缸的排列方式和發(fā)火次序。
①連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn);②作功間隔應(yīng)力求均勻。并且須動(dòng)平衡。
7、發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐和發(fā)火次序:
①四沖程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī):
發(fā)火間隔角為180°。
發(fā)
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