單元二 曲柄連桿機構(gòu)

PAGE17PAGE1第頁教學(xué)目標知識目標：了解曲柄連桿機構(gòu)功用與組成；分析曲柄連桿機構(gòu)受力情況；掌握機體組的結(jié)構(gòu)特點；掌握活塞連桿組結(jié)構(gòu)特點；掌握曲軸結(jié)構(gòu)特點；了解多缸發(fā)動機連桿軸頸布置形式；了解曲軸扭轉(zhuǎn)減振器、飛輪的工作原理及結(jié)構(gòu)能力目標：掌握曲柄連桿機構(gòu)總成的拆裝及檢測方法。素質(zhì)目標：教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計注釋單元二曲柄連桿機構(gòu)〖理論知識〗一、曲柄連桿機構(gòu)概述曲柄連桿機構(gòu)主要由以下三部分組成。（1）機體組。機體組主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊、油底殼等不動件。（2）活塞連桿組?；钊B桿組主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等運動機件。（3）曲軸飛輪組。曲軸飛輪組主要包括曲軸、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器、飛輪等機件。二、機體組1.氣缸體1）氣缸體的基本結(jié)構(gòu)氣缸體的具體結(jié)構(gòu)形式可分為三種,如圖2-2所示。圖2-22）氣缸的排列形式汽車用多缸發(fā)動機的氣缸排列形式基本上有三種:直列式、V形和對置式,如圖2-3所示。 圖2-32.氣缸套氣缸套有干式和濕式兩種,如圖2-4所示,均采用耐磨合金鑄鐵制造,內(nèi)表面還可進行表面淬火、鍍鉻等處理,進一步提高耐磨性。1）干式氣缸套干式氣缸套如圖2-4（a）所示，裝入氣缸體后,其外壁不直接與冷卻水接觸,而和氣缸體的壁面直接接觸,壁厚較薄,一般為1～3mm。2）濕式氣缸套濕式氣缸套如圖2-4（b）所示，裝入氣缸體后,其外壁直接與冷卻水接觸,氣缸套僅在上、下各有一凸出圓環(huán)帶和氣缸體接觸,壁厚一般為5～9mm。3.氣缸蓋1）氣缸蓋基本結(jié)構(gòu)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,除燃燒室外還設(shè)置有冷卻循環(huán)水水套、潤滑油油路、火花塞座孔（汽油機）或噴油器座孔（柴油機）、進氣道和排氣道。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。2）燃燒室汽油機的燃燒室由活塞頂部及氣缸蓋上相應(yīng)的凹部空間組成。燃燒室應(yīng)保證充氣效率高，結(jié)構(gòu)緊湊、冷卻面積小，有良好的進氣及擠氣渦流，表面光滑,不易積炭。汽油機常見的燃燒室形狀有楔形、盆形和半球形，如圖2-6所示。3）氣缸墊氣缸蓋襯墊（簡稱氣缸墊）安裝于氣缸蓋和氣缸體工作平面間,又稱氣缸床,如圖2-7所示，其作用是保證氣缸體與氣缸蓋間的密封,防止發(fā)生漏水、漏氣、漏油。圖2-74.油底殼油底殼用于封閉下曲軸箱并儲存機油。由于油底殼一般不受力,常用薄鋼板沖壓制成,如圖2-8所示。圖2-85.發(fā)動機的支承發(fā)動機一般通過氣缸體和飛輪殼或變速器支承在車架上,發(fā)動機的支承方法一般有三點支承和四點支承兩種,如圖2-9所示。圖2-9三、活塞連桿組活塞連桿組的組成如圖2-10所示。圖2-101.活塞1）活塞的功用活塞的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,以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。2）活塞的工作條件活塞是在高溫、高壓、高速、潤滑不良和散熱困難的條件下工作的。3）活塞的結(jié)構(gòu)活塞主要有頂部、頭部和裙部三部分基本結(jié)構(gòu)2.活塞環(huán)1）活塞環(huán)的功用活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán),按其功用可分為氣環(huán)和油環(huán)兩類。2）活塞環(huán)的工作條件活塞環(huán)是在高溫、高壓、高速及潤滑條件極差的條件下工作的,尤其是第一道環(huán)的工作條件最為惡劣,是發(fā)動機中工作壽命最短的零件之一。3）活塞環(huán)的間隙發(fā)動機工作時,活塞、活塞環(huán)等機件都會發(fā)生熱膨脹。工作時既要保證氣缸的密封性,又要防止環(huán)卡死在缸內(nèi)或脹死于環(huán)槽中,因此,所有活塞環(huán)在裝配后應(yīng)留有端隙、側(cè)隙和背隙。4）氣環(huán)氣環(huán)在自由狀態(tài)下不是正圓形,其外廓尺寸比氣缸直徑大。當活塞環(huán)裝入氣缸后,在其自身的彈力F1作用下，環(huán)的外圓面與氣缸壁貼緊形成第一密封面,氣缸內(nèi)的高壓氣體繞行至活塞與氣缸壁之間的間隙進入活塞環(huán)的側(cè)隙和背隙中。5）油環(huán)油環(huán)的作用是形成一層必要的油膜來潤滑活塞和氣缸壁。油環(huán)分整體式油環(huán)和組合式油環(huán)兩種。3.活塞銷1）活塞銷的功用活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭,將活塞承受的氣體壓力傳給連桿。2）活塞銷的工作條件活塞銷要在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷,潤滑條件較差,因此要求活塞銷有足夠的剛度和強度,表面耐磨，質(zhì)量盡可能小。因此,活塞銷通常做成空心圓柱體。4.連桿1）連桿的功用連桿的功用是將活塞承受的力傳遞給曲軸,推動曲軸轉(zhuǎn)動,變活塞的往復(fù)運動為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。2）連桿的工作條件連桿在工作時承受活塞銷傳來的氣體作用力、活塞連桿組往復(fù)運動時的慣性力、連桿大頭繞曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力的作用,這些力的大小和方向都是周期性變化的,使連桿承受壓力、拉伸和彎曲等交變載荷。四、曲軸飛輪組曲軸飛輪組如圖2-34所示。圖2-341.曲軸1）曲軸的功用曲軸的功用是承受連桿傳來的力,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩,然后通過飛輪輸出，同時驅(qū)動發(fā)動機配氣機構(gòu)及其他輔助系統(tǒng)工作。2）曲軸的工作條件曲軸在工作中受到往復(fù)運動慣性力、周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力及其力矩的作用,承受彎曲及扭轉(zhuǎn)載荷,這將引起曲軸的振動和疲勞破壞,同時在曲軸軸頸與軸承之間造成嚴重磨損。3）曲軸的材料曲軸是發(fā)動機最重要的部件之一,一般用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或合金中碳鋼鍛造而成,軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理后進行精加工和熱處理。4）曲軸的分類（1）曲軸按總體結(jié)構(gòu)可分為整體式與組合式。（2）曲軸按支承形式可分為全支承與非全支承兩種。5）曲軸的結(jié)構(gòu)曲軸一般由前端（自由端）、主軸頸、曲柄、平衡重、曲拐和后端（動力輸出）等組成。6）曲拐的布置曲軸的形狀和各曲拐的相對位置取決于發(fā)動機的缸數(shù)、氣缸排列方式和做功順序。7）曲軸的軸向定位曲軸軸向定位通常在主軸承結(jié)構(gòu)上采用翻邊軸承和半圓環(huán)止推片,如圖2-46所示。圖2-468）曲軸的主軸承曲軸的主軸承俗稱大瓦,和連桿大頭軸承一樣,也是剖分為兩半的滑動軸承,即上瓦和下瓦。主軸承上瓦裝在機體的主軸承座孔內(nèi),而下瓦則裝在主軸承蓋內(nèi)。主軸瓦的材料、結(jié)構(gòu)形式、安裝方式和定位方式等與連桿大頭軸瓦基本相同。為了向連桿大頭軸承輸送潤滑油,在主軸承上瓦上開有油孔和周向油槽,而下瓦由于受到較大的載荷,通常是不開油孔和油槽的,安裝時不能將上、下軸瓦裝錯。軸承蓋上一般都有編號,使用過的主軸軸承不能互換。2.曲軸扭轉(zhuǎn)減振器1）橡膠摩擦式曲軸扭轉(zhuǎn)減振器橡膠摩擦式曲軸扭轉(zhuǎn)減振器結(jié)構(gòu)如圖2-47所示。圖2-47橡膠摩擦式曲軸減振器的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、工作可靠,但橡膠對曲軸扭轉(zhuǎn)振動的衰減作用不夠強,而且橡膠易因摩擦生熱,容易老化。2）硅油摩擦式曲軸扭轉(zhuǎn)減振器由鋼板沖壓而成的減振器殼體與曲軸連接。側(cè)蓋與減振器殼體組成封閉腔,其中滑套著扭轉(zhuǎn)振動慣性質(zhì)量,慣性質(zhì)量與封閉腔之間留有一定間隙,里面充滿高黏度的硅油。曲軸的振動能量被硅油的內(nèi)摩擦阻尼吸收,使扭轉(zhuǎn)振動消除或減輕。3.飛輪飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤,它用螺栓緊固在曲軸后端凸緣上,如圖2-49所示。其功用是在做功行程貯存能量,用以在其他行程中克服阻力；帶動曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點；使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻,并使發(fā)動機有可能克服短時間的超負荷,同時利用飛輪上的齒圈起動時傳力。此外,飛輪又往往用作汽車傳動系統(tǒng)中摩擦離合器的驅(qū)動件。圖2-49五、平衡機構(gòu)平面曲軸的四缸發(fā)動機通常采用雙平衡軸機構(gòu),如圖2-50所示。整個裝置置于油底殼內(nèi),兩個平衡軸相對氣缸中心線左右對稱,高度相同,與曲軸平行且與氣缸中心線等距。兩個平衡軸旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn)速相同,都為曲軸轉(zhuǎn)速的二倍。圖2-50〖小結(jié)〗1.曲柄連桿機構(gòu)主要由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成。它受到氣體作用力、運動質(zhì)量的慣性力及相對運動件接觸表面的摩擦力。2.對于鋁合金氣缸體而言,因其耐磨性差,必須在氣缸體內(nèi)鑲?cè)霘飧滋住?.整體式氣缸蓋多用于缸徑小于105mm的汽油機。氣缸墊保證氣缸體與氣缸蓋間的密封,防止發(fā)生漏水、漏氣、漏油等現(xiàn)象。4.汽車發(fā)動機廣泛采用的活塞材料是鋁合金。為了保證活塞的正常工作,可預(yù)先將活塞加工成裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓和上小下大的錐形或桶形。5.氣環(huán)起密封和導(dǎo)熱兩大作用。氣環(huán)在安裝時要注意安裝順序和方向。6.活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭的連接方式一般有全浮式和半浮式兩種。7.連桿蓋與連桿大頭是組合鏜孔的,安裝時要注意配對記號。連桿軸瓦和曲軸主軸瓦采用的都是由鋼背和減摩層組成的分開式薄壁軸承。8.汽車發(fā)動機廣泛采用球墨鑄鐵曲軸,具有材料價格便宜、耐磨性好、機械加工量小等優(yōu)點。曲軸軸向定位通常在主軸承結(jié)構(gòu)上采用翻邊軸瓦和半圓環(huán)止推片。9.為了平衡曲軸旋轉(zhuǎn)的慣性力,曲軸設(shè)置平衡