第2章 曲柄连杆机构构造与维修

第 2章 曲柄连杆机构构造与维修第 1节 概述一、功用与组成曲柄连杆机构是往复活塞式发动机将热能转化为机械能的主要机构。1、功用 将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。2、组成（ 1）气缸体与曲轴箱组（机体组） 包括：气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸垫。（ 2）活塞连杆组 包括：活塞、活塞环、活塞销、连杆。（ 3）曲轴飞轮组 包括：曲轴、飞轮。二、工作条件及受理分析1、工作条件 高温、高压、高速、化学腐蚀。2、受力分析（ 1）气体作用力（ 2）往复惯性力和离心力（ 3）摩擦力机体组主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸垫。一、气缸体1、基本结构与功用（ 1）整体式结构特点：气缸体与曲轴箱铸成一体。应用：常用于水冷式发动机。（ 2）分体式结构特点：气缸体与曲轴箱分开铸造再用螺栓连接起来。应用：风冷式发动机。（ 3）功用：组装发动机的基础件，并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。2、工作条件与要求（ 1）工作条件承受较大的机械负荷，包括各种力和汽车行驶时发动机本身质量引起的各种冲击力。承受复杂的热负荷 燃烧气体给予气缸壁的热量，主要通过气缸体来散失。（ 2）要求：具足够的强度、刚度和良好的耐热性、耐腐蚀性。 第 2节 机体的构造与工作原理3、构造（ 1）气缸外面制有水套或散热片。（ 2）曲轴箱前后壁和中间隔板上有主轴承座孔和分油道，侧壁上有主油道。（ 3）整体式气缸体有上下两个平面，用以安装气缸盖和油底壳。（ 4）分体式的气缸体下部有一凸缘和止口，曲轴箱有支承气缸体的平面和止口，用他们来保证二者之间的正确定位，在支承面前还可加金属垫片来调整活塞顶和气缸盖间的距离。4、气缸的排列形式（ 1）单列式（直列式）各气缸排成一列，一般是垂直布置，多为六缸以下发动机。（ 2）双列式（两列气缸中心线夹角） 180 V型发动机，多用于八缸以上发动机。=180 对置式发动机，适于风冷发动机。5、曲轴箱的型式（ l）平分式定义：发动机曲轴线与气缸体下表面在同一平面上。特点：结构简单、刚度小、密封困难、维修不便。应用：中小型发动机；如 BJ2023用的 BJ492QA型发动机。（ 2）龙门式定义：曲轴轴线高于缸体下表面。特点：刚度大、密封可靠、维修方便、工艺性较差。应用：大中型发动机，如 CA6102型发动机。（ 3）隧道式定义：主轴承座孔为整体。特点：结构刚度最大，易于保证主轴承同轴度，拆装困难。应用：机械负荷较大的发动机，如 6133Q型发动机。6、材料缸体多采用优质灰铸铁，有的强化柴油机采用球墨铸铁。7、油底壳与密封油底壳功用：贮存机油并封闭曲轴箱。结构特点：稳油挡板 后部或前部较深 磁性放油塞二、气缸与气缸套1、采用缸套的必要性2、气缸套的型式与构造（ l）干式定义：外表面不直接与冷却水接触的缸套，特点：缸套与缸体间配合采用过盈配合，主要为了两者间良好接触，以保证缸套的散热和定位。厚： lmm 3mm优点：不易漏水漏气，刚体结构刚度大，缸心距小，质量小。（ 2）湿式定义：外表面直接与冷却水接触的缸套。壁厚： 5 9mm 一般 C平面处没有密封垫，而靠 B平面本身及压紧的气缸垫来密封。优点：缸体铸造容易，便于维修、散热效果好。应用：主要用于高负荷的柴油机和铝合金缸体发动机。缺点：缸体刚度较差，易产生穴蚀，易漏水、漏气。3、缸套的定位径向定位：上下两个凸出的与气缸体间为动配合的圆环带 A和 B。轴向定位：上部凸缘的下平面 C。4、缸套的密封气缸套下部靠 l 3个耐热耐油橡胶密封圈密封。密封形式：涨封式和压封式（ b）5、气缸套的材料常用的有珠光体灰铸铁、合金铸铁、高磷铸铁、含硼铸铁和其他高级铸铁。 三、气缸盖与气缸垫（一）气缸盖1、功用：封闭气缸上部并与气缸和活塞顶部共同构成燃烧室。2、工作条件：气缸盖的燃烧室壁面承受热负荷和机械负荷。3、结构：缸盖内有冷却水套，进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道。4缸盖形式一缸一盖、二缸一盖或三缸一盖和整体式缸盖5、材料：一般用灰铸铁和合金铸铁。6、气缸盖的紧固灰铸铁缸盖 发动机达正常温度后再进行第二次拧紧。铝合金缸盖 冷态下一次拧紧。（二）汽油机的燃烧室1、对燃烧室的要求（ 1）面容比要小 热损失小，排气净化好。（ 2）结构要紧凑 结构紧凑，火焰传播距离短，不易发生爆燃。（ 3）能产生涡流 使混合气混合更均匀，燃烧速度快，燃烧完全，经济性好。（ 4）充气效率要高 可增大扭矩，提高功率。（ 5）表面要光滑 可使废气不易留存，不易积炭，排气净化好。2、燃烧室的类型（ 1）盆型燃烧室特点：气门平行于气缸轴线，有挤气 冷激面，可形成挤气涡流，但盆的形状狭窄，气门尺寸受到限制，换气质量较差，燃烧速度较低，燃烧质量稍差， CO和 HC排放较高而 NOX排放较低。应用： BJ492QG2型发动机（ 2）楔形燃烧室特点：气门斜置，气道导流较好，充气效率高。能形成挤气涡流，经济性和动力性好，可减少CO和 HC排放，但 NOX排放稍高。应用： CA1091汽车（ 3）半球形燃烧室特点：气门成横向 V型排列。火焰行程短，燃烧剧烈而完全，抗爆性好，经济性、动力性好，CO和 HC少， NOX较高。应用：高速发动机（三）气缸垫1、作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏气、漏水。2、对气缸垫的主要要求（ 1）在高温、高压燃气作用下有足够的强度，不易损坏。（ 2）耐热和耐腐蚀。（ 3）具有一定的弹性，能补偿接合面的不平度，以保证密封。（ 4）拆装方便，能重复使用，寿命长。3、构造（ 1）金属 石棉垫外包钢皮和铜皮，内填石棉。厚： 1.22mm（ 2）纯金属垫由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成。国外一些发动机开始用耐热密封胶彻底取代了气缸垫。4、安装方向金属 石棉垫（金属皮的），由于缸口卷边一面高出一层，对与它接触的平面会造成单面压痕变形，因此卷边应朝向易修整的接触面或硬平面。（ 1）气缸盖和气缸体同为铸铁时，气缸垫卷边应朝向缸盖（易修整面）。（ 2）铝合金气缸盖、铸铁气缸体、气缸垫卷边应朝向缸体（硬平面）。（ 3）气缸体和气缸盖同为铝合金时，气缸垫卷边应朝向缸体，即朝向湿式缸套的凸缘（硬平面）。 一、气缸盖的检修1、气缸盖的检验气缸盖主要损伤形式 裂纹和变形。裂纹发生部位：进、排气门座之间。对气缸盖的检验要求：气缸盖无破裂。2、气缸盖的修理 （ 1）气缸盖变形的修复 方法：机械加工方法（用平面铣床）（ 2）气缸盖裂纹的修复 胶粘结法 对受力不大，温度较低的裂纹，可用环氧树脂或酚醛树脂胶粘结裂纹 焊修法 裂纹发生在受力较大，温度较高部位 堵漏法 微小裂纹或砂眼用堵漏剂修补 （ 3）气门导管的修理气门导管与气门杆的配合间隙大于使用限度应更换气门导管（ 4）气门座的修理气门座松动或气门座密封带耗损，或气门下沉量大于 2mm，应更换气门座圈（ 5）修竣标准：燃烧室容积不小于原厂规定的 95%，各燃烧室间容积差不得大于 4mL。第 3节 机体的检修二、气缸体的检修1、气缸体的损伤气缸体常见的损伤有：变形、裂纹、气缸体上平面的螺纹损伤（ 1）气缸体的变形变形的原因： 热应力过大；制造加工时留有的残余应力过大；曲柄连杆机构往复惯性力过大，使气缸体受拉压和弯扭作用。 发动机在高速、大负荷、润滑不良条件下工作产生烧瓦抱轴 拧紧气缸盖螺栓时，不按规定顺序和规定扭力拧紧或拧紧力不均匀（ 2）气缸体的裂纹原因： 冷却水结冰冻裂 气缸体碰撞受力过大 铸造加工时的残余应力过大 气缸体所受交变应力过大2、气缸体的检验（ 1）气缸体基准面的检验将气缸体下平面放在平板上，用高度游标卡尺或专用设备，检测气缸体的高度（ 2）气缸体变形的检测方法：用平尺放在平面上，用塞尺测量平尺与平面间的间隙检验标准：气缸体上平面的平面度误差，每 50mm50mm范围内均应不大于 0.05mm，与其配合的整个气缸体上平面应不大于 0.20mm。（ 3）气缸体主轴承座孔、凸轮轴座孔的检验 主轴承座孔的检验先检验座孔圆度及圆柱度误差，用内径千分尺或内径百分表，标准：不大于 0.01mm检验主轴承座孔的同轴度误差。 凸轮轴轴承座孔的检验清洗，观察磨损情况，如有单边磨损现象，说明凸轮轴轴承座孔的同轴度误差过大 气缸体的裂纹检验方法：水压试验和气压试验 3、气缸体修理（ 1）气缸体变形的修理当变形后平面的平行度误差较大时，用铣、磨加工方法修整变形较小时，用研磨膏，把缸盖放在气缸体上研磨。（ 2）气缸体裂纹的修理 胶粘结法 焊结法 堵漏剂堵漏法4、气缸体的报废条件气缸体主要零件安装轴承孔出现破裂；缸体出现严重破裂；主轴承孔、凸轮轴轴承孔修理尺寸达到尽头；气缸体上平面加工量过大。 三、气缸的磨损规律及原因1、气缸的磨损规律（ 1）轴向的磨损规律 从气缸的纵断面看，活塞环行程内的磨损一般是上大下小即称为 “锥形 ”，如下图所示。磨损的最大部位在活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸壁处。（ 2）径向的磨损规律 从气缸横断面来看，气缸的磨损也是不均匀的、磨损呈不规则的椭圆形。（ 3）各气缸沿圆周方向的最大磨损部位随气缸结构、车型、使用条件的不同而异。一般是进气门对面附近缸壁磨损最大。2、气缸磨损的原因（ 1）机械磨损发动机工作时、活塞环在自身弹力和高压气体窜入活塞环背面，致使活塞环对气缸壁的正压力大，摩擦力也大，润滑油膜被破坏，形成半干摩擦或干摩擦。造成活塞位于上止点时，第一道活塞环对应的气缸壁磨损最为严重，形成沿气缸轴向上大下小的锥形磨损。（ 2）腐蚀磨损：气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物 CO2、 SO2、 NO2（ 3）磨料磨损 空气中的尘埃，机油中的机械杂质，发动机自身的磨削四、气缸的修理1、气缸磨损的测量（ 1）测量的目的：确定气缸磨损后的圆度和圆柱度（ 2）测量工具 量缸表（ 3）测量方法 选测量接杆，并固定于表杆的下端，使伸缩杆有 2mm左右的压缩行程。 将测杆深入到气缸上部，测量第一道活塞环再上止点位置时对应的气缸壁。通常是分别测量平行和垂直于曲轴轴线方向的气缸磨损。 将量缸表下移，用同样的方法测量气缸中部和下部的磨损。2、气缸修理尺寸的确定气缸修理尺寸一般分为六级（桑塔纳分三级）将气缸磨损的使用极限（每 100mm缸径最大磨损 0.24mm）和加工每一级修理尺寸（ 0.25mm）相比较，可以看出，在正常磨损的情况下，每次大修气缸的磨损程度都要超过一级修理尺寸（ 0.25mm），所以常用的气缸修理尺寸为： 0.50mm， 1.00mm，十 1.50mm一级。湿式缸套缸径加大值不应大于 2.00mm。在实际修理中，可根据下式选择恢复正确几何形状的尺寸 DX，然后将得出的数据与标准修理尺寸对照，选择合理的修理级别。公式为DX Dmax X式中 DX一一磨损最大气缸的直径（ mm）；X 加工余量（ mm）。例如，测得 6102型发动机最大磨损气缸的最大直径为 102.60mm，加工余量取 0.20mm，则恢复气缸正确几何形状的尺寸为Dx Dmax X（ 102.60 0.20） mm 102.55mm对照表可知，此数据接近于第四级修理尺寸 102.60mm，故最后选定为第四级修理尺寸，再选择同级别修理尺寸的活塞与之相配。同一台发动机的各缸应采用同一级别的修理尺寸。 将计算出的圆整成整数值，即是气缸镗后修理尺寸级数。3、气缸的镗削量和镗削尺寸的确定（ 1）气缸镗缸量的计算活塞与气缸的配合要求较高，在修理尺寸确定后，可选择同一级修理尺寸的活塞。镗缸时必须按活塞的实际尺寸进行，并结合必要的缸壁间隙和镗缸余量，通过下列公式计算各缸的镗削量。镗削量 =活塞最大直径一气缸最小直径十配合间隙一镗缸余量（ 2）确定镗削次数4、气缸的镗削（ 1）气缸镗削的目的 恢复气缸原有的圆度、圆柱度和表面粗糙度要求，保证各缸中心线与曲轴主轴承孔中心线在一个平面内，并相互垂直。（ 2）镗缸设备T716型单柱金刚镗床， T8011型移动式镗磨缸机（ 3）镗缸工艺基准新选修理工艺基准的原则： 以气缸体上平面作基准 以缸体下平面为基准 以两端曲轴轴承承孔的公共轴线为基准（ 4）气缸的镗削工艺（ 1）检修气缸体的上平面，如有不平现象和杂质，将影响铁缸体的定位，使镗杆倾斜，镗出的气缸轴线与缸体基准面（上平面）不垂直，影响修理质量。所以要用油石或细挫刀进行修平，并将气缸体上平面和镗缸机底座擦拭干净。（ 2）安装镗缸机，将镗缸机放置在气缸体上，使镗杆对正需镗削的气缸孔，初步固定镗缸机。（ 3）选择和安装定心指，根据气缸直径选择一套长度相适应的定心指。清洁后插入镗杆定心指孔内，用弹簧箍紧，然后转动定心指旋钮，使定心指收缩。（ 4）定为中心的选择。同心法和不同心法。（ 5）选择刀架和调理镗刀，根据气缸直径选择刀架和镗刀，将镗刀装人镗杆头上的刀架孔内，然后用专用的测微器调整镗刀，直到调理完毕。（ 6）镗头转速、进给量和背吃刀量的选择通常根据气缸材料的硬度、气缸直径以及刀具性能、铸削工序要求来选择。（ 7）镗削时，将镗刀降到缸口，用手转动镗头，检测背吃刀量是否过大，镗刀在气缸圆周的各个方向的背吃刀量是否均匀。（ 8）校正自动停刀装置。（ 9）缺口导角，每镗好一缸，应随时用切削刃的角度在气缸上口镗出导角，便于活塞与活塞环装入气缸。5、气缸的磨削（ 1）磨削的目的 减小气缸壁的表面粗糙度值，达到气缸加工的最终要求，以延长气缸和活塞的使用寿命。（ 2）磨缸的主要加工工具 带有砂条的衍磨头。（ 3）磨缸程序和注意事项 将磨过的气缸彻底清洁，稳妥地安装好气缸体，按说明进行磨缸。 安装磨缸头，调整磨条压力。 选择合适的圆周速度和往复运动速度。 磨缸时尽量使磨缸主轴、磨缸头和气缸在一直线上，以防偏磨。 磨缸时要加注切削液，用以冷却和清洗磨料。磨缸应先粗磨、后精磨，磨缸顺序由第一缸 第三缸 第二缸 第四缸，隔缸进行。6、镶气缸套气缸镗削超过最后一级修理尺寸，或气缸壁上有特殊损伤，可在气缸内镶配缸套（干式）或在气缸体上换配新缸套（湿式），以延长气缸的使用寿命。（ 1）干式气缸套的镶配 根据气缸套的外形尺寸，将气缸镗到所需的尺寸和一定的表面粗糙度值，以保证气缸与缸套的良好结合。给气缸体第一次镶缸套时，应选用外径尺寸最小的气缸套，以便提高发动机的修理次数。 根据所选气缸套的外形尺寸，将气缸镶至所需要的尺寸和应有的表面粗糙度。 镶配时，应在气缸套的外壁涂以润滑油，放正气缸套，垫以平整垫木，用压床徐徐压入，或用手操纵专用压具压入新缸套，在压人 2030mm 的过程中，可松压几次，使缸套的少许偏斜自行得到矫正。压力应逐渐增加，不能过大或过小。为了防止气缸变形，应采用隔缸压入。 气缸套压人后，应与气缸体上平面平齐，不得低于气缸体上平面；若有高出，不得高出 0.01mm，可用挫削或磨削修平。在气缸套镶配完毕后，进行水压试验。（ 2）湿式缸套的换配1）拆卸旧缸套时，可轻轻敲击缸套底部，用手或专用工具取出。清理气缸体内污垢，气缸体与