2010凯斯拖拉机教案上篇（发动机底盘）.doc

上篇 MXM 175/190型拖拉机发动机及底盘第一章 MXM190拖拉机的发动机第一节 发动机的分类与构造一、发动机及其类别1、概念：凡是把某种形式的能转变为机械能的机器都可以叫发动机。2、分类：按能源不同：风力、水力、热力发动机。热力发动机：凡是将热能转变成机械能的机器，（一般称发动机）。按燃料所处的位置：内燃机燃料直接在发动机内部燃烧。外燃机燃料在外部燃烧,蒸汽机。3、内燃机的特点：内燃机具有热效率高、功率范围广、适应性好、结构紧凑、尺寸小、使用操作方便。启动迅速等优点。所以被广泛地应用于国防、交通运输、工业、农业等方面。目前，拖拉机的发动机均采用内燃机。内燃机与外燃机相比具有许多优点：（1）、热效率高：柴油机的热效率高于其它动力机械。增压柴油机的热效率高达46%；（2）、功率范围广：单机功率为150000kw（船用）能适应多方面的用途；（3）、起动性能好：中小型柴油机通常能在几秒钟内起动，并投入全负荷运转；（4）、运行维护简便：柴油机用水量小；（5）、体积功率高、比质量小（功率/质量）：高速增压多缸柴油机的体积功率340KM/m3 比质量仅1.6kgkw；（6）、燃料要求高：不能直接用劣质和固体燃料；（7）、环境污染源：柴油机废气中的有害气体，碳烟以及噪音都是污染环境的公害。二、内燃机的分类、按采用的燃料：柴油机、汽油机、天然气（液化石油）；、按完成一个工作循环的行程数：二冲程、四冲程；、按发动机的缸数：单缸、多缸；、按冷却方式：水冷（液体）、风冷（空气）；、按汽缸排列形式：直列式、卧式、V型、对置式（平卧式）；、按进气方式：增压、非增压；、按燃料在汽缸内的着火方式：点燃式、压燃式；第二节 发动机的工作原理一、MXM190拖拉机的发动机组成MXM190拖拉机的发动机型号为CNH，四冲程直列六缸，排量为7.5L 、发动机有效功率142kw（190hp）；带功率增高168kw（225hp）。发动机额定转速2200r/m；最高空转转速2380 r/m；气缸直径111.8mm ,活塞行程127mm；带有废气涡轮增压器，涡轮增压器采用空气中间冷却；主要由七大部分所组成，见图1-1。分别是： （一）曲柄连杆机构与机体零件 曲柄连杆机构主要由活塞、连杆、曲轴及飞轮等组成。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的燃气压力转变为曲轴的转矩输出。机体零件包括缸盖、机体、油底壳等组成。它是发动机的骨架，所有运动件和辅助系统都支承和安装在它上面。用以支承各机件的重量，承受各运动件的负荷。 （二）换气系统 换气系统主要由配气机构、空气滤清器、涡轮增压器、进排气管道、消音器等组成。其功用是定时开关进排气门，实现气缸换气。并通过空气滤清器和消音器以保证进气的清洁和降低排气噪音。 （三）燃油供给系统 柴油机燃油供给系统主要由燃油箱、燃油滤清器、输油泵、燃油泵、喷油器及调速器等组成。其功用是定时、定量、定压地向燃烧室内喷油，并创造良好的燃烧条件，满足燃烧过程的需要。 （四）润滑系统 润滑系统主要由集滤器、机油泵、机油滤清器、机油压力表或指示器等组成。其功用是将机油压送到发动机各运动件的摩擦表面，以减少运动件的摩擦和磨损，并有冷却、清洗摩擦表面；密封、防锈等作用。 （五）冷却系统冷却系统由散热器、水泵、风扇、节温器、机体散热片等组成。冷却系统的功用是冷却受热机件、保证发动机在适宜的温度下正常工作。图1-1 MXM190拖拉机的发动机1.气门室罩盖 2.机体 3.油底壳 4.曲柄连杆机构5.燃油泵 6.正时齿轮 7.喷油器 8.涡轮增压器 9.配气机构 （六）启动系统启动系统的功用是启动发动机，使发动机由静止状态转入运转状态。主要由蓄电池、电起动机、控制电路等组成。二、发动机工作的基本概念图1-2 发动机构造简图1.汽缸盖 2.排气门 3.进气门 4.喷油器 5.汽缸 6.活塞 7. 活塞销 8.连杆 9.主轴承 10.曲轴 11.曲柄 12.飞轮如图1-2所示，发动机最基本的结构是由汽缸、汽缸盖、进气门、排气门、喷油器、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等组成。 （一）活塞止点与行程 汽缸的顶部由缸盖密封，通过进、排气门实现汽缸的换气过程。汽缸内的活塞经连杆与曲轴连接，曲轴的一端固定有飞轮。活塞在汽缸内作往复直线运动，经连杆转变成曲轴的旋转运动。曲轴的旋转运动也可经连杆转变成活塞的往复直线运动。活塞往复一次，曲轴旋转一周。内燃机工作时，活塞在汽缸内上下往复运动,活塞上行至最上端时距曲轴中心最远的一点，称为上止点；活塞下行至最下端时距曲轴中心最近的一点，称为下止点。活塞在两个止点之间所走过的路程，称为活塞的行程，用“S” 表示。活塞运动一个行程，曲轴旋转半周（180o）。 （二）汽缸容积 活塞在上止点时，活塞上部至缸盖下部的所有空间，称为燃烧室。燃烧室所占用的容积，称为燃烧室容积，用“Vc”表示。汽缸两个止点间的空间容积称为工作容积，用“Vh”表示。 活塞在下止点时，活塞上部所有空间容积称为汽缸总容积，用“Va”表示。它等于汽缸工作容积与燃烧室容积之和。 Va=VhVc （L） （三）压缩比 汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用“”表示。 = 压缩比的大小反映了气体在汽缸内被压缩的程度。各种类型的发动机对压缩比的要求不同，柴油机的压缩比一般为1620；汽油机的压缩比一般为69。 所有汽缸工作容积之和称为发动机的排量，用“V”表示。 V=Vhi 式中i汽缸数。内燃机工作时，利用汽缸中可燃混合气燃烧后产生的高压燃气推动活塞下行，并通过连杆带动曲轴旋转对外作功，实现热能对机械能的转换。这一能量的转换过程必须在汽缸活塞在汽缸内作上下往复运动，并通过连杆与曲轴相连。活塞向下运动时，可以推动曲轴旋转；反之，转动曲轴也可使活塞上下运动。 三、发动机的工作过程曲轴旋转两圈、活塞经过四个行程、完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机。 四行程柴油机的基本工作原理是：首先将新鲜空气吸入汽缸并压缩，使温度升高，接着将柴油以雾状喷入被压缩的高温空气中，柴油立即着火燃烧放出热能，使空气急剧膨胀，在汽缸内产生很大的压力。此压力推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴旋转，将柴油燃烧时放出的热能转换为机械能。最后，将燃烧过的废气排出汽缸。其工作过程如图l-3所示。图1-3 单缸四冲程柴油机工作过程（a）进气 （b）压缩 （c）作功 （d）排气 1. 进气行程（图-3a）曲轴旋转第一个半圈，经连杆带动活塞从上止点向下止点运动，使汽缸内造成真空吸力。此时进气门打开（排气门关闭），新鲜空气被吸入汽缸。进气行程终了时，进气门关闭。此时汽缸内压力约为78.593.2KPa。温度约为320340K。2压缩行程（图l-3b）曲轴旋转第二个半圈，带动活塞从下止点向上止点运动。此时进、排气门都关闭。汽缸内的气体受到压缩，温度和压力不断升高。压缩终了时汽缸内压力达29004900KPa、温度高达750950K。 3作功行程（图l-3c）在压缩行程临近终了，活塞在上止点前10o35o曲轴转角时，喷油器用高压（100Pa以上）将柴油以雾状喷人汽缸，进入汽缸的柴油与被压缩的高温空气混合成可燃混合气，柴油的自燃温度为600K左右，自行着火燃烧，放出大量热能。此时进、排气门仍都关闭，使汽缸中的气体温度和压力大大上升，汽缸中温度高达18002200K、压力高达59008800KPa。高温高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转第三个半圈。此为热能转化为机械能的行程，因此称为作功行程。当活塞到达下止点时，作功行程结束。缸内温度降至10001200K、压力降至290580KPa左右。 4排气行程（图1-3d）曲轴旋转第四个半圈，带动活塞从下止点向上运动。此时排气门打开，进气门关闭，燃烧后的废气在自身压力以及活塞上移作用下，被排出汽缸之外。排气终了时，缸内温度约为500800K、 压力为100120KPa。排气行程结束后，曲轴依靠飞轮转动的惯性仍继续旋转，上述各过程又重复进行。如此周而复始地进行工作循环，使柴油机能连续不断地运转并带动工作机械作功。第二章 曲柄连杆机构与机体零件 曲柄连杆机构的功用是将活塞在汽缸中的往复运动与曲轴的旋转运动进行变换，以实现发动机的工作循环并输出动力。曲柄连杆机构主要由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组等构成。 机体零件构成了发动机的骨架，所有运动零件和辅助系统都由它支承。其主要由机体、汽缸套、汽缸垫、汽缸盖和油底壳等构成。第一节 机体零件一、机体机体是汽缸体、曲轴箱、机座、主轴承盖及飞轮罩壳等固定零件的总称。形成一个刚性构件，作为安装发动机其他零部件的支承骨架。机体受力情况十分复杂。要求机体有足够的刚度和强度，以保证各主要运动件之间的正确安装位置。机体型式有平分式、龙门式和隧道式三种，MXM190拖拉机的发动机机体见图2-1，该机体型式为龙门式，其特点是，机体的强度和刚度较高，且油底壳前后端为一平面，其密封简单可靠。 根据工作条件和结构特点，机体多采用优质灰铸铁制造。某些发动机为了减轻质量，加强散热，采用铝合金制造。CNH发动机的机体由合金铸铁铸造而成，具有很好的强度和刚度，同时机体的散热效果非常均匀，为发动机提供了很好的冷却体系。缸径的加工全部是由机器完成的，在发动机上，从前到后标注1-6个数（缸号）。缸径可以为适应各种缸套尺寸作重新加工。图2-2 油底壳1.气缸垫 2.支架 3.螺栓 4.螺栓 5.丝堵 6.螺母7.油管 8.垫圈 9.丝堵 10垫圈 11.弯头 12.垫圈 13.油底壳 14.螺栓图2-1 CNH发动机的机体1.正时齿轮室盖 2.螺栓 3.螺栓 4.罩盖 5.螺栓 6.油封7.针阀 8.螺栓 9.螺栓 10.销钉 11.密封盖 12.O型密封圈 13.螺栓 14.内盖图2-3 曲轴箱的通气装置1.密封圈 2.过滤器 3.衬垫油底壳装在机体下部，其主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱如图2-2所示。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压制成，其形状决定于发动机总体布置和机油的容量，并能保证发动机纵向在最大倾斜位置时机油泵吸油不至于中断。为防止车辆振动时油面波动过大，油底壳的内部没有稳油挡板。油底壳底部装有放油塞，以便放出机油，有的放油塞还带有磁性，可以吸附机油中的铁屑，以减小发动机的磨损。为了防止机油外漏，机体与油底壳连接处装有衬垫，也有涂密封胶的。CNH发动机的曲轴箱设置有通气装置：如图2-3所示。这个通气装置是用来过滤进入曲轴箱的油气混合物的，它把滤过的空气送到空气进气系统，同时把滤出的油收集起来，然后送到发动机的油底壳。此系统可以减少排放（油气）。二、汽缸盖与汽缸垫汽缸盖用以密封汽缸，构成燃烧室。它经常与高温、高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷与机械负荷。根据发动机结构型式的不同，汽缸盖上装有喷油器、进排气门和布置进排气道。有些柴油机的缸盖则还装有预燃室和涡流室。对于水冷发动机的缸盖，其内部还有冷却水腔和通道，风冷发动机缸盖铸有散热片，所以汽缸盖结构形状复杂，温度分布很不均匀。为此，要求汽缸盖具有足够的强度和刚度，冷却可靠，进排气道的流通阻力最小。汽缸盖和汽缸体一样，一般用灰铸铁和合金铸铁。汽缸盖的结构型式甚多，对于46缸发动机，有一缸一盖的单体式缸盖，两缸一盖。三缸一盖的块状缸盖和一列汽缸用同一缸盖的整体式缸盖等。拖拉机发动机上大部分是整体式汽缸盖。在汽缸盖与汽缸体之间装有汽缸垫，其功用是保证汽缸盖与汽缸体接触面的密封，防止燃气泄漏。汽缸垫应满足如下的主要要求：图2-4 CNH发动机气缸盖（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，即在高温、高压燃气或有压力的机油和冷却水的作用下不烧损或变质； （3）具有一定弹性，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。三、缸盖螺栓汽缸盖螺栓将汽缸盖紧固在汽缸体上，因此汽缸盖螺栓是保证汽缸盖与机体密封的重要零件，螺栓安装时总的预紧力约为汽缸盖所受最大爆发压力的34倍。在结构布置可能的条件下，螺栓数多一些，螺径小一些，对汽缸盖的压力更加均匀，密封效果更好。为保证汽缸盖平面能均匀压紧且不造成缸盖裂纹损坏，在拧紧汽缸盖螺母时，应该由中间对称地向四周交叉进行，分23次拧紧，最后一次需按规定扭矩拧紧。图2-4为CNH发动机的气缸盖。它采用整体式结构，为保证缸盖上所受的压力均匀分布，在每个气缸周围有6个螺栓把气缸盖固定在缸体上。进气、排气岐管安装在缸盖上，进气岐管在发动机的右手边，喷油嘴安装在摇臂罩外面，排气岐管在发动机的左手边，冷却系统得出水连接口和恒温器安装在缸体的前部。缸盖螺栓的拧紧顺序如图2-5所示。图2-5 CNH发动机缸盖螺栓拧紧顺序第二节 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的功用是将燃料燃烧时放出的热能转换为机械能的机构，主要由活塞组、连杆组，曲轴飞轮组构成。如图2-6所示。 一、活塞组 活塞组包括活塞、活塞环和活塞销等零件。其功用是与汽缸、汽缸盖构成工作容积和燃烧室；承受燃气压力并通过连杆传给曲轴；密封汽缸，防止燃气漏入曲轴箱和过多的机油进入汽缸。（一）活塞活塞在高温、高压、高速及润滑和散热均困难的条件下工作的。活塞顶部直接与高温燃气接触，燃气的最高温度可达2500K以上。因此，活塞顶部的温度高达600700K。同时它还要承受很高的气体压力和高速条件下工作。所以要求活塞质量小，热膨胀系数小，导热性好和耐磨。CNH发动机的活塞采用硅铝合金材料铸造而成，其特点是其质量小、导热性能好，热膨胀系数较低。同时，对活塞表面进行一定的热处理，以提高其表面的硬度，增加其耐磨性，还可减轻高温燃气对活塞顶的影响。其活塞销座处内嵌钢板，以增加销座的承载能力。其结构由下面几部分组成。 其活塞连杆组的结构如图2-6所示。图2-6 CNH发动机活塞连杆组1.连杆 2.活塞 3.活塞销 4.定位环 5.气环（第一道） 6. 气环（第二道）7.油环 8.螺栓 9.连杆盖 10.连杆大头衬套 11. 连杆大头衬套 12. 连杆小头衬套图2-7 活塞结构图1.活塞顶 2.活塞头 3.活塞环 4.活塞销座 5.活塞销6.活塞销锁环 7.活塞裙部 8.加强筋 9.环槽1.活塞顶部采用型燃烧室，混合气形成质量好，低温启动性能好。在安装时应注意顶部凹坑与喷油器的对应位置。刻有箭头或其他标记，用来指示活塞的安装方向。2.防漏部活塞销孔以上有几道环槽，用以安装活塞环，称为防漏部。其功用是与活塞环配合，起密封汽缸和传热作用。CNH发动机有三道活塞环槽，3裙部对活塞的运动起导向作用并承受侧压力。裙部有安装活塞销用的销座。（二）活塞环 活塞环包括气环和油环两种。气环的功用是用以密封活塞与汽缸之间的间隙，防止汽缸中的高温、高压燃气漏至曲轴箱中。此外，气环还能将活塞顶部的大部分热量传给汽缸壁，再由机体内流动的冷却水带走。油环起布油和刮油作用，把润滑油均匀地分布在汽缸壁上，将多余的润滑油刮去。此外，活塞环尚有支承活塞的作用。活塞环是在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作，运动情况很复杂，不仅与缸壁间有相对高速的滑动摩擦，还与环槽上下撞击，以及由于环的径向胀缩而产生的与环槽侧面相对的摩擦，因此，活塞环的磨损是发动机中磨损最快的零件之一，要求环的材料应具有好的耐磨性、导热性、耐热性、磨合性、冲击韧性和足够的弹性等。一般活塞环多用优质灰铸铁，球墨铸铁或合金铸铁制造。第一道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬，硬度高并能贮存少量机油，以改善润滑条件，提高使用寿命。其余气环一般镀锡或磷化，以改善磨合性能。也可用喷钼来提高耐磨性。在高速强化柴油机上，还可以采用钢片环来提高弹力和冲击韧性。此外，用粉末治金、金属陶瓷和聚四氟乙烯制造活塞环在国外开始试用。 1.气环 气环是一种具有切口的弹性环。它在自由状态时，环的外径大于汽缸直径。装入汽缸后，依靠本身的弹性紧密地与汽缸壁贴合，而环与环槽之间形成一个断面很小的曲折通道，起密封作用。气环以一定的弹力与汽缸壁压紧，形成第一密封面。为了减少非作功行程的摩擦损失，气环本身的弹力一般不大于196kPa。在作功行程时，被密封的气体不能从环周围与汽缸壁之间通过，便进入环与环槽之间，把环向环槽侧面压紧，形成第二密封面；同时气体还进入环背与环槽之间，使环压向缸壁，加强了第一密封面。在高速柴油机中，第一气环环背气体压力平均可达1980kPa以上。但气环本身弹力是很重要的，如弹力不足，会在环周围与汽缸壁之间出现间隙而漏气，并使环背的气体压力建立不起来。密封的效果还与气环数量有关。据测定：气体穿过第一道气环时，环内气体压力为活塞顶气体压力的70%，第二道环为0.5%，第三道环为0.02%。工作时，气体从环端开口处漏出，正常漏气量只有吸气量的0.2%-l左右。一般柴油机有34道气环、l2道油环。CNH发动机采用两道气环一道油环，第一道气环为梯形环，第二道气环为矩形环。这种结构有利于减小摩擦和增大压力。 2.油环 油环分整体式和组合式两种。油环的作用是刮除汽缸壁上多余的润滑油，并通过油环槽内的回油孔流回曲轴箱，在缸壁上形成一层均匀的油膜以减少活塞、活塞环与汽缸之间的磨损和摩擦阻力。此外，油环也能起到密封的辅助作用。图2-8 整体式油环 整体式油环 如图2-8所示。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽。当活塞向下移动时，油环将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞向上移动时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。图2-9 组合式油环1.活塞 2.油环 3.弹簧 4.活塞环槽组合式油环 如图2-9所示。由两部分组成，即内外圆均带有圆弧槽的油环和内圆弧槽内的径向螺旋弹簧。环的外圆的圆弧形槽，用来完成布油与刮油，径向的螺旋弹簧使得油环进一步压紧在气缸壁上，使得刮油的效果更好。为了防止活塞在环槽中受热膨胀而卡死，活塞组装入汽缸后，活塞环在环槽中应留有必要的间隙，即端间隙和边间隙。 活塞环切口处保留的间隙，称为端间隙。其大小与缸径有关（一般为0.250.8mm）。端间隙过小，活塞环易卡死，从而加速与缸壁的磨损，甚至使环折断或刮伤缸壁；端间隙过大，易漏气和上窜机油。 活塞环与环槽之间的间隙，称为边间隙（一般为0.040.15mm）。边间隙过小，活塞环会因受热膨胀而卡死在环槽中，使环失去弹性，不起密封与刮油作用；边间隙过大，密封性不好，环与环槽撞击严重而加速磨损，对于气环还会加剧“泵油作用”。 CNH发动机的活塞环的端间隙为：第一道气环：0.290.53mm；第二道气环：0.490.63mm；第三道油环：0.290.58mm。活塞环的边间隙为；第二道气环：0.0750.12mm；油环：0.030.07mm。在安装第一道和第二道气环时，两环的接口要错开120o。(三)活塞销 用来连结活塞和连杆小头，并将活塞承受的力传给连杆。采用“浮式”安装方法，即活塞销在销座孔和连杆小头轴套内可转动，仅在两端活塞销座孔处有弹性卡簧，以防活塞销轴向窜动。二、连杆组 图2-10 CNH发动机的连杆1.连杆小头 2.杆身 3.连杆大头4.连杆盖 5.连杆螺栓连杆组包括连杆、连杆螺栓和连杆轴承。连杆组的功用是连结活塞和曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。连杆主要由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。连杆小头孔内压有耐磨的青铜衬套，套内开有润滑用的油孔和油道，以保证活塞销与衬套之间的润滑。青铜衬套在磨损严重时，可以进行更换。杆身制成工字形断面以增加强度。为便于安装，连杆大头一般做成可分开的，用连杆螺栓加以固定。大多数连杆大头都是沿与连杆杆身成90的方向分开，但也有沿45方向分开的。为减少曲轴的磨损，在连杆大头内装有连杆轴瓦。与连杆大头一样，连杆轴瓦也分成两半，常采用内表面浇有减磨合金（铅青铜合金等）的薄壁铜背轴瓦。安装时，靠其定位唇卡在大头相应位置的凹槽中，以防止工作中连杆轴承转动或轴向移动。靠油道将润滑油压送到它的工作表面进行润滑。（图2-10）为CNH发动机的连杆，连杆小头采用锥形设计，能够减小活塞头部在气缸内的往复运动的重量，从而减小往复运动的惯性力，减轻发动机在工作时的震动。三、曲轴飞轮组 曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮等组成。如图2-11所示。（一）曲轴曲轴的功用是把活塞的往复运动变为旋转运动，对外输出功率并用来驱动发动机各辅助系统工作。曲轴在工作中受到周期性变化的压力、往复运动惯性力、施转运动惯性力及转矩的作用。这些周期性的交变载荷会引起曲轴的振动和疲劳破坏，同时在曲轴轴颈与轴承之间造成严重磨损。因此要求曲轴不但具有足够的强度和刚度，还要求轴颈表面有良好的润滑条件和耐磨。曲轴一般用优质中碳钢或合金钢锻造而成，轴颈表面上均需高频淬化或氮化，再经精加工。曲轴的结构型式可分为整体式与组合式两大类。整体式曲轴是将曲轴做成一个整体零件。它的优点是具有较高的强度刚度、结构紧凑、质量轻，目前拖拉机发动机上多采用这种。曲轴分为主轴颈、连杆轴颈（曲柄销）、曲柄、曲轴前端、曲轴后端五部分。1.主轴颈 曲轴通过主轴颈支承旋转。主轴颈的数目主要是考虑保证曲轴有足够的强度和刚度，同时尽量减小曲轴长度，使发动机结构紧凑。按照主轴颈支承情况可分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。全支承曲轴的特点是每个连杆轴颈的两端都有支承点（主轴颈），所以主轴颈数目要比连杆轴颈多一个；主轴颈数目等于或少于连杆轴颈数目者称为非全支承曲轴。全支承曲轴因其刚性好且主轴颈的负荷较小，用于负荷大的发动机。非全支承曲轴结构简单且长度较短，常用于中小负荷的发动机。图 2-11 CNH发动机曲轴飞轮组1.皮带轮（带有扭转减震器） 2.O型密封圈 3.间隔套 4.键5.飞轮 6.连杆轴径 7.主轴瓦 8.止推轴瓦 9.曲柄10.主轴径 11.曲轴 因为曲轴前端驱动辅助装置和后端支承飞轮，增加了两端主轴颈的负荷，所以，一般发动机曲轴两端的主轴颈以及有些曲轴的中间主轴颈较大，从而使接触面积和承载强度较大，可均衡各主轴颈的磨损。2.连杆轴颈又称曲柄销，与连杆大头相连，并在连杆轴承（轴瓦）中转动。在直列发动机上，连杆轴颈数与汽缸数相同。3.曲柄 曲柄是主轴颈与连杆轴颈的连接部分，也是曲轴受力最复杂、结构最薄弱的环节。曲柄形状多数呈矩形或椭圆形，它与主轴颈和连杆轴颈的连接处易形成严重的应力集中，曲轴裂缝或断裂大多数出现在这个部位。为此，都采用过渡圆角连接。 为了连杆轴颈的润滑，曲轴上钻有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，具有一定压力的润滑油经缸体主油道进入主轴承工作面后，通过曲轴内部的油道送到连杆轴颈工作表面，以保证可靠润滑。连杆轴颈一般做成空心的，目的在于减少质量和离心力。从主轴承经曲柄孔道输来的润滑油就贮存在此空腔中，连杆轴颈与轴瓦上钻有径向孔与此油腔相通。有的结构中，在此小孔内插入一个吸油管，管口位于油腔中心。这样，当曲轴旋转时，进入油腔的润滑油在离心力作用下，将较重的杂质甩向油腔壁，油腔中心的清洁润滑油就经吸油管流到连杆轴颈工作表面。为了防止吸油管堵塞，应按时清除杂质。 为了平衡曲轴旋转的惯性力，可在曲柄上与连杆轴颈相反的方向装平衡重。有的平衡重与曲轴制成一体，有的单独制成零件，再用螺钉固定于曲柄上，形成装配式平衡重，加平衡重会导致曲轴质量和材料消耗增加，锻造工艺复杂。因此，曲轴是否加平衡重，要视具体情况而定。 4.曲轴前端 曲轴前端(图2-11)装有正时齿轮和三角皮带轮，以驱动喷油泵、配气机构，带动风扇、发电机和水泵工作，为了防止润滑油外漏，在前端还装有挡油盘，在正时齿轮室盖处装有油封。曲轴前端装有扭转减震器。 5.曲轴后端 曲轴后端装有凸缘盘，用以安装飞轮。不少曲轴没有凸缘盘，飞轮用螺栓紧固于曲轴后端面。为防止润滑油向后漏出，在曲轴后端安装有封油装置。曲轴前端采用斜齿轮传动，在传动过程中会产生轴向力。曲轴受到轴向力时会前后窜动，影响曲柄连杆机构的正常工作，因此曲轴必须轴向定位。曲轴轴向定位通常是在主轴承结构上采取限位措施。较多的是在前部或中部、后部主轴承上制作凸肩或安装止推片。CNH 发动机曲轴的轴向定位在第七道主轴承上采用止推轴承进行定位。在其前端安装有扭转减振器，以保证曲轴运转平稳。其前、后端的两个油封是骨架油封，特点是使用期很久。如图2-12所示。图2-12 CNH发动机曲轴前端油封1.骨架油封 2.垫片 3.安装工具（三）曲轴扭转减振器曲轴是一个扭转震动弹性系统，本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给曲柄销的作用力的大小和方向都是周期性地变化的，这种周期性变化的激力作用在曲轴上，引起曲轴回转的瞬时角速度也呈周期性变化。而固装在曲轴后端上的飞轮由于转动惯量大，其瞬时角速度基本上可看作是均匀的。这样，曲拐便会忽而比飞轮转得快，忽而又比飞轮转得慢，形成相对于飞轮的扭转摆动，这就是曲轴的扭转振动。当激力频率与曲轴的自振频率成整数倍关系时，曲轴扭转振动便因共振而加剧，而曲轴前端的角振幅又是最大的。这将使发动机功率受损，正时齿轮磨损加剧，甚至曲轴扭断，所以发动机曲轴前端装有扭转减振器。最常用的曲轴扭转减振器是摩擦式减振器，其作用原理是使曲轴扭转振动能量逐渐消耗于减振器内的摩擦，从而使角振幅逐渐减小。发动机通常采用橡胶摩擦式扭转减振器。转动惯量较大的惯性盘用一层橡胶垫和由薄钢片冲压制成的盘相连（硫化粘接）。盘的毅部用螺钉固定在风扇皮带轮上。曲轴扭振时通过皮带轮带动盘一起振动。惯性盘则因转动惯量较大（相当于一个小飞轮），其转动瞬时角速度也就比盘均匀得多。这样，惯性盘就同盘有了相对角振动，而使橡胶垫产生正反方向交替变化的扭转变形。这时由于橡胶垫变形而产生的橡胶内部的分子摩擦，消耗扭转振动能量，整个曲轴的扭转振幅将减小。（四）飞轮 飞轮的功用是：贮存和放出能量，帮助曲柄连杆机构越过上止点和完成3个辅助行程，使发动机旋转均匀；安装离合器并输出动力；配合启动装置使曲轴旋转。此外，还能帮助克服短时间的超负荷。为了便于配气机构和燃油系统的检查调整，在飞轮外缘上刻有记号，以表示活塞在汽缸中的特定位置（1缸上止点、进气开始、供油开始、发火正时），如图2-11所示。采用动力启动的发动机，其飞轮外圆上镶有齿圈，用来与电动机或启动机的齿轮啮合，以便启动发动机。为了保证发动机运转平稳以及飞轮记号准确性，曲轴和飞轮的连接必须严格定位，一般都采用定位销，也有采用将两个飞轮螺栓颈部滚花或加工成不对称的螺孔进行定位。第三章 配气机构和进、排气系统一、配气机构配气机构的功用是按照内燃机的工作过程，适时地开启和关闭进、排气门，使发动机能按时吸入新鲜空气和排出废气。同时，在压缩和作功行程中能关闭气门，保证燃烧室的密闭，使发动机正常工作。四行程发动机多采用气门式配气机构，每个汽缸有进、排气门。根据气门安装位置的不同，可分为顶置式（气门安装在汽缸盖上）和侧置式（气门安装在汽缸的一侧）两种（图3-1），CNH发动机采用顶置式，它具有燃烧室结构紧凑，充气效率高的特点。（一）、配气机构的工作原理和组成当曲轴旋转时，通过定时齿轮带动配气机构的凸轮轴旋转。凸轮轴上具有的凸轮数与气门数相同，并按发动机的工作顺序及进、排气门的配置，各凸轮的凸起相互错开。当凸起向上时，顶起随动柱和挺杆等传动部件，压缩气门弹簧，使气门开启。随着凸轮轴的转动，凸轮的凸起部分越过随动往后，在气门弹簧的作用下，气门逐渐关闭。配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。图3-1 配气机构a.顶置式 b.侧置式1.气门 2.气门导管 3.气门弹簧 4.摇臂 5.摇臂轴 6.固定螺母 7.调节螺钉8.推杆 9.挺柱 10.凸轮轴 11.正时齿轮1气门组 包括气门、气门座、气门导管及气门弹簧等。图3-2为CNH发动机的气门组结构图。气门是发动机的重要零件之一，它在工作时直接与燃气接触，温度很高，排气门温度可达600800，进气门也有300400。而且润滑条件差，冷却困难，气门开闭撞击频繁。所以要求气门的材料具有耐热、耐腐蚀、耐磨、耐氧化、耐冲击的性能。由于进、排气门工作条件不同，所选用的材料也有差别。进气门采用一般合金钢，而排气门则采用耐热合金钢。（1）气门 由气门头和气门杆两部分构成。与气门座相配合的气门头为一具有圆锥形斜面的圆盘，斜面上有 l2mm宽的密封带，与气门座上相应宽度的密封带紧密接触以防止漏气。气门杆装在气门导管孔内，以保证在运动时与气门座对中。在气门杆的末端，一般都有可用来固定气门弹簧的锥体或环槽。为增大进气量，进气门头部的直径一般比排气门大。气门与气门座接触的工作面呈锥形，有利于气门与气门座的良好密封，使气门关闭时位置正确。 (2)气门座气门座是与气门密封锥面相配合的支承面，它与气门共同保证密封性能，同时还要传递气门头部的热量。气门座可以直接在汽缸盖中镗出，这样的气门座加工方便，有良好的散热性能；为了提高气门座表面的耐磨性，有时采用耐热钢、球墨铸铁或合铁铸铁制成单独的零件，然后压入汽缸盖相应的孔中，为了使压配可靠，气门座外圈与座孔的过盈量一般为其外径的0.002倍左右。气门座的锥角有时比气门锥角大0.5o1o，使气门与气门座接触面积更小，可以提高工作面的比压，从而提高密封的可靠性。(3)气门导管气门导管的主要功用是保证气门往复运动的直线性，使气门与气门座能正确配合。气门导管在250300的高温及润滑不良条件下工作，因此比较易磨损，一般采用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金加工气门导管，它在润滑差的条件下也能可靠地工作，磨损很小，同时工艺性能也好，可降低成本。在大量生产时，导管首先制成无台肩的圆柱形管，压入汽缸盖后，再进行内孔的精铰。CNH发动机的气门导管内安装有密封装置，以防止润滑气门杆的润滑油进入到燃烧室内。工作时如果该装置磨损，会使润滑油进入燃烧室，从而增加润滑油的消耗，注意及时更换。图3-2 CNH发动机的进、排气门1.进气门 2.气门弹簧 3.弹簧座 4.锁半 5.锁半 6.弹簧座7.气门弹簧 8.排气门(4)气门弹簧气门弹簧是用来保证气门在关闭时能压紧在气门座上，而在运动时使传动件保持相互接触，不致因惯性力作用而相互脱离产生冲击和噪声。所以气门弹簧在安装时，应该有较大的预紧力，同时有较大的刚度。 气门弹簧的材料为高碳锰钢、硅锰钢和镍铬锰钢的钢丝，用冷绕成型后，再经热处理而成。为了提高弹簧的抗疲劳强度，一般用喷丸或喷砂表面处理。气门弹簧的形状为圆柱形螺旋弹簧。 (5)气门旋转机构CNH发动机的配气机构设置有气门旋转机构气门工作时，如能在往复运动的同时产生缓慢的旋转运动，就可使气门头部沿圆周温度均匀，减小气门头部变形的可能性。同时也在气门密封锥面上产生轻微摩擦力，具有自洁作用，可以阻止沉积物附着在锥面上。此外，气门杆部的润滑条件也由于缓慢旋转而得到改善。因此，不少发动机装有气门旋转机构，以提高气门工作的可靠性和使用寿命。目前采用较多的是一种强制式旋转机构，如图3-3所示，它把一般的气门弹簧座分成了可以相对转动的两部分：支承圈和转盘。支承圈上有六个中间深、两端浅的V形斜槽，槽中放有带回位弹簧的钢球，钢球下面与转盘之间有一碟形弹簧。气门弹簧支承在转盘上，气门关闭时，气门弹簧的力通过转盘与碟形弹簧直接传到支承圈上，如图中下左半部分所示。开启气门时，摇臂将气门杆端和支撑圈压下，同时通过钢球逐渐将碟形弹簧压平，钢球也沿凹槽的斜面向深处滑动（C-C视图），当钢球对凹槽斜面的作用力达到足以克服气门转动所受的摩擦力时，气门就转过一定的角度。关闭气门时，作用在碟形弹簧上的压力就减小，弹簧恢复了碟形，钢球在回位同行的作用下，回到原来的位置（B-B视图）。气门每打开一次，该机构就使气门转过一定角度。图3-3 强制式气门旋转机构1.回位弹簧 2.支撑圈 3.转盘 4.钢球 5.碟形弹簧 6.卡块2气门传动组 包括定时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆及摇臂等。控制气门开闭的动力由曲轴通过气门传动组传至气门。图3-4 CNH发动机的凸轮轴1.螺栓 2.正时齿轮 3.螺栓 4.止推凸缘 5. 止推座6.凸轮轴轴径 7.凸轮（1）凸轮轴凸轮与凸轮轴通常制成一体，由轴颈支承在机体轴承上，如图3-4所示。发动机工作时，凸轮轴受到周期性冲击载荷，凸轮工作面受到很大的摩擦，而凸轮轴变形弯曲又将严重影响气门的开闭时刻和开度，因此要求凸轮轴具有足够的强度和刚度，并且工作面要耐磨，凸轮轴多用优质钢模锻而成。近年来，采用合金铸铁和球墨铸铁铸造的凸轮轴有增多的趋势。为了提高刚度，多缸发动机采用多轴径支承。为了能把凸轮轴从机体的一端插入轴承孔，轴颈的直径都大于凸轮外廓的最大尺寸。凸轮轴上进、排气凸轮的数目通常与进、排气门数相等。它们在凸轮轴上沿轴向的排列次序也与进、排气门的排列次序相同。同一汽缸进、排气凸轮之间夹角则与配气相位有关，凸轮的轮廓曲线不仅影响气门开关的时刻和开启的延续时间，而且对气门的升程和整个配气机构的运动情况都起到决定性作用。一个曲线形状良好的凸轮，不仅能使气门在开启时间内有较大的开度，以增加进气充量，同时还使整个配气机构的零件不致于由于运动中加速度过高而产生较大的惯性力，导致零件迅速磨损。目前作为凸轮轮廓曲线的有四圆弧凸轮、组合曲线函数凸轮、多项动力凸轮等。凸轮轴轴承常用整体式青铜或双金属薄壁衬套或粉末冶金衬套压装在汽缸体的凸轮轴承座孔内构成滑动轴承，由机体内的油道引来压力油进行润滑。由于配气正时齿轮多用斜齿轮，使凸轮轴在工作中产生轴向窜动，影响配气正时，为了防止轴向窜动，凸轮轴必须轴向定位，轴向定位采用的方法很多，如止推片限位，前轴承限位，止推调整螺钉限位等。 (2）挺柱挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆，一般安装在汽缸体的圆柱形座孔中或挺柱导管中。工作时，挺柱与凸轮接触面积小，因此接触应力较大，表面磨损严重，同时还承受侧向力，易产生单面磨损。为了提高挺柱的工作寿命，挺柱的底平面和侧面都应热处理并进行精磨。挺柱多采用低碳钢或铸铁制造。图3-5液力挺柱图3-6液力挺柱原理1.挺柱体 2.卡环 3.球座 4.柱塞5.弹簧 6.单向阀 7.单向阀盖为了消除气门传动机构中的间隙，降低噪声，有的发动机采用液压挺柱，其挺柱分上、下两部分，中间充有一定油压的油液，并有自动维持一定油压的结构。液力挺柱结构如图3-5、3-6所示。CNH发动机采用液力挺柱结构，发动机与液力挺柱已经装配好，无需进行调整。如果发动机被重新组装，则应重新设置液力挺柱。顺序如下：1、确信推杆的杆头端正确地放在挺柱的球状端；2、把一缸转到压缩上止点（此时一缸的进、排气门多处于关闭状态）。3、按发动机从前向后的顺序调节（1）、（2）、（3）、（6）、（7）、（10）气门。松开调节螺栓，这样摇臂的间隙可以用轻轻摇动摇臂轻松的感觉到（当挺柱伸长最大长度时，气门间隙大约为0.20英寸（0.55毫米）。4、旋紧调节螺栓，直到轻摇摇臂时，间隙几乎感觉不到。（此间隙大约为0. 04英寸（0. 1毫米）为合适尺寸）。5、右旋，完全旋紧调节螺栓。6、发动机转动3600这时一缸处在排气上止点状态。7、按照上面的程序调节（4）、（5)、（8）、(9）、（11）、（12 )气门。(3)推杆推杆用于气门顶置，凸轮轴下置的配气机构中，主要传递挺柱传来的推力。推杆一般采用空心钢管制造，以减轻重量。推杆两端焊有不同形状的端头。上端呈凹球形，气门摇臂调节螺钉的球头坐落其中；下端呈圆球形，插在气门挺柱的凹球形座内。上、下端头多用碳钢制成，并经热处理提高硬度、改善其耐磨性。(4)摇臂和摇臂轴摇臂是推杆与气门之间的传动件，它将推杆传来的力改变方向，作用在气门杆尾端以推开气门。摇臂的几何形状决定于气门和凸轮轴的相对位置。为了得到重量轻并有足够刚性的结构，一般制成T字形断面。图3-7 CNH发动机摇臂与摇臂轴1.弹簧 2.摇臂支座 3.螺栓 4.摇臂 5.摇臂轴 6.支座 摇臂多用钢模锻而成，摇臂的两臂长度不等，长、短臂比例约为1.6:1，如图3-7所示。长臂端用以推动气门尾端，因此在一定的气门开度下，可以减小凸轮的最大升程。摇臂与气门杆尾端接触的表面应经热处理并磨光。摇臂通过摇臂轴支承在摇臂支座上。摇臂上钻有油孔、油槽，油从支座的油道经摇臂轴通向摇臂两端进行润滑。为了防止摇臂在工作时发生轴向移动，摇臂轴上两摇臂之间装有摇臂轴弹簧。(5)正时齿轮曲轴与凸轮轴之间的传动常用齿轮来完成，为了啮合平稳和减少噪声，多采用斜齿轮。为了保证气门开闭时刻与汽缸中活塞的位置相对应，齿轮端面上都刻有装配标记，安装时必须将标记对准，俗称安装“正时”，这些齿轮也就称为正时齿轮，如图3-8所示。气门间隙的检查和调整：为了保证气门在工作时能紧密地压在气门座上，防止气门等零件因受热膨胀而在凸轮不顶动时也把气门顶开而漏气，故在气门关闭状态时，顶置式配气机构在气门杆末端与摇臂之间，保留一定的间隙，作为受热膨胀的余地，这个间隙称为气门间隙。各种机型的气门间隙值略有不同，一般为0.l0.4mm。排气门间隙一般比进气门间隙大。间隙大小要合适。如间隙过大，则气门与气门座等零件撞击加剧，缩短使用寿命，同时使气门开启延后、关闭提前，引起充气不足、排气不净，使内燃机功率下降；如间隙过小，则零件受热伸长时引起气门关闭不严，同样使内燃机功率下降，同时在燃烧过程中高温气体从缝隙中漏出，使气门过热，甚至烧坏。图3-8 正时齿轮1.凸轮轴驱动齿轮 2.曲轴齿轮3.惰轮 4.喷油泵驱动齿轮图3-9 CNH发动机的气门间隙调整工作中，由于配气机构各零件的磨损、调整螺钉松动等原因，会引起气门间隙发生变化。在使用中应按说明书规定的间隙值定期进行检查和调整。检查和调整应在活塞处于压缩行程上止点时进行，这时，进、排气门都处于完全关闭状态。调整时可对照飞轮上的上止点记号。顶置式气门机构在摇臂上装有调节螺钉，用以调节气门间隙的大小。二、空气滤清器与消声器 发动机燃料燃烧所需的空气直接取自大气，而大气中含有尘埃等杂质，对发动机工作十分不利。为了保证汽缸吸进的空气清洁，进气系统中设置有空气滤清器。发动机在工作时，废气从排气管排出，产生强大的气流波动，形成排气噪声，引起公害，同时排出的高温气体中，有时带有火星，容易引起火灾。为此，在排气管出口处一般装有消声灭火器。 （一）空气滤清器空气滤清器的功用是清除空气中的灰尘杂质，将干净的空气送入汽缸。大气中的含尘量约为O.OOlg/m3,多的可达0.10.2g/m3,拖拉机在田间作业时，情况尤为严重。这些尘土中有75%是硬度很高的氧化硅微粒，它们将使汽缸、活塞组、气门机构等严重磨损，因此必须安装空气滤清器。空气滤清器应具有除尘能力强、流通阻力小，并能较长时间使用而不降低其工作性能。按工作原理的不同，空气滤清器可分为惯性式、过滤式、吸附式和综合式四种。惯性式空气滤清器利用气流中尘粒和空气的惯性力相差悬殊而把尘粒分离出来，气流的运动可以是圆周运动或螺旋运动，也可以是改变方向的直线运动，这种方法可以除去较大的尘粒。过滤式空气滤清器利用滤纸等过滤材料将尘粒挡住，图3-10为CNH发动机的空气滤清器，为一种由滤纸构成的滤芯，这种方式在采用微孔滤纸的情况下可以除去很小尘粒，但气流阻力大、易堵塞。吸附式空气滤清器是让空气流过浸有机油的金属或其他材料的滤网，尘土被机油粘住，这种方式的滤清效果和气流阻力介于以上两种之间。目前，空气滤清器一般都是综合上述两种以上的滤清方式，利用惯性法粗滤，再用过滤法或吸附法细滤。图3-10 CNH发动机的空气滤清器1.外滤芯 2.固定螺母 3.内滤芯 （二）消声灭火器 消声灭火器的功用是减小排气噪声，消除废气中的火星，保证使用安全。消声器的基本原理是减少流动气体的能量和平衡气流的压力波动。根据其工作原理可分为抗性、阻性和综合式三种。 抗性消声器是根据声波的滤波原理而设计的，把膨胀室或共振室与一些有限长的管子适当地组合起来，使某些频率或频段的噪声部分地反射回去，不能通过消声器，常用的抗性消声器有两类：膨胀式消声器，它利用流通截面的突变使部分声波反射回声源。共振式消声器，它用管子或通孔使共振室和主管道相通，使阻抗特性突变。声波向声源反射回去，共振室内无声流，亦无气流通过，仅起共振作用。 阻性消声器利用吸声材料使部分声能转化为热能而被吸收，达到消声的目的。实际上应用的消声器往往是抗性和阻性的组合。三、配气相位进、排气门开始开启和关闭的时刻是以曲轴转角表示的，它们之间的对应规律称为配气相位。发动机的配气相位对其性能，特别是对发动机的动力性能有很大影响。 在发动机实际工作中，进、排气门都是提前开启和延迟关闭（相对于上止点或下止点来讲），通常称为气门的早开晚关。不同发动机气门早开晚关的角度各不相同，要根据它们的工作特点和性能要求加以确定。最佳的配气相位往往要