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第二章曲柄连杆机构的构造与维修 第一节曲柄连杆机构的功用 组成和工作原理 功用 组成和工作原理功用把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩 向工作机械输出机械能 组成气缸体与曲轴箱组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 1 气缸体与曲轴箱组包括气缸体 曲轴箱 气缸盖 气缸套 气缸衬垫 油底壳等机件 2 活塞连杆组主要包括活塞 活塞环 活塞销和连杆等机件 3 曲轴飞轮组主要包括曲轴 飞轮 扭转减振器等机件 曲柄连杆机构工作条件的特点是高温 高压 高速和化学腐蚀 曲柄连杆机构的受力有气体作用力 运动质量的惯性力 相对运动件接触表面的摩擦力以及外界阻力等 一般在受力分析时忽略摩擦力 主要讨论气体作用力和惯性力 第二节机体的构造和检修 气缸体与曲轴箱1 基本结构和功用水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体 称为缸体 气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔 称为气缸 下半部为支承曲轴的曲轴箱 其内腔为曲轴运动空间 功用 作为发动机各个机构和系统的装配基体 承受高温高压气体作用力 活塞在其中作高速往复运动 要求 气缸体应具有足够的刚度和度 气缸内壁经过精加工 其工作表面的粗糙度 形状和尺寸精度都比较高 气缸的三种排列形式直列式V型对置式 气缸套1 干式缸套 不直接与冷却水接触 是在气缸体上压人特殊耐磨性好的合金铸铁的缸套或合金钢缸套 壁厚一般为1 3mm2 湿式气缸套 与冷却水直接接触 壁厚一般为5 9mm 定位径向定位气缸套的外表面凸出的圆环带轴向定位是利用上端的凸缘 密封气缸套凸缘下面的紫铜垫片 干式缸套 湿式气缸套 气缸盖功用 封闭气缸上部与活塞顶部和气缸壁共同形成燃烧室 组成 上有冷却水套进 排气门座 气门导管孔 进 排气通道 燃烧室 火花塞座孔 喷油器座孔 安装凸轮轴的轴承座 燃烧室组成由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间 基本要求 1 结构尽可能紧凑 充气效率要高 以减小热量损失及缩短火焰行程 2 使混合气在压缩终了时具有一定涡流运动 以提高混合气燃烧速度 保证混合气得到及时和充分燃烧 3 表面要光滑 不易积炭 燃烧室形状 1 楔形燃烧室结构 简单 紧凑 混合与燃烧 在压缩终了时能形成挤气涡流 因而燃烧速度较快 经济性和动力性较好 适用 解放CA6102型发动机采用楔形燃烧室 2 盆形燃烧室结构 简单 紧凑 适用 捷达EAll3型发动机 3 半球形燃烧室结构 更紧凑 但配气机构比较复杂 混合与燃烧 散热面积小 有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害气体 对排气净化有利 适用 富康轿车发动机 楔形燃烧室 盆形燃烧室 半球形燃烧室 气缸垫安置气缸盖与气缸体之间 又称气缸床 功用填补气缸体与缸盖结合面上的微观孔隙 保证结合面处有良好的密封性保证燃烧室的密封防止气缸漏气 水套漏水 油底壳作用贮存机油和封闭曲轴箱 机油散热材料采用薄钢板冲压而成有的采用铝合金铸造而成 在底部还铸有相应的散热片 以利于散热 汽缸体与汽缸盖的检修 气缸体水套裂纹的检验检验气缸体和的裂纹 通常采用水压试验方法进行 检验时 用专用的盖板将水道口密封 把水压机水管接在气缸体的进水口 然后将水压入水套 要求在294 392kPa的压力下保持5min 不应有渗透现象 如果没有水压试验设备 也可以将汽油或煤油注入气缸体和气缸盖水套内 经半小时以后 检视有无渗透现象 缸体裂纹检查 水压试验 气缸体上平面不平度的检查用直尺和厚薄规检查气缸体上平面的不平度 如果平面误差超过规定时 应进行修磨 气缸体上平面翘曲应小于0 05mm 使用限度为0 20mm 气缸磨损的测量气缸磨损的规律 气缸表面在活塞环的行程内形成不均匀的磨损 沿高度磨成上大下小的锥形 磨损最大部位是当活塞在上止点位置时 第一道环相对应的缸壁处 活塞环不接触的上口 几乎没有磨损 而形成台阶 气缸沿圆周方向的磨损也不均匀 形成不规则的椭圆形 其磨损量相差3 5倍 最大磨损区在气缸沿高度磨损最大的截面上 各缸的磨损随车型 结构及使用条件的不同而不同 但一般的倾向是 最大径向磨损区往往接近于进气门对面 气缸磨损测量需使用与该气缸直径相应规格的外径千分尺和内径百分表 在同一横向截面内 在平行于曲轴轴线方向和垂直于曲轴轴线方向的两个方位进行测量 测得直径差的一半即为该截面的圆度误差 在活塞行程内取上 中 下三处气缸的各个方向测量找出该缸磨损的最大处 气缸磨损最大直径与活塞在下止点时活塞环运动区域以内 即距气缸下部最小内径的差值的一半 就是该气缸的圆柱度误差 气缸磨损测量 气缸的搪磨修理气缸磨损超过磨损极限后 应按修理尺寸进行镗缸 同时选配与气缸同级别的加大活塞和活塞环 以恢复正确的几何形状和正常的配合间隙 如果发现任何一个气缸需要镗削 则其他各缸也必须同时镗削 汽油机气缸盖的检修 小轿车气缸盖的材料通常为铸造铝合金 其结构紧凑 长度短 缺点是受力不均匀 易变形 气缸盖常见的故障是裂纹与变形 裂纹多发生在进气门座与排气门座之间 气门座配盈量过大或镶装工艺不当往往引起断裂 断裂后应更换气缸盖 气缸盖变形会影响气缸盖的密封性 应进行修磨 检查气缸盖有无裂纹 用染色渗透法 如图2 13所示 检查燃烧室 进气口 排气口 气缸盖表面和气缸盖顶部有无裂纹 如有裂纹 应更换气缸盖 气缸盖不平度应在6个不同方向用精密直尺和厚薄规进行检测 气缸盖下平面最大翘曲为0 05mm或更小 使用限度为0 20mm 如果检查结果不符合上述要求 则应更换气缸盖或用平磨床磨平气缸盖 但应注意磨削量不可过大 奥迪轿车气缸盖最低厚度为132 75mm 奥迪轿车气缸盖的安装 安装气缸盖时 必须更换缸盖密封件 衬垫 自锁螺母 必须将转到第1缸止点位置 将气缸垫安放定位 气缸盖螺栓的拧紧顺序如下图 第1次为40N m 第2次为60N m 第3次为1 2圈 180 第三节活塞连杆组的构造和检修 活塞1 功用 与气缸盖 气缸壁共同组成燃烧室 承受气体压力 并将此力通过活塞销传给连杆 以推动曲轴旋转 2 工作条件与性能要求 高压足够强度和硬度高温良好耐热性和导热性高速惯性小润滑困难良好耐磨性腐蚀性良好耐蚀性 活塞连杆组主要由活塞 活塞环 活塞销 连杆组成 活塞的基本构造顶部头部裙部 活塞顶部燃烧室的组成部分 其形状与选用的燃烧室形式有关 平顶活塞优点是吸热面积小 制造工艺简单 汽油机活塞顶部较多采用 凹顶活塞凹坑的大小还可以用来调节发动机的压缩比 汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用 凸顶活塞二冲程汽油发动机通常采用 活塞裙部指油环槽下端以下部分作用为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力 变形活塞沿轴线方向温度分布和质量分布都不均匀 各个断面的热膨胀量是上大下小 措施 活塞头部直径制成上小下截锥形或阶梯形 活塞裙部制成上小下大的截锥形 开 n 形槽或 T 形 横槽的作用减少从头部到裙部的传热 从而使裙部的热膨胀量减少 横槽还可兼作油孔 纵槽使裙部具有弹性 使冷态下的装配间隙得以尽可能小 在热态下又因切槽的补偿作用 活塞不致在气缸中卡死 装配应注意使纵槽位于作功行程中不承受侧压力的裙部面上 即从发动机前面向后看的右面 销孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内 但有些高速汽油机的销孔中心线偏离活塞中心线平面 如教材图2 24所示 图中销孔轴线向在作功行程中受侧向力的一面偏移了一段距离e 一般为1 2mm 这是为了防止活塞在越过上死点时发生 敲缸 现象 从而降低噪声 但这种活塞偏置的结构 却使裙部两端的尖角负荷增大 引起这些部位的磨损或变形增大 这就要求活塞与缸壁的间隙尽可能地减小 气环又称压缩环作用保证活塞与气缸壁间的密封 防止气缸中的高温 高压燃气大量漏人曲轴箱 将活塞顶部的热量传导到气缸壁 一般发动机上每个活塞装有2 3道气环 油环刮油 布油 密封 活塞环 发动机工作时 活塞 活塞环等机件都会发生热膨胀 而活塞环在气缸 活塞环槽内的运动相对较为复杂 既要与活塞一起在气缸内作上下运动 径向胀缩 还要在环槽内作微量的圆周运动 保证气缸的密封性 并防止环卡死在缸内或胀死于环槽中 安装时 活塞环应留有端隙 侧隙和背隙 汽车构造 精品课程 气环的密封原理 活塞环随活塞一起装入气缸后 便产生弹力户 而紧贴在气缸壁上 形成密封面 使燃气不能通过环与气缸的接触面之间的间隙 气环的种类 气环的泵油现象 矩形环断面的气环随活塞作往复运动时 会把气缸壁上的机油不断送人气缸中 这种现象称为 气环的泵油作用 气环的泵油示意图 缸体 活塞 油环分为普通油环和组合油环两种 如图2 32所示 一般活塞上装有1 2道油环 采用两道油环时 下面一道多安置在活塞裙部的下端 无论活塞下行还是上行 油环都能将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流回油底壳 活塞销功用 连接活塞和连杆小头 将活塞承受的气体作用力传给连杆 工作条件 高温承受很大的周期性冲击载荷 润滑条件差要求 足够的刚度和强度 表面耐磨 质量尽可能小 材料 一般用低合金渗碳钢 15Cr或16MnCr5 高负荷发动机则采用渗氮钢 加工 先经表面渗碳或渗氮处理以提高表面硬度然后进行精磨和抛光 活塞销结构通常做成空心圆柱体 活塞销分类 直通圆柱形孔和圆锥形孔的活塞销质量较小 中间或单侧封闭的活塞销 适用于二冲程发动机 此种结构可以避免扫气损失 内部有塑料芯的钢套销用于要求不高的汽油机 成型销用于增压发动机 活塞销连接全浮式连接半浮式连接 连杆功用将活塞承受的力传给曲轴 推动曲轴转动 从而使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动 连杆大头按剖分面的方向可分为平切口和斜切口两种 平切口连杆的剖分面垂直于连杆轴线 V形发动机由于左右两缸的连杆装在同一个曲柄销上 故其结构随安装布置而不同 V形发动机的连杆布置有三种形式 活塞连杆组的检修活塞的选配在发动机大修过程中 活塞 活塞销和活塞环等是作为易损件更换的 这些零件的选配是一项重要的工艺技术措施 所谓选配 即不完全互换性 就是以较大的公差加工零件 得到较高配合精度 小盈隙变量 的工艺 发动机在维修时 对活塞的选用要求很高 如配缸间隙的变动量为0 01 0 02mm 销座孔的直径差为0 0025mm 活塞的质量差为4 15g 为保证各缸活塞的机械性能和热处理性能一致 同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞 只有满足上述条件 发动机才能得到较高的动力性 经济性 可靠性和工作的稳定性 如果采用减小活塞的尺寸 形位公差的方法来达到配合要求 势必造成加工困难和加大废品率 提高制造和维修成本 为此 在制造时应以较大的公差加工 然后将活塞分成若干组 使同组活塞的误差为最小 维修时选用其他同一组的活塞 就能同时满足上述所有选配的要求 选配时得到较高的配合精度 降低了维修成本 零件的分组是在制造厂进行的 在运输和保管时要防止零件分组的错乱 修理时选用同组的零件 这也是十分重要的 目前 一些进口和国产轿车在维修时常采用 三组合 或 四组合 套件 实际上就是对活塞 活塞销和活塞环的选配 当汽缸的磨损超过规定值及活塞发生异常损坏时 必须对汽缸进行修复 并且要根据汽缸的修理尺寸选配活塞 选配活塞时要注意以下几点 按汽缸的修理尺寸选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞 活塞裙部的尺寸是镗磨汽缸的依据 即汽缸的修理尺寸是哪一级 活塞也选用哪一级的修理尺寸 但是 由于活塞的分组 只有在活塞选配后 才能按选定活塞的裙部尺寸进行镗磨汽缸 活塞是成套选配的 同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞 以保证其材料和性能的一致性 在选配的成组活塞中 其尺寸差一般为0 01 0 15mm 质量差为4 8g 销座孔的涂色标记应相同 若活塞的质量差过大 可适当车削活塞裙部的内壁或重新选配 车削后 活塞的壁厚不得小于规定 车削的长度一般不得超过15mm 新型汽车的活塞与汽缸的配合都采用选配法 在汽缸技术要求确定的情况下 重点是选配相应的活塞 活塞的修理尺寸级别一般分为 0 25mm 0 50mm 0 75mm和 1 00mm等四级 有的只有l 2个级别 在第一个修理尺寸级别中又分为若干个组 通常分为3 6组不等 相邻两组的直径差为0 010 0 015mm 选配时 要注意活塞的分组标记和涂色标记 有的发动机为薄型汽缸套 活塞不设置修理尺寸 只区分标准系列活塞和维修系列活塞 每一系列活塞中也有若干组供选配 活塞的修理尺寸级别代号常打印在活塞的顶部 活塞环的选配 在发动机进行大修和小修时 活塞环是作为易损件来更换的 活塞环没有修理尺寸 但不因汽缸和活塞的分组而分组 活塞环选配时 以汽缸的修理尺寸为依据 同一台发动机应选用与汽缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环 发动机汽缸的磨损不大时 应选配与汽缸同一级别的活塞环 汽缸磨损较大尚未达到大修时 严禁选择加大一级修理尺寸的活塞环经锉端隙后使用 进口汽车发动机活塞环的更换 按原厂规定进行 对活塞环的要求是 其与汽缸 活塞的修理尺寸一致 具有规定的弹力以保证汽缸的密封性 环的漏光度 端隙 侧隙 背隙应符合原厂的设计规定 活塞环的弹力检验 活塞环的弹力是指使活塞环端隙为规定值时作用在活塞环上的径向力 活塞环的弹力是建立背压的首要条件 也是保证汽缸密封性的必要条件 弹力过大使环的磨损加剧 弹力过弱则汽缸密封性变差 燃 润料消耗增加 燃烧室积炭严重 发动机的动力性和经济性降低 活塞环弹力检验仪如图2 38所示 将活塞环置于滚轮和底座之间 沿秤杆移动活动量块 使环的端隙达到规定的间隙值 此时可由量块在秤杆上的位置读出作用于活塞环上的力 即为活塞环的弹力 奥迪轿车发动机第一道压缩环的弹力为8 5 12 8N 第二道压缩环的弹力为7 5 11 3N 油环弹力为35 52 5N 图2 38活塞环弹力检验仪 活塞环的漏光度检验 活塞环的漏光度检验旨在检测环的外圆表面与缸壁的接触和密封程度 其目的是避免漏光度过大使活塞环与汽缸的接触面积减小 造成漏气和窜机油的隐患 对活塞环漏光度的技术要求是 在活塞环端口左右30 范围内不应有漏光点 在同一根活塞环上的漏光处不得多于两处 每处漏光弧长所对应的圆心角不得超过25 同一环上漏光弧长所对应的圆心角之和不得超过45 漏光处的缝隙应不大于0 03mm 当漏光缝隙小于0 015mm时 其弧长所对应的圆心角之和可放宽至120 活塞环 三隙 的检验 活塞环的三隙是指端隙 侧隙和背隙 般说来 活塞环的三隙是上环大于下环 柴油机环大于汽油机环 汽缸直径大的环大于直径小的环 发动机压缩比大的环大于压缩比小的环 在检验活塞环的三隙前 应先检查其包装情况以确定其安装的部位 因为有的发动机的活塞环以包装的纸色标记识别 有的则以每一缸的活塞环按安装顺序包装 即使结构相同的活塞环也不能弄混 因为环的安装位置不同 其三隙也不相同 端隙 活塞环的端隙是指活塞环随活塞装入汽缸后 该环在上止点时环的两端头的间隙或活塞环在标准环规内两端头的间隙 是为了防止活塞环受热膨胀卡死在汽缸内而设置的 检验端隙时 将活塞环置入汽缸套内 并倒置活塞的顶部将环推入汽缸内相应的上止点 然后用厚薄规测量 如图2 39所示 若端隙大于规定值则应重新选配活塞环 若端隙小于规定值时 则应利用细平锉刀对环口的一端进行锉修 锉修时只能锉一端且环口应锉平整 锉修后应将加工产生的毛刺去掉 以免在工作时刮伤汽缸壁 图2 39活塞环的端隙的检验 侧隙 活塞环的侧隙是指装入活塞后 活塞环侧面与活塞环槽之间的间隙 侧隙过大将使活塞环的泵油作用加剧 使环岸疲劳破碎 加速环的断裂和润滑油消耗增加 侧隙过小会使活塞环卡死在环槽内 环的弹力极度减弱 冲击应力加剧 不但使汽缸密封性降低 也容易断环 侧隙的检查如图2 76所示 将活塞环放入相应的环槽内 用厚薄规进行测量 当侧隙过小时 使用车削方法来加宽活塞环槽以修整侧隙 现代汽车的活塞表面一般采用喷钼等表面强化措施 因此采用研磨环上下平面的办法来修整侧隙是错误的 图2 76活塞环的侧隙的检验 背隙 活塞环的背隙是指活塞与活塞环装入汽缸后 活塞环内圆柱面与活塞环槽底之间的间隙 背隙的作用是建立背压 储存积炭和防止活塞工作时膨胀过大挤断活塞环 背隙一般不用活塞环的内圆柱面与活塞环槽底部直径差值的一半来表示 为测量方便 通常是将活塞环装入活塞内 以环槽深度与活塞环径向厚度的差值来衡量 测量时 将活塞环落入环槽底 再用深度游标卡尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值 该数值一般为0 0 35mm 如果背隙过小 就应更换活塞环或车深活塞环槽的底部 在实际操作中 通常是以经验法来判断活塞环的侧隙和背隙的 将活塞环置入环槽内 环应低于环岸 且能在槽中滑动自如 无明显松旷感觉即可 活塞销的选配 发动机大修时 一般需更换活塞销 此时应选用标准尺寸的活塞销 为以后小修留有余地 选配活塞销的原则 同一台发动机应选用同一厂脾 同一修理尺寸的成组活塞销 活塞销表面应无任何锈蚀和斑点 表面粗糙度Ra 0 2 m 圆柱度误差不大于0 0025mm 质量差在10g的范围内 为了适应修理的需要 活塞销设有四级修理尺寸 可以根据活塞销座和连杆衬套的磨损程度来选择相应修理尺寸的活塞销 活塞销与活塞销座和连杆衬套的配合一般是通过铰削 镗削或滚压来实现的 其配合要求是 在常温下 汽油机的活塞销与销座配合间隙为0 0025 0 0075mm 与连杆衬套的间隙为0 005 0 010mm 且要求活塞销与衬套的接触面积在75 以上 柴油机活塞销与销座的过盈较大 过盈量一般为0 02 0 05mm 与连杆衬套的间隙也比汽油机大 一般为0 03 0 05mm 2 连杆组的修理连杆组的修理主要是连杆变形的检验与校正 连杆小端衬套的压装与铰削 连杆大端与下盖结合平面损伤的修理等 1 连杆变形的检验与校正 连杆在工作中 由于发动机超负荷和爆燃等原因 产生复杂的交变载荷 造成连杆的弯曲和扭曲变形 连杆的弯曲是指小端轴线对大端轴线在轴线平面内的平行度误差超限 连杆的扭曲是指连杆小端轴线在轴线平面的法向上的平面度误差超限 连杆变形后 使活塞在汽缸中歪斜 引起活塞与汽缸 连杆轴承与连杆轴颈的偏磨等 将对曲柄连杆机构的工作产生很大的影响 因此 对连杆变形的检验与校正是发动机修理过程中一个极为重要的项目 连杆变形的检验 连杆变形的检验在连杆校验仪上进行 如图2 40所示 连杆校验仪能检验连杆的弯曲 扭曲 双重弯曲的程度及方位 并校正连杆的弯曲和扭曲 校验仪上的棱形支撑轴 能保证连杆大端承孔轴线与检验平板垂直 检验时 首先将连杆大端的轴承盖装好 不装连杆轴承 并按规定的扭力将连杆螺栓拧紧 同时将心轴装入小端衬套的承孔中 然后将连杆大端套装在支撑轴上 通过调整定位螺钉支撑轴扩张使连杆固定在校验仪上 测量工具是一个带有V型槽的 三点规 三点规上的三点构成的平面与V型槽的对称平面垂直 下面两个测点的距离为100mm 上测点与两个下测点连线的距离也是100mm 图2 40连杆校验仪 进行测量时 将三点规的V型槽靠在心轴上并推向检验平面 如果三点规的三个测点都与校验仪的平板接触 那么说明连杆无变形 若上测点与平板接触 两个下测点不接触且与平板的间隙一致 或两个下测点与平板接触而上测点不接触 则表明连杆弯曲 可用厚薄规测出测点与平板之间的间隙 即为连杆在100mm长度上的弯曲度 若只有一个下测点与平板接触 另一下测点与平板不接触 且间隙为上测点与平板间隙的两倍 这时下测点与平板的间隙即为连杆在100mm长度上的扭曲度 有时在测量连杆变形时会遇到下面两种情况 一是连杆同时存在弯曲和扭曲 反映在一个下测点与平板接触 但另一个下测点的间隙不等于上测点间隙的两倍 这时下测点与平板的间隙为连杆扭曲度 扭曲程度 而上测点与平板的间隙或下测点与平板间隙一半的差值是连杆弯曲度 弯曲程度 二是连杆存在如图2 42所示的双重弯曲 检验时先测量出连杆小端端面与平板的距离 再将连杆翻转180 后 按同样方法测出此距离 若两次测出的距离数值不等 即说明连杆有双重弯曲 两次测量数值之差为连杆双重弯曲度 图2 42连杆双重弯曲的检验 在汽车维修技术标准中对连杆的变形作了如下规定 连杆小端轴线与大端应在同一平面 在该平面上的平行度公差为100 0 03mm 该平面的法向平面上的平行度公差为100 0 06mm 当连杆的弯曲度和扭曲度超过公差值时应进行校正 连杆的双重弯曲通常不予校正 因为连杆大小端对称平面偏移的双重弯曲极难校正 连杆变形的校正 在校正连杆时 首先要记录连杆弯曲与扭曲的方向和数值 其次利用连杆校正器进行校正 通常是先校正扭曲 再校正弯曲 校正时应避免过校正 校正扭曲时 先将连杆下盖按规定装配和拧紧 然后用台钳口垫以软金属垫片夹紧连杆大端侧面 最后使用专用扳钳装卡在连杆杆身的上下部位 按图2 43所示的安装方法校正连杆逆时针的扭曲变形 校正顺时针的扭曲时 将上下扳钳交换即可 图2 43连杆扭曲的校正 校正弯曲时 如图2 44所示 将弯曲的连杆置入专用的压器 弯曲的凸起部位朝上 在校正丝杠的部位加入垫块 扳转丝杠使连杆产生反向变形并停留一定时间 待金属组织稳定后再卸下 检查连杆的回位量 直至连杆校正至合格为止 图2 44连杆弯曲的校正 连杆衬套的修复 在更换活塞销的同时必须更换连杆衬套 以恢复其正常配合 新衬套的外径应与小端轴承孔有0 10 0 20mm的过盈 以防止衬套在工作中发生转动 过盈量也不可过大 否则会在压装时将衬套压裂 选择新衬套时 可用量具分别测量连杆小端轴承孔内径和衬套外径 其差值便是衬套的加工余量 通常多用经验法 在衬套压装前先将其与活塞销试配 如能勉强套入活塞销则为合适 如套不进或套入后感觉松旷 别表示其加工余量过大或过小 均应重新选用衬套 图2 47检验活塞销与连杆衬套的配合 连杆其他损伤的检修 连杆杆身与小端的过渡区应无裂纹 表面无碰伤 必要时采用磁力探伤来检验连杆的裂纹 若连杆有裂纹 禁止继续使用 并应立即更换 另外 如果连杆下盖损坏或断裂 也要同时更换连杆组合件 连杆大端侧面与曲柄臂之间 一般应有0 10 0 35mm的间隙 如超过0 50mm 可堆焊连杆大端侧面以修理平整 连杆杆身与下盖的结合平面应平整 检验时 使两平面分别与平板平面贴合 其接触面应贴合良好 如有轻微缝隙 不得超过0 026mm 连杆轴承孔的圆柱度误差应大于0 025mm 否则 需进行修理或更换连杆 连杆螺栓应无裂纹 螺纹部分完整 无滑牙和拉长等现象 选用新的连杆螺栓时 其结构参数及材质应符合规定 禁止用直径相同的普通螺栓代用 连杆螺栓的自锁螺母不允许重复使用 活塞连杆组的组装活塞连杆组的零件经修复 检验合格后 方可进行组装 组装前应对待装零件进行清洗 并用压缩空气吹干 首先采用热装合方法进行活塞与连杆的装配 因为活塞销与销座在常温下有微量的过盈 所以装合时一定要加热 方法是 将活塞置入水中加热至353K 373K 在加热活塞的同时将连杆装夹于工作台上 取出活塞后迅速擦净 再将活塞销涂以机油 并插入一端的活塞销座 将带销活塞套在连杆小头上 并推过连杆衬套直至另一端销座的外边缘 装入卡环 将活塞浸入冷水降温 测试配合效果 两卡环的内端应与活塞销有0 10 0 25mm的间隙 否则卡环将被顶出造成拉缸 活塞与连杆组装时 要注意两者的缸序和安装方向 不得错乱 活塞与连杆一般都有装配标记 如果两者的装配标记不清或不能确认时 可结合活塞和连杆的结构加以识别 则如活塞顶部的箭头或边缘缺口朝前 汽油机活塞的膨胀槽开在做功行程侧压力较大的对侧 左侧 连杆杆身的圆形突点朝前 连杆大端的45 机油喷孔润滑左侧汽缸壁 此外 连杆与下盖的配对记号一致并对正 或杆身与下盖轴承孔的凸榫槽安装在同一侧 以避免装配时的配对错误 活塞连杆组合后 还需要在连杆校验仪上检验活塞轴线对连杆大端轴承孔的垂直度 检验方法是 将连杆大端轴承孔套装在校验仪的支撑轴上 用厚薄规分别测量活塞顶部前后方向的边缘与平板的间隙 两次测量数值的差值即为组件的垂直度 其公差为0 05 0 08mm 超过上述数值时 应两次检验活塞销座有无铰斜 连杆的弯曲是否校正等 经修复后 再次进行组装 最后安装活塞环 安装时应采用专用工具 以免将环折断 由于各道活塞环的结构存在差异 因此在安装活塞环时要特别注意各道活塞环的类型 规格 顺序及其安装方向 安装压缩环时 有镀铬的活塞环一般装在第一道 因为镀铬可增强环的耐磨性以及延长环的寿命 安装扭曲环时 其安装方向视该环的具体作用而定 用作刮油的正扭曲环 其内缺口或内倒角朝上 外缺口或外倒角朝下 否则活塞环的泵油作用得到加强 引起机油大量窜入燃烧室而积炭 用作布油的反扭曲环 其安装方向与上相反 各种环的组合方式和安装方向要按该型发动机的说明书要求进行 不得随意改变 新型发动机活塞环的端部侧面制有装配标记 活塞环有标记的面朝上安装 并且要注意每一道环的装配位置 环的标记常有 T1 T2 等 除环上有标记的一面朝上外 它们的安装顺序分别为第一 第二道 有的活塞环上还制有尺寸标记和厂标 例如RIK NPR和TP等 活塞环一端的R为厂标 另一端为活塞环的尺寸 S为标准环 修理尺寸环用阿拉伯数字表示 如25表示其修理尺寸为 0 25mm 活塞环的标记 为了提高汽缸的密封性 避免高压气体的泄漏 要求活塞环的开口应交错布置 一般是第一道活塞环的开口位置为始点 其他各环的开口布置成迷宫状走向 各道活塞环的开口一般不要布置在活塞销轴线的 45 方向上 因为活塞销轴向两端的润滑油较多 润滑油容易向上窜入燃烧室 第一道环的开口应布置在做功行程侧压力的右侧 并且尽可能远离燃烧中心 其他环 包括油环 依次间隔90 180 例如 两道活塞环的发动机 第二道环与第一道环间隔180 三道活塞环的发动机 则每道环间隔120 或第一道环与第二道环间隔180 第三道环与第二道环间隔90 四道活塞环的发动机 第二道环与第一道环间隔180 第三道环与第二道环间隔90 第四道环与第三道环间隔180 安装油环的下刮片也要交错排列 二道刮片的下刮片间隔180 三道刮片的下刮片则要依次相隔120 第四节曲轴飞轮组构造和检修 汽车构造 精品课程 组成曲轴 飞轮 扭转减振器 带轮正时齿轮 或链条 曲轴飞轮组 曲轴功用承受连杆传来的力 并将其转变为扭矩 然后通过飞轮输出 驱动发动机的配气机构及其他辅助装置 组成 由前端 自由端 主轴颈 曲柄 平衡重 连杆轴颈 曲柄销 和后端 动力输出 曲拐 由一个连杆轴颈 和它左右主轴颈组成曲拐数 取决于气缸的数目和排列方式 直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数 V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半 2 曲轴材料采用优质中碳钢 如45号钢 或中碳合金钢 如45Mn2 40Cr等 模锻 为了提高曲轴的耐磨性 其主轴颈和连杆轴颈表面上均需高频淬火或氮化 3 曲轴构造对于四缸 六缸 八缸和十二缸发动机 如下图2 45所示 由于曲拐是对称布置的 往复惯性力和离心力是平衡的 从整体上看能相互抵消 但曲轴的局部确受到弯矩的作用 曲轴轴向定位为阻止车辆行驶时 离合器经常结合与分离和带锥齿轮驱动时施加于曲轴上的轴向力以及在上 下坡行驶或突然加速 减速出现的轴向力作用而使曲轴有轴向窜动的趋势 曲轴必须有轴向定位 以保证曲柄连杆机构的正常工作 但也应允许曲轴受热后能自由膨胀 曲轴作为转动件 必须与其固定件之间有一定的轴向间隙 曲轴轴向定位是通过止推装置实现的 只能有一处设置轴向定位装置 曲轴径向密封曲轴径向密封环 安放在曲轴的自由端 前端 和飞端 作用 防止内燃机机体内的机油外溢和水 汽 与灰尘进入机体内 多曲拐的布置 常用的多缸发动机曲拐布置和发火次序如下 四冲程直列四缸发动机发火次序 发火间隔角应180 四个曲拐布置在同一平面内 发火次序有两种可能的排列法1 2 4 31 3 4 2 四冲程直列六缸发动机发火次序发火间隔角应为720 6 120 曲拐布置六个曲拐分别布置在三个平面内 各平面夹角为120 曲拐的具体布置有两种方案 第一种发火次序是 1 5 3 6 2 4 另一种发火次序是 1 4 2 6 3 5 四冲程V型八缸发动机发火次序 V型八缸机有四个曲拐 其四个曲拐布置在同一平面内 也可以布置在两互相错开90 的平面内 这样可使发动机得到更好的平衡性 发火次序为1 8 4 3 6 5 7 2 曲轴扭转减振器 常用摩擦式扭转减振器分类橡胶式扭转减振器硅油式扭转减振器 飞轮功用将在作功行程中输入于曲轴的动能的一部分贮存起来 用以在其他行程中克服阻力 带动曲柄连杆机构越过上 下止点 保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀 并使发动机有可能克服短时间的超载荷 此外 飞轮又往往用作摩擦式离合器的驱动件 图2 84曲轴弯曲的检查 曲轴飞轮组的检修曲轴的裂纹检验 曲轴的裂纹多发生在曲柄臂与轴颈之间的过渡圆角处 以及油孔处 前者是横向裂纹 严重时将造成曲轴断裂 后者多为轴向裂纹 它将沿斜置油孔的锐边轴向发展 曲轴的横向 轴向裂纹主要是由应力集中引起的 曲轴变形和修磨不慎也会使过渡区的应力陡增 加剧曲轴的疲劳断裂 应用磁力探伤法或浸油敲击法对曲轴进行裂纹的检验 曲轴的磨损与检验 主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的 且磨损部位有一定的规律性 主轴颈和连杆轴颈径向的最大磨损部位相互对应 即各主轴颈的最大磨损部位靠近连杆轴颈一侧 而连杆轴颈的最大磨损部位在主轴颈一侧 连杆轴颈的径向不均匀磨损是由于作用在轴颈上的力沿圆周方向不均匀引起的 连杆轴颈轴向也呈不均匀磨损 使连杆轴颈磨损呈锥形 这是因为曲轴旋转时 离心力使润滑油中的机械杂质堆积在连杆轴颈与油流相背的一端 实践证明 连杆轴颈的磨损比主轴颈的磨损严重 主要是由于连杆轴颈的负荷较大 润滑条件较差等原因造成的 主轴颈的不均匀磨损后果也相当严重 各轴颈不同方向的磨损 导致主轴颈同轴度的破坏 这往往是某些曲轴断裂的原因 轴颈表面还可能出现擦伤和烧伤 擦伤主要是机油不清洁 其中较大的机械杂质在轴颈表面划出沟痕 烧瓦后 轴颈表面会出现严重的擦伤划痕 轴颈表面烧灼变成蓝色 经探伤检查允许修复的曲轴 在进行轴颈磨损量的检查时 先检查轴颈有无磨痕和损伤 再测量主轴颈和连杆轴颈的圆度误差及圆柱度误差 对曲轴短轴颈的磨损以检验圆度误差为主 对长轴颈则必须检验圆度和圆柱度误差 曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆度 圆柱度误差均不得大于0 025mm 超过该值则按修理尺寸对轴颈进行磨削修理 曲轴的变形与检验 若曲轴主轴颈的同轴度误差大于0 05mm 则称为曲轴弯曲 若连杆轴颈分配角误差大于0 30 则称为曲轴扭曲 曲轴产生弯曲和扭曲变形 是由于使用不当和修理不当造成的 例如发动机在爆震和超负荷等条件下工作 个别汽缸不工作或工作不均衡 各道主轴承松紧度不一致 主轴承座孔同轴度偏差增大等 都会造成曲轴承载后的弯扭变形 曲轴弯曲变形后 将加剧活塞连杆组和汽缸的磨损以及曲轴和轴承的磨损 甚至加剧曲轴的疲劳折断 曲轴扭曲变形 将影响发动机的配气正时和点火正时 经验证明 扭曲变形主要是烧瓦和个别活塞卡缸 胀缸 造成的 当个别汽缸壁间隙过小或活塞热膨胀过大时 活塞运动阻力将增大 曲轴运转不均匀 引起活塞卡缸 若未及时发现或卡缸后处理不当 便会导致曲轴的扭曲 此外 拖带挂车时起步过猛和紧急制动 未踩下离合器时 以及起动 超载等 都会引起曲轴的扭曲变形及其他耗损 检验弯曲应以两端主轴颈的公共轴线为基准 检查中间主轴颈的径向圆跳动误差 检验时 将曲轴两端主轴颈分别放置在检验平板的V形块上 并将百分表触头垂直地抵在中间主轴颈上 与两端主轴颈相比较 由于中间主轴颈两侧的汽缸进气阻力最小 中间主轴颈的负荷最大 因而在此处的弯曲度最大 如图2 62所示 慢慢转动曲轴一圈 百分表指针所示的最大摆差即为中间主轴颈的径向圆跳动误差值 若该值大于0 15mm 则应进行压力校正 若低于此限值则可磨削主轴颈予以修正 图2 62曲轴弯曲的检查 曲轴的修理方法如下 曲轴检验分类时应注意 当曲轴主轴颈和连杆轴颈圆度误差大于0 025mm或表面划伤时 应磨削修理 当轴颈的圆度 圆柱度误差小于0 025mm 且表面无其他类型的损伤 以及圆跳动误差不大于0 15mm时 可直接使用 无须修磨 当两种轴颈圆柱度误差大于0 025mm或有其他类型的损伤 但圆跳动误差不大于0 15mm时 可直接修磨并通过修磨来校正变形 否则必须先校正至小于0 15mm才能进行修磨 某些进口车采用软氮化工艺强化的曲轴 表面硬度为HRC64 67 不仅具有很好的耐磨性 还具有很好的抗粘着 抗擦伤性能 而且疲劳强度可提高60 左右 强化层的深度可达0 20mm 因此 这种曲轴无修理尺寸 俗称一次性曲轴 检验时用有机溶剂洗净表面的油污 再喷洒5 10 的氯化铜溶液 等30 40s后 若不改变颜色则可继续使用 轴颈的圆度误差必须在公差范围内 若溶液由浅蓝色变为透明 轴颈表面变为铜色 则说明强化层已磨损耗尽 则应更换新轴 在使用维修过程中 应注意此种曲轴的轴承间隙一般不得大于0 08mm 使用极限间隙不得大于0 12mm 曲轴连杆轴颈和主轴颈的修理尺寸 是根据曲轴轴颈前一次的修理尺寸 磨损程度和磨削量来选择的 曲轴连杆轴颈和主轴颈的修理尺寸 汽油机一般为四级 柴油机可达六级 相邻两级修理尺寸的级差以0 25mm递减 并在数值前加 作为其代号 由于受汽车报废里程的限制 曲轴的修理尺寸比以前有所减少 如丰田 桑塔纳轿车已减少至三级 轴颈尺寸最大缩小为0 75mm 标致汽车仅有两级缩小尺寸 第一级缩小尺寸为0 30mm 第二级缩小至0 50mm 具体修理尺寸应根据发动机的设计要求来决定 在保证磨削质量的前提下 应尽可能选择最接近的修理尺寸级别 以延长曲轴的使用寿命 曲轴的连杆轴颈和主轴颈应分别磨削成同一级别的修理尺寸 以便于选配轴承 保证合理的配合间隙 飞轮的修理方法如下 更换齿圈 当飞轮齿圈出现断齿或齿端冲击耗损 与起动机齿轮啮合困难时 需更换齿圈或飞轮组件 齿圈与飞轮的配合过盈为0 30 0 60mm 更换时先将齿圈加热至623K 673K 再进行热压配合 修整飞轮工作平面 飞轮工作平面有严重烧灼或磨损沟槽深大于0 50mm时 应进行修整 修整后工作平面的平面度误差不得大于0 10mm 飞轮厚度极限减薄量为lmm 与曲轴装配后的端面圆跳动误差不得大于0 15mm 曲轴 飞轮 离合器总成组装后进行动平衡试验 组件动不平衡量应不大于原厂规定 东风 解放牌汽车的动不平衡量不大于100g cm 国产轻型载货汽车 客车以及进口载货汽车的动不平衡量一般不大于70g cm 轿车不大于30g cm 组件的动不平衡量过大 将使组件共振临界转速降低 假若共振临界转速降至发动机经济转速内 曲轴就会长期在共振条件下工作 造成曲轴早期疲劳断裂 飞轮壳早期产生纵向裂纹 甚至引起手动变速器直接挡自动脱挡等故障 因此 更换飞轮或齿圈 离合器压盘或总成之后 都应重新进行组件的动平衡试验 曲轴扭转减振器的检查方法如下 现代发动机曲轴的前端多数都装有扭转减振器 用于减小曲轴的共振倾向和平衡曲轴前后两端的振动 降低曲轴的疲劳应力 目前采用比较普遍的是橡胶式扭转减振器 检查扭转减振器时 若发现内环 轮毂 与外环 风扇皮带或平衡盘 之间的橡胶层脱层 内 外环出现相对转动 两者的装配记号 到线 互相错开 则说明扭转减振器已丧失了工作能力 必须更换 曲轴轴承的选配现代发动机的主轴承和连杆轴承 为适应高速 重载 高自锁性能的要求 并达到便于大批量生产和降低成本的目的 普遍采用薄型多层合金 3 5层 的滑动轴承 直接选配 不 刮瓦 不加垫就是现代曲轴轴承的修理特点 轴承的耗损 轴承耗损的形式有 磨损 合金疲劳剥落 轴承疲劳收缩及粘着咬死等等 轴承的径向间隙的使用限度 载货汽车为0 20mm 轿车为0 15mm 逾限后因轴承对润滑油的流动阻尼能力减弱 使主油道压力降低98kPa左右 可能会破坏轴承的正常润滑 加之引起的冲击载荷 又造成轴承疲劳应力剧增 使轴承疲劳而导致粘着咬死 最终使发动机丧失工作能力 因此行车中应注意 发现 瓦响 应立即停车检修 二级维护时 必须检查轴承间隙 发现轴承间隙逾限时 及时更换轴承 若因曲轴异常磨损造成上述故障 则进行修磨或校正曲轴 发动机总成修理时需更换全部轴承 2 轴承的选配 轴承的选配包括 选择合适内径的轴承以及检验轴承的高出量 自由弹开量 横向装配标记 凸唇 轴承钢背表面质量等 选择轴承内径 根据曲轴轴颈的直径和规定的轴承径向间隙选择合适内径的轴承 现代发动机曲轴轴承制造时 根据选配的需要 其内径已制成一个尺寸系列 如东风EQ6100型发动机的曲轴轴承就有14种不同内径的轴承供选用 检验