《曲柄连杆机构》PPT课件

1、第二章,曲轴连杆机构,第一节 概 述,功用：将气缸内气体作用在活塞上的力转变为曲轴的旋转力矩，从而输出动力。 组成： 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组,工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,气缸体的检测与维修,一、气缸体的构造 二、气缸盖和气缸衬垫 三、油底壳 四、气缸体的检查与维修,气缸体的形式,一般式缸体 龙门式缸体 隧道式缸体,一般式,特点：是油底壳安装平面和曲轴

2、旋转中心在同一高度。 优点：是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便； 缺点：是刚度和强度较差。 适用于中小型发动机。如492Q汽油机。,龙门式 特点：是油底壳安装平面（缸体的下表面 ）低于曲轴的旋转中心。 优点：是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷； 缺点：是工艺性较差，结构笨重，加工较困难 捷达、富康和桑塔纳轿车以及日本车用柴油机,隧道式 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。优点：是结构紧凑、刚度和强度好； 缺点：是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。,缸套,材料：合金铸铁、合金钢 类型：干式缸套 湿式缸套,特点

3、：是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。,特点：是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便。 缺点：是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。,缸套装入座孔后，通常缸套顶面 略高于气缸体上平面0.05 0.15mm。这样当紧固气缸盖

4、螺 栓时，可将气缸盖衬垫压得更 紧，以保证气缸的密封性，防止 冷却水和气缸内的高压气体窜漏。,功用：密封气缸的上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。 材料：灰铸铁、合金铸铁 构造：进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道，气缸盖上还设有火花塞座孔。,燃烧室,组成：由活塞顶面及气缸盖相应凹坑共同组成。 技术要求： （1）结构尽可能紧凑，表面积要小，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的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气及时和充分燃烧。 形状：楔形燃烧室 盆形燃烧室 半球形燃烧室,火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，燃烧速率高；充气效率高。 富康、桑塔纳、夏

5、利等轿车。,优点：结构简单、紧凑、散热面积小，热损失小，在压缩终了时能形成挤气涡流，进气阻力小。 缺点：但火焰的传播距离较长，存在着较大的激冷面积，对HC排放不利。 北京切诺基采用这种燃烧室。,优点：结构简单，工艺性好； 缺点：不够紧凑。气门直径依受限制，进排气效果差。 捷达、奥迪采用。,气缸垫,作用：密封，防止漏气、漏水、漏油。 技术要求：足够的强度，耐压、耐高温、耐腐蚀，有一定的弹力。 安装时要注意把光滑的一面朝气缸体，否则容易被气体冲坏。,作用：储存机油并封闭曲轴箱。 采用薄钢板冲压而成。,1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作

6、温度高达600 700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s， 承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达35MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁,一、活 塞,（1）活塞顶部 功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。,4、结构,（1）活塞顶部,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。,（2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,1、

7、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作 用：,（3）活塞裙部,位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力， 防治破坏油膜。,裙 部,活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示,（1）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。,5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活

8、塞是通常采取下列结构措施：,（2）预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。,（3）活塞裙部开槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。,6、活塞在工作时的保护措施,（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。,（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装

9、，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。目的是防止活塞在受汽体压力较大的压缩上止点换向时，撞击汽缸壁而产生“敲缸”。活塞在压缩上止点，由右侧与汽缸壁接触向左侧与汽缸壁接触过渡时，由于活塞销偏置使活塞倾斜，左侧下端先与汽缸壁接触，随着作功行程活塞向下止点移动，活塞承受向左的侧向力增大，活塞左侧上端逐渐靠近汽缸壁，从而减轻了活塞换向时对汽缸的撞击。如图,二 活塞环,汽环密封和导 热； 油环布油和刮油的作用，下行时刮除汽缸壁上多余的机油，上行时在汽缸壁上铺涂一层均匀的油膜。还能起到封汽的辅助作用。,

10、工作条件,活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难。活塞环工作时受到汽缸中高温高压燃汽的作用，温度很高(特别是第一道环温度可高达600K)，活塞环在汽缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。 另外，由于汽缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。,气 环,在自由状态下外径大于汽缸直径，它

11、与活塞一起装入汽缸后，外表面紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，被封闭的气体不能通过环周与汽缸之间，便进入了环与环槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面，同时，作用在环背的汽体压力又大大加强了第一密封面的密封作用，气环密封效果一般与汽环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。,矩形环,断面为矩形，其结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。 矩形环随活塞往复运动时，会把汽缸壁面上的机油不断送入汽缸中。这种现象称为汽环的泵油作用。,活塞下行时，由于环与汽缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压靠在环槽的上端面上，汽缸壁面上的油被刮入下边隙和内边隙；活塞上行时，环又被压靠在环槽的下端

12、面。结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室，窜入燃烧室的机油，会在燃烧室内形成积炭，造成机油的消耗量增加，另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭，使环在环槽内卡死而失去密封作用，划伤汽缸壁，甚至使环折断，可见泵油作用是很有害的，必须设法消除。,断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。装入汽缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减小磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。 由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻泵油的副作用。目前被广泛地应用于第2道活塞环槽上，安

13、装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。,断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.51.5)，减小了环与汽缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的油楔作用，能在油膜上飘浮过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。,断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难，精度要求高。,桶面环的外圆为凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构。当桶面环上下运动时。均能

14、与汽缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。,油 环,油环的刮油作用,活塞的维修,1、活塞的清洁 活塞上的积炭主要深积在活塞顶部，可用刮刀清除；活塞环中的积碳可用旧活塞环磨制成合适的形状进行清除。,2 活塞的损伤,1）活塞环槽的磨损是活塞的最大磨损部位，其中第一道环槽磨损最严重，以下各环槽的磨损逐渐减轻。主要原因是燃烧汽体的温度、压力越靠近活塞顶部越高的缘故，环槽的磨损使环槽成内小外大的梯形。 2）活塞销座孔的磨损 在活塞工作时，由于汽体压力和惯性力作用形成椭圆形磨损，起最大磨损部位是座孔的上下方向，是活塞与销的配合松旷，出现不正常的响声。 3）活塞裙部磨损 裙部磨损最小，通常是在承

15、受侧压力的一侧发生磨损和擦伤，当活塞裙部与汽缸壁间隙过大时，发动机工作易出现敲刚严重的窜机油现象。,3活塞的其他损伤形式,1）活塞刮伤、擦伤 主要由于活塞与汽缸壁间隙过小，不能形成油膜，或有机械杂质。 2）活塞烧顶 主要是发动机在超负荷条件下长时间工作和在爆燃条件下长时间工作造成的。 3）活塞脱顶 活塞的头部和顶部分离，主要原因是活塞环开口间隙过小，发动机在长期高温条件下，活塞环开口卡死，与缸壁间发生黏结，而裙部受连杆拖动，造成活塞头部与裙部分离。,4活塞的选配,选配活塞时应注意： 1）活塞的质量要求：同一组活塞中，各活塞的重量应基本一致，其重量差不得超过3%。 2）活塞的质量要求：活塞的修理

16、尺寸应与汽缸的加大级别一致，同一台发动机上，应选用同一厂牌同一组的活塞，同一组活塞直径差不得大于0.020.025mm。 3）活塞裙部的圆度和圆柱度要求：汽油机活塞裙部锥形的圆柱度为0.0050.015mm，膨胀槽开到底的活塞应为0.0150.03mm；圆度偏差一般为0.100.20mm膨胀槽开到底的活塞应为00.075mm。 4）活塞在拆卸下来以后一定要做好标记，安装时一定要按照标记装，不能装错。,三 活塞销,作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气 体压力传递给连杆。,材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。,要求：塞销在高温下周期地承受很大的冲击载 荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑

17、条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。,构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。,为了减小质量，减小往复惯性力，活塞销做成两段截锥形孔，接近等强度梁，但孔的加工较复杂；,组合形孔的结构介于二者之间。,圆柱形孔结构简单，加工容易，但从受力角度分析，中间部分应力最大，两端较小，所以这种结构质量较大，往复惯性力大；,全浮式和半浮式的区别,半浮式：活塞销与连杆小头为过盈配合，活塞只能在活塞销座孔内浮动。（无连杆衬套） 全浮式：活塞销与连杆小头和活塞销座孔为过间隙配合，活塞销可在活塞销座孔和连杆小头的衬套孔内自由转动

18、。,第六节 连杆的构造与维修,连杆的构造 连杆的维修 活塞销与连杆的选配,连杆的构造,作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。,连 杆 组 件 分 解 图,连杆小头,杆身,连杆大头,连杆大头的连接形式,平切式,斜切式,V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的，称为叉形连杆,第七节 曲轴、飞轮的构造与维修,曲轴的构造 曲轴的维修 飞轮的构造与维修,曲轴飞轮组的组成,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,曲轴,曲轴的功用和组成,1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及

19、其他各种辅助装置。 2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。,3、结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。,5、分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）,6、组成：,（1）主轴颈,曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、 刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油 机均采用。,曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。,用于支撑曲轴。,（2）连杆轴颈,（3）曲柄,曲轴臂，用

20、于 连接主轴颈和连杆 轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,（5）前端轴和后端轴,前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）,曲轴的前端,7,两止推轴承白金合面相背,曲轴向前移,动，后止推轴承,与曲轴臂端面摩,擦；轴向后移动，,前止推轴承与正,时齿轮端面摩擦。,5,后端轴：安装飞轮,前后端轴都设有防漏装置：,挡油盘、回油螺纹、油封等。,曲轴后端,回油螺纹,（6）曲轴的轴向限位,通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。,连杆轴颈的布置,1） 各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 2） 连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。 比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3 六缸机：1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5； 八缸机：1-8-4-3-6-5-7-2 3） V型发动机左右气缸尽量交替作功。 4） 连杆轴颈布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。 安排多缸发动机的发火次序时，应注意做功的两缸相距可能远，以减轻主轴承的载荷，同时可以避免进气重叠现象。,（1）一般规律,（2）常见曲轴连杆轴颈的布置,对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为： 四行程：720/i 二行程：360/i,