第二章 曲柄连杆机构的构造与维修_百度文库
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曲轴车床、曲轴主轴车床、曲轴连杆车床技术参数
来源： | 责任编辑：婷婷
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更换发动机曲轴和连杆，大小瓦，修好后能够用多久
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第2章 曲轴连杆机构
第二章 曲柄连杆机构概述机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组1§2.1一、曲柄连杆机构的功用概述将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复 运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动 变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。二、组成1、机体组：包括气缸体、汽缸套、气缸盖、气缸垫、 曲轴箱、油底壳 2、活塞连杆组：包括活塞、活塞销、活塞环、连杆等 3、曲轴飞轮组：包括曲轴、飞轮等2多缸发动机的曲柄连杆机构演示3§3.2 机 体 组机体组组成： 气缸盖 气缸盖罩 气缸垫 油道和水道 气缸体曲轴箱气缸 油底壳4一、气缸体1、气缸体:作用：发动机的基体和骨架，安装零件要求：?具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力) ?气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量) 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体― ―曲轴箱52、气缸体分类（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为油底壳 安装平 面和曲 轴旋转 中心在 同一高 度一般式龙门式隧道式油底壳安装平面 低于曲轴的旋转 中心 气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式6性能与应用比较名 称 一般式 性 能 应 用 中小型发动机。 夏利、富康、 北京BJ492Q 机体高度小、重量轻、 结构紧凑，便于加工拆 卸。刚度和强度差。龙门式强度和刚度较好。工艺 性差、结构笨重、加工 困难。捷达轿车、富 康轿车、桑塔 纳轿车隧道式结构紧凑、刚度和强度 采用滚动轴承 好。难加工、工艺性差、 的负荷较大的 曲轴拆卸不方便。 柴油机上 。7（2）根据冷却方式不同冷却水水冷、风冷散热片8（3）根据气缸的排列方式结构简单、加 工容易，但发 动机长度和高 度较大。 缩短了机体 的长度和高 度，增加了 刚度，减轻 了发动机重 量；但宽度 增加，形状 复杂，加工 困难。高度小，总 体布置方便。9?单列式：一般6缸以下的发动机采用直列式，如解 放CA1091型、CA1040型、红旗CA7220型和 北京BJ2023型等 ?V型：一般用于6缸以上的大功率发动机 ?对置式：适用于摩托车及发动机中置的 大客车10111213气缸： ? 作用：气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形 空腔。 ? 要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化 学腐蚀?气缸套： 提高气缸的耐磨性： (1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理 (表面淬火、镀铬)----成本高 (2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨 性好、检修方便及费用低?14（4）干式气缸套和湿式气缸套名称 特 点 示意图强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。外壁不直接与冷却水 干缸套 接触。壁厚1～3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接 触。壁厚5～9mm。散热良好、 冷却均匀、 易制造、 易拆卸。 强度和刚 度不如干 缸套，易 漏水、漏 气 广泛应用 于汽车柴 油机上。15三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩1、气缸盖功用：密封气缸的上部，与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 注：铝合金的气缸盖：有利于提高散热性能和压缩比 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。16分类： ?整体式：汽油机因缸径较小、缸盖负荷较轻， 一般采用整体式气缸盖 ?分开式：功率较大、缸径较大的柴油机多采 用分开式气缸盖，即一缸、二缸或三缸一盖。 优点：制造和维修方便、减小变形对密封的影 响 结构： 内有与气缸体相通的冷切水套、燃烧室、火花 塞座孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排 气道172、气缸盖罩和气缸垫气缸盖罩 衬垫气缸盖 安装火花塞气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面 的密封，防止漏气，漏水和漏油。18气缸垫： (1)作用：气缸盖与气缸体之间的密封件，保证 燃烧室不漏气。 (2)要求： ? 在高温、高压燃气作用下具有足够的强度，不 宜损坏。 ? 耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气下或有压 力的机油和冷切液的作用下不烧损、不变质 ? 具有一定弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、 不平度以及发动机工作时反复出现的变形，以 保证密封。 ? 拆装方便，能重复使用，寿命长?19(3)材料： ? 金属―石棉气缸垫 ? 纯金属气缸垫:由单层或多层金属片制成 国外有些发动机开始使用耐热密封胶取代传 统的气缸垫，要求气缸盖和气缸体的接合面有 更高的加工精度?气缸盖罩：起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压 而成，上设机油加注口和曲轴箱通风口20
3、燃烧室形状对发动机的工作影响很大(1)要求：?结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损 失及缩短火焰行程 ?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，保证混合气得到及时和 充分燃烧 (2)形状分类22名称 半球形特点结构最紧凑、火焰行程 段、燃烧速率高、热损 失小、热效率高。但配 气机构复杂 结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火 花塞置于燃烧室最高处， 火焰传播距离长示意图应用桑塔纳 夏利 富康楔形切诺基盆形工艺性好、成本低、便 于维修、进排气效果不 如半球形燃烧室捷达 奥迪23汽油机燃烧室形状24三、油底壳1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。 2、使用特点： (1)设有挡油板―减轻油面的波动。 (2)油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装 有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发 动机的磨损、 3、材料： (1)薄钢板冲压 (2)采用带有散热肋片 的铝合金铸造而成的轻金属油底壳25四、发动机的支承： 1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。 2、四点支承：前后各有两个支承点。26§3.3 活塞连杆组气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖2728一、活 塞1、功用：(1)承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转(2)与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室2、工作环境：高温、散热及润滑条件差；顶部工作温度高达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 3～5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3、要求A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 B 良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理 的安装间隙，耐高压、高温、磨损 活塞应具 备的特点C 质量较小，尽可能减少往复惯性力D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙 E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数293、材料： (1)汽油机： 铝硅合金，硅的成分越多，热 膨胀系数越小，磨损越小，但制造工艺性 较差。 (2)柴油机：合金铸铁和耐热钢制造(热、机 械负荷大)?304、结构顶部：构成燃烧室，承 受气体压力。 头部:安装活塞环，制作 较厚。 裙部：导向，传力。承受侧压 力销座孔处制有加强筋。31（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。结构简单、制造容易、 散热面积小、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。 常用于二冲程汽油机凹坑的形状、位置必须 有利于可燃混合气的形 成与燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。32（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。头部工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。作用：1、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。 4、承受气体压力，并通过活塞销传给连杆。33（3）活塞裙部位置：活塞环槽以下的所有部分，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， 防止破坏油膜。裙 部34活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示35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，制造活塞是通常采取下列结构措施：（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。 （2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一 小部分。 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。36（3）活塞裙部开槽横向绝热槽 减少活塞头的热量向裙部扩散 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低 绝热槽纵向膨胀槽膨胀槽37（4）采用双金属活塞： 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 座内铸入或嵌入膨胀系数 低的钢片。 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。38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，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1～2mm。39（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、润滑条件差(第一道气环)。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁 注意点： 1、有时表面涂有保护层：改善活塞环的滑动性能入耐磨性能 2、第一道气环(承受压力最大)：表面常镀上多孔性铬，硬度 高，能贮存少量的润滑油，改善润滑条件，延长活塞环的 使用寿命。40气环切口41气环的密封原理： 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。 气环的泵油原理：动 态 演 示42形状特点示意图矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广断面不对称，受力不平衡，使活塞环 扭曲环 扭曲 减少了环与气缸壁的接触面，提高了 锥面环 表面接触压力，有利于磨合和密封。 梯形环 加工困难，精度要求高 桶面环 外圆为凸圆弧形43作用： ? 布油(活塞上行) ? 刮油 ? 润滑油 ? 密封(辅助作用)?44种类普通油环刮油片组合式油环示 意 图轴向衬环 径向衬环 刮油片45油环的刮油作用油环的刮油作用46（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。 要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量 小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷， 润滑条件差) 材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。47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。圆柱形两段截锥与一段圆柱结合两段截锥形活塞销48形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。活塞销全浮式：活 塞销能在连 杆衬套和活 塞销座中自 由摆动，使 磨损均匀。连杆半浮式： 活塞中部 与连杆小 头采用紧 固螺栓连 接，活塞 销只能在 两端销座 内作自由 摆动。多 用于小轿 车49（四）连杆作用：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。连杆小头 杆身 连 杆组件 分 连杆 大头 解 图50材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用球墨铸 铁。 小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。 组成：连杆小头、杆身、大头51连杆大头的连接形式平切式斜切式52连杆轴瓦53V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式54§3.4皮带轮扭转减振器曲轴飞轮组正时齿轮飞轮一、曲轴飞轮组的组成起动爪曲轴主轴瓦55二、曲轴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。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润 滑和耐磨性、较高的动平衡精度563、结构：连杆轴颈 曲轴轴颈 平衡重后端轴 前端轴曲柄曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成571、发动机的气缸数 2、发动机的排列方式 故： 1、直列发动机的曲拐数等于气缸数 2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一 半58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 ―用于支撑曲轴。按曲轴主轴颈的数目 可分为： 全支承： 相邻两个曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴非全支承：否则59全支承曲轴： (1)直列式：主轴颈数比气缸数多一个； V型：主轴颈数比气缸数的一半多一个。 (2)特点：刚度较好、负荷相对较小，但曲轴和 发动机机体长度增加 (3)应用：多用于柴油机和负荷较大的汽油机 ? 非全支承曲轴 特点：长度短，结构和制造工艺简单 应用：中小负荷的汽油机?60（2）连杆轴颈(曲柄销) 安装连杆大头 部分中空兼作油道 （3）曲柄 ――曲轴臂，用于 连接主轴颈和连杆 轴颈 （4）平衡块 平衡离心力偶 减轻或消除弯曲 变形61中空连杆轴颈 曲柄 平衡重（5）前端轴和后端轴 前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1、2止推轴承 3.止推片 4.正时齿轮 5.甩油盘 6.油封 7.皮带轮 8.起动爪7 41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。2 8 65 3两止推轴承白金合面相背62曲轴的前端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63（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）。止推垫片 连杆轴颈主轴颈 主轴承盖 止推垫片64三、曲拐的布置 （1）一般规律 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； 3） V型发动机左右气缸尽量交替作功。4） 曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平 衡性好。65（2）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其发火间隔角为： 四行程：720°/i 二行程：360°/i① 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置 点火顺序：各缸完成同名行程的次序。曲轴转角 （度）一缸 功 排 进 压二 排 进 压缸三 压 功 排 进缸四 进 压 功 排缸0～180 180～360 360～540540～720功1 ↓ 3 ↓ 4 ↓ 266四缸四行程发动机的曲拐布置67②直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置 发火顺序：1-5-3-6-2-4曲轴转角 （度）一 缸 二 缸 三 缸 四 缸 五 缸 六 缸 功 排 压 进 排 功 压 进0 ～ 180180 ～ 360 360 ～ 540 540 ～ 72060 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720排压 进 功 压压功 排进排 压 进功进功排68六缸四行程发动机的曲拐布置69八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）1-8-4-3-6-5-7-270四、曲轴扭转减振器作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。 种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。橡胶式摩擦片式硅油式71橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图惯性盘 橡胶垫皮带盘当曲轴发生扭转振动 时，力图保持等速转 动的惯性盘便与橡胶 层发生了内摩擦，从 而消耗了扭转振动的 能量，消减了扭振。曲轴前端皮带轮毂减振器圆盘72五、飞轮（一）功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起 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转矩尽可能均 匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动 机的动力传给离合器。73（二）构造齿圈在发动机起动时与 起动机齿轮啮合，带动 曲轴旋转。飞轮边缘部分做 的厚些，可以增 大转动惯量。74飞轮上的标记符号：在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四 缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩 上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩 上止点。例如：解放CA6102型发动机的记号是 ：上止点奥迪100飞轮上有－“0”标记。――― 1―6标记75桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组76小活 塞 连 杆 组结活塞制成上小下大的锥形 活塞裙部呈椭圆形 （铝合金） 活塞 防冷敲热拉措施 活塞裙部开槽 销座孔处铸入防胀钢片 油环 活塞环 气环活塞销连杆： 作用及组成77曲轴 曲 轴 飞 轮 组带轮主轴颈 连杆轴颈 曲拐（理解记忆） 曲柄 平衡块 前端和后端正时齿轮橡胶式 扭转减震器 硅油式 摩擦片式 飞轮： 掌握飞轮的作用78
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