第二章 曲柄连杆机构

主要学习任务:1.曲柄连杆机构基础；2.机体组；3.活塞连杆组；4.曲轴飞轮组；5.曲柄连杆机构零部件检修。单元二曲柄连杆机构1学习任务一：曲柄连杆机构基础了解曲柄连杆机构的作用和构成；2•一、曲柄连杆机构作用作用：燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞作往复直线运动。经活塞销、连杆和曲轴，将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，并对外输出动力。3•二、曲柄连杆机构构成曲柄连杆机构机体组活塞连杆组曲轴飞轮组活塞连杆组曲轴飞轮组机体组41.机体组的构成认识曲柄连杆机构主要零件5认识曲柄连杆机构主要零件2.活塞连杆组构成6认识曲柄连杆机构主要零件3.曲轴飞轮组零件构成7•三、受力分析曲柄连杆机构受的力主要旋转离心力Fk，摩擦力f，往复惯性力Fj和气压力F–1、离心惯性力Fk旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与连杆轴颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。–2、摩擦力f指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。FFjFkf8–3、往复惯性力Fj活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。9–4、气压力F气压力的集中力F分解为FN和FS，FN称侧压力，它使活塞的一个侧面压向气缸壁，造成该侧磨损严重；FS经连杆传给曲柄销，分解为FR和FT，FR使连杆轴颈处受压，FT为周向产生转矩的力。10学习任务二：机体组了解机体组组成和各个零部件的作用；1112•一、气缸体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，也可称为气缸体。气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。13气缸体是装配基体，并由它来保持各运动件相互之间的准确位置关系。–1、要求：由于气缸体承受较大的机械负荷和热负荷，气缸体应有足够的强度、刚度、耐磨损和耐腐蚀–2、材料：一般采用高强度灰铸铁或铝合金铸造14–3、类型：•（1）根据气缸体与油底壳安装平面位置不同，分为平分式、龙门式、隧道式气缸体。油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。15应用负荷较大的柴油机上。结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。捷达、高尔夫、奥迪、广州标致、上海桑塔纳轿车强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。CA488,皮卡、老红旗机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。性能隧道式龙门式一般式（平分式）名称16这是哪种结构的气缸体呢17缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大高度小，总体布置方便•（2）根据气缸的排列方式，分为直列式、V形式、水平对置式特点结构18特殊气缸体的布置形式•VR形气缸体（大众专属，第三代GOLF）10.6°22mm19•W形气缸体（大众专属，奥迪A8）2021•（3）根据气缸结构型式的不同，分为干气缸套式湿气缸套式无气缸套式有气缸套式气缸无气缸套式气缸：在气缸体上直接加工出气缸，不镶嵌任何气缸套有气缸套式气缸：气缸体内镶入气缸套22名称特点优缺点干缸套外壁不直接与冷却水接触1）外壁较薄（1mm～3mm）；2）与缸孔过盈配合；3）不易漏水漏气。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。湿缸套外壁直接与冷却水接触1）外壁较厚（5mm～9mm）；2）与缸孔间隙配合；3）散热效果好；散热良好、冷却均匀、加工容易；易漏水。气缸套水套气缸体橡胶密封圈0.05～0.15mm23气缸体上的润滑油路的分布–4、气缸体的油路：241、螺栓蘸油2、（一定力矩，分多次）拧紧主轴承螺栓–5、主轴承盖螺栓的装配工艺：25装配在缸体上的发动机部件•发动机机油滤清器•发动机机油压力开关•爆震传感器•机油泵•曲轴•油底壳•气缸盖26•二、气缸盖–1、作用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。–2、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–3、材料：灰铸铁、合金铸铁或铝合金27–4、内部结构：气缸盖上有冷却水套、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机）等。2829–5、气缸盖螺栓安装顺序：（1）螺栓蘸油（2）装上气缸盖螺栓，用手带紧。（3）由中间向两边对称的顺序分多次拧紧，最后用扭矩扳手拧40NM（4）继续旋转180°30–6、气缸盖螺栓拆卸顺序：31•三、燃烧室–1、组成：由活塞顶面及气缸盖相应凹坑共同组成。–2、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。–3、类型：32名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低，结构不够紧凑，进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪33–3、类型：–多球形：是由两个以上半球形凹坑组成的。–特点：结构紧凑，火焰传播距离短，气门直径比较大。–篷形：大众2.0LFSI发动机燃烧室34•四、气缸垫–功用:保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。–要求：因接触高温、高压燃气，在使用中易被烧蚀，故耐压、耐高温、耐腐蚀，且有足够的强度和弹性。–类型：金属-石棉气缸垫（夹有金属丝或金属屑的石棉外覆铜皮制成）和全金属气缸垫（单层或多层低碳钢或铜金属片制成）。安装时注意方向35•五、气缸盖罩盖拿取位置涂胶位置●检查密封胶条的安装情况及外观质量●装配时擦净缸盖安装表面，并在前盖接缝处涂胶36•六、油底壳–作用：贮存机油，并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。–使用特点：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。37–材料：薄钢板冲压、铝合金38案例：发动机拉缸拉缸的概述所谓“拉缸”是：指气缸内壁被拉成很深的沟纹，活塞、活塞环与气缸壁摩擦副丧失密封性，从而导致气缸压缩压力降低，动力性丧失；可燃混合气下窜使曲轴箱压力增大，严重时会引起曲轴箱爆炸；润滑油上窜到气缸内引起烧机油现象发生；排气管冒烟严重；发动机不能正常工作甚至熄火。拉缸的现象391.发动机冷却系因泄漏、缺水，未能及时补充而造成发动机过热；2.活塞热变形严重或烧顶熔化；3.气缸内进入异物；4.活塞销卡圈脱落，刮伤缸壁；5.活塞环因积碳卡死在环槽内，丧失密封作用；6.活塞销外出，刮伤缸壁；7.活塞销装配过紧，引起活塞变形。拉缸的原因案例：发动机拉缸40学习任务三：活塞连杆组认识活塞连杆组的基本组成和各个零部件的作用；41一、活塞连杆组构成42MAGOTANTSI活塞连杆组43129637854345678912MAGOTANTSI活塞连杆组44129637854345678912连杆衬套活塞卡环主轴承盖活塞销活塞楔型连杆锁紧螺栓连杆盖连杆上瓦片MAGOTANTSI活塞连杆组45•二、活塞–1、作用：承受燃气压力并将此力传递给连杆、与气缸盖共同组成燃烧室。–2、工作条件：高温、高压、高速往复直线运动–3、要求：•足够强度和刚度•较小的质量•耐热的活塞顶•良好导热性和极小的热膨胀性•活塞与气缸壁间较小的摩擦因数–4、材料：常用铝合金，质量小，导热性好46–5、组成：根据所起作用的不同，可将活塞分为活塞顶、活塞头和活塞裙顶部：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。承受侧压力销座孔处制有加强筋。47（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，多用于二冲程汽油机上。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。LFL348活塞顶部装配方向和活塞的级别级别标记向前标记49气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。活塞销孔（2）活塞头部：由活塞顶到最下面一道活塞环槽之间的部分。作用：☆安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。☆防止可燃混合气漏到曲轴箱内。☆将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。50（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。裙部作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。51活塞裙部变形情况变形原因：1、热变形使销座轴线方向增大2、侧压力使活塞工作时变成长轴沿活塞销轴线方向的椭圆形。3、高温高压燃气压力使裙部弯曲变形52结合以上活塞的变形因素，哪些措施能够使活塞在工作状况（热态）下接近圆柱形，且使活塞与气缸壁间保持均匀的间隙？53（一）裙部开槽（绝热槽和膨胀槽）54（二）双金属活塞55（三）活塞销偏置（向承受做功冲程的一面偏移1~2mm）活塞销偏置时的工作情况56椭圆形裙部活塞（长轴垂直于销座孔轴线）（四）活塞冷态下形状57裙部1）镀锡油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油机）可加速磨合，自润滑。3）表面粗糙化有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。（五）裙部表面的保护58•三、活塞环–1、定义：是具有弹性的开口环，分为气环和油环。–2、工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。磨损严重，发动机零件中工作寿命最短。–3、材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）。–4、平均寿命：6万公里。59•三、活塞环–5、活塞环三隙：端隙Δ1、侧隙Δ2、背隙Δ3•（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；60•三、活塞环–5、活塞环三隙：•（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。•（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。61–6、气环（气环自由状态非圆）•6.1、气环功用：封气、导热，即防止高温、高压的燃气窜入曲轴箱，污染机油，同时将活塞顶所吸收的大部分热量传给缸壁的作用。•6.2、气环密封原理：课本35页62•6.3、安装要求：气环尽量少（2~3）；安装时切口错开（迷宫）•6.4、气环类型：636.4.1矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。矩形环泵油现象64矩形气环的泵油作用演示656.4.2锥面环：（1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜，但传热性差，不宜用于第一道气环。（2）安装注意：①锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。②锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。正确错误666.4.3扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。（1）特点：具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程，环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。（2）安装：①正扭曲内切环装入第一道环槽，反扭曲外切环装入第二、三道环槽；②注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。e676.4.4桶形环：特点：（1）环的外接触面为凸圆弧形，对活塞在气缸内摆动的适应性好，接触面积小，有利于封闭；（2）环上下运动时，均能形成楔形油膜；（3）凸圆弧表面加工较困难。686.4.5梯形环：特点：（1）当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出，避免了活塞环被粘结在环槽中而折断；（2）梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环；69气环断面形状特点总结形状特点示意图矩形环结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但有泵油作用。扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲。锥面环线接触，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封；下行时，刮油，上行时，布油以改善润滑，但传热性差。梯形环加工困难，精度要求高。桶面环外圆为凸圆弧形。70–7、油环（一般为一道，柴油机一般两道）•7.1、油环功用：刮除缸壁上多余的机油，形成均