發(fā)動機和柱塞泵典型機構設計說明

1、典型機械機構課程設計報告姓 名：XXX班 級：APXXXX班學 號：APXXXXX指導老師：XXXXX時 間：XXXXX一、典型機械機構概述1摩托車發(fā)動機1.1摩托車發(fā)動機工作原理1.2摩托車發(fā)動機組成2軸向柱塞泵2.1軸向柱塞泵工作原理2.2軸向柱塞泵組成二、典型機械機構的傳動系統(tǒng)（傳動副、摩擦副等詳細介紹）1摩托車發(fā)動機傳動系統(tǒng)2軸向柱塞泵傳動系統(tǒng)三、典型機械機構的結構特點1摩托車發(fā)動機的結構特點2軸向柱塞泵的結構特點四、關鍵零件測繪1氣缸零件的作用、功能2零件圖五、總結、典型機械機構概述1摩托車發(fā)動機1.1摩托車發(fā)動機工作原理本次拆卸的摩托車發(fā)動機是屬于四沖程發(fā)動 機，所以以下說明均是四

2、沖程原理介紹。本次研究的是活塞式單缸汽油發(fā)動機，氣缸 是直立式的，共有四個沖程，分別是：進氣沖程、 壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。1)進氣沖程180度，進氣門打開，排氣門關閉，混合氣體進入活塞從上止點移動到下止點，曲軸轉動 氣缸。2)壓縮沖程活塞由下止點移動到上止點，就是曲軸的曲柄由180°轉到360 °。在這個過程中，進氣門、排氣門關閉，氣缸混合可燃氣體被壓縮。3 )做功沖程活塞由上止點移動到下止點，即曲軸的曲柄由3600轉到540 °。在這個過程中，進氣門、 排氣門關閉，氣缸的可燃氣體膨脹做功。4)排氣沖程活塞再由下止點移動到上止點，即曲軸的曲柄由540

3、76;轉到720°。在這個過程當中，進氣門關閉，排氣門打開。缸燃燒后的廢氣經排氣門排出氣缸。1.2摩托車發(fā)動機組成無論是哪一種發(fā)動機，都必須具備一些基本的機構和系統(tǒng)， 才能完成能量的轉換，實現工 作循環(huán)，保證機械能夠長時間地連續(xù)工作，達到所需的工作要求。本次拆卸的摩托車發(fā)動機總體結構包括：兩大機構：曲柄連桿機構、配氣機構；五大系統(tǒng)：燃料供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、起動系統(tǒng)。(一) 曲柄連桿機構1. 曲柄連桿機構由氣缸體與曲軸箱組、活塞連桿組、曲軸飛輪組等三部分。(1) 氣缸體與曲軸箱組由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸墊及油底殼等組成；(2) 活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)

4、、活塞銷、連桿等組成；(3) 曲軸飛輪組由曲軸、飛輪、扭轉減振器、平衡重等組成。有的發(fā)動機將氣缸分鑄成上下兩部分，上部稱為氣缸體、下部稱為曲軸箱。2. 功用：(1) 氣缸體是發(fā)動機各機構、各系統(tǒng)的裝配基體，其本身的許多部分又分別是曲柄連桿 機構、配氣機構、燃料供給系、冷卻系和潤滑系的組成部分。(2) 氣缸蓋和氣缸體的壁共同組成燃燒室的一部分，是承受高溫、高壓的機件。它的功 用是將燃料燃燒時產生的熱量轉變?yōu)榛钊鶑瓦\動的機械能，再通過連桿將活塞的往復運動變 為曲軸的旋轉運動而對外輸出動力。（二）配氣機構組成：配氣機構由進氣門、排氣門、挺柱、推桿、搖臂、凸輪軸以及凸輪軸正時齒輪（由曲軸正時齒輪驅動

5、）等組成。功用：使可燃混合氣及時充入氣缸并及時從氣缸排出廢氣。（三）燃料供給系統(tǒng)組成：汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、空氣濾清器，進氣管、排氣管、排氣消聲 器等組成。功用：是把汽油和空氣混合成合適的可燃混合氣供入氣缸，以供燃燒，并將燃燒生成的廢氣排出發(fā)動機。（四）點火系統(tǒng)蓄電池、斷電器（與分電裝置等組合成為分電器和點火線圈、火花塞等組成：功用是保證按規(guī)定時刻及時點燃氣缸中被壓縮的混合氣。（五）冷卻系統(tǒng)水泵、散熱器、風扇、分水管、氣缸體放水閥以及氣缸體和氣缸蓋里鑄出的空腔水套等組成。功用是把受熱機件的熱量散到大氣中去，以保證發(fā)動機正常工作。（六）潤滑系統(tǒng)組成：機油泵、集濾器、限壓閥、潤滑油道

6、、機油粗濾器、機油細濾器和機油冷卻器等組 成。功用：將潤滑油供給作相對運動的零件以減少它們之間的摩擦阻力，減輕機件的磨損，并部分地冷卻摩擦零件。清洗摩擦表面。（七）起動系統(tǒng)組成；起動機8及其附屬裝置等組成，功用：用以使靜止的發(fā)動機起動并轉入自行運轉。2軸向柱塞泵2.1軸向柱塞泵工作原理軸向柱塞泵的工作原理，當電動機帶動傳動軸旋轉時，泵缸與柱塞一同旋轉，柱塞頭永遠 保持與斜盤接觸，因斜盤與缸體成一角度，因此缸體旋轉時，柱塞就在泵缸中做往復運動。以 一柱塞為例，它從0°轉到180。，即轉到上面柱塞的位置，柱塞缸容積逐漸增大，因此液體 經配油盤的吸油口 a吸人油缸；而該柱塞從180

7、6;轉到360°時，柱塞缸容積逐漸減小，因此 油缸液體經配油盤的出口排出液體。只要傳動軸不斷旋轉，泵便不斷地工作。改變傾斜元件的角度，就可以改變柱塞在泵缸的行程長度， 即可改變泵的流量。傾斜角度 固定的稱為定量泵，傾斜角度可以改變的便稱為變量泵。2.2軸向柱塞泵組成本次拆卸的斜盤式軸向柱塞泵結構圖是由：變量機構、斜盤體、壓盤、缸體外大軸承、滑履、缸體、柱塞、彈簧、傳動軸、配流盤、斜盤耐磨板、軸銷、變量活塞、絲桿和手輪。1）變量調節(jié)機構主要組成部分為調節(jié)手輪、鎖緊螺母、調節(jié)螺桿、上法蘭、下法蘭、刻度盤、變量活塞。 調節(jié)手輪的作用為通過手輪的轉動帶動調節(jié)螺桿的上下移動；調節(jié)螺桿與變量活塞

8、相連，調節(jié)螺桿上下移動時帶動變量活塞移動；鎖緊螺母作用為固定調節(jié)螺桿的上下移動， 當選定一定的 斜盤傾斜角度時，斜盤角度不會在工作過程中變化；上、下法蘭為了安裝檢測的方便；變量活 塞上有孔與斜盤上固定的凸出圓球連接，當變量活塞上下移動時，斜盤的角度發(fā)生改變；刻度盤顯示出油泵的排量。2）動力傳動機構主要組成部分是傳動軸、骨架油封傳動軸的作用是將外部動力傳送到缸體， 驅動油泵進行 工作；骨架油封的作用是保持泵體部密封性，提高油泵效率。3）泵油機構主要組成部分是泵體、泵殼、柱塞、滑靴、配油盤、回程盤、缸體、斜盤。泵體、泵殼組成油泵的部工作空間，也是缸體的安裝基體；柱塞的主要作用是通過沿缸體 柱塞孔的

9、軸向移動改變柱塞孔容積的大小， 將油液泵進泵出并增大泵出油液的壓力； 滑靴的主 要作用是連接柱塞和斜盤，當斜盤傾斜角度改變時，滑靴角度也改變，缸體轉動時，滑靴在斜 盤上滑動，將缸體的旋轉動力轉變?yōu)橹乃揭苿樱?配油盤的主要作用是提供進油和出油的 通道，將進油和出油通道嚴格區(qū)分開來； 回程盤的主要作用是固定滑靴，保持滑靴之間的相對 位置，使滑靴能平穩(wěn)的在斜盤上滑動；缸體是柱塞泵的核心責成部分，其上有柱塞孔，是柱塞 安裝的空間，也是吸油和壓油的主要部分，其殼體承受較大壓力；斜盤傾斜一定的角度，當柱 塞在上止點和下止點時，柱塞孔的體積不同；滑靴在斜盤上滑動。二、典型機械機構的傳動系統(tǒng)1摩托車發(fā)動

10、機傳動系統(tǒng)摩托車發(fā)動機的最具代表性的傳動系統(tǒng)要數曲柄連桿機構，其功用是把燃氣作用在活塞頂上的力轉變?yōu)榍S的轉矩，以向工作機械輸出機械能。其曲軸連桿機構的運動簡圖如圖所示：由簡圖可知，曲柄連桿機構有1個滑動副，3個轉動副。由自由度公 式算出：F=3n-2p=3X 3-2 X 4=1,所以曲柄連桿機構有1個自由度。由于曲柄連桿機構是在高壓下做變速運動，因此它在工作中的受力情 況比較復雜。其中有氣體作用力、運動質量慣性力、摩擦力和外界阻力等。1膨脹氣體作用力發(fā)動機在作功行程時，燃燒氣體產生的高壓作用到活塞頂部，設活塞 所受總壓力Fp，傳到活塞銷上，可以分解為 Fp1和Fp2。 Fp1通過活塞銷 傳給

11、連桿，并沿著連桿方向作用在曲柄銷上后，又分解Fa和Fb兩個力。Fa沿著曲柄方向使曲軸主軸頸與主軸承間產生壓緊力，Fb與曲柄垂直， 并對曲軸形成轉矩T,推動曲軸轉動；Fp2把活塞壓向氣壓壁，形成活塞 與缸壁間的側壓力，有使機體翻到的趨勢，故機體下部兩側應固定在車 架上。在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運動的阻力。作用在活塞 頂的氣體總壓力Fp',可以分解為FpJ和Fp?'。 F/又可以分解為Fa'和 Fb'。Fb'使曲軸主軸頸與主軸承間產生壓緊力， 對曲軸造成一個旋轉阻 力矩T'，企圖阻止曲軸旋轉。Fp?'則將活塞壓向氣缸的另一側壁。在

12、工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨活塞的位移而 變化的，再加上連桿在左右搖擺，因而作用在活塞銷和曲軸主軸頸的表 面以及二者的支承表面上的壓力和作用點不斷變化，從而造成了各種磨損的不均勻性。2. 往復慣性力與離心力活塞和連桿小端在氣缸中作往復直線運動時， 速度很高，且數值不 斷變化。當活塞從上止點向下止點運動時， 其速度變化規(guī)律是：從零開 始，逐漸增大，臨近中間達最大值，然后又逐漸減小至零。所以當活塞 向下運動時，前半行程是加速度運動，慣性力向上，以Fj表示；后半行程是減速運動，慣性力向下，以 Fj'表示。同理，當活塞向上時，前半行程 慣性力向下，后半行程慣性力向上?；钊?、活塞

13、銷和連桿小端的質量越 大，曲軸轉速越大，往復慣性力也越大。它使曲柄連桿的各零件和所有 軸頸承受周期性的附加載荷，加快了軸承的磨損。未被平衡的變化著的 慣性力傳到氣缸體后，還會引發(fā)發(fā)動機的振動。3. 摩擦力摩擦力是任何一對互相壓緊并做相對運動的零件表面之間必定存在 的，其最大值決定于上述各種力對摩擦面形成的正壓力和摩擦系數。上述各種力的作用在曲柄連桿機構和機體的各有關零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉等不同形式的載荷。為了保證工作可靠，減少磨損，在結構上必須 采取相應的措施。2軸向柱塞泵傳動系統(tǒng)動力從傳動軸傳入，傳動軸與缸體通過花鍵連接，傳動軸轉動時帶動缸體一起旋轉； 柱塞 裝在缸體上的孔

14、，能在孔轉動并沿孔的軸向移動；柱塞一端與滑靴用球面副連接，滑靴能在變 量頭（斜盤）上滑動，滑靴套在回程盤上，由于安裝在傳動軸上的彈簧力的作用，滑靴緊緊貼 在斜盤上。當有動力輸入時，傳動軸帶動缸體旋轉，柱塞跟隨缸體轉動，同時滑靴在斜盤上滑 動，柱塞在柱塞孔軸向移動，柱塞孔的容積隨著缸體轉動變化，從而完成吸油和壓油。三、典型機械機構的結構特點1摩托車發(fā)動機的結構特點摩托車發(fā)動機的主要工作機構是曲柄連桿機構，由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成。1）機體組：氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊、油底殼等氣缸體的作用除形成氣缸工作容積外，還用作活塞運動導向，其圓柱形空腔稱為氣缸。由于氣缸壁表面經常

15、與高溫高壓燃氣接觸，活塞在汽缸作高速運動并施加側壓力，以及氣缸壁 與活塞環(huán)幾活塞外圓表面之間反復摩擦， 而其潤滑條件由較差，所以氣缸體必須耐高溫、耐高 壓、耐腐蝕，還應具有足夠的剛度和強度。氣功蓋用螺柱與氣缸體-曲軸箱或氣缸體固連在一起。為了增加密封性，氣缸體和氣缸蓋之間加有氣缸襯墊。氣缸蓋的作用主要是封閉氣缸上部， 并與活塞頂部和氣缸壁共同形成燃燒 室。燃燒室有很多種形式，不同形式的燃燒室氣功蓋的結構又有所不同。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機的總體布置和機油的容 量。油底殼裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通 常放油螺塞上裝有永

16、久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損。2）活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉， 活塞頂部還是燃燒室 的組成部分。工作條件活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊际菆A柱形體， 根據不同發(fā)動機的工作條件和要求， 活塞本身的構造有各種各樣，一般將活塞這個小東西分為 頭部、裙部和活塞銷座三個部分?；钊h(huán)是用于崁入活塞槽溝部的金屬環(huán)， 活塞環(huán)分為兩種：壓縮環(huán)和機油環(huán)。壓縮環(huán)可用 來密封燃燒室的可燃混合氣體；機油環(huán)則用來刮除汽缸上多余的機油。 活塞環(huán)是一種具有較大 向外擴變形的金屬彈性環(huán)，它被裝配到剖面與其相應的環(huán)形槽

17、。 往復和旋轉運動的活塞環(huán)，依 靠氣體或液體的壓力差，在環(huán)外圓面和氣缸以及環(huán)和環(huán)槽的一個側面之間形成密封。LXBWi)m ? B肝15盤的佶構o對轉培肉bi空摒孔*）也州站樹活塞銷用來連接活塞和連桿，并將活塞承受的力傳給連桿或相反?；钊N在高溫條件下承 受很大的周期性沖擊負荷，且由于活塞銷在銷孔擺動角度不大， 難以形成潤滑油膜，因此潤滑 條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強度和耐磨性，質量盡可能小，銷與銷孔應該有適 當的配合間隙和良好的表面質量。 在一般情況下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發(fā)生彎 曲變形，可能使活塞銷座損壞。連桿中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。連桿多

18、為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構成鉸接。 連桿是發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的 旋轉運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作。它既 受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。3）曲軸飛輪組：曲軸、飛輪和扭轉減振器等曲軸是主要旋轉機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下往復運動變成循環(huán)旋轉運動。 是發(fā) 動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的， 有兩個重要部位：主軸 頸，連桿

19、頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接， 是一個典型的曲柄滑塊機構。曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤 滑.曲軸的旋轉是發(fā)動機的動力源。也是整個機械系統(tǒng)的源動力。扭轉減振器的作用是防止傳動系統(tǒng)共振，降低曲軸扭轉晃動度，提高曲軸壽命。2軸向柱塞泵的結構特點1構成吸壓油腔密閉容積的三對運動摩擦 副中，柱塞與缸體柱塞孔之間的圓柱環(huán)形間隙 加工精度易于保證；缸體與配流盤、滑履與斜 盤之間的平面縫隙采用靜壓平衡，間隙磨損后 可以補償，因此軸向柱塞泵的容積效率較高， 額定壓力可達到32MPa2）為了防止柱塞底部的密閉容積在吸、 壓油腔轉換時由于壓力突變

20、而引起的壓力沖 擊，一般在配流盤吸、壓油窗口的前端開設減 震槽（或減震孔），或者將配流盤順缸體旋轉 方向偏轉一定角度放置。開減震槽的配流盤可 使柱塞底部的密閉容積在離開吸油腔時，先通 過減振槽與壓油腔緩慢溝通，壓力漸漸上升， 然后再接通壓油腔；配流盤偏轉一定角度放置 可利用一定的封閉角度使離開吸油腔的柱塞 底部的密閉容積實現預壓縮，待壓力升高接近或達到壓油腔壓力時再與壓油腔連通。在采取上述措施之后可有緩減壓力突變，減少振動、降 低噪聲，但因為它們都是針對泵的某一旋轉方向而采取的非對稱措施，因此泵軸旋轉方向不能任意改變。如果求泵反向旋轉或雙向旋轉，則需要更換配流盤或與生產廠家聯系。3）泵壓油腔的

21、高壓油經三對運動摩擦副的間隙泄漏到缸體與泵體之間的空間后， 再經泵體 上方的泄漏油口直接引回油箱， 這不僅可保證泵體的油液為零壓， 而且可隨時將熱油帶走，保 證泵體的油液不致過熱。4）本次拆裝的斜盤式軸向柱塞泵其傳動軸兩端均由軸承直接支承，變量斜盤裝在傳動軸的前端，這樣傳動軸工作起來更穩(wěn)定。5）柱塞泵的瞬時理論流量隨缸體的轉動而周期性變化，其變化頻率與泵的轉速和柱塞數有關，由理論推導柱塞數為奇數時的脈動小于偶數時的脈動，因此柱塞泵的柱塞數取為奇數，一般為5, 7或9。四、關鍵零件測繪1氣缸零件的作用、功能氣缸體的作用除了形成氣缸的工作容積外， 還用作活塞運動導向，其圓柱形空腔稱為氣缸。由于氣缸壁表面經常與高溫高壓燃氣接觸，活塞在