曲柄連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)造與維修綜述

2/6/2023第二章

曲柄連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)造與維修2/6/2023概述機(jī)體組的構(gòu)造與工作原理機(jī)體組的檢修活塞連桿組的構(gòu)造與工作原理活塞連桿組的檢修曲軸飛輪組的構(gòu)造與工作原理曲軸飛輪組的檢修曲柄連桿機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障診斷與排除2/6/2023目錄概述機(jī)體組活塞連桿組曲軸飛輪組2/6/2023§2-1概述一、功用 將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，再通過(guò)連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。二、組成1、機(jī)體組2、活塞連桿組3、曲軸飛輪組2/6/2023三、工作條件承受機(jī)械載荷：1、氣體壓力、慣性力、離心力、摩擦力2、汽車行駛中產(chǎn)生的沖擊力。2/6/2023§2-2機(jī)體組一、機(jī)體組組成：曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼2/6/2023二、機(jī)體組各主要部件的構(gòu)造與作用

（一）、氣缸體與曲軸箱1、氣缸體:水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱。2、氣缸體的分類：

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體簡(jiǎn)圖2/6/2023名稱性能應(yīng)用

一般式（平分式）機(jī)體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工拆卸。剛度和強(qiáng)度差。492Q汽油機(jī)，90系列柴油機(jī)。龍門式強(qiáng)度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。捷達(dá)轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負(fù)荷較大的柴油機(jī)上。油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式。（1）按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為

2/6/2023（2）根據(jù)冷卻方式不同1、水冷2、風(fēng)冷散熱片風(fēng)冷氣缸體和氣缸蓋2/6/2023（3）根據(jù)氣缸的排列方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，但發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度和高度較大?？s短了機(jī)體的長(zhǎng)度和高度，增加了剛度，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量；形狀復(fù)雜，加工困難。2/6/2023高度小，總體布置方便。對(duì)置氣缸式發(fā)動(dòng)機(jī)2/6/2023（4）整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體1、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。2、鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。類型構(gòu)造性能及應(yīng)用整體式氣缸直接鏜在氣缸體上強(qiáng)度和剛度好，能承受大負(fù)荷。成本高。鑲嵌式用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制成氣缸套，再裝到一般材料制成的氣缸體內(nèi)。降低了制造成本，便于修理和更換氣缸套，延長(zhǎng)了氣缸體的使用壽命。2/6/2023（5）干式缸套和濕式缸套名稱特點(diǎn)示意圖干式缸套外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1~3mm。濕式缸套外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5~9mm。強(qiáng)度和剛度都較好，加工復(fù)雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強(qiáng)度和剛度不如干缸套，易漏水。性能如何？2/6/2023二、曲軸箱1、概念：曲軸箱：氣缸體下部用來(lái)安裝曲軸的部分。2、結(jié)構(gòu)：上軸箱與氣缸體鑄成一體下軸箱貯存潤(rùn)滑油（油底殼）3、材料：薄鋼板沖壓桑塔納發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼2/6/2023三、氣缸蓋（一）、功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。（二）、工作條件：由于接觸溫度很高的燃?xì)?，所以承受的熱?fù)荷很大。材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金（散熱好）。2/6/2023氣缸墊氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞2/6/2023（三）、燃燒室名稱特點(diǎn)示意圖應(yīng)用半球形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納夏利富康楔形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、散熱面積小、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)北京切諾基盆形工藝性好、成本低、進(jìn)排氣效果不如半球形燃燒室捷達(dá)奧迪2/6/2023四、氣缸墊1、功用：安裝在氣缸蓋和氣缸體之間，保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水和漏油。2、材料：要有彈性、耐熱性、耐壓性（銅、鋼復(fù)合）3、安裝時(shí)注意上下方向2/6/2023§2-3活塞連桿組氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋2/6/2023（一）活塞1、功用：承受氣體壓力，并通過(guò)活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。2、工作環(huán)境： 高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達(dá)600~700K，且分布不均勻；高速，線速度達(dá)到10m/s，承受很大的慣性力?；钊敳砍惺茏罡呖蛇_(dá)3~5MPa（汽油機(jī)）的壓力，使之變形，破壞配合聯(lián)結(jié)。3、材料： 鋁合金：質(zhì)量小導(dǎo)熱性好；灰鑄鐵4、活塞應(yīng)具備的特點(diǎn)A剛度和強(qiáng)度應(yīng)足夠大，傳力可靠。B導(dǎo)熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C質(zhì)量較小，盡可能減少往復(fù)慣性力2/6/20235、結(jié)構(gòu)（1）活塞頂部功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。2/6/2023活塞頂分類形狀示意圖平頂凸頂凹頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較均勻，多用在汽油機(jī)上。凸起呈球狀、頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向作用、有利于改善換氣過(guò)程。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。2/6/2023（2）活塞頭部位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。氣環(huán)槽油環(huán)槽工作條件最惡劣，應(yīng)離頂部遠(yuǎn)些。

功能：1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸，

2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，

3、將頂部吸收的熱量通過(guò)活塞環(huán)傳給氣缸壁。作用：活塞銷孔2/6/2023（3）活塞裙部位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。作用：對(duì)活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力，防止破壞油膜。2/6/2023裙部表面的保護(hù)1）鍍錫特點(diǎn)：油膜破壞時(shí)，起潤(rùn)滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油機(jī)）特點(diǎn)：易脆斷可加速磨合，對(duì)自身潤(rùn)滑。3）表面粗糙化特點(diǎn)：有規(guī)律的粗糙化，可加速磨合，溝谷可存機(jī)油潤(rùn)滑。2/6/2023（4）活塞形狀工作時(shí)，活塞受熱膨脹，由于銷座方向的金屬材料較多，所以膨脹量較大。所以在生產(chǎn)時(shí)先將活塞制成橢圓形，短軸在銷座軸方向。銷座方向裙部受側(cè)壓力的作用，導(dǎo)致活塞發(fā)生變形工作時(shí)向里變形桶形不受壓力的部分，去掉后可以減輕質(zhì)量。制造時(shí)變形后2/6/2023開(kāi)槽活塞（汽油機(jī)）絕熱槽膨脹槽圓槽2/6/2023（二）活塞環(huán)是具有彈性的開(kāi)口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。一、工作條件：高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑極困難。平均壽命：6萬(wàn)公里二、活塞環(huán)：1、氣環(huán)作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。切口氣環(huán)活塞環(huán)安裝三隙側(cè)隙背隙端隙氣環(huán)的密封2/6/2023氣環(huán)的泵油作用氣環(huán)的泵油作用

氣環(huán)的泵油作用

2/6/2023氣環(huán)的泵油作用演示2/6/2023氣環(huán)斷面形狀：形狀特點(diǎn)示意圖矩形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng)用面廣扭曲環(huán)斷面不對(duì)稱，受力不平衡，使活塞環(huán)扭曲錐面環(huán)減少了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了表面接觸壓力，有利于磨合和密封。梯形環(huán)加工困難，精度要求高桶面環(huán)外圓為凸圓弧形2/6/20232、油環(huán)種類普通油環(huán)組合式油環(huán)示意圖刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油片2/6/2023油環(huán)的刮油作用2/6/2023（三）活塞銷1、作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。2、構(gòu)造：活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形，兩段截錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。2/6/20233、活塞銷的連接方式連桿活塞銷全浮式半浮式偏置銷座1、定義：活塞銷座朝向承受作功側(cè)壓力的一面（圖示左側(cè)）偏移1mm～2mm。2、作用：減輕活塞換向時(shí)對(duì)氣缸壁的敲擊。

3、原理：因銷座偏置，在接近上止點(diǎn)時(shí)，作用在活塞銷座軸線以右的氣體壓力大于左邊，使活塞傾斜，裙部下端提前換向。而活塞在越過(guò)上止點(diǎn)，側(cè)壓力反向時(shí)，活塞才以左下端接觸處為支點(diǎn)，頂部向左轉(zhuǎn)（不是平移），完成換向?；钊N的偏置使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一邊過(guò)渡到另一邊，減少敲缸的聲音。

2/6/2023（四）連桿1、作用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿組件分解圖2、構(gòu)造（1）、小頭：用來(lái)安裝活塞銷，以連接活塞。（2）、桿身：常做成“工”字形斷面。（3）、大頭：與曲軸的連桿軸頸相連。大頭一般做成分開(kāi)式，即連桿體大頭和連桿蓋。2/6/20233、V型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的布置形式并列式主副式叉式

（1）、并列式優(yōu)點(diǎn)：連桿可以通用，兩列氣缸的活塞連桿組運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。缺點(diǎn)：兩列氣缸軸心線沿曲軸軸向錯(cuò)開(kāi)一段距離，使曲軸長(zhǎng)度增加，剛度降低。（2）、主副連桿式

優(yōu)點(diǎn)：減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸；缺點(diǎn)：主副連桿不能互換，運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力不同。（3）、叉型連桿式

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，剛度較低。連桿大頭及連桿瓦2/6/20234、連桿軸瓦定位凸鍵油槽潤(rùn)滑減磨合金層（1）、作用：保護(hù)連桿軸頸及連桿大頭孔。（2）、組成：由鋼背和減磨層組成。鋼背由1mm～3mm的低碳鋼制成。減磨層為0.3mm～0.7mm的減磨合金，層質(zhì)較軟能保護(hù)軸頸。（3）.減磨層材料①、白合金（巴氏合金）：減磨性能好，但機(jī)械強(qiáng)度低，且耐熱性差。常用于負(fù)荷不大的汽油機(jī)。②、銅鉛合金：機(jī)械強(qiáng)度高，承載能力大，耐熱性好。多用于高負(fù)荷的柴油機(jī)。但其減磨性能差。

③、鋁基合金：有鋁銻鎂合金、低錫鋁合金和高錫鋁合金三種。1）鋁銻鎂合金和低錫鋁合金：械性能好，負(fù)載能力強(qiáng)，但其減磨性能差。主要用于柴油機(jī)。2)高錫鋁合金：具有較好的機(jī)械性能和減磨性能，廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)和汽油機(jī)。2/6/2023連桿大頭的連接形式平分式斜分式切口形式：2/6/2023§2-4曲軸飛輪組一、曲軸飛輪組的組成起動(dòng)爪正時(shí)齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪飛輪螺栓曲軸2/6/2023二、曲軸飛輪組各主要部件的構(gòu)造與作用

（一）、曲軸1、功用：把活塞連桿組傳來(lái)的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙?duì)外輸出。還用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他各種輔助裝置。2、工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。3、曲軸的分類全支承：相鄰曲拐間都有主軸頸。非全支承：相鄰曲拐間不都有主軸頸。曲軸的支承方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用全支承曲軸提高曲軸的剛度和彎曲強(qiáng)度，減輕主軸承的載荷曲軸的加工表面增多，主軸承數(shù)增多，使機(jī)體加長(zhǎng)柴油機(jī)一般多采用此種支撐方式非全支承曲軸縮短了曲軸的長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)總體長(zhǎng)度有所減小主軸承載荷較大承受載荷較小的汽油機(jī)可以采用此種方式概念：在相鄰的兩個(gè)曲拐之間都設(shè)置一個(gè)主軸頸的曲軸，稱為全支承曲軸，否則稱為非全支承曲軸。2/6/20234、結(jié)構(gòu)：前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲拐：由一個(gè)連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。曲柄（1）平衡重5、曲軸的軸向定位功用：保證曲柄連桿機(jī)構(gòu)在曲軸受軸向力時(shí)能夠正常工作。軸向定位措施：1.翻邊軸瓦2.止推片3.止推環(huán)4.止推軸承2/6/2023桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸飛輪組2/6/20236、曲拐的布置（1）一般規(guī)律1）各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠(yuǎn)些，最好是在發(fā)動(dòng)機(jī)的前半部和后半部交替進(jìn)行。3）V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右氣缸盡量交替作功。4）曲拐布置盡可能對(duì)稱、均勻以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平衡性好。2/6/2023（2）常見(jiàn)曲軸曲拐的布置1）四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐布置2/6/20232）四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序點(diǎn)火順序：各缸完成同名行程的次序。2/6/20233）直列四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐布置2/6/2023四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序2/6/2023四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器（一）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)自由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)強(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)振動(dòng)共振功率損失、曲軸扭轉(zhuǎn)變形甚至扭斷、正時(shí)齒輪產(chǎn)生沖擊噪聲等臨界轉(zhuǎn)速：發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速2/6/2023（二）扭轉(zhuǎn)減振器

皮帶盤慣性盤橡膠墊減振器圓盤皮帶輪轂曲軸前端功用：吸收曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，消減扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，力圖保持等速轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性盤便與橡膠層發(fā)生了內(nèi)摩擦，從而消耗了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，消減了扭振。橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器2/6/2023三、飛輪（一）功用：