第2章汽车拖拉机学

第二章曲柄连杆机构作用：将燃料燃烧的热能转换为机械能，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将能量传输出去。组成：1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组工作特点：高温、高压、高速、化学腐蚀。第一节曲柄连杆机构的受力及运动分析一、运动分析活塞组、连杆小头：上下往复运动连杆大头、杆身、连杆盖：主要做左右摆动，同时伴有上下往复运动；曲轴、飞轮：主要做旋转运动。以上各零部件均是做变速运动、周期性的。二、受力种类及受力分析1）气体作用力（主要）2）往复惯性力与离心力（主要）3）摩擦力和其它（因为较小，故分析时忽略）[e-mail]第二节机体组[e-mail]汽缸体工作条件和材料1）气缸工作条件：气缸受到高温、高压的冲击；受到腐蚀；活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等。2）材料：优质合金铸铁。但是为了降低成本，通常是机体用灰铸铁，气缸孔用优质合金铸铁，而采用气缸套。分类（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为名称性能应用一般式机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。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、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴油机上。油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。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。（2）根据冷却方式不同散热片风冷气缸体和气缸盖1、水冷2、风冷（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，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。六缸以上发动机使用高度小，总体布置方便。轿车中应用不多对置气缸式发动机（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型构造性能及应用整体式气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。（5）干缸套和湿缸套名称特点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。性能如何？气缸盖[e-mail]1、作用封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室；是配气机构的多数零件的安装机体。2、工作条件和材料1）工作条件：受到高温、高压的冲击；受到腐蚀作用。2）材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金（汽油机用）3、结构形式1）整体缸盖：一台发动机一个气缸盖。结构较紧凑，零件数目少，成本低，发动机的总长度减少；但刚性差，易变形，使得发动机的密封性下降，系列化程度差，加工报废率高；适用于缸径105mm的发动机。2）块状缸盖：2缸或2缸以上共用一个缸盖。适用于105mm缸径160mm的发动机。3)单体缸盖：一缸一个缸盖。缸径105mm可用；缸径120mm的优先采用；缸径160mm都采用。缸盖螺栓：拧紧：从中间往两边依次对角分次进行；拧松：从两边往中间依次对角进行燃烧室1）对汽油机燃烧室的要求（1）有利于提高热效率（2）有利于排气净化（3）有利于换气（4）有利于燃烧平静（5）有利于组织气流运动2）几种典型燃烧室：（1）盆型：结构简单，但不够紧凑。（2）楔型：结构简单，较紧凑，能形成挤气流，但使得HC排放增加。（3）半球型：结构紧凑，但配气机构复杂，工作较粗暴，多用于高速汽油机。[e-mail]气缸垫1．气缸衬垫的功用、其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。气缸衬垫承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液的腐蚀。气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要耐压、耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹性，以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙度和不平2金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。油底壳放油螺塞带磁性，对随着润滑油进入油底壳的铁屑进行吸附。第三节活塞连杆组活塞组：活塞、活塞环（气环、油环）、活塞销、卡环等。连杆组：连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺钉等。气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖一、活塞1、作用1）承受力、传力。2）组成燃烧室。2、工作条件（非常恶劣）三高：高温、高压、高速两难：冷却困难、润滑困难一腐蚀：受到酸性物质的腐蚀3、材料常用：铸铝合金（高硅铝合金、铝铜合金）强化发动机：高级铸铁、耐热钢（主要为了提高其强度）新型：金属陶瓷（有组合式的（陶瓷用于活塞顶部），也有整体式的）总之，对于转速较高的发动机来说，活塞材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机，现在多用灰铸铁。4、加工制造方法1）铸造2）锻造3）液态模锻5、结构1）顶部：汽油机：二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多用平顶。柴油机：有平顶、凹顶、ω形、碗形、盆型、花瓣形等。活塞顶分类结构简单、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）头部（又叫环槽部、防漏部）头部：又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环槽的部分。作用：密封、传热、传力。3）裙部：指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分。（1）作用：承受侧压力、导向。（2）裙部的椭圆变形A、原因A）沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受热膨胀后，此处的膨胀量就最大。B）在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形。C）气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向。B、预防和控制裙部椭圆变形的措施Ⅰ、尽量减少活塞的受热。Ⅱ、使活塞的侧表面形状与变形相适应。Ⅲ、对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。Ⅳ、在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。Ⅴ、采用油冷活塞。Ⅵ、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形（3）活塞销座A、作用：支承活塞销，将活塞顶部气体作用力经过活塞销传给连杆。B、活塞销偏移布置目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击气缸的噪音与磨损。（4）裙部的表面处理汽油机：常用镀锡方法柴油机：一般是磷化，还有的用涂石墨。6、活塞在气缸内的安装注意事项1）按照活塞顶部的指定标记安装（注意喷油方向、气门方向）2）同台发动机的活塞质量差不能超过10g，并与相同尺寸公差的缸盖配合。3）开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压力（主、次推力面）的一面，以免活塞在运动时划伤气缸壁。二、活塞环按照用途分为：气环和油环。汽油机：气环2～3道；油环数1道。柴油机：气环3～4道；油环数1～2道。柴油机气环数多于汽油机的原因：1）柴油机压缩比大于汽油机；2）柴油机转速低于汽油机；3）柴油机的配缸间隙大于汽油机。（一）气环1、作用1）与活塞一起密封高温高压的燃气下窜入曲轴箱。（主要）2）将活塞头部的热量传给气缸壁。3）辅助油环控制气缸壁上的润滑油。2、工作条件恶劣：活塞环（气环）是发动机零件中工作寿命最短的。总的说：高温、高压、高速、润滑困难、磨损严重等。3、材料多用合金铸铁、钢片、粉末冶金、金属陶瓷等。对于强化发动机：则用球墨铸铁，以加强环的强度和冲击韧性。第一环：条件最恶劣，所以要求表面镀铬。其余各环：镀锡或者磷化、喷石墨及硫化处理，以提高其与气缸壁的磨合性。4、密封原理第一密封面：由气环装入气缸后在自身的弹力作用下形成，为气环外缘面与缸壁接触的面。第二密封面：由下窜入上侧隙的气体压力形成，为气环的下端面与环槽下面形成。第二次密封：由下窜入背隙的气体压力形成，加强了第一密封面的密封性。5、气环的切口形状四种：1）直切口2）斜切口3）搭切口4）封闭切口6、常见气环的断面形状1）矩形断面（气环横剖面为矩形）结构简单，加工容易，成本较低，报废率少，贴合性、结合性、磨合性较差，耐磨性也较差，密封效果不好，泵机油现象严重。2）微锥面环环的磨合性和贴合性大大提高，此环多用在第二、三道上，起强化密封的作用。3）扭曲断面环正扭曲内切环（用作第二、三道环）和反扭曲锥面环（多用于第一道环上）。4）梯形环（图2-32）用于热负荷比较高的柴油机上，多用于第一道。优点：（1）抗胶结作用比较强，有自洁作用。（2）与其它环比较，提高了环的密封性。5）桶面环普遍用在强化柴油机中的第一道。特点：结构有利于润滑；对气缸的表面适应性和对活塞偏摆适应性均好，有利于密封。缺点：凸圆弧表面加工困难。6）桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。7）开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。8）顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。（二）油环1、作用1）刮掉缸壁上多余的机油，并且均匀分布缸壁上的机油。2）辅助密封。2、分类1）普通油环（整体式油环）2）组合式钢片油环(三)安装活塞环的注意事项1、活塞环装入气缸之后，环的开口间隙要适当,0.2～0.4mm。2、活塞环在环槽中的上下侧隙要适当，0.04～0.15mm。3、安装活塞环时，应将活塞环切口错开，以减少漏气。另外，切口不能朝向活塞销轴线方向。4、镀络环应装入第一环槽（外表面光亮的为第一环）。5、微锥面环、扭曲环、倒角油环上下不能装反，否则将产生将机油泵入燃烧室的危险。6、先装油环再装气环。三、活塞销（一）作用1、连接活塞与连杆小头。2、将活塞承受的气体力传给连杆。（二）材料多用低碳钢和低碳合金钢。同时要求其芯部具有一定的韧性。为了减轻质量，常将其做成空心圆柱形。（三）内孔形状1）圆柱形（加工容易，但质量较大）2）组合形（介于前后两者之间）3）两段截锥形（质量较小，但加工较难）（四）连接固定方法全浮式（常用）和半浮式。（五）活塞销的安装与拆卸将活塞加热安装和拆卸。四、连杆组基本结构（一）作用1、传力：将活塞所承受的力传给曲轴。2、转变运动形式：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。（二）工作条件主要是受力（周期性变化的气体作用力和惯性力等）（三）材料多用合金钢与优质锻钢。如40＃、45＃、40Cr等。（四）小头（五）加工：配对加工。（六）大头1、剖分形式：平剖：剖分面与连杆中心线垂直。刚性好，加工方便，对于连杆螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。多用于小型汽油机。但在装配时易出现大头碰伤气缸壁的现象。斜剖：剖分面与连杆中心线成30～60°夹角。减少了连杆大头的外形尺寸。但使得连杆螺栓不仅受到拉伸力而且还受到剪切力。多用于功率较大的发动机，比前者多用。2、定位方式平剖：利用连杆螺栓光杆部分的精确加工与连杆螺栓孔的精确配合来定位。斜剖：1)止口定位2）套筒定位3）锯齿定位3、连杆轴瓦组成：钢背和减摩合金层（作用：具有保持油膜、减少摩擦阻力和加速磨合的作用）。4、V型内燃机连杆1)并列连杆2)主副连杆3)叉片式连杆5、连杆螺栓：为标准件。材料：40Cr、35CrMo、40CrMo等。拧紧后，应安装防松装置。6、连杆大头安装注意事项1）大头与大头盖配对加工、配对安装。2）连杆螺栓的装配预紧力应符合工厂规定，并且分2～3次均匀拧紧。3）螺栓头部（或螺母）应具有防松装置（即锁紧装置），如铁丝、锁紧片、开口销、自锁螺母等。4）大头孔钻有喷孔的，其孔必须对准主承压面以保证润滑。第四节曲轴飞轮组组成：由曲轴和飞轮以及其它不同功用的零件和附件组成。一、曲轴1、作用：承受连杆传来的力，并将此力转换成绕其自身的轴线的力矩。2、结构：1）前端：正时齿轮、正时链轮、皮带轮端；车用发动机还装有曲轴扭转减震器、启动爪（中、小发动机）。2）后端：飞轮端（功率输出端）。3）曲轴轴颈、曲柄（臂）、曲柄销（连杆轴颈）、平衡重等。3、工作条件及材料工作条件：是高速旋转件，承受弯曲和扭转载荷。材料要求：刚度、强度、耐磨性要好。材料：中碳钢（45＃）或中碳合金钢（40Cr等）