汽車構(gòu)造 精品課程 第2章曲柄連桿機(jī)構(gòu)2 1概述2 2氣缸體與曲軸箱組2 3活塞連桿組2 4曲軸飛輪組 汽車構(gòu)造 精品課程 2 1概述功用把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系牧D(zhuǎn)變?yōu)榍S的扭矩 向工作機(jī)械輸出機(jī)械能 組成氣缸體與曲軸箱組 活塞連桿組 曲軸飛輪組 1 氣缸體與曲軸箱組包括氣缸體 曲軸箱 氣缸蓋 氣缸套 氣缸襯墊 油底殼等機(jī)件 2 活塞連桿組主要包括活塞 活塞環(huán) 活塞銷和連桿等機(jī)件 3 曲軸飛輪組主要包括曲軸 飛輪 扭轉(zhuǎn)減振器等機(jī)件 汽車構(gòu)造 精品課程 2 1 2受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作條件的特點是高溫 高壓 高速和化學(xué)腐蝕 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力有氣體作用力 運(yùn)動質(zhì)量的慣性力 相對運(yùn)動件接觸表面的摩擦力以及外界阻力等 一般在受力分析時忽略摩擦力 主要討論氣體作用力和慣性力 汽車構(gòu)造 精品課程 2 2 氣缸體與曲軸箱一 汽缸體1 結(jié)構(gòu)水冷式發(fā)動機(jī)的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體 稱為缸體 氣缸體上半部有若干個為活塞在其中運(yùn)動導(dǎo)向的圓柱形空腔 稱為氣缸 下半部為支承曲軸的曲軸箱 其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動空間 汽車構(gòu)造 精品課程 2 功用與要求功用 作為發(fā)動機(jī)各個機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體 承受高溫高壓氣體作用力 活塞在其中作高速往復(fù)運(yùn)動 要求 氣缸體應(yīng)具有足夠的剛度和度 氣缸內(nèi)壁經(jīng)過精加工 其工作表面的粗糙度 形狀和尺寸精度都比較高 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 氣缸的三種排列形式直列式V型對置式 汽車構(gòu)造 精品課程 二 氣缸套1 干式缸套 不直接與冷卻水接觸 是在氣缸體上壓人特殊耐磨性好的合金鑄鐵的缸套或合金鋼缸套 壁厚一般為1 3mm2 濕式氣缸套 與冷卻水直接接觸 壁厚一般為5 9mm 定位徑向定位氣缸套的外表面凸出的圓環(huán)帶軸向定位是利用上端的凸緣 密封氣缸套凸緣下面的紫銅墊片 汽車構(gòu)造 精品課程 干式缸套 濕式氣缸套 三 氣缸蓋功用 封閉氣缸上部與活塞頂部和氣缸壁共同形成燃燒室 組成 上有冷卻水套進(jìn) 排氣門座 氣門導(dǎo)管孔 進(jìn) 排氣通道 燃燒室 火花塞座孔 噴油器座孔 安裝凸輪軸的軸承座 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 燃燒室組成由活塞頂部及缸蓋上相應(yīng)的凹部空間 基本要求 1 結(jié)構(gòu)盡可能緊湊 充氣效率要高 以減小熱量損失及縮短火焰行程 2 使混合氣在壓縮終了時具有一定渦流運(yùn)動 以提高混合氣燃燒速度 保證混合氣得到及時和充分燃燒 3 表面要光滑 不易積炭 汽車構(gòu)造 精品課程 燃燒室形狀 1 楔形燃燒室結(jié)構(gòu) 簡單 緊湊 混合與燃燒 在壓縮終了時能形成擠氣渦流 因而燃燒速度較快 經(jīng)濟(jì)性和動力性較好 適用 解放CA6102型發(fā)動機(jī)采用楔形燃燒室 2 盆形燃燒室結(jié)構(gòu) 簡單 緊湊 適用 捷達(dá)EAll3型發(fā)動機(jī) 3 半球形燃燒室結(jié)構(gòu) 更緊湊 但配氣機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜 混合與燃燒 散熱面積小 有利于促進(jìn)燃料的完全燃燒和減少排氣中的有害氣體 對排氣凈化有利 適用 富康轎車發(fā)動機(jī) 汽車構(gòu)造 精品課程 楔形燃燒室 盆形燃燒室 半球形燃燒室 汽車構(gòu)造 精品課程 3 氣缸墊安置氣缸蓋與氣缸體之間 又稱氣缸床 功用填補(bǔ)氣缸體與缸蓋結(jié)合面上的微觀孔隙 保證結(jié)合面處有良好的密封性保證燃燒室的密封防止氣缸漏氣 水套漏水 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 四 油底殼作用貯存機(jī)油和封閉曲軸箱 機(jī)油散熱材料采用薄鋼板沖壓而成有的采用鋁合金鑄造而成 在底部還鑄有相應(yīng)的散熱片 以利于散熱 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 結(jié)構(gòu) 油底殼中部做得較深為保證發(fā)動機(jī)縱向傾斜時機(jī)油泵仍能吸到機(jī)油 在最深處裝有放油塞 有的放油塞是磁性的 能吸集機(jī)油中的金屬屑 以減少發(fā)動機(jī)運(yùn)動零件的磨損 油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板 防止汽車振動時油面波動過大 汽車構(gòu)造 精品課程 一 活塞1 功用 與氣缸蓋 氣缸壁共同組成燃燒室 承受氣體壓力 并將此力通過活塞銷傳給連桿 以推動曲軸旋轉(zhuǎn) 2 工作條件與性能要求 高壓足夠強(qiáng)度和硬度高溫良好耐熱性和導(dǎo)熱性高速慣性小潤滑困難良好耐磨性腐蝕性良好耐蝕性 2 3活塞連桿組主要由活塞 活塞環(huán) 活塞銷 連桿組成 Flash動畫 視頻 視頻 視頻 分解 汽車構(gòu)造 精品課程 活塞的基本構(gòu)造頂部頭部裙部 汽車構(gòu)造 精品課程 活塞頂部燃燒室的組成部分 其形狀與選用的燃燒室形式有關(guān) 平頂活塞優(yōu)點是吸熱面積小 制造工藝簡單 汽油機(jī)活塞頂部較多采用 凹頂活塞凹坑的大小還可以用來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的壓縮比 汽油機(jī)為了改善混合氣形成和燃燒而采用 凸頂活塞二沖程汽油發(fā)動機(jī)通常采用 汽車構(gòu)造 精品課程 活塞裙部指油環(huán)槽下端以下部分作用為活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動導(dǎo)向和承受側(cè)壓力 汽車構(gòu)造 精品課程 變形活塞沿軸線方向溫度分布和質(zhì)量分布都不均勻 各個斷面的熱膨脹量是上大下小 措施 活塞頭部直徑制成上小下截錐形或階梯形 活塞裙部制成上小下大的截錐形 Flash動畫 汽車構(gòu)造 精品課程 開 n 形槽或 T 形 橫槽的作用減少從頭部到裙部的傳熱 從而使裙部的熱膨脹量減少 橫槽還可兼作油孔 縱槽使裙部具有彈性 使冷態(tài)下的裝配間隙得以盡可能小 在熱態(tài)下又因切槽的補(bǔ)償作用 活塞不致在氣缸中卡死 裝配應(yīng)注意使縱槽位于作功行程中不承受側(cè)壓力的裙部面上 即從發(fā)動機(jī)前面向后看的右面 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 銷孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內(nèi) 但有些高速汽油機(jī)的銷孔中心線偏離活塞中心線平面 如教材圖2 24所示 圖中銷孔軸線向在作功行程中受側(cè)向力的一面偏移了一段距離e 一般為1 2mm 這是為了防止活塞在越過上死點時發(fā)生 敲缸 現(xiàn)象 從而降低噪聲 但這種活塞偏置的結(jié)構(gòu) 卻使裙部兩端的尖角負(fù)荷增大 引起這些部位的磨損或變形增大 這就要求活塞與缸壁的間隙盡可能地減小 Flash動畫 正置 Flash動畫 偏置 汽車構(gòu)造 精品課程 氣環(huán)又稱壓縮環(huán)作用保證活塞與氣缸壁間的密封 防止氣缸中的高溫 高壓燃?xì)獯罅柯┤饲S箱 將活塞頂部的熱量傳導(dǎo)到氣缸壁 一般發(fā)動機(jī)上每個活塞裝有2 3道氣環(huán) 油環(huán)刮油 布油 密封 2 3 2活塞環(huán) 視頻 汽車構(gòu)造 精品課程 發(fā)動機(jī)工作時 活塞 活塞環(huán)等機(jī)件都會發(fā)生熱膨脹 而活塞環(huán)在氣缸 活塞環(huán)槽內(nèi)的運(yùn)動相對較為復(fù)雜 既要與活塞一起在氣缸內(nèi)作上下運(yùn)動 徑向脹縮 還要在環(huán)槽內(nèi)作微量的圓周運(yùn)動 保證氣缸的密封性 并防止環(huán)卡死在缸內(nèi)或脹死于環(huán)槽中 安裝時 活塞環(huán)應(yīng)留有端隙 側(cè)隙和背隙 汽車構(gòu)造 精品課程 1 氣環(huán)的密封原理 活塞環(huán)隨活塞一起裝入氣缸后 便產(chǎn)生彈力戶 而緊貼在氣缸壁上 形成密封面 使燃?xì)獠荒芡ㄟ^環(huán)與氣缸的接觸面之間的間隙 汽車構(gòu)造 精品課程 2 氣環(huán)的種類 汽車構(gòu)造 精品課程 3 氣環(huán)的泵油現(xiàn)象 矩形環(huán)斷面的氣環(huán)隨活塞作往復(fù)運(yùn)動時 會把氣缸壁上的機(jī)油不斷送人氣缸中 這種現(xiàn)象稱為 氣環(huán)的泵油作用 Flash動畫 汽車構(gòu)造 精品課程 缸體 活塞 氣環(huán)的泵油示意圖 汽車構(gòu)造 精品課程 4 油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種 如圖2 32所示 汽車構(gòu)造 精品課程 一般活塞上裝有1 2道油環(huán) 采用兩道油環(huán)時 下面一道多安置在活塞裙部的下端 無論活塞下行還是上行 油環(huán)都能將氣缸壁上多余的機(jī)油刮下來經(jīng)活塞上的回油孔流回油底殼 汽車構(gòu)造 精品課程 2 3 3活塞銷功用 連接活塞和連桿小頭 將活塞承受的氣體作用力傳給連桿 工作條件 高溫承受很大的周期性沖擊載荷 潤滑條件差要求 足夠的剛度和強(qiáng)度 表面耐磨 質(zhì)量盡可能小 材料 一般用低合金滲碳鋼 15Cr或16MnCr5 高負(fù)荷發(fā)動機(jī)則采用滲氮鋼 加工 先經(jīng)表面滲碳或滲氮處理以提高表面硬度然后進(jìn)行精磨和拋光 汽車構(gòu)造 精品課程 活塞銷結(jié)構(gòu)通常做成空心圓柱體 活塞銷分類 直通圓柱形孔和圓錐形孔的活塞銷質(zhì)量較小 中間或單側(cè)封閉的活塞銷 適用于二沖程發(fā)動機(jī) 此種結(jié)構(gòu)可以避免掃氣損失 內(nèi)部有塑料芯的鋼套銷用于要求不高的汽油機(jī) 成型銷用于增壓發(fā)動機(jī) 汽車構(gòu)造 精品課程 活塞銷連接全浮式連接半浮式連接 汽車構(gòu)造 精品課程 2 3 4連桿功用將活塞承受的力傳給曲軸 推動曲軸轉(zhuǎn)動 從而使活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 連桿大頭按剖分面的方向可分為平切口和斜切口兩種 平切口連桿的剖分面垂直于連桿軸線 V形發(fā)動機(jī)由于左右兩缸的連桿裝在同一個曲柄銷上 故其結(jié)構(gòu)隨安裝布置而不同 V形發(fā)動機(jī)的連桿布置有三種形式 視頻 汽車構(gòu)造 精品課程 組成曲軸 飛輪 扭轉(zhuǎn)減振器 帶輪正時齒輪 或鏈條 2 4曲軸飛輪組 視頻 視頻 分解 汽車構(gòu)造 精品課程 2 4 1曲軸功用承受連桿傳來的力 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?然后通過飛輪輸出 驅(qū)動發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置 組成 由前端 自由端 主軸頸 曲柄 平衡重 連桿軸頸 曲柄銷 和后端 動力輸出 曲拐 由一個連桿軸頸 和它左右主軸頸組成曲拐數(shù) 取決于氣缸的數(shù)目和排列方式 直列式發(fā)動機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù) V型發(fā)動機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半 視頻 汽車構(gòu)造 精品課程 2 曲軸材料采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼 如45號鋼 或中碳合金鋼 如45Mn2 40Cr等 模鍛 為了提高曲軸的耐磨性 其主軸頸和連桿軸頸表面上均需高頻淬火或氮化 3 曲軸構(gòu)造對于四缸 六缸 八缸和十二缸發(fā)動機(jī) 如下圖2 45所示 由于曲拐是對稱布置的 往復(fù)慣性力和離心力是平衡的 從整體上看能相互抵消 但曲軸的局部確受到彎矩的作用 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 4 曲軸軸向定位為阻止車輛行駛時 離合器經(jīng)常結(jié)合與分離和帶錐齒輪驅(qū)動時施加于曲軸上的軸向力以及在上 下坡行駛或突然加速 減速出現(xiàn)的軸向力作用而使曲軸有軸向竄動的趨勢 曲軸必須有軸向定位 以保證曲柄連桿機(jī)構(gòu)的正常工作 但也應(yīng)允許曲軸受熱后能自由膨脹 曲軸作為轉(zhuǎn)動件 必須與其固定件之間有一定的軸向間隙 曲軸軸向定位是通過止推裝置實現(xiàn)的 只能有一處設(shè)置軸向定位裝置 汽車構(gòu)造 精品課程 5 曲軸徑向密封曲軸徑向密封環(huán) 安放在曲軸的自由端 前端 和飛端 作用 防止內(nèi)燃機(jī)機(jī)體內(nèi)的機(jī)油外溢和水 汽 與灰塵進(jìn)入機(jī)體內(nèi) 多曲拐的布置 常用的多缸發(fā)動機(jī)曲拐布置和發(fā)火次序如下 四沖程直列四缸發(fā)動機(jī)發(fā)火次序 發(fā)火間隔角應(yīng)180 四個曲拐布置在同一平面內(nèi) 發(fā)火次序有兩種可能的排列法1 2 4 31 3 4 2 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 四沖程直列六缸發(fā)動機(jī)發(fā)火次序發(fā)火間隔角應(yīng)為720 6 120 曲拐布置六個曲拐分別布置在三個平面內(nèi) 各平面夾角為120 曲拐的具體布置有兩種方案 第一種發(fā)火次序是 1 5 3 6 2 4 另一種發(fā)火次序是 1 4 2 6 3 5 汽車構(gòu)造 精品課程 汽車構(gòu)造 精品課程 四沖程V型八缸發(fā)動機(jī)發(fā)火次序 V型八缸機(jī)有四個曲拐 其四個曲拐布置在同一平面內(nèi) 也可以布置在兩互相錯開90