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02电子教案

第二章

曲柄连杆机构的构造与维修

第一节 曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理
重 点:曲柄连杆机构组成、构造和装配连接关系 曲柄连杆机构主要零部件检测、维修、装配与调整 曲柄连杆机构常见故障原因分析、诊断和排除 难 点:曲柄连杆机构常见故障原因分析、诊断和排除

教学时数:30

一、功用、组成和工作原理
1、 功用:将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。 2、 组成: (1) 机体组 气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套和气缸垫等。 (2) 活塞连杆组 活塞、活塞环、活塞销和连杆等。 (3) 曲轴飞轮组 曲轴和飞轮等。 3、工作原理: 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,将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动,并对外输出动力。

二、工作条件与受力简析
1、 工作条件:高温、高压、高速、腐蚀。 2、 受力简析:气体作用力、运动质量的惯性力、旋转运动件的离心力、摩擦力等。 (1) 气体作用力(P21,图 2-2) (2) 往复惯性力与离心力(P21,图 2-3) (3) 摩擦力 曲柄连杆机构运动时,相对运动件互相接触的表面都存在摩擦力,摩擦力是配合表 面磨损的根源。

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第二节

机体的构造和检修

一、气缸体与曲轴箱
1.基本结构与功用 (1) 结构 ·气缸体与上曲轴箱常铸成一体,称气缸体。P22 图 2-4 ·下曲轴箱又称油底壳,主要用做贮存机油。 (2) 作用:是发动机各个机构和系统的装配机体,并由它来保持发动机各运动 件相互之间的准确位置关系。 2.气缸与气缸套 (1) 气缸――气缸体上部数个为活塞在其中运动作导向的圆柱形空腔。 (2) 气缸套――镶入气缸体圆柱形空腔,形成气缸工作表面的薄壁圆形筒。(P23 图 2-7) (3)气缸套材料和结构 材料多用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢。 气缸套有干式和湿式两种形式。 ·干式缸套不直接与冷却水接触,壁厚一般为 1mm~3mm(见 P23 图 2-9)。 ·湿式缸套则与冷却水直接接触,壁厚一般为 5mm~9mm(见 P23 图 2-9)。 ·湿式缸套有较高的配合要求。 3.气缸的排列形式 常见的有单列式(直列式)和双列式(V 型布置和对置布置)(见 P24 图 2-9)。 4.曲轴箱的形式 按曲轴轴线在上曲轴箱所处位置分为平分式、 龙门式、 隧道式三种 (见 P24 图 2-10) 。

二、气缸盖与气缸垫
1. 气缸盖 (1) 作用:封闭气缸上部并与气缸和活塞顶部共同构成燃烧室。 (2) 结构与材料:缸盖上安排有进、排气门座、气门导管孔和进、排气通道等。 并有为形成不同类型的燃烧室的相应凹坑。(见 P25 图 2-11)
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缸盖材料多采用灰铸铁或合金铸铁。 (3) 汽油机燃烧室 常见有锲形燃烧室、盆形燃烧室、半球形燃烧室三种(见 P26 图 2-12)。 2. 气缸垫 (1) 作用:保证气缸体与气缸盖结合面的密封,防止漏气、漏水。 (2) 结构与材料: 多用金属-石棉气缸垫。现转向纯金属片和耐热密封胶。

三、气缸体与气缸盖的检修
(一)气缸体与气缸盖的常见损伤 1.裂纹:多发生在进、排气门座之间的过梁处,或水道壁较薄处。 2.变形:主要有缸体、缸盖结合平面翘曲。 3.磨损:主要是气缸磨损,最大磨损位置处在第一道活塞环在上止点的部位。 (二)气缸体与气缸盖的检修 1.气缸体与气缸盖变形的检修 (1) 检测方法:用直尺放在平面上,然后用厚薄规测量直尺与平面间的间隙,即 平面度误差(P27 图 2-14)。 (2) 维修方法: a) 修理尺寸法 圆度或圆柱度误差超过允许的限度时,通过搪削和磨削加工方法,加大气 缸直径、恢复气缸正确的几何形状和配合要求,这种方法就是修理尺寸法。修 理尺寸有规定 4~6 级修理级别供选择。 气缸的修理尺寸=磨损气缸最大直径+镗磨余量(0.10~0.20mm) 计算出的修理尺寸应与修理级别相对照后,确定合适的级别。 气缸镗削量=活塞裙部最大直径-气缸最小直径+配合间隙-磨缸余量 b) 镶套修复法 当气缸直径超过最大修理尺寸时,可用过盈配合的方式镶上新的气缸套, 然后按原厂标准镗缸或磨缸,达到气缸标准技术要求,这就是镶套修复法。 (三)气缸盖的拆装
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气缸盖的拆装操作应按照一定的要求进行。 1.拧紧力矩:应用扭力扳手按要求分几次拧紧至规定值。 2. 拆装顺序:采用对称法,装配时,由中间向两端逐个对称拧紧;拆卸时顺序相反 (P31 图 2-17)。

第三节

活塞连杆组构造和检修

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等主要机件组成(P31 图 2-19)。

一、活
1.功用与工作条件



活塞用来封闭气缸,与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室,并承受气缸中气体压力, 通过活塞销和连杆传给曲轴。 活塞在工作中高速往复运动,承受高温和周期性变化的高气体压力和惯性力。 2.活塞的结构 活塞多用铝合金材料制成,也有采用高级铸铁或耐热钢制造的。 活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分(P32 图 2-20)。 ·顶部:有平顶、凹顶、成型顶三种形式(P32 图 2-21)。 ·头部:主要切有若干道用以安装活塞环的环槽(P32 图 2-21)。 ·裙部:由于受热膨胀和受热变形,故制成椭圆形(P33 图 2-22),并开有绝热和 膨胀槽(P34 图 2-23)。也有采用双金属活塞的裙部结构。 ·活塞销座用以安装活塞销(P32 图 2-20)。

二、活塞环
1.功用与工作条件 (1) 气环功用:保证活塞与气缸壁间的密封,防止气缸中的气体窜入曲轴箱;同时 还将活塞头部的热量传给气缸,还起到刮油、布油的辅助作用。 (2) 油环功用:将气缸壁上多余的机油刮回油底壳,并在气缸壁上均匀地布油,以 减小活塞、活塞环与气缸的摩擦力和磨损;也兼起密封作用。
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(3) 工作条件:在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作。 2.活塞环的结构 (1) 活塞环的三隙(P35 图 2-25): 端隙(开口间隙)Δ 侧隙(边隙)Δ 背隙Δ
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(2) 气环的结构 a)气环的密封原理:气环在自身弹力和气体压力等作用下与气缸壁、环槽上、下 侧形成第一、第二密封面(P36 图 2-26)。 b)环的泵油作用:由于侧隙和背隙的存在,当活塞上下运动时,环便产生了泵 油作用(P36 图 2-27)。 c)气环的断面形状:主要有矩形环、锥形环、梯形环、桶面环和扭曲环(P37 图 2-28)。 (3) 油环的结构 a) 油环的刮油作用(P37 图 2-30) b) 油环的结构:主要有普通油环和组合油环两种。(P37 图 2-31)

三、活塞销
1. 功用:连接活塞与连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。 2. 材料和结构: 多用低碳钢或低碳合金钢制造,先经表面渗碳处理,再进行精磨和抛光,销的内孔 形状有圆柱形、两段截锥形、二者的组合形状(P38 图 2-32)。 3. 安装形式 有全浮式和半浮式两种(P38 图 2-33)。

四、连杆
1.功用 将活塞承受的力传给曲轴,使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 2.连杆的结构 由连杆小头(小端)、杆身和连杆大头(包括连杆盖)组成。
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连杆组件还包括连杆螺栓和连杆轴承等(P39 图 2-34)。 连杆大头一般都制成分开式,有平切口和斜切口两种(P39 图 2-35)。连杆螺栓采用韧 性较高的优质合金钢或优质碳素钢锻制或冷镦成形。除拧紧作用外还起定位作用。

五、连杆轴承(小瓦)
多为分开式薄壁轴承,由钢背和减磨层两部分组成(P40 图 2-37)。 减磨层材料主要有白合金(巴氏合金)、铜铅合金和高锡铝合金三种。

六、活塞连杆组的检修
(一)活塞的选配 在发动机大修或二级维护作业中,活塞、活塞环和活塞销是作为易损件更换的,合 理选配好活塞是活塞连杆组检修的一项重要工作。 活塞的选配几项注意要点: 1. 选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。 2. 同一发动机必须选用同一厂牌的活塞。 3. 在选配的成套活塞中,尺寸差和质量差应符合要求。 见图示部分发动机活塞的分组与气缸的直径(P41 表 2-1) (二)活塞环的选配 1. 以气缸的修理尺寸为依据,同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同 的活塞环。 2.不更换活塞,只更换活塞环时,应选配与气缸同一级别的活塞环,禁用加大一级 环。 3. 新更换环的漏光度、三隙应符合原厂规定。 (三)活塞销的选配 1. 同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销. 2. 销表面无锈蚀;表面粗糙度、圆柱度符合规定。 3. 全浮式活塞销与销座的配合符合公差要求。

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(四)连杆组的检修 1.连杆变形的检验 连杆主要有弯曲、扭曲、等变形,可通过连杆校验仪(P44 图 2-40)检验和连杆校 正器(P45 图 2-43,2-44)校正。 2.连杆衬套的修复 在更换活塞销的同时,必须更换连杆小头孔中的衬套。 操作工艺是: 压出旧衬套?压入新衬套?铰削衬套?试配?修刮。 (五)活塞连杆组的组装 1. 活塞与连杆的装配(热装合,注意两者的缸序和安装方向,不得错乱。一般都标 有装配标记)(P47 图 2-48)。 2. 安装活塞环(注意各道环的类型和规格,其组合方式和安装方向要按该型号发动机说 明书要求进行,各道气环的端隙位置要按规定错开)。

第四节

曲轴飞轮组构造和检修
一、曲轴

1.功用与工作条件 (1) 功用:是把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩并对外输出;同时还用来 驱动发动机的配气机构和其他各种辅助装置。 (2)工作条件:承受周期性变化的气体压力、往复惯性力和离心力,以及自身旋转 时受转矩和弯矩的共同作用。 2.结构与平衡 (1) 结构:曲轴由前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重和后端凸缘等部分 组成(P48 图 2-51)。 (2) 平衡布置: 为了平衡连杆大端、连杆轴颈和曲柄等产生的离心力及其力矩,以及往复惯性力, 使发动机运转平稳,须对曲轴进行平衡。(P49 图 2-53a)方法是设置平衡重或采用 平衡轴(P49 图 2-53b,P59 图 2-54)。 3.曲轴前后端的密封和轴向定位
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(1) 前、后端密封 在前端多装有甩油盘和油封(P59 图 2-55)。 在后端装有甩油盘、自紧或填料油封、回油螺纹等封油装置(P51 图 2-56)。 (2) 曲轴的轴向定位 曲轴在旋转时由于各种力的作用,有轴向窜动的可能。故设有止推片进行轴向定 位(P51 图 2-55)。 4.曲拐的布置 各曲拐的相对位置取决于缸数、气缸的排列形式和各缸工作顺序。 (1) 直列四缸四冲程发动机曲轴曲拐的位置和工作顺序(P51 图 2-57,表 2-3)。 (2) 直列六缸四冲程发动机曲轴曲拐的位置和工作顺序(P51 图 2-58,表 2-4)。 (3) V 型八缸四冲程发动机曲轴曲拐的位置和工作顺序(P51 图 2-59,表 2-5)。 5.扭转减振器 用于消减曲轴的扭转振动, 常用橡胶式、 摩擦式扭转减振器 (P53 图 2-60、 2-61) 。

二、飞轮
1. 功用: 通过贮存和释放能量来提高发动机运转的均匀性和改善发动机克服短暂的 超负荷能力,并负责将发动机的动力传给离合器。 2. 结构:轮缘宽厚的圆盘,外缘压有起动时用的齿环(P48 图 2-50) 飞轮与曲轴装配后应进行动平衡。

三、
(一)曲轴的检修 1.曲轴的常见损伤

曲轴飞轮组的检修

(1) 轴颈的磨损。在长期工作中,主轴颈和连杆轴颈会出现均匀磨损、擦伤和缺 机油烧瓦后引起轴颈表面烧灼伤。 (2) 曲轴的弯扭变形。由于使用和修理不当,在弯矩和转矩作用下曲轴会发生弯 曲和扭曲变形。 (3) 曲轴的断裂。由于曲轴变形和修磨不慎使曲轴曲柄与轴颈之间的过渡圆角处 以及油孔处产生应力集中,从引起该部位裂纹或断裂。 2.曲轴的检修
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(1) 裂纹的检修。采用磁力探伤器或染色渗透剂进行裂纹的检验。若检验出裂纹, 一般应报废更换。 (2) 曲轴弯曲的检修。 a) 检验:主要检查曲轴中间主轴颈的径向圆跳动误差(P55 图 2-62) b) 校正:多采用冷压校正(P55 图 2-63) (3) 曲轴扭曲变形的检修。 a) 主要检查同一方位上两个连杆轴颈在水平位置时的高度差。 b) 校正:轻微扭曲可直接在曲轴磨床上结合对连杆轴颈磨削时予以修正,一 般采用液压扳杆扭转校正法, 并结合火焰局部加热。 扭曲严重应更换曲轴。 (4) 曲轴轴颈磨损的检修。 a) 检验:主要检查轴颈的圆度和圆柱度误差。 b) 修复:按修理尺寸进行光磨。 (二)飞轮的检修 1. 齿圈的更换 2.飞轮工作平面的修整 3. 曲轴、飞轮、离合器总成组装后的动平衡试验 (三)曲轴轴承的选配 1. 常见损伤:表面耐磨合金的磨损、疲劳剥落、粘着咬死等。 2. 选配 (1) 选择轴承内径。 (2) 检验轴承钢背质量。 (3) 检验轴承自由弹开量(P57 图 2-64a)。 (4) 检验轴承的高出量(P57 图 2-64b)。 (5) 轴承径向间隙的检验(P58 图 2-65,2-66,2-67)。 (6) 轴承轴向间隙的检验 用撬棒将曲轴移动靠紧一侧,然后用厚薄规测量另一侧的间隙。间隙的调整 通过调换不同厚度的止推垫片进行。

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