雷鸣焕发动机曲柄连杆机构课件

曲柄连杆机构的构造与维修,学习目标,知识目标1.能够正确描述曲柄连杆机构的组成、构造和装配关系；2.能够正确叙述曲柄连杆机构主要机件的受力情况和工作原理；3.能够正确描述曲柄连杆机构的装配要求。能力目标1.会进行易损零件检测、修理或更换；2.会进行曲柄连杆机构的装配与调整；3.能对曲柄连杆机构常见故障进行分析、判断，并能排除故障。,第一节曲柄连杆机构的构造和工作原理,一、概述,1.曲柄连杆机构的组成机体组活塞连杆曲轴飞轮组,机体组,气缸盖气缸垫气缸体油底壳,活塞连杆组,活塞活塞环活塞销连杆,曲轴飞轮组,曲轴飞轮扭转减振器,2.工作条件和受力分析工作条件：高温、高压、高速、有化学腐蚀受力分析：气体作用力、往复惯性力、离心力、摩擦力、外界阻力,（1）气体作用力,作功行程气体压力,压缩行程气体压力,（2）往复惯性力与离心力,（3）摩擦力,任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在摩擦力。物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比，方向总是与物体运动的方向相反。,二、机体组,气缸体与气缸套,气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒，称为气缸。下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱，有承孔、油道、水道。气缸体的上、下表面是气缸体维修的基准。前后两个平面加工，安装正时齿轮盖和飞轮壳。,气缸的排列形式,对置式,V形式,直列式,气缸,有整体式和镶套式,气缸套的形式,干式缸套定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁较薄（13mm）；2)与刚体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。,湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁较厚（59mm）;2)散热效果好；3)易漏水漏气;4)易穴蚀。定位：1)径向靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带。2)轴向利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。密封：1)下部靠13个耐热耐油的橡胶密封圈。2)上部缸套顶面高出缸体0.050.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力，具有防止水套漏水、气缸漏气和保证缸套定位的作用。,气缸盖,1.结构气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。,燃烧室,楔形燃烧室1)气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2)有挤气冷激面，可形成挤气涡流；3)燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO排放稍高。,盆形燃烧室1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO排放较低。,半球形燃烧室：1）气门成横向V形排列，气门头部直径可以做得较大，换气好；2）火花塞位于燃烧室的中部，火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好，是高速发动机常用的燃烧室；3）CO和HC排放最少，而NO排放较高。,气缸垫,作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。构造：(1)金属石棉垫(2)金属骨架石棉垫(3)纯金属垫安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,油底壳,油底壳的主要作用贮存机油并密封曲轴箱。内有稳油挡板、放油螺塞，有的还有磁铁。,三、活塞连杆组,活塞连杆组由活塞、连杆、活塞环、活塞销和连杆等组成。,活塞,功用与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。材料汽车发动机活塞广泛采用铝合金。质量小（为铸铁活塞的50%70%）；导热性好（约为铸铁的3倍）；热膨胀系数大。组成可分为顶部、环槽部、裙部。,活塞顶部,是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：受热面积小，广泛采用。（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。（3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。（4）组合顶。,活塞环槽部,环槽部部分切有若干道用以安装活塞环的槽。,活塞裙部,为活塞运动导向和承受侧压力。其型式有（1）全裙式：裙部为一薄壁圆筒。（2）拖板式：将非承压面的裙部全部去掉。,活塞裙部变形,活塞的变形及采取的相应措施,变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。变形规律：（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁。（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁上厚下薄。（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,结构措施,（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.51.0mm。（4）裙部开绝热膨胀槽（“T”形或“”形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌入铸钢片，以减少裙部的膨胀量。,防止变形的措施,偏置销座,定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移12mm。作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。偏置销座使活塞换向分成了两步：第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,活塞环,（一）气环作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；（3）辅助刮油、布油。,活塞环的间隙,（1）端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.250.50mm。（2）侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为0.040.10mm；其他气环一般为0.030.07mm。油环一般侧隙较小，一般为0.0250.07mm。（3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。一般为0.51mm。,端隙,1气缸；2活塞环；3活塞；1开口间隙；2侧隙；3背隙,活塞环的泵油作用及危害,原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔。,活塞环的泵油,气环的断面形状,（1）矩形环结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。（2）锥形环1）特点与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；（3）扭曲环将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。,（二）油环,作用刮油，即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。类型（1）整体式：其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。,1钢片；2衬簧；3径向衬簧；4轴向衬簧；5活塞,组合式油环,活塞销,作用：连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。1.全浮式（1）定义：在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。（2）装配：销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法；将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入（热装合）。2.半浮式（1）定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动（一般固定连杆小头）。（2）装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。,全浮式半浮式,连杆,功用将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。组成连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。,连杆构造小头用来安装活塞销，以连接活塞。杆身常做成“工”字形断面。大头与曲轴的连杆轴颈连。大头一般做成分开式，即连杆大头和连杆盖。,连杆大头,（1）切口形式有平切口和斜切口两种。（2）定位方式1）连杆螺栓定位依靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于切口连杆。2）锯齿形定位依靠接合面的齿形定位。3）套或销定位依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。4）止口定位。,连杆轴承,作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。组成由钢背和减摩层组成。钢背由13mm的低碳钢制成。减摩层为0.30.7mm的减摩合金，层质较软能保护轴颈。减摩层材料（1）白合金（巴氏合金）：减摩性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减摩性能差。（3）铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。,四、曲轴飞轮组,曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、带轮、正时齿轮（或链轮）等组成。一、曲轴功用1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。2.驱动配气机构及其他附属装置。材料大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。构造曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。,1.主轴颈和连杆轴颈主轴颈是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。2.曲柄和平衡重曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩。,常用曲拐布置,1.直列四冲程四缸发动机曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720/4=180。发动机工作顺序有1-3-4-2和1-2-4-3两种。2.直列四冲程六缸发动机曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720/6=120。发动机工作顺序有1-5-3-6-2-4和1-4-2-6-3-5两种。,前端轴与后端轴,（1）作用前端轴用来安装正时齿轮、带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。有的电喷发动机还装有曲轴位置传感器和转速传感器的信号发生器。（2）前后端的密封曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。,前端后端,飞轮,功用1.贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其他三个行程，使发动机运转平稳。2.利用飞轮上的齿圈起动时传力。3.将动力传给离合器。4.克服短暂的超负荷。,飞轮,第二节曲柄连杆机构的维修,一、气缸体的修理,磨损规律,气缸磨损的测量,在活塞的全行程的上、中、下三个断面。每个断面必须测量发动机纵向和横向两条直径。气缸圆度误差。气缸圆柱度误差。,气缸的测量,曲轴主轴承孔磨损测量,曲轴主轴承的圆度误差大于0.025mm或穴蚀面积大于250mm2时，必须进行修理。,气缸盖平面变形测量,二、活塞的测量,活塞环的检测,弹力和漏光度的检查,活塞环端隙的测量,活塞环侧隙的测量,活塞环背隙的测量,活塞环的安装,三、连杆的检测,连杆弯扭的检测,连杆扭曲的校正,四、曲轴弯曲的检验,五、飞轮的检验,第三节常见故障诊断与排除,一、主轴瓦响,1.故障现象(1)当发动机转速突然变化时，有明显而沉重的连续“嘡嘡”声，并伴随气缸体产生抖动；(2)发动机的转速升高，响声增大；(3)发动机负荷变化时，响声明显。,主轴瓦响,2.故障诊断与排除方法,(1)拆下机油加注口盖，耳朵贴近机油加注口倾听，同时反复改变发动机的转速试验：突然加速或减速时，发动机出现明显钝哑沉重的“嘡嘡”响声，当用听诊器或简易听诊杆在气缸体曲轴位置察听时，响声明显。(2)利用单缸断火法试验，响声没有变化，然后将相邻两缸断火试验，如在某两缸断火后，响声明显减弱，说明这两缸之间的主轴瓦发响。,(3)使发动机高速运转，机体会产生较大的振动，机油压力偏低，说明主轴瓦间隙过大或轴承合金层脱落。(4)放尽机油，拆下油底壳后检查：如发现机油中和油底壳壁上有轴承合金屑粒，则说明轴承合金脱落，应更换新的主轴瓦，并检查主轴颈有无损伤。检查主轴承盖螺栓是否松动，如有松动，应按规定力矩拧紧。检测主轴瓦径向和轴向间隙，若间隙过大，应更换新主轴瓦。,二、连杆轴瓦响,1.故障现象(1)发动机运转中，产生一种连续而短促的“当当”声，中速运转时，响声比较明显，当突然加速时，响声随着增大；(2)发动机负荷增加时，响声随着增大；(3)发动机温度变化时，响声不随着变化。,连杆轴瓦响,2.故障诊断与排除方法,(1)使发动机怠速运转，可听到短促的“当当”声，随着转速的升高，响声会更突出，拆下机油加注口盖倾听，响声为清脆的“当当”声，说明是连杆轴瓦响。(2)利用单缸断火法试验：若某缸断火时响声减弱或消失，在复火的瞬间响声又立即出现，则可断定该缸连杆轴瓦响。,(3)放尽机油，拆下油底壳检查：发现机油中或油底壳壁上有轴承合金屑粒，说明连杆轴瓦合金层脱落，应更换新的连杆瓦，并检查连杆轴颈有无损伤；检查连杆螺栓有无松动，如有松动，应按规定力矩拧紧；若连杆螺栓不松动，用手上、下推拉连杆盖检查，如感觉旷量较大，说明连杆轴瓦磨损过甚，应更换新的连杆轴瓦。(4)检查机油压力是否过低，若属机油压力过低造成的响声，应调整油压；若属机油粘度过小造成的响声，应更换机油。,三、活塞敲缸响,1.故障现象(1)发动机在怠速或低、中速运转时，在气缸上部发出清晰、明显、有规律的“嗒嗒”声，中速以上一般减弱或消失；(2)发动机温度低时响声明显，正常工作温度下，响声减弱或消失；(3)发动机在高温、高速运转时，发出“嘎嘎”连续不断且有节奏的响声。,活塞敲缸,2.故障诊断与排除方法,(1)发动机冷车起动，即发出有节奏的“嗒嗒”声，此时应将发动机转速控制在响声最明显的范围内，在气缸体上部用听诊器或简易听诊杆听诊，若响声在怠速、冷车时明显，在高速、温度升高后减弱或消失；同时伴有从机油加注口冒烟、排气管冒蓝烟现象，则说明活塞敲缸。(2)将发动机置于响声最明显的转速上运转，逐缸进行断火试验：若某缸断火后响声减弱或消失，说明该缸活塞敲缸；若在断火后出现敲缸响声，并由间断响变成连续响，则说明活塞裙部锥度过大，使活塞头部撞击气缸壁所致。应检查并更换活塞。,(3)发动机熄火，拆下有响声气缸的火花塞或喷油器，往气缸内注入少量机油，并用手摇柄或起动机带动曲轴转动数圈，然后装上火花塞或喷油器，起动发动机。如响声在短时间内减弱或消失，过一会儿又重新出现，说明该缸活塞裙部与气缸壁的间隙过大。应检测气缸间隙，选配活塞或镗缸。(4)发动机温度低时响声不明显，在温度升高后，使发动机中、高速运转时，出现有节奏的“嘎嘎”声，温度越高，响声越大，用单缸断火试验，响声没有变化，说明连杆有变形。应检查并校正连杆。(5)发动机温度低时响声不明显，当温度升高后，发动机处于怠速运转时，出现“嗒嗒”声，机体抖动，温度越高，响声越大，说明活塞变形或活塞环开口间隙过小，造成活塞与气缸壁的配合间隙过小，致使润滑不良。应检查、更换活塞及活塞环。,四、活塞销响,1.故障现象(1)发动机在怠速或低速时，在气缸上部可听到尖锐、清脆的“嗒嗒”声；(2)发动机的转速升高，响声随着增大；(3)一般情况下，发动机温度升高，响声不减弱，在低速下急加速响声非常明显。,活塞销响,2.故障诊断与排除方法(1)发动机置于怠速下运转，然后由怠速向低速急抖节气门，响声能随着转速变化。若抖动节气门时，出现清脆而连贯的“嗒嗒”声，说明活塞销响。(2)将发动机稳定在响声比较明显的转速上，逐缸进行断火试验：若某缸断火后响声明显减弱或消失，且在复火的瞬间能立即出现或连续出现两个响声，说明该缸活塞销响。若响