曲柄连杆机构2

第二章曲柄连杆机构本章讲述内容：功用及组成汽缸体与曲轴箱组活塞连杆组曲轴飞轮组曲柄连杆机构的维护曲柄连杆机构的检修曲柄连杆机构的故障诊断一、曲柄连杆机构的功用及组成功用：把燃气作用在活塞顶上的力转化为曲轴的转矩，向工作机械输出机械能。组成：气缸体与曲轴箱组：主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫和油底壳等；活塞连杆组：主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等；曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。曲柄连杆机构的组成框图工作条件高温：最高可达2500K以上

高压：最高可达3MPa—5MPa

高速：最高可达3000r/min—6000r/min

化学腐蚀：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。二、气缸体与曲轴箱组曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳组成气缸体：发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体－－曲轴箱，简称气缸体。气缸：气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔。气缸的工作条件：高温、高压，并且有活塞在其中做高速往复运动。气缸体气缸体的分类1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分：名称性能应用一般式（平分式）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。气缸体的分类2、根据冷却方式不同分：风冷、水冷气缸体的分类3、根据气缸的排列方式分：直列式：结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。V型：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。对置式：高度小，总体布置方便。直列式V型对置式气缸体影片气缸体的分类4、气缸套有两种结构：干式缸套和湿式缸套。干式缸套：外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。特点：强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。湿式缸套：外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。特点：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。气缸套影片气缸盖与气缸衬垫气缸盖罩气缸盖气缸垫衬垫安装火花塞气缸盖影片气缸盖功用：密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。结构：气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水套，应有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道，有燃烧室、火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机），有些还有用以安装凸轮轴的轴承孔。材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金。类型：单体气缸盖、整体气缸盖。燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳、夏利、富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达、奥迪气缸垫功用：保证燃烧室的密封。类型：①金属-石棉气缸垫；②实心金属片气缸垫；③加强型无石棉气缸垫。气缸盖的拧紧：拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按厂家规定的拧紧力矩值拧紧。铝合金气缸盖：最后必须在发动机冷态下拧紧；铸铁气缸盖：最后必须在发动机热态下拧紧。气缸垫影片油底壳功用：储存机油并封闭曲轴箱。结构、材料：薄钢板冲压而成；底部装有放油螺塞，有的螺栓带有磁性。发动机的支撑方式三点支承：前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端一点通过变速器壳支承在车架上。四点支承：前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端二点通过飞轮壳支承在车架上。三、活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖活塞功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600～700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3～5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。材料：铝合金：质量小导热性好；灰铸铁活塞应具备的特点A、刚度和强度应足够大，传力可靠。B、导热性能好，耐高压、高温、磨损C、质量较小，尽可能减少往复惯性力活塞影片活塞结构活塞基本结构分顶部、头部和裙部三部分。活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。平顶、凸顶、凹顶、成形顶平顶：结构简单、受热面积小，多用在汽油机上。凸顶：凸起呈球状、顶部强度高，有利于改善换气过程。凹顶：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。活塞顶分类活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。作用：安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。活塞销孔活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。活塞裙部的保护镀锡油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。涂石墨(柴油机）易脆断可加速磨合，自润滑。表面粗糙化有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。活塞形状工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。销座方向裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形工作时向里变形桶形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。活塞裙部变形flash动画演示开槽活塞（汽油机）绝热槽膨胀槽圆槽活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里活塞环影片气环作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。切口气环气环的泵油作用气环的泵油作用演示气环的断面形状油环刮油片轴向衬环刮油片径向衬环普通油环组合油环油环的泵油作用活塞销作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。活塞销的连接方式活塞销连杆活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。连杆作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆组件分解图连杆影片V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式连杆轴瓦连杆大头的连接形式平分式斜分式四、曲轴飞轮组曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴曲轴功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。曲轴影片曲轴的结构前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲柄曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲轴的支承方式在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。优点缺点应用全支承曲轴提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长柴油机一般多采用此种支撑方式非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小主轴承载荷较大承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式曲拐的布置一般规律各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。V型发动机左右气缸尽量交替作功。曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。四冲程四缸发动机曲拐布置四冲程四缸发动机点火顺序点火顺序：各缸完成同名行程的次序。直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置四冲程六缸发动机点火顺序曲轴扭转减振器自由扭转振动强迫扭转振动共振功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声等临界转速：发生共振时的转速皮带盘惯性盘橡胶垫减振器圆盘皮带轮毂曲轴前端功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。常用橡胶摩擦式扭转减振器飞轮功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。

飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。一缸上止点记号飞轮构造五、曲柄连杆机构的维护维护作业项目包括：测定气缸压力、清除积炭、曲柄连杆机构的检查与调整。清除积炭方法机械方法清除：根据零件的形状和部位，利用专用钢丝刷，装在电动工具上进行刷洗，或用刮刀直接刮除。化学方法清除：利用化学溶剂将积炭浸泡2～3h，靠物理或化学作用使积炭软化，然后用刷洗或擦洗法去除。曲柄连杆机构的检查与调整曲轴轴承径向间隙检查方法：专用塑料线规检查、通用量具检查、手感检视调整方法：改变轴承盖的垫片厚度曲轴轴向间隙检查方法：用撬棒将曲轴前后撬动，观察百分表表针摆动数值。调整方法：更换不同厚度的推力片进行调整六、曲柄连杆机构的检修气缸体与气缸盖的修理变形的检修气缸体与气缸盖平面度的检测：刀形样板尺和厚薄规承孔圆度和圆柱度的检测：内径量表同轴度的检测：专用量表气缸磨损的检修磨损的检查：工具：量缸表。方法：3个高度位置，纵、横2个方向，共6个部位。气缸磨损检查方法磨损检查检查内容：最大磨损量——最大测量直径与标准直径之差。圆度误差——同一高度、不同方向测量的两个直径之差的一半。圆柱度误差——不同高度、同一方向测量的两个直径之差的一半。要求：不允许超过使用极限，否则应镗磨或镶套。气缸镗磨气缸修理尺寸:3~6级七、曲柄连杆机构的故障诊断常见的异响故障有：曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞销响、活塞撬缸响、活塞环响等。诊断方法：人工直观试探法、异响诊断仪诊断法气缸的磨损是由于活塞和活塞环对气缸壁的相对运动而产生的。气缸磨损严重时，气缸的压缩压力下降，引起发动机起动困难、功率降低、耗油增多等。1．故障原因

1)润滑油中含有尘土、积炭和金属微粒，它们随机油飞溅到气缸表面，或空气滤清器滤清效果不良，使含有杂质的空气被吸人气缸内，均加速气缸的磨损。

2)发动机温度过高，造成润滑油变稀，油膜形成困难；发动机长时间低温运转，使机油黏度加大，难以进入活塞和气缸壁之间，均会造成气缸过度磨损。

3)连杆的弯或扭曲、曲轴弯曲、活塞偏磨、活塞环弹力过大等，均会使活塞在气缸中的运动走形和单位压力过大，引起气缸磨损异常。

4)汽油或冷却液漏人曲轴箱内，稀释了润滑油，降低了润滑作用而使气缸磨损过快。

5)镗磨气缸不当或气缸体变形，或曲轴的轴向窜动过大，引起气缸中心线和曲轴轴线不垂直，或活塞运动偏离气缸中心造成气缸异常磨损。

6)镗、刮削连杆大端轴承(瓦)和铰削小端衬套时，两孔中心线不平行，导致活塞装配不正，引起气缸不正常磨损。

(1)汽缸体与汽缸盖裂纹的检修汽缸体裂纹的检查一般采用水压试验法。试验时，应用专用的盖板封住汽缸体水道口，用水压机将水压人缸体水道中，要求在0．3～o．4MPa的压力下保持约5min，应没有任何渗漏现象。当镶换汽缸套(于式)时，应在镶好汽缸套后再进行一次水压试验。汽缸体在焊接修理后，也应进行水压试验。汽缸体裂纹的修理方法有黏结法、焊接法等几种。在修理中，应根据裂纹的大小、裂纹的部位、损伤的程度以及技术能力、设备条件等情况，灵活而适当地选择。汽缸盖出现裂纹一般应予以更换。

(2)汽缸体与汽缸盖变形的检修

汽缸体与汽缸盖平面发生变形可测量其平面度误差。测量时用等于或略大于被测平面全长的刀形样板尺或直尺，沿汽缸体或汽缸盖平面的纵向、横向和对角线方向多处进行测量，然后用厚薄规测量其与平面间的问隙，最大间隙即该平面的平面度误差，如图4—1所示。汽缸体与汽缸盖接合平面的平面度要求如下：铝合金气缸体一般为0.25mm，铸铁气缸体一般为0.10mm。缸盖一般不能超过0.05mm，否则应进行修理或更换。对铝合金缸盖的变形多用压力校正法修理，即：将缸盖放置在平台上，用压力机在其凸起部分逐渐加压，同时用喷灯在变形处加热至300～400℃，待缸盖平面与平台贴合后保持压力直到冷却。对铸铁气缸盖的变形一般采用磨削或铣削方法进行修理。但切削量不能过大，一般不允许超过0.5mm，否则将改变发动机压缩比。1、安装量缸表图4—3汽缸磨损的检验（1）根据汽缸直径的尺寸，选择合适的接杆装入量缸表的下端。接杆装好后，与活动伸缩杆的总长度应与被测汽缸尺寸相适。（2）校正量缸表的尺寸。将外径千分尺校准到被测汽缸的标准尺寸，再将量缸表校准到外径千分尺的尺寸，并使伸缩杆有2mm的压缩行程，旋转表盘使表针对准零位。2、测量（1）将量缸表的测杆伸入到汽缸的上部，根据汽缸磨损规律，测量第一道活塞环在上止点位置时所对应的汽缸壁厚，如图4—3所示。（2）量缸表下移，测量汽缸中部和下部的磨损。汽缸中部为上、下止点中间的位置，汽缸下部为距离汽缸下边缘l0～20mm左右处。

3、确定最大磨损气缸各汽缸的圆度和圆柱度进行比较，以最大的圆度或圆柱度作为最大磨损气缸，并以此缸为确定发动机汽缸修理尺寸的依据。汽缸圆度公差：汽油机为0．05mm，柴油机为0．065mm。汽缸圆柱度公差：汽油机为0．20mm，柴油机为0．25mm。如超出此范围，则应进行镗缸修理。4、确定发动机气缸修理尺寸以最大磨损气缸尺寸为依据，来确定发动机气缸的修理尺寸。5、汽缸的修理当汽缸磨损后，可以用修理尺寸法修复。可以对汽缸进行镗削或磨削修理（四）活塞环的检查活塞环检查的项目有检查“三隙”，检查“漏光度”和“弹力”检查。1、活塞环三隙的检查（1）活塞环侧隙是指活塞环与环槽的间隙，用塞尺检查活塞环侧隙，如图4—4所示。新活塞环侧隙应为0.02-0.05mm,磨损极限值为0.15mm。

（2）活塞环背隙是指活塞环内圆柱面与活塞环槽底部的间隙。为测量方便，通常是将活塞环装入活塞环槽内，以环槽深度与活塞环径向厚度的差值来衡量。测量时，将环落入环槽底，再用深度游标卡尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值，该数值一般为0.10～0.35mm。如图4—5所示。图4—4侧隙的检查

图4—5背隙的检查

（3）活塞环端隙是指将活塞压人气缸后，活塞开口的间隙，测量时，将活塞环垂直压进气缸约15mm处，用塞尺检查活塞环端隙，如图4—6所示所示。a)从活塞顶部把活塞环推平b)用塞尺测量端隙1-汽缸；2-活塞；3-活塞环；4-塞尺（五）曲轴的检查曲轴的检验主要有裂纹的检验、变形的检测和磨损的检测。1、裂纹的检验曲轴清洗后，首先应检查有无裂纹。检查方法有两种：一种是磁力探伤法；另一种是浸油敲击法，即将曲轴置于煤油中浸一会儿，取出后擦净表面并撒上白粉，然后分段用小锤解辂敲击。如有明湿的油迹出现，则该处有裂纹。

2、变形的检测曲轴弯曲变形的检验应以两端主轴颈的公共轴线为基准，检查中间主轴颈的径向圆跳动误差，如图4—8所示。检验时，将曲轴两端主轴颈分别放置在检验平板的V形块上，将百分表触头垂直地抵在中间主轴颈上，慢慢转动曲轴一圈，百分表指针所示的最大摆差，即为中间主轴颈的径向圆跳动误差值。该值若大于0．15mm，应予以校正；低于0．15mm，可结合磨削主轴颈时进行修正。

曲轴扭曲变形的检验可在曲轴磨床上进行，也可将曲轴两端同平面内的连杆轴颈转到水平位置，用百分表分别测量这两个连杆轴颈的高度。在同一方位上，两个连杆轴颈的高度差即为曲轴扭曲变形量。图4—8曲轴弯曲变形的检测

3、磨损的检测首先检视轴颈有无磨痕，然后利用外径千分尺测量曲轴各轴颈的