曲柄连杆机构构造与维修教案

第2章曲柄连杆机构构造与维修

教学重点

1.了解曲柄连杆机构作用与组成；

2.了解曲柄连杆机构工作条件和受力分析；

3.掌握机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组主要部件构造和装配连接关系。

教学难点

1.曲柄连杆机构主要零部件检测和维修方法；

2.曲柄连杆机构常见异响诊断与排除。

概述

2.1.1曲柄连杆机构作用、组成

1.作用：将燃气作用在活塞顶上的压力转化为曲轴旋转运动而对外输出动力。

2.组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。

2.1.2工作条件与受力分析

1. 工作条件：温度最高2500℃以上，压力最高达5～9MPa，化学腐蚀。

2. 受力分析：

1）气体作用力（图2－1所示）

2）惯性力（图2－2所示）

3）离心力（图2－2所示）

4）摩擦力

图2－1

图2－2

机体组构造和维修

2.2.1气缸体和曲轴箱

1.气缸定义：气缸体上部有一个或数个为活塞在其中运动做导向的圆柱形空腔。

2.气缸体型式：水冷式和风冷式

整体式气缸有上下两个平面，安装气缸盖和下曲轴箱。是气缸修理的加工基准。

３.气缸材料：一般采用优质灰铸铁，也有在铸铁中加入少量合金元素，为提高耐磨性，采用表面淬火和镀铑等处理工艺。

4.气缸套形式：干式和湿式

5.气缸套材料：合金铸铁或合金钢

6.气缸排列形式：单列式、V形式、对置式

7.曲轴箱结构形式：平分式、龙门式、隧道式

2.2.2气缸盖与气缸垫

1.气缸盖

1）气缸盖作用：封闭气缸上部并与气缸和活塞顶部共同构成燃烧室

2）气缸盖结构：水套、火花塞孔、进排气口等

3）气缸盖材料：灰铸铁或合金铸铁，也有是铝合金铸造.

2.气缸垫

1）气缸垫作用：密封，防止漏水，漏气

2）气缸垫材料：金属-石棉垫

3）气缸垫安装：卷边朝向易修整的接触面或硬平面

2.2.3气缸体与气缸盖的检修

1.常见损伤形式：

1）裂纹

2）变形

3）磨损

2.气缸磨损：

1）特点：不均匀磨损。气缸沿工作表面在活塞环运动区域内呈上大下小的不规则锥形磨损，磨损最大部位是活塞在上止点位置时第一道活塞环相对应的气缸壁。（图2-3所示）

2）气缸磨损原因：高温、高压、交变载荷作用，且活塞，活塞环在气缸内高速往复运动。

图2-3

3.气缸体与气缸盖检修：

1）气缸盖平面度检查：采用水压样板尺放在气缸盖下表面，用塞尺检查气缸盖的平面度。

2）气缸体与气缸盖裂纹检修：采用水压试验法。用专用盖板封住气缸体水道口，用水压机将水压入缸体水道中，在～压力下5min左右无任何渗漏现象。

3）气缸磨损测量：

（1）圆度误差：同一横截面上磨损不均匀性，在同一横截面上不同方向测得最大与最小直径差值之半。

（2）圆柱度误差：沿气缸轴线的轴向截面上磨损不均匀性，被测气缸表面任意方向所侧得的最大与最小直径差值之半。

（3）使用测量范围在50～200mm的量缸表，在气缸内三个位置上，进行横向（A向）和纵向（B向）垂直测量（图2-4）。

图2-4

4）气缸修理：

（1）定义：按修理尺寸法或镶套修复法，通过镗削或磨削加工，使气缸达到原来技术要求。

（2）方式：气缸镗削，气缸磨削，气缸激光淬火，气缸镶套。

活塞连杆组构造与检修

活塞连杆组的组成：活塞，活塞环，活塞销，连杆。

2.3.1活塞

1.作用：与气缸盖，气缸壁共同构成燃烧室，承受气压力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴。

2.材料：铝合金或高级铸铁耐热钢制成。

3.结构：

1）顶部：承受气压力，有多种形状。（图2-4）

2）头部：最下一道活塞环槽以上部位。一般有3～4道环槽。其承受气压力并传给连杆，与活塞环一起实现对气缸密封，传热给气缸壁。

3）裙部：自油环槽下端面起至活塞底面，其作用是承受侧压力和活塞往复运动导向。（图2-5）

图2-4

图2-5

4.活塞敲缸（图2-6）：

1）定义：活塞销座孔中心线位于活塞中心线平面内，当活塞在上止点改变运动方向时，由于瞬时侧压力换向，活塞与缸壁接触面突然由一侧平移至另一侧，产生活塞对缸壁敲击。

2）措施：活塞销偏置，将活塞销轴线向作功行程中受侧压力较大一侧偏移1～2mm。

图2-6

2.3.2活塞环

1.分类：气环和油环

2.作用：气环主要是密封和传热

油环是刮油和布油

3.材料：优质灰铸铁，合金铸铁，第一道环往往镀铬，提高其耐磨性。

4.活塞环三隙（图2-7）：

1）开口间隙

2）侧隙

3）背隙

图2-7

5.气环密封原理（图2-8）：

1）第一密封面：活塞环在自由状态下，其外圆直径略大于气缸内径装入气缸后，产生一定弹力F，与缸壁压紧，形成密封面.

2）第二封面：活塞环与环槽侧面密封的压紧力是气体压力，惯性力和摩擦力代数和，在作功与压缩行程时，气体压力使活塞环被压紧在环槽下侧面形成第二封面

图2-8

6.活塞环的泵油作用：由于侧隙和背隙存在，活塞下行时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下机油充入环槽下方，而当活塞上行时，环靠在环槽下方，机油挤压到环槽上方，如此反复，实现泵油（图2-9）

图2-9

7.气环断面形状

1）锥形环

2）桶形环

3）扭曲环

4）梯形环

8.扭曲环工作原理及安装

1）工作原理：活塞扭曲环装入气缸后，外侧拉伸应力合力F1与内侧压缩应力合力F2之间有一力臂e，产生扭转力偶矩M，使环外圆周扭曲成上小下大锥形，使环边缘与环槽上、下端面接触，防止活塞环窜动和泵油。

2）安装：外切口向下，内切口向上。

9.油环：

1）形式：整体式和组合式（图2-10）

2）作用：刮油及步油（图2-11）

图2-10

图2-11

2.3.3活塞销

1.作用：连接活塞与连杆小头，将活塞承受气体作用力传给连杆

2.形状：空心圆柱体

3.材料：低碳钢或低碳合金钢制造。表面渗碳处理后，精磨和抛光。

4.连接方式：

1）全浮式（活塞销在连杆衬套和活塞销座孔中都能转动）

2）半浮式（活塞销与座孔和衬套只有一处浮动）

2.3.4连杆

1.组成：杆身、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承

2.作用：将活塞承受力传给曲轴，使活塞往复运动转变为曲轴旋转运动。

3.结构：小端、杆身和大端三部分组成。

小端孔中有减磨的青铜衬套，杆身内钻有纵向的压力油通道。

大端一般制成分开式，连杆盖用螺栓紧固在大端上.连杆螺栓必须按原厂规定力矩，分2～3次拧紧。

2.3.5活塞连杆组检修

1.活塞选配

1）活塞磨损：活塞环槽磨损，活塞裙部磨损，活塞销座孔磨损。

2）活塞异常损坏：活塞刮伤，活塞顶部烧蚀。

3）活塞选配：根据气缸修理尺寸选配活塞，选用同一修理尺寸和同一分组尺寸活塞。

2.活塞环选配

1）活塞环常见损伤：磨损，弹性减弱，折断

2）活塞环漏光度检验：活塞环置于气缸内，用倒置的活塞将其推平，用一直径略小于活塞环外径的圆形板盖在环的上侧，在气缸下部放置灯光，从气缸上部观察活塞与气缸壁缝隙，确定其漏光情况。

3）检查活塞环开口间隙：将活塞环从气缸体上端压入气缸，距气缸上边缘15mm，用塞尺测量活塞环开口间隙。

4）检查活塞环侧隙：先清洁环槽，用塞尺检查活塞环侧隙。

3.连杆检修

检修项目：连杆变形检验，连杆小端衬套压装与铰削，连杆大端与下盖结合平面损伤修理。

发动机曲柄连杆机构拆装实训

2.4.1 气缸盖

曲轴飞轮组构造与维修

组成：曲轴，飞轮，扭转减震器，正时齿轮和曲轴带轮等。

2.5.1曲轴

1.作用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩并对外输出.并驱动其它辅助装置。

2.结构：前端轴，主轴颈，连杆轴颈，曲柄，平衡重和后端凸缘等。

3.支撑形式：全支撑和非全支撑。

4.曲轴平衡重作用图：

F

和F2形成力矩M1-2和F3和F4形成力矩M3-4使曲轴弯曲变形，引起主轴颈和轴承的偏磨，1

为此，在曲柄相反方向设置平衡重。

5.曲拐布置

曲轴形状和各曲拐相对位置（曲拐布置），取决于缸数，气缸排列形式和各缸工作顺序。1）直列四缸四冲程发动机曲拐布置

工作顺序有1342和1243

工作循环表（假定一缸为压缩行程上止点，绘制工作循环）

2）直列六缸四冲程发动机曲轴曲拐布置

工作顺序：153624或142635

绘制工作循环表（假定一缸为压缩行程上止点）

2.5.2飞轮

1.作用：通过储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。

2.结构：外缘上压有齿圈，便于起动发动机，刻有点火正时记号，校准点火时间。

2.5.3曲轴飞轮的检修

1.曲轴常见损伤形式：轴颈磨损，弯扭变形，裂纹。

2.曲轴检修：裂纹检验，变形检验，磨损检验。

3.曲轴弯曲检验：

以曲轴两端主轴颈的公共轴线为基准，检查中间主轴颈径向圆跳动误差.检验后，将曲轴两端主轴颈分别放置在检验平板V型块上，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，百分表指针所指示的最大摆差。

曲柄连杆机构常见异响诊断与排除

1.异响产生原因：配合件之间磨损使配合间隙增大或装配不当，产生金属敲击声。

2.异响主要种类：

（1）曲轴主承响

（2）连杆轴承响

（3）活塞销响

（4）活塞敲缸响

实验一气缸磨损检测

实验二气缸盖平面度检测

实验三曲轴检测

小结

1. 曲柄连杆机构是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

2. 曲柄连杆机构在工作中主要承受气体作用力、惯性力、离心力和摩擦力。

3. 活塞往复运动是变速运动。

4. 气缸体由铸铁或铝合金铸造。

5. 气缸排列形式有直列、V形和对置式。

6. 气缸套有的是干式，也有的是湿式。

7. 气缸盖用合金铸铁或铝合金制造。

8. 汽油机常用的燃烧室是锲形、盆形和半球形。

9. 气缸垫安装时，应将卷边朝向易修整的接触面或硬平面。

10. 气缸磨损是沿活塞环运动区域，呈上大下小的不规则锥形磨损；圆周方向形成不规则的椭圆形。

11. 圆度误差是指同一横截面上磨损的不均匀性，其数值为同一横截面上不同方向测得的最大与最小直径差值之半。

12. 圆柱度误差是指沿气缸轴线的轴向截面上磨损的不均匀性。其数值是被测气缸表面任意方向所测得的最大与最小直径差值之半。

13. 活塞裙部制成椭圆形的目的是：当活塞受热变形时，与气缸仍可保持均匀的间隙。

14. 活塞销孔采用偏离活塞中心线以降低活塞对气缸壁的拍击。

15. 气环密封气缸以防止燃烧室内的气体泄漏到曲轴箱内。

16. 油环控制气缸壁上机油的数量，以防止多余的机油窜入燃烧室。

17. 活塞环都有端隙、侧隙和背隙。

18. 活塞销有些在连杆小端衬套和活塞销孔内都是浮动的，称为全浮式；有些则是一端浮动一端固定，称为半浮式。

19. 最普遍的连杆结构形式是锻钢制造，工字形断面，小端与活塞销相连；大端与曲轴连杆轴径相接。

20. 活塞和活塞环应按同一修理尺寸选配。

21. 扭曲环装入活塞环槽时，其内切口或内倒角应朝上；外切口或外倒角应朝下。

22. 活塞环的开口位置应交错布置，同时还应避开活塞的活塞销座和膨胀槽方向。

23. 曲轴上的各曲拐的布置，取决于气缸数、气缸排列形式以及各缸工作顺序。

24. 曲轴和飞轮在制造和组装过程中要进行动平衡试验。

25. 轴承的自由弹势及轴承过盈量能使轴承和轴承孔全部接触，从而改善散热和防止轴承转动。

26. 曲柄连杆机构的常见故障有曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞销和活塞敲缸异响。