曲柄连杆机构讲义.pptx
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1、(三)工作条件 高温高温:最高可达:最高可达 2500K2500K以上以上 高压高压:最高可达:最高可达 5MPa5MPa9MPa9MPa 高速高速:最高可达:最高可达 3000 r/min3000 r/min6000 r/min6000 r/min 化学腐蚀化学腐蚀:可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。:可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。第1页/共96页(四)受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力Fp,往复惯性力Fj,旋转离心力FC 和摩擦力F。FpFjFCF第2页/共96页1 1、气压力:气压力气压力:气压力 的集中力的集中力FpFp分解为侧分解为侧压力压力FpFp1 1和和FpFp2 2
2、,FpFp1 1分解为分解为F FR R和和F FS S,F FR R 使曲使曲轴主轴颈处受压,轴主轴颈处受压,F FS S为周向产生转矩的力。为周向产生转矩的力。(1)(1)作功行程:侧压力作功行程:侧压力 Fp1Fp1向向左,活塞的左侧面压向气缸左,活塞的左侧面压向气缸壁,左侧磨损严重壁,左侧磨损严重 Fp2Fp1 FpFRFSFp1 第3页/共96页(2)压缩行程:侧压力FP2向右,活塞的右侧面压向气缸壁,右侧磨损严重。FP2FPFP1FRFS第4页/共96页2 2、往复惯性力往复惯性力P Pj j:从上止点向下止点运动,活塞在:从上止点向下止点运动,活塞在上半行程时,惯性力都向上,下半
3、行程时,惯性力都上半行程时,惯性力都向上,下半行程时,惯性力都向下。向下。在上下止点活塞运动方向改变,速度为零,加速度最在上下止点活塞运动方向改变,速度为零,加速度最大,惯性力也最大;在行程中部附近,活塞运动速度大,惯性力也最大;在行程中部附近,活塞运动速度最大,加速度为零,惯性力也等于零。最大,加速度为零,惯性力也等于零。Pj第5页/共96页3 3、离心惯性力离心惯性力P PC C:旋转机件的圆周运动产生离心:旋转机件的圆周运动产生离心惯性力,方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承惯性力,方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损,也引起发动机振动而传到机体外。与周颈的磨损,也引起发动机
4、振动而传到机体外。Pc3、离心惯性力PC:第6页/共96页4 4、摩擦力、摩擦力F F:指相互运动件之间的摩擦力,它是造:指相互运动件之间的摩擦力,它是造成配合表面磨损的根源。成配合表面磨损的根源。F4、摩擦力F:第7页/共96页五、总结:五、总结:偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转,产生旋转惯性力,其方向沿曲柄半轴轴线旋转,产生旋转惯性力,其方向沿曲柄半径向外。径向外。曲轴转速愈高,往复惯性质量和旋转惯性质曲轴转速愈高,往复惯性质量和旋转惯性质量愈大,则往复惯性力与离心力愈大,惯性力使量愈大,则往复惯性力与离心力愈大,惯性力使曲柄连杆机
5、构的各零件和所有轴颈(轴承)受周曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈(轴承)受周期性变化的附加负荷,加快磨损。若不加以平衡,期性变化的附加负荷,加快磨损。若不加以平衡,惯性力传到气缸体外,引起发动机的振动。惯性力传到气缸体外,引起发动机的振动。曲柄连杆机构(包括机体组)各有关零件受曲柄连杆机构(包括机体组)各有关零件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。第8页/共96页机体组组成:机体组组成:曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸气缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳气缸盖罩气缸盖罩2.2 2.2 机机 体体 组组气缸盖罩垫圈气缸盖罩垫圈第
6、9页/共96页气缸体气缸体:发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体,称: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。为气缸体曲轴箱,简称气缸体。(一)功用(一)功用:气缸体上半部有若干个为活塞在其中: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。运动导向的圆柱形空腔。1 1、内腔、内腔 (1 1)形成气缸工作容积;)形成气缸工作容积;(2 2)活塞运动导向。)活塞运动导向。2 2、外腔、外腔 (1 1)各机构和系统的装配基体;)各机构和系统的装配基体;(2 2)散热。)散热。一、气缸体气缸体第10页/共96页(三)材料和工艺:(三)材料和工艺:1 1、材料、材料 (1 1
7、)气缸套:优质合金铸铁或合金钢)气缸套:优质合金铸铁或合金钢 (2 2)气缸体:灰铸铁或铝合金)气缸体:灰铸铁或铝合金2 2、气缸工作表面制造工艺(、气缸工作表面制造工艺(2 2级加工精度)级加工精度)(1 1)精镗)精镗(2 2)珩磨(网纹状)珩磨(网纹状)1 1、改善磨合条件,磨合改善磨合条件,磨合 2 2、避免拉缸(金属熔着磨损)避免拉缸(金属熔着磨损)时间短时间短 (二)要求:二)要求:1 1、耐高温、高压、耐高温、高压 2 2、耐磨损、耐磨损 3 3、耐腐蚀、耐腐蚀 4 4、足够的刚度和强度、足够的刚度和强度第11页/共96页(三)(三)气缸体结构分类:气缸体结构分类:(a a)一般
8、式(b b)龙门式(c c)隧道式(a a)曲轴轴线与气缸曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上体下表面在同一平面上 。优点是制造方便,质优点是制造方便,质量轻,高度低,但刚度量轻,高度低,但刚度低,适用于汽油机。低,适用于汽油机。(b)(b)油底壳安装油底壳安装平面低于曲轴的平面低于曲轴的旋转中心旋转中心(c)(c)气缸体上曲气缸体上曲轴的主轴承孔轴的主轴承孔为整体式为整体式1 1、按气缸体结构形式分为:按气缸体结构形式分为:第12页/共96页名名 称称性性 能能应应 用用一般式一般式机体高度小、重量轻、机体高度小、重量轻、结构紧凑,便于加工拆结构紧凑,便于加工拆卸。刚度和强度差。卸。刚度和强度
9、差。492Q492Q汽油机,汽油机,9090系列柴油机。系列柴油机。龙门式龙门式强度和刚度较好。工艺强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工性差、结构笨重、加工困难。困难。捷达轿车、富捷达轿车、富康轿车、桑塔康轿车、桑塔纳轿车纳轿车隧道式隧道式结构紧凑、刚度和强度结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴负荷较大的柴油机上油机上 。性能与应用比较性能与应用比较第13页/共96页 2 2、按冷却方式分:、按冷却方式分:(1 1)水冷式:气缸体内铸有冷却水套)水冷式:气缸体内铸有冷却水套 (2 2)风冷式:气缸体外铸有散热片)风冷式
10、:气缸体外铸有散热片水冷发动机和气缸盖风冷发动机的气缸体和气缸盖散热片散热片冷却水冷却水冷却水冷却水第14页/共96页3 3、按镶缸套方式分:、按镶缸套方式分:(1 1)干式缸套:)干式缸套:图(图(a a)所示,)所示,不直接与冷却水接触,薄壁不直接与冷却水接触,薄壁(1-31-3mmmm),过盈压配在气缸体内孔中。),过盈压配在气缸体内孔中。优点优点 :密封性好,气缸体刚性好,缸心距小,曲轴不易变形。:密封性好,气缸体刚性好,缸心距小,曲轴不易变形。缺点:缺点:a a、制造成本增加:制造成本增加:气缸体内孔、缸套外气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工,且薄壁缸套刚性差,加工圆亦需精加工,且薄壁缸
11、套刚性差,加工装夹时易变形。装夹时易变形。b b、热负荷增加:热负荷增加:缸套外圆与气缸体内孔理缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触,但加工误差使之不可能论上是完全接触,但加工误差使之不可能完全接触,因而散热面积小,影响缸套散完全接触,因而散热面积小,影响缸套散热,必然使缸套、活塞等热负荷严重。热,必然使缸套、活塞等热负荷严重。c c、气缸体铸造工艺性差:气缸体铸造工艺性差:水套封闭,去渣困难。水套封闭,去渣困难。气缸套水套气缸体图 2-6 2-6(a a)干式气缸套第15页/共96页(2 2)湿式缸套:)湿式缸套:气缸体水套敞开,缸套与冷却水直接接气缸体水套敞开,缸套与冷却水直接接触,薄厚(
12、触,薄厚(5-9mm5-9mm),缸套下端带橡胶封水圈,气缸套外圆),缸套下端带橡胶封水圈,气缸套外圆上大,下小(因为气缸套下端带上大,下小(因为气缸套下端带1-31-3道橡胶封水圈),且上道橡胶封水圈),且上端与气缸体内孔配合紧,下端配合松,以方便推入气缸体端与气缸体内孔配合紧,下端配合松,以方便推入气缸体内孔。内孔。湿式缸套压配在气缸体内孔时,湿式缸套压配在气缸体内孔时,上部凸肩顶面高出气缸体顶面上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05-0.05-0.15 0.15 mmmm,这样紧固缸盖时,可将缸,这样紧固缸盖时,可将缸垫压得更紧,以密封燃气。垫压得更紧,以密封燃气。优点:优点:气缸套冷却好;
13、制造成本气缸套冷却好;制造成本低;气缸体铸造工艺性好。低;气缸体铸造工艺性好。缺缺点:点:气缸体刚性差,容易变形,气缸体刚性差,容易变形,易漏气、漏水;缸心距增加,曲轴易易漏气、漏水;缸心距增加,曲轴易变形;气缸套外圆表面易产生穴蚀现变形;气缸套外圆表面易产生穴蚀现象,常见涂漆。象,常见涂漆。0.050.050.050.05 0.150.150.150.15mmmm气缸套水套气缸体橡胶封水圈图 2-6 2-6(b b)湿式气缸套(轴向定位)(径向定位)(径向定位)第16页/共96页4 4、根据气缸的排列方式分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
14、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型对置式第17页/共96页5 5、整体式气缸体和镶嵌式气缸体、整体式气缸体和镶嵌式气缸体(1)(1)、整体式气缸体:气缸直接镗在气缸体上。、整体式气缸体:气缸直接镗在气缸体上。(2)(2)、镶嵌式气缸体:气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。、镶嵌式气缸体:气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型类型构造构造性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气气缸直接镗在气缸体上缸体上强度和刚度好,能强度和刚度好,能承受大负荷。成本高。承受大负荷。成本高。镶嵌式镶嵌式用耐磨优质材用耐磨优质材料制成气缸套,再料制
15、成气缸套,再装到一般材料制成装到一般材料制成的气缸体内。的气缸体内。降低了制造成本,降低了制造成本,便于修理和更换气缸套,便于修理和更换气缸套,延长了气缸体的使用寿延长了气缸体的使用寿命。命。第18页/共96页气缸盖罩气缸盖罩气缸盖气缸盖气缸垫气缸垫衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞二、气缸盖与气缸垫第19页/共96页(一)气缸盖(一)气缸盖1 1、组成:、组成:气缸盖上应有进、排气门座及气门导管气缸盖上应有进、排气门座及气门导管 和进、排气门通道等。和进、排气门通道等。2 2、作用:、作用:(1 1)密封气缸上部;)密封气缸上部;(2 2)构成燃烧室(与气缸壁、气缸垫和)构成燃烧室(与气缸壁、气缸
16、垫和 活塞顶一起);活塞顶一起);(3 3 3 3)构成供给系中进、排气系统及冷却构成供给系中进、排气系统及冷却 系、润滑系的一部分(铸有进、排系、润滑系的一部分(铸有进、排 气通道及冷却水套或散热片、润滑气通道及冷却水套或散热片、润滑 油道)。油道)。3 3、要求:、要求:(1 1)耐高温、高压;)耐高温、高压;(2 2)耐腐蚀;)耐腐蚀;(3 3 3 3)足够的刚度和强度。足够的刚度和强度。第20页/共96页(2 2)灰铸铁或合金铸铁:)灰铸铁或合金铸铁:(大部分柴油机)(大部分柴油机)a a、刚度、强度高;刚度、强度高;b b、耐高温;耐高温;c c、导热性差导热性差:缸盖底面鼻梁区易开
17、裂;缸盖底面鼻梁区易开裂;d d、质量重。质量重。4 4、材料:、材料:(1 1)铝合金压铸:)铝合金压铸:(汽油机及少数柴油机)(汽油机及少数柴油机)a a、质量轻、导热性好;质量轻、导热性好;b b、铸造流动性好(风冷发动机散热片铸造容易);铸造流动性好(风冷发动机散热片铸造容易);c c、刚度低刚度低:易变形易变形导致漏气漏水;导致漏气漏水;d d、强度低强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛;气缸盖螺栓孔易拉毛;e e、不耐高温不耐高温:超过超过350350 C C,强度急剧降低。,强度急剧降低。第21页/共96页5、燃烧室、燃烧室v结构尽可能紧凑,冷却结构尽可能紧凑,冷却面积小,以减少热量损面积
18、小,以减少热量损失及缩短火焰行程。失及缩短火焰行程。v使混合气在压缩终了时使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动,具有一定的涡流运动,以提高混合气燃烧速度,以提高混合气燃烧速度,保证混合气得到及时和保证混合气得到及时和充分燃烧。充分燃烧。燃烧室燃烧室形状对发动机的工作影响很大形状对发动机的工作影响很大。(1)要求:第22页/共96页汽油机燃烧室形状汽油机燃烧室形状第23页/共96页燃烧室比较燃烧室比较名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程段、结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、燃烧速率高、热损失小、热效率高热效率高桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康楔形楔形结
19、构简单、紧凑、散热结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少;火面积小、热损失少;火花塞置于燃烧室最高处,花塞置于燃烧室最高处,火焰传播距离长火焰传播距离长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、进工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃排气效果不如半球形燃烧室烧室492第24页/共96页(二)气缸垫(二)气缸垫1 1、作用:、作用:密封密封燃气燃气冷却水、机油冷却水、机油2 2、要求、要求:(1 1)一定的强度要求)一定的强度要求(2 2)耐热、耐腐蚀)耐热、耐腐蚀(3 3)一定的弹性)一定的弹性a a、密封密封 (变形以补偿结合面的不平度)(变形以补偿结合面的不平度)b b、能重复使用能重复使用
20、(在一定公差内)在一定公差内)3 3、材料与结构:、材料与结构:金属金属-石棉气缸垫;石棉气缸垫;实心金属片气缸垫;实心金属片气缸垫;加强型无石棉气缸垫。加强型无石棉气缸垫。第25页/共96页安装注意:安装注意:金属皮的金金属皮的金属属石棉垫,缸石棉垫,缸口金属卷边一面口金属卷边一面应朝向易修整接应朝向易修整接触面或硬平面。触面或硬平面。因卷边一面会对因卷边一面会对与其接触的平面与其接触的平面造成压痕变形。造成压痕变形。光滑面朝向气缸光滑面朝向气缸体。体。第26页/共96页4 4、气缸盖螺栓的拧紧次序:、气缸盖螺栓的拧紧次序:必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行,最后必须由中央对称地向四
21、周扩展的顺序分几次进行,最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧,一则保证密封一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧,一则保证密封性,二则避免损坏气缸垫,三则保证压缩比的一致性。铝性,二则避免损坏气缸垫,三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧,合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧,丰田佳美3S-FE3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序这样,发动机热这样,发动机热起来时会增加密封性,起来时会增加密封性,因为铝合金气缸盖的热因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢螺栓的大;铸膨胀比钢螺栓的大;铸铁气缸盖则一般在发动铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧,因机热车
22、时最后拧紧,因为装配时拧紧的螺栓在为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久发动机工作初始后不久会松弛。会松弛。第27页/共96页三、油底壳三、油底壳1 1、作用:储存机油并密封曲轴箱。、作用:储存机油并密封曲轴箱。2 2、要求:(、要求:(1 1)结合面平整,密封性好)结合面平整,密封性好 (2 2)刚性好,避免振动、机械噪声过大)刚性好,避免振动、机械噪声过大 (3 3)散热性好)散热性好3 3、材料与结构:、材料与结构:材料:低碳合金钢板或铝合金冲压而成;材料:低碳合金钢板或铝合金冲压而成;结构:为了加强油底壳内机油的散热,油底壳底部铸有结构:为了加强油底壳内机油的散热,油底壳底部铸有散热
23、肋片。油底壳形状后部一般做得较深,以便发动机纵向散热肋片。油底壳形状后部一般做得较深,以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板,避免油面波动太倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板,避免油面波动太大,大,机油泵吸进气泡,供油不机油泵吸进气泡,供油不桑塔纳轿车油底壳结构畅。油底壳底部装有磁性放畅。油底壳底部装有磁性放油塞,吸集机油中的金属屑,油塞,吸集机油中的金属屑,减少磨损。减少磨损。第28页/共96页气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖2.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组 连杆衬套定位套筒活塞销卡簧第29页/共96页组成组成:活塞、活塞环、活塞销、连杆:活塞、活塞环、活塞销、
24、连杆1 1、作用:、作用:(1 1)构成燃烧室;)构成燃烧室;(2 2)传递动力。)传递动力。2 2、要求:、要求:铝合金(质量小,导热性好);灰铸铁一、活塞一、活塞活塞应具备的特点活塞应具备的特点A A、刚度和强度应足够大,传力可靠。、刚度和强度应足够大,传力可靠。B B、导热性能好,耐高压、高温、磨损。、导热性能好,耐高压、高温、磨损。C C、质量较小,尽可能减少往复惯性力。、质量较小,尽可能减少往复惯性力。第30页/共96页3 3、材料与工艺:、材料与工艺:(1 1)材料:)材料:a a、共晶共晶铝硅合金(铸铝、锻铝);铝硅合金(铸铝、锻铝);(质量小,导热性好,适用于一般发动机)(质量
25、小,导热性好,适用于一般发动机)b b、组合式:上半部用钢,下半部用铝合金,沉头螺组合式:上半部用钢,下半部用铝合金,沉头螺 栓连接。栓连接。1 1、刚度好,高温强度高;刚度好,高温强度高;2 2、热膨胀系数低,配缸间隙小;、热膨胀系数低,配缸间隙小;仅适用于极少数大功率仅适用于极少数大功率 强化柴油机强化柴油机 3 3、耐磨(环槽);、耐磨(环槽);4 4、质量居中。质量居中。(2 2)工艺:)工艺:a a、铸造:、铸造:质量大,加工工序多;质量大,加工工序多;b b、锻造:、锻造:居中;居中;c c、模锻:、模锻:质量小,加工少。质量小,加工少。第31页/共96页4 4、结构特点:、结构特
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