曲柄连杆机构详细设计Word文件下载.docx
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机体是组成发动机的骨架,是发动机各机构和各系统的安装基础,其内、外安装着发动机的所有要紧零件和附件,经受各类载荷。
因此,机体必需要有足够的强度和刚度。
机体组要紧由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。
气缸体(图2-1)
图2-1
1.气缸体(cylinderblock)
水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体--轴箱,也可称为气缸体。
气缸体一样用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。
在气缸体内部铸有许多增强筋,冷却水套和润滑油道等。
气缸体应具有足够的强度和刚度,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。
(如图2-2)
图2-2
(1)一样式气缸体:
其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。
这种气缸体的优势是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;
但其缺点是刚度和强度较差
(2)龙门式气缸体:
其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
它的优点是强度和刚度都好,能承受较大的机械负荷;
但其缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。
(3)隧道式气缸体:
这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。
其优点是结构紧凑、刚度和强度好,但其缺点是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。
冷却方法有两种,一种是水冷,另一种是风冷(图2-3)。
图2-3
水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套,而且气缸体和气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部份热量,对气缸和气缸盖起冷却作用。
现代汽车上大体都采纳水冷多缸发动机,关于多缸发动机,气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点,对发动机机体的刚度和强度也有阻碍,并关系到汽车的整体布置。
依照气缸的排列方式不同,气缸体还能够分成直列式,V型和对置式三种(如图2-4)。
图2-4
(1)直列式排列
发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。
单列式气缸体结构简单,加工容易,但发动机长度和高度较大。
一般六缸以下发动机多采用单列式。
例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。
有的汽车为了降低发动机的高度,把发动机倾斜一个角度。
(2)V型排列
气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角γ<180°
,称为V型发动机,V型发动机与直列发动机相比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度,且形状较复杂,加工困难,一般用于8缸以上的发动机,6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。
(3)对置式排列
气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上,即左右两列气缸中心线的夹角γ=180°
,称为对置式。
它的特点是高度小,总体布置方便,有利于风冷。
这种气缸应用较少。
气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸,整体式气缸强度和刚度都好,能承受较大的载荷,这种气缸对材料要求高,成本高。
如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套),然后再装到气缸体内。
这样,气缸套采用耐磨的优质材料制成,气缸体可用价格较低的一般材料制造,从而降低了制造成本。
同时,气缸套可以从气缸体中取出,因而便于修理和更换,并可大大延长气缸体的使用寿命。
气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种(图2-5)。
干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外壁不直接与冷却水接触,而和气缸体的壁面直接接触,壁厚较薄,一般为1~3mm。
它具有整体式气缸体的优点,强度和刚度都较好,但加工比较复杂,内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热不良。
湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。
它散热良好,冷却均匀,加工容易,通常只需要精加工内表面,而与水接触的外表面不需要加工,拆装方便,但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好,而且容易产生漏水现象。
应该采取一些防漏措施。
图2-5
2.曲轴箱(crankcase)
气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。
上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封锁上曲轴箱,故又称为油底壳图(图2-6)。
油底壳受力很小,一样采纳薄钢板冲压而成,其形状取决于发动机的整体布置和机油的容量。
油底壳内装有稳油挡板,以避免汽车颠动时油面波动过大。
油底壳底部还装有放油螺塞,通常放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少发动机的磨损。
在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,避免润滑油泄漏。
图2-6
3.气缸盖(cylinderhead)(图2-7)
气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。
它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。
水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。
利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。
图2-7
缸盖上还装有进、排气门座,气门导管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道和排气通道等。
汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔,而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。
顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔,用以安装凸轮轴。
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比,所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。
气缸盖是燃烧室的组成部分,燃烧室的形状对发动机的工作影响很大,由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同,其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。
汽油机的燃烧室主要在气缸盖上,而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。
这里只介绍汽油机的燃烧室,而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。
汽油机燃烧室常见的三种形式(图2-8)。
图2-8
(1)半球形燃烧室
半球形燃烧室结构紧凑,火花塞布置在燃烧室中央,火焰行程短,故燃烧速率高,散热少,热效率高。
这种燃烧室结构上也允许气门双行排列,进气口直径较大,故充气效率较高,虽然使配气机构变得较为复杂,但有利于排气净化,在轿车发动机上被广泛地应用。
(2)楔形燃烧室
楔形燃烧室结构简单、紧凑,散热面积小,热损失也小,能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动,有利于提高混合气的混合质量,进气阻力小,提高了充气效率。
气门排成一列,使配气机构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播距离长些,切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。
(3)盆形燃烧室
盆形燃烧室,气缸盖工艺性好,制造成本低,但因气门直径易受限制,进、排气效果要比半球形燃烧室差。
捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。
4.气缸垫(图2-9)
图2-9
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,避免漏气,漏水和漏油。
气缸垫的材料要有必然的弹性,能补偿结合面的不平度,以确保密封,同时要有好的耐热性和耐压性,在高温高压下不烧损、不变形。
目前应用较多的是铜皮--棉结构的气缸垫,由于铜皮--棉气缸垫翻边处有三层铜皮,压紧时较之石棉不易变形。
有的发动机还采纳在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。
注意:
安装气缸垫时,首先要检查气缸垫的质量和完好程度,所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐,将光滑的一面朝向气缸体,防止被高温气体冲坏。
其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。
拧紧气缸盖螺栓时,必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2~3次进行,最后一次拧紧到规定的力矩。
第三节活塞连杆组
活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成,如图2-10。
图2-10
一.活塞(图2-11)
图2-11
功用:
活塞的功用是经受气体压力,并通度日塞销传给连杆差遣曲轴旋转,活塞顶部仍是燃烧室的组成部份。
工作条件:
活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。
活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上,因此,受热严峻,而散热条件又很差,因此活塞工作时温度很高,顶部高达600~700K,且温度散布很不均匀;
活塞顶部经受气体压力专门大,专门是作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa,这就使得活塞产生冲击,并经受侧压力的作用;
活塞在气缸内以很高的速度(8~12m/s)往复运动,且速度在不断地转变,这就产生了专门大的惯性力,使活塞受到专门大的附加载荷。
活塞在这种恶劣的条件下工作,会产生变形并加速磨损,还会产生附加载荷和热应力,同时受到燃气的化学侵蚀作用。
要求:
(1)要有足够的刚度和强度,传力可靠;
(2)导热性能好,要耐高压、耐高温、耐磨损;
(3)质量小,重量轻,尽可能地减小往复惯性力。
铝合金材料基本上满足上面的要求,因此,活塞一般都采用高强度铝合金,但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。
构造:
活塞可分为三部分,活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。
1.活塞顶部(图2-12)
图2-12
活塞顶部经受气体压力,它是燃烧室的组成部份,其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关,都是为知足可燃混合气形成和燃烧的要求,其顶部形状可分为四大类,平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。
平顶活塞顶部是一个平面,结构简单,制造容易,受热面积小,顶部应力分面较为均匀,一般用在汽油机上,柴油机很少采用。
凸顶活塞顶部凸起呈球顶形,其顶部强度高,起导向作用,有利于改善换气过程,二行程汽油机常采用凸顶活塞。
凹顶活塞顶部呈凹陷形,凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧,有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。
2.活塞头部
活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。
它有数道环槽,用以安装活塞环,起密封作用,又称为防漏部。
柴油机压缩比高,一般有四道环槽,上部三道安装气环,下部安装油环。
汽油机一般有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。
第一道环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。
活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁,再由冷却水传出去。
总之,活塞头部的作用除了用来安装活塞环外,还有密封作用和传热作用,与活塞环一起密封气缸,防止可燃混合气漏到曲轴箱内,同时还将(70~80)%的热量通过活塞环传给气缸壁。
3.活塞裙部
活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,它包括装活塞销的销座孔。
活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力。
裙部的长短取决于侧压力的大小和
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