机体组及曲柄连杆机构.docx
- 文档编号:26505914
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:658.61KB
机体组及曲柄连杆机构.docx
《机体组及曲柄连杆机构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机体组及曲柄连杆机构.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机体组及曲柄连杆机构
一、概述
1功用:
作功冲程:
热能——往复机械能——曲轴旋转
其他冲程:
曲轴旋转运动——活塞往复运动(依靠曲轴与飞轮惯性)
2组成:
1.机体组气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫——不动件(图2-2)P41
2.活塞连杆机构:
活塞、活塞环、活塞销、连杆——运动件(图2-19)P55
3曲轴飞轮组:
曲轴、飞轮减震器。
P55
组成:
启动爪——扭转减振器——皮带轮——正时齿轮——曲轴——主轴瓦——飞轮螺栓——飞轮
3工作条件:
高温、高压、高速、化学腐蚀。
曲柄连杆机构
4要求:
曲柄连杆机构的零件:
质量小、热膨胀系数小、导热性能好、耐热、耐腐蚀。
5作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上的力:
气体作用力、运动质量往复惯性和离心力、摩擦力。
二、机体组
1、气缸体
(1)气缸体
作用:
发动机的各个机构和系统的装配基体。
要求:
气缸体应具有足够的刚度和强度。
结构形式1)一般式(水平式)便于机加工,刚度小,多用于中小型发动机。
2)龙门式工艺性差,刚度强度较好,大中型发动机。
3)隧道式拆装困难,刚度比龙门式好。
(2)气缸
1)要求:
耐高温,耐磨损,耐腐蚀。
从气缸材料、加工精度、结构方面采取措施。
2)材料:
优质合金铸铁,并提高加工精度。
3)冷却方式水冷——水在水套中流动、风冷——散热片
4)气缸布置形式单列式:
结构简单、易加工、长度高度较大。
双列式:
1)V型——长度高度缩短,宽度大,形状复杂,夹角小于180度。
2)对置——高度小,利于汽车总体布置,夹角=180度。
5)气缸套
名称
特点
示意图
性能
干缸套
外壁不直接与冷却水接触
1)壁厚较薄(1——3mm)
2)与刚体承孔过盈配合
3)不易漏水漏气
强度刚度都较好,加工复杂,拆装不便,散热不良
湿缸套
外壁直接与冷却水接触
1)壁厚较厚(5——9mm)
2)散热效果较好
3)易漏水漏气
4)易穴蚀
强度刚度不如干气缸套,易漏水。
加工容易、散热良好、冷却均匀。
定位:
1)径向:
靠上下两个凸台的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。
2)轴向:
利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。
密封:
1)上部:
缸套顶面高出缸体0.05-0.15mm,当气缸盖螺栓拧紧后,缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫结合处,承受较大的预紧力。
2)下部:
1——3个耐油、耐热的橡胶密封圈。
2、气缸盖与气缸衬套
(1)气缸盖
1)作用:
封闭气缸上部,与活塞顶部和气缸壁形成燃烧室。
2)结构:
单体气缸盖、块状气缸盖、
整体式气缸盖特点及性能:
缩短发动机长度,刚度差,发动机缸径<105mm时用。
3)材料:
灰铸铁、合金铸铁。
4)燃烧室:
要求:
结构紧凑,冷却面积小,以减少热量损失;使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动。
结构:
名称
特点
示意图
应用
半球形
结构紧凑、排气效果好、火焰行程短、燃烧速率高、热损失少、热效率高。
1)气门呈横向V型排列,因此气门头部直径可以做的较大,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。
高速发动机常用燃烧室;
3)CO和HC排放最少,而NO排放较高。
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,燃烧速度较快
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
燃烧速度较快,CO和HC排放较低而NO的排放稍高。
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,燃烧速度较低。
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,唤起质量较差,燃烧速度较低,CO和HC排放较高而NO的排放较低。
捷达、奥迪
(2)气缸盖衬垫
3、油底壳
4、发动机支承
三、活塞连杆组
1、活塞
(1)作用
(2)要求质量小——高速;热膨胀系数小——高温;导热性好和耐磨——高压;
(3)材料:
铝合金,高级铸铁或耐热钢(个别)
(4)构造(见下表)
(4)构造表
1)顶部
形状
示意图
特点
平顶
结构简单、制造容易、受热面积小
应力分布均匀,多用在汽油机上。
凸顶
凸顶呈球状、顶部强度高,起导向作用、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(高压缩比发动机为了防止碰气门,也可用凹坑的深度来调整压缩比)
2)头部位置:
第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
注意:
活塞头部工作条件恶劣,应离顶部远些。
(1)
安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。
(2)防止可燃混合气漏到曲轴箱内。
活塞头部作用
(3)将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
3)群部
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,防止破坏油膜。
活塞变形及采取相应的措施
a.变形原因:
热膨胀、侧压力和气体压力
由活塞群部变形图可看出(a)受热膨胀(b)受侧压力(c)受气体压力,最终变形如图(d)
可见,活塞裙部变形为沿着活塞销轴线向外膨胀。
(活塞销处的金属量比较大)
b.变形规律
(1)活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,使配缸间隙减小。
(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尓小
(因温度上高下低,壁厚上厚下薄)
(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,以及侧压力作用结果)
c.结构措施
(1)活塞纵断面制成上小下大的截锥形。
例:
阶梯形活塞、锥形活塞
(2)活塞裙部制成椭圆形,长轴长轴垂直于销座孔轴线方向,即侧压力方向。
销座处凹陷0.5-1.0mm。
(3)裙部开隔热膨胀槽,其中横槽叫隔热槽,竖槽叫膨胀槽。
(柴油机一般不开)
(4)偏置销座
1)定义:
活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移1——2mm。
作功时,侧压力在左侧。
2)作用:
减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。
3)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。
当活塞越过上止点,侧向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两步:
一步:
在气体压力较小时进行,且裙部弹性好,有缓冲作用;使换向冲击力减小
二步:
虽气体压力大,但它是个渐变过程。
2、活塞环
作用:
气环——密封:
防止高温高压燃气大量漏人曲轴箱。
传热:
将活塞顶部的大部分热量传到气缸壁上,再由冷却水和空气带走。
油环——使气缸壁上机油膜均匀分布,改善润滑条件,辅助封气。
要求:
耐热,耐磨,有较高的强度和冲击韧性。
材料:
合金铸铁
(1)气环气环尽量少(2——3个)安装时切口错开。
气环结构与密封原理:
活塞环间隙1)端隙Δ1:
又称开口间隙,使活塞环装入气缸后开口处的间隙。
一般为0.25——0.50mm。
2)侧隙Δ2:
又称边隙,是环高方向上与环槽之间的间隙。
第一道0.04mm~0.10mm;其它气环0.03mm~0.07mm。
油环一般侧隙较小,0.025mm~0.07mm
3)背隙Δ3:
是活塞环装入气缸后,活塞环背面与环槽底部的间隙。
0.5mm~1mm
气环的密封原理
(1)第一密封面的建立:
环在自由状态下,环外径>缸径,装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧,形成第一封面。
(2)第二密封面的建立:
活塞环在运动时产生惯性力Pj,与缸壁间产生摩擦力F,以及侧隙有气体压力P1,在这三个力的共同作用下,使环靠在环槽的上侧或下侧,形成第二密封面。
(3)气环的第二次密封:
窜入背隙和侧隙的气体,使环对缸壁和环槽进一步压紧,加强了第一、二密封面的密封。
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)加剧气缸磨损。
措施:
(1)采用扭曲环;
(2)采用组合式油环;
(3)油环下设减压腔;
气环的断面形状
形状
特点
安装图
备注
矩形环
结构简单、制造方便、易于生产、应用广泛。
结构简单,与缸壁接触面积大,散热好,但易泵油。
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。
安装:
内上切扭曲环装入第一道环槽,外下切扭曲环装入第二、三道环槽。
安装:
注意断面形状和方向,内切口朝上,外切口朝下,不能装反。
断面不对称,受力不平衡,使活塞环扭曲。
1)具有锥形环的特点;
2)减少了泵油作用;
3)作功行程环不在扭曲
两个密封面达到完全接触,利于散热。
内切口扭曲环
外切口扭曲环
扭曲原理:
当活塞环装入气缸后,环受到压缩产生弯曲变形,断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力,矩形环由于中性层内外断面不对称,使F和F不在同一平面内,从而形成力偶M,在力偶的作用下,活塞环发生微量的扭曲变形。
锥面环
减少了环与气缸壁的接触面,提高了表面接触压力,有利于磨合和密封。
与缸壁线接触,有利于密封和磨合。
下行有刮油作用。
上行有部油作用,并可形成楔形油膜
安装注意:
1.锥角朝下(在环端有向上或top等标记);安装时不能装反,否则会引起机油上窜。
2.锥形环传热性查,常装到第二、三道环槽上。
梯形环
加工困难,精度要求高
当活塞在侧压力作用下左、右换向时,环的侧隙和背隙将不断变化,使胶状油焦不断从环槽中被挤出。
梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。
桶面环
1)外圆为凸圆弧形
2)环面与缸壁圆弧接触,避免了棱角负荷;
3)环上下运动时,均能形成楔形油膜。
气环切口形状:
直角口、梯形口、平行口等。
(2)油环
1)普通油环:
合金铸铁制造,外圆面中间切有一道凹槽,槽底部加工出小孔。
2)组合油环:
三个刮油钢片和两个弹簧衬环组成。
组合环特点:
1)密封好:
第一密封面,靠径向力,(因衬簧长大于刮片长而产生径向力)
第二密封面,靠轴向力,(因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力)
2)无侧隙,不窜油。
3)刮油能力强:
因钢片薄,对缸壁比压大。
4)上下片可分别动作,适应性好。
5)回油能力强。
3、活塞销
1)功用:
连接、传力。
2)要求:
有足够的强度,刚度和表面耐磨性,质量尽可能小。
3)结构:
减少质量,采用空心钢管。
4)材料:
低碳合金钢,经表面渗碳处理。
5)连接方式
连接方式
定义
装配
示意图
全浮式
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。
1)销和销座孔在冷态时为过渡配合,采用分组选配法。
2)热装合:
将活塞放入热水或热油中加热后,迅速将销装入。
半浮式
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)
加热连杆小头后,将销装入,冷态时为过盈配合。
4、连杆
1)功用:
将活塞承受的力传给曲轴,从而使活塞往复运动转变为曲轴的旋转运动。
2)要求:
质量尽可能小的条件下,有足够的刚度和强度。
3)材料:
中碳钢或合金钢
4)结构:
小头、杆身、大头。
5)切口的定位形式
平切口:
利用连杆螺栓上加工的圆柱凸台光圆柱部分。
斜切口:
止口定位
套筒定位
锯齿定位
采用较多的定位方式有:
连杆螺栓定位、
套筒定位
锯齿定位
优点是接触面积大,贴合紧密,定位可靠,节距公差要求严格。
定位销定位
工艺简单,但定位不大可靠。
利用连杆螺栓上加工的圆柱凸台光圆柱部分。
在连杆盖的每个螺栓孔中压配一个刚度很大,且剪切强度极高的短套筒,配合精度高,工艺要求高
四、曲轴飞轮组
1、曲轴
(1)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。
有的采用球磨铸铁。
(2)曲轴有三部分组成
曲轴前端——自由端
曲拐——曲柄销,曲柄,主轴颈
曲轴后端——
曲轴的曲拐数目取决于气缸的数目和排列方式。
直列式:
曲拐数=气缸数
V列式:
曲拐数=气缸数一半
对置式:
曲拐数=气缸数一半
(3)曲轴分类按主轴颈数分:
全支承曲轴、非全支承曲轴
全支承曲轴
非全支承曲轴
定义
每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈
主轴颈数等于或少于连杆轴颈数
示意图
优点
提高曲轴的刚度和弯曲强度,减轻主轴承的载荷
缩短了曲轴的长度,使发动机总体长度有所减少。
缺点
曲轴的加工表面增多,主轴承数增多,使机体加长。
主轴承载荷较大。
应用
柴油机
承受载荷较小的汽油机
(4)曲轴的形状和位置
取决于缸数,气缸排列方式和发火次序。
在安排多缸发动机发火次序时,应注意四点:
1)使连续作功的两缸相距应尽可能远,以减轻主轴承的载荷。
2)避免可能发生的进气重叠现象(即相邻两缸进气门同时开启)以免影响充气。
3)作功间隔应力求均匀,就是说在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内,每个气缸都应发火作功一次且各缸发火间隔角(以曲轴转角表示,称发火间隔角)应力求均匀
4)V型发动机左右两缸尽量交替作功
对缸数为i的四冲程发动机而言,发火间隔角为720°/i。
发火次序以“尽可能远”原则选取。
在选定某缸为第一缸着火,则第二次着火就不应在同向曲拐所对应的那个缸,而应在除第一缸外,远离第一次着火缸的那一缸。
常用曲拐布置
1)直列四冲程四缸发动机工作顺序:
各缸完成同名行程的次序。
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:
1-3-4-21-2-4-3
2)直列四冲程六缸发动机
发动机工作顺序1-5-3-6-2-41-4-2-6-3-5
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°
a.直列式分左手排列和右手排列两种形式。
左手排列.即:
从曲轴前端看第二缸在第一缸左侧,
右手排列,即:
从曲轴前端看,第二缸在第一缸的右侧。
第一缸与第六缸、第二缸与第五缸、第三缸与第四缸在同一平面内,曲轴配角为120°,使用四道或七道轴颈。
点火顺序:
左手曲轴为1—5一3—6—2—4。
右手曲轴为l—4—2—6—3—5
b.V型左右排的相对气缸共用一道曲柄销,使用四道轴颈,
点火顺序为l—6—5—4—3—2(右1—左3—右3—左2—右2—左1)。
3)四行程V型八缸发动机
发动机工作顺序:
1-8-4-3-6-5-7-2
曲拐对称布置于四个平面内(或一个)
相邻作功气缸的曲拐夹角720/8=90
?
(1)直列式:
八缸直列式曲轴又分4—4型和2—4—2型。
用两根直列四缸曲轴成90°连接在一起,称为4—4曲轴,将一根四缸直列曲轴断成二节,分别接在另一根曲轴的前后端的称为2—4—2曲轴。
4—4曲轴第一与第四缸,第二与第三缸,第五与第八缸,第六与第七缸在同一平面,点火顺序为1—8—3—7—4—5—2一6,2—4—2曲轴第一与第八缸,第二与第七缸,第三与第六缸.第四与第五缸在同一平面,点火顺序为:
l一6—2—5—8—3—7—4,这两种型式的曲轴使发动机整体结构变长,且平衡性较差.现代发动机已不采用。
?
(2)V式:
左右相对的气缸共用一个曲柄销,曲轴配角为90°,使用三道或五道轴颈,因各发动机标法不同,点火顺序也不相同,但基本的点火顺序有两种,即1—5—4—8—6—3一7一2(左1一右1一左4一右2一左3一右3一左2);l一8—4—3—6—5—7—2(右1一右4一左2一右2一左3一右3一右4一左1)不太明白
2、飞轮
(1)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)利用飞轮上的齿圈启动时传力。
3)将动力传给离合器。
4)克服短暂的超负荷。
(2)构造1)飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘。
2)有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线(汽油机)或供油提前角刻度线(柴油机),以便调整和检验点火正时,供油提前角和气门间隙。
3)飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验,在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系,飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置。
通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。
圆周装有齿环,安装齿环时通常将齿环加热后套入,冷却后即紧密结合在一起。
3、扭转减振器
(1)扭转振动
在发动机工作过程中,经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的,所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。
安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大,可以认为是匀速旋转,由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢,这种现象称之为曲轴的扭转振动。
当曲轴第一、二缸作功行程时,有使曲轴前部向前转动的倾向,而曲轴后部则因飞轮惯性不能立刻跟随转动,此时曲轴产生扭曲现象。
第一,二缸作功行程以后.飞轮惯性反使曲轴后都较前部转得快,而发生另一方向扭转。
这种来回扭转若不加以控制,在某种转速时会产生共振,而曲轴经长时间承受扭转应力会产生疲劳而折断。
减振器就是起吸收振动的作用。
当曲轴前端发生加速或减速时,减振器上的配重就发生迟滞作用,而吸收扭转振动。
减振器有磨擦片式、橡胶式和液体式三种。
(2)扭转减振器
(3)曲轴的平衡
曲轴如果局部重量不均.运转时将产生剧烈振动,致使曲轴疲劳折断。
因此,在曲柄销对面必须加上配重以保持平衡。
配重有些可用螺丝固定,可拆卸,有的配重直接铸造在曲轴上。
现代的高速发动机为减小噪音,平衡轴来提高平衡度。
平衡轴通常使用两根,断面为半圆,使用胶木齿轮与曲轴齿轮相啮合,平衡轴与曲轴转动方向相反,以消除曲轴转动的惯性力。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机体 曲柄 连杆机构
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)