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1、,曲柄连杆机构的构造与维修,曲柄连杆机构概述 曲柄连杆机构是汽车发动机组成的重要机构，是发动机产生动力并对外输出动力的机构。,1曲柄连杆机构的功用和组成 曲柄连杆机构的功用是将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，使曲轴产生旋转运动而对外输出动力。曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三个部分组成。,2曲柄连杆机构的受力分析 曲柄连杆机构工作时所受的力主要有气体作用力、往复运动件的往复惯性力、旋转运动件的旋转惯性力（也称离心力）以及相对运动件接触表面的摩擦力。曲柄连杆机构的受力分析如图2.1所示。,图2.1 曲柄连杆机构的受力分析,(1)气体作用力 在发动机工作循环的每个行程中，气
2、体作用力始终存在且不断变化。做功行程最高，压缩行程次之，迸气和排气行程最小，对机件影响不大。在做功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力，燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶部。活塞所受总压力为Fp，它传到活塞销上可分解为Fp1和Fp2。分力FP1，通过活塞传给连杆并沿连杆方向作用在连杆轴颈上。Fp1还可分解为两个分力FR和FS。,沿曲柄方向的分力使曲轴丰轴颈与主轴承之间产生压紧力；与曲柄垂直的分力除了使主轴颈和主轴承间产生压紧力外，还对曲轴形成转矩，推动曲轴旋转。Fp2把活塞压向气缸壁，形成活塞与气缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支承在车架上。在压缩行程中气体压力是阻碍活
3、塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶部的气体压力也可分解，其中一个使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力，另一个造成旋转阻力矩，同时活塞也被压向气缸的另一侧壁。,在发动机工作循环的任何行程中气体作用力的大小都是随活塞的位移而变化的，再加上连杆的左右摇晃，因而作用在活塞销和曲轴轴颈的表面及二者支承表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。,(2)往复惯性力 往复运动的物体当运动速度变化时将产生往复惯性力。曲柄连杆机构中的活塞组件或连杆小头在气缸中做往复直线运动，其速度很高且数值变化，当活塞从上止点向下止点运动时的变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小到零。即前半行程是加
4、速运动，惯性力Fj向上，后半行程是减速运动，惯性力向下。惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈承受周期性附加载荷，加快轴承磨损；未被平衡的变换的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机振动。,(3)离心力 物体绕某一中心做旋转运动时就会产生离心力。在曲柄连杆机构中，偏离曲轴轴线的曲柄、连杆轴颈、连杆大头在绕曲轴轴线旋转时将产生离心力Fc，其方向沿曲柄向外。离心力在垂直方向上的分力Fcy与惯性力Fj的方向总是一致，因而加剧了发动机的上下振动，水平方向的分力Fcx则使发动机产生水平方向的振动。此外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈受到又一附加载荷，增加了变形和磨损。,(4)摩擦力 任何一对相互压紧并做相对运
5、动的零件表面之间都存在摩擦力，在曲柄连杆机构中，活塞、活塞环、气缸壁之间；曲轴、连杆轴承与轴颈之间都存在摩擦力，它是造成零件配合表面磨损的根源。 上述各种力作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使其受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为保证发动机工作可靠，减少磨损，在构造上应采取相应措施。,项目2.1 机体组的构造与检修,2.1.1 机体组的构造,机体组是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统安装的基础，是安装发动机的所有主要零件和附件，承受来自各方面的载荷，并保证发动机各运动部件之间的准确位置关系。所以机体组的故障会给发送机运行带来非常严重的问题。本项目主要讨论发动机机体组的构造
6、常见故障机维修方法。 机体组主要由汽缸体、曲轴箱、气缸盖、汽缸垫等组成，如图2.2所示。,1汽缸体 （1）汽缸体作为发动机的基础部件，能承受恶劣工作条件必须满足以下要求： 具有足够刚度。 具有良好的冷却性能。 具有足够的耐磨性。 汽缸体材料多是由灰铸铁或铝合金铸造而成，在汽缸体内部许多加强筋、冷却水和润滑油道组成。,（2）汽缸体分类 气缸体根据与油底壳安装平面位置不同分成一般式、龙门式、隧道式三种，其中一般式构造简单、加工方便，用于中小型发动机，龙门式刚度和强度较好，但加工工艺性较差，用于大中型发动机，隧道式仅用于少数机械负荷大的发动机，如图2.3所示。,图2.3 油底壳安装平面位置,(3)气
7、缸冷却 为了使气缸内表面在高温下能正常工作，必须对气缸和气缸盏进行冷却，冷却方式有风冷和水冷，现在发动机采用的一般都是水冷式。 水冷发动机的气缸周围和气缸盖都加工有可相通的冷却水套，冷却水可以在水套中不断循环带走热量。 按气缸排列方式常分为单列、V型和对置式三种，如图2.4所示。,图2.4 气缸的排列方式,单列即直列(L)，发动机排量为大于2.5 L的少于六缸都采用这种形式。 V型气缸排成两列，中心线夹角小于180，缩短了机体的长度和高度，增加了宽度，减轻了质量，形状复杂，一般6l2缸会采用，大众又推出W型发动机，气缸分四列错开布置，构造紧凑、复杂，成本高，应用较少。对置式很少使用。,(4)气
8、缸套种类 为了使气缸便于修理，将气缸制成单独圆筒形零件（气缸套）装入气缸体内，缸套与缸体可以材料不同，降低生产和维修成本，也便于修理。气缸套有干式和湿式两种，干式装入缸体与气缸壁接触，刚度和强度较好但加工复杂，散热不良；湿式外壁直接与冷却水接触，一般应采取防漏措施。,2.曲轴箱 气缸体下半部称为曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴的运动空间。曲轴箱的主要功用是保护和安装曲轴。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，下曲轴箱用来储存润滑油，并封闭上曲轴箱，即为油底壳。在上下曲轴箱之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。通常所说的曲轴箱指上曲轴箱。油底壳由于受力很小一般只用薄钢板冲压而成，其内部装有稳油
9、板以防止汽车行驶中油面波动过大造成发动机在纵向倾斜时机油泵吸不到油。油底壳底部安有放油螺塞。,3气缸盖 气缸盖的功用是封闭气缸上部并与活塞顶部、气缸壁共同构成燃烧室，同时为其他零部件提供安装位置。现在多使用铝合金气缸盖，虽然成本高但刚度、强度较好，还可以减少整车质量。气缸盖上装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门和进、排气通道等。汽油机气缸盖上还加工有火花塞孔，柴油机有安装喷油器的孔。 气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室形状对发动机工作状态影响很大。汽油机燃烧室的形状如图2.5所示。,图2.5 汽油机燃烧室形状,盆形：动力性和经济性较差，如捷达、奥迪等。 楔形：构造简单紧凑，气道导流效
10、果好，充气效率高，动力性和经济性较好。如切诺基等。 半球形：构造紧凑，散热面积小，火花塞位于燃烧室中间，火焰传播距离短，燃烧速度快，不易爆燃。现代轿车大部分使用，如桑塔纳2000GSI。 扇球形：德国大众Golf等。,4气缸垫 气缸垫安装在气缸盖和气缸体之间，用于保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。目前使用较多的是金属一石棉垫，为了加强密封，在气缸口、水孔、油道口处冲压有弹性凸筋，利用凸筋变形实现密封。气缸垫常见的损伤是烧蚀击穿，一般发生在水孔、油道口与气缸孔周围，使发动机漏气或冷却液进入润滑油。损坏的气缸垫只能更换不能修理。,2.1.2 机体组的检修,1气缸体、气缸盖裂纹的检修 (1
11、)气缸体、气缸盖裂纹的原因 气缸体、气缸盖因为工作温度不均导致产生热应力，在构造薄弱的环节造成破裂；在交变应力作用下导致疲劳裂纹的出现；或因冲击、撞击、过度拧紧或对中不好而导致零件变形等不规范操作都会使缸体和缸盖产生裂纹甚至断裂。,(2)气缸体、气缸盖裂纹的检查 水压试验：将气缸盖和气缸垫装在气缸体中，用盖板装在水套的进水口位置上，用水管将气缸体和水压机连通，其他水道口封闭，将水压入水道。在条件许可时应使用8090的热水进行试验，也可把具有一定压力的自来水直接通人气缸体进行试验。水压试验要求水压为0.30.4 MPa，保持5min应没有渗漏。,2气缸体、气缸盖平面翘曲变形的检修 (1)变形原因
12、 在装配、维修过程中，不按工艺规程操作使气缸盖紧固螺栓扭力不均，不按顺序拆装，或装配过程中气缸盖螺栓的拧紧力矩过大等。在高温下拆卸缸盖使缸盖发生拱曲，或缸体、缸盖因裂纹采用热焊而引起变形。,(2)气缸体、气缸盖变形的检查 气缸体上平面和气缸盖下平面的平面度可用长度大于气缸体长度的刀口尺或光轴测量，平放在缸体或缸盖平面上，观察各部位是否漏光。对漏光处用塞尺检查，如超出规定值应修 复，如图2.6所示。平面度误差在整个平面不大于0.05 mm或仅有局部不平时，可用刮削的方法；平面度误差较大时采用平面磨床磨削加工，但加工量不能过大，为0. 250.50 mm，否则会影响压缩比。,图2.6 气缸体上平面
13、变形的检测,3燃烧室容积检测 测量前先彻底清除燃烧室内的积碳、油污，将气缸盖置于水平状态，用火花塞堵住火花塞孔。将80煤油和20润滑油的混合液注入燃烧室，使混合液的平面达到与缸盖平面基本齐平，然后用中间带孔的玻璃板盖在燃烧室平面上。用注射器或滴管从玻璃板孑L注入混合液，直至液面与玻璃板相接触，再用针管将混合液吸人玻璃量杯，观察每个燃烧室的容积。 燃烧室容积一般不小于标定容积的95%，同一缸盖各缸燃烧室容积差不大于1%2%，否则应更换缸盖。,4气缸磨损的检修 气缸经过长期使用被磨损到一定程度，发动机动力就会显著下降，燃料消耗急剧增加，使发动机的经济性变差。气缸磨损程度是确定发动机是否需要大修的主
14、要依据。,1)气缸磨损特征 气缸的磨损程度是判断发动机技术状况是否良好、是否需要大修的重要依据。在正常情况下气缸的磨损是在活塞环运动区域产生不均匀磨损，并且有一定的规律性。 从气缸轴向方向，磨损呈上大下小的锥形，最大磨损部位在活塞处于上止点位置时，第一道活塞环所对应的缸壁处；气缸第一道环以上部位几乎没有磨损，会出现明显的台阶，气缸的最下部位也没有磨损。沿气缸圆周方向上，磨损呈不规则的椭圆形，最大磨损部位是活塞处于上止点位置时，一般在进气门对面缸壁处。同一台发动机第一缸和最后一缸（直列式的）磨损严重。,2)气缸磨损原因 活塞位于上止点附近时各道环的背压最大，第一道环最大，以下逐道减小；加上气缸上
15、部温度高，润滑差，进气中的灰尘，废气中的酸性物质引起的腐蚀等，都会造成气缸上部磨损大，下部磨损小。而圆周方向的最大磨损部位主要是活塞的侧压力和曲轴的轴向窜动造成。,3)气缸磨损的检测 测量气缸磨损程度的目的是确定发动机是否需要进行大修，以确定修理尺寸的级别。气缸磨损程度一般用圆度和圆柱度表示。也有用气缸的最大磨损量来表示的。,(1)气缸的外观检验 观察气缸有无划痕、裂纹等明显缺陷。 (2)检测气缸磨损项目 最大磨损量是指气缸的最大磨损直径与未磨损直径之差。 圆度误差。同一截面的相互垂直方向上直径之差的一半是这个截面的圆度，不是气缸的圆度，取最大值作为气缸的圆度。 圆柱度误差。同一方向上，上下直
16、径之差的一半为该方向的圆柱度，取最大值作为气缸的圆柱度。 配合间隙。气缸中部直径与活塞裙部下端直径之差。,(3)气缸的检测部位 上部：活塞处于上止点时第一道环所对应的（距气缸 上端10 mm左右）缸壁处。 中部：气缸的上部、下部的中间部位。 下部：气缸下沿往上10 mm左右。,用量缸表测量方法如下：根据气缸直径选择合适的测量推杆，固定在量缸表下端，使整个测杆长度与气缸直径相适应；校正量缸表尺寸，将千分尺调到气缸的标准尺寸，再将量缸表通过千分尺校正到气缸的标准尺寸（使测杆有2 mm左右的压缩量），旋转表盘使指针归零；测量气缸上、中、下三个位置的纵向和横向气缸直径，测量时应摆动量缸表，指针指示的最
17、小值为被测值，如图2.7所示，并记录测得结果；计算气缸圆度误差和圆柱度误差。,图2.7 气缸磨损的检查,4)气缸的修理 (1)气缸修理尺寸的确定 气缸磨损超过允许的限度时，应确定气缸的修理尺寸，并选配与气缸修理尺寸同级的活塞、活塞环，以恢复气缸的正确几何形状和活塞与气缸的配合间隙。,(2)气缸的镗削量和镗削尺寸的确定 气缸镗削量的计算。 镗削量活塞最大直径气缸最小直径配合间隙磨缸余量 确定镗削次数。气缸的镗削量确定后再根据镗缸机所允许的背吃刀量和工艺过程的要求，分别确定镗削铸铁气缸次数和每次镗削的背吃刀量。第一刀背吃刀量一般为0.030.05 mm;中间的几刀可大些，但一般不要超过镗缸机所允许的最大背吃刀量；为了提高加工精度和减小表面粗糙度值，最后一刀背吃刀量也选0.030.05 mm。,
