发动机构造交流.pptx
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1、曲柄连杆机构曲柄连杆机构第1页/共70页曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。第2页/共70页 发动机在作功时,汽缸内的温度可高达2500K以上,最高压力5-9MPa,现代发动机最高转速3000-6000r/min,则活塞每秒要行经100-200个行程,其线速度很高,此外,与可然混合气和废气接触的机件还受到化学腐蚀。所以,曲轴连杆机构的工作特点是高温
2、、高压、高速以及化学腐蚀。例如,在气缸中作往复运动的机件,要受到气体力、惯性力的作用;旋转机件要受到离心力的作用;相对运动机件要受到摩擦力的作用。这些力作用在曲轴连杆机构上,会使各传动机件受到拉伸、压缩和弯扭等不同形式的载荷。因此,在结构和选材上必须采取相应的措施第3页/共70页曲柄连杆机构受的力主要有气压力P,往复惯性力Pj,旋转离心力Pc和摩擦力F。PPjPCF受力分析第4页/共70页1、气压力:气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP,SP分解为RP和TP,RP使曲轴主轴颈处受压,TP为周向产生转矩的力。(1)作功行程:侧压力NP向左,活塞的左侧面压向气缸壁,左侧磨损严重NPSPPRP
3、TP(2)压缩行程:侧压力NP向右,活塞的右侧面压向气缸壁,右侧磨损严重NPPSPRPTP第5页/共70页2、往复惯性力Pj:活塞在上半行程时,惯性力都向上,下半行程时,惯性力都向下。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,活塞运动速度最大,加速度为零,惯性力也等于零。Pj3、离心惯性力PC: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。离心力加速轴承与周颈的磨损,也引起发动机振动而传到机体外。Pc第6页/共70页4、摩擦力F: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。F第7页/共70页一、机体组1、机体组:气缸体、曲轴箱、油底壳、
4、气缸套、气缸盖和气缸垫-不动件第8页/共70页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第9页/共70页1、气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体曲轴箱,也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成,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加强筋,冷却水套和润滑油道等。1、气缸体第10页/共70页名称名称性能性能应用应用 一般式一般式(平分式)(平分式)机体高度小、重量轻、结构紧凑,便于加工拆机体高度小、重量轻、结构紧凑,便于加工拆卸。刚度和强度差。卸。刚度和强度差。492Q
5、492Q汽油机,汽油机,9090系列系列柴油机。(中小型)柴油机。(中小型)龙门式龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。(大中型发动机)困难。(大中型发动机)捷达轿车、富康轿车、捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车桑塔纳轿车隧道式隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。曲轴拆卸不方便。主轴承同轴度易保证,主轴主轴承同轴度易保证,主轴承用滚动轴承承用滚动轴承负荷较大的柴油机上负荷较大的柴油机上 。油底壳油底壳安装平安装平面和曲面和曲轴旋转轴旋转中心在中心在同一高同一高度。度。气缸体上
6、曲气缸体上曲轴的主轴承轴的主轴承孔为整体式。孔为整体式。1 1)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为油底壳安装油底壳安装平面低于曲平面低于曲轴的旋转中轴的旋转中心。心。第11页/共70页2 2)根据冷却方式不同(1)(1)、水冷(2)(2)、风冷第12页/共70页3)整体式气缸体和镶嵌式气缸体(1)、整体式气缸体:气缸直接镗在气缸体上。(2)、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。成本承受大负荷。成本高。高。镶嵌式镶嵌式用
7、耐磨优质材料用耐磨优质材料制成气缸套,再制成气缸套,再装到一般材料制装到一般材料制成的气缸体内。成的气缸体内。降低了制造成本,降低了制造成本,便于修理和更换气便于修理和更换气缸套,延长了气缸缸套,延长了气缸体的使用寿命。体的使用寿命。第13页/共70页2、气缸盖与气缸衬垫功用:密封气缸的上部,与活塞、气缸等共同构成燃烧室。工作条件:由于接触温度很高的燃气,所以承受的热负荷很大。材料:灰铸铁或合金铸铁,铝合金。气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔或喷油器座孔。多缸一盖安装时:由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分23次。拆卸相反顺序。铝合金缸盖冷机拧紧即可;铸铁缸盖冷
8、机拧紧后热机还需拧紧一次第14页/共70页1)、汽油机燃烧室要求:结构紧凑,冷却面积小;能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动 类型: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、结构紧凑、排气效果排气效果好好火焰行程短、燃烧火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、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 富富康康楔形楔形结构简单、紧凑、散结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少;热面积小、热损失少;火花塞置于燃烧室最火花塞置于燃烧室最高处,火焰传播距离高处,火焰传播距离长长,燃烧速度较快燃烧速度较快切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、工艺性好、成本低、进排气效果不如半
9、球进排气效果不如半球形燃烧室形燃烧室,燃烧速度较燃烧速度较低低捷达捷达奥迪奥迪第15页/共70页3、气缸垫1).作用:保证缸体与缸盖间的密封,防止漏水、漏气、窜油。2).材料:有弹性、耐热性、耐压性3).安装时注意方向第16页/共70页4、油底壳1).功用:贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2).构造:(1)用薄钢板冲压而成。(2)内部设有稳油挡板,以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。(3)最低处有放油塞(磁性)(4)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。第17页/共70页二、活塞连杆组二、活塞连杆组 第18页/共70页第19页/共70页1 1 活塞1 1)功用:(1)(1)与气缸盖、气缸壁等共同组成
10、燃烧室;(2)(2)承力传力:承受气体压力,并将此力传给连杆,以推动曲轴旋转。2 2)工作环境:高温、散热条件差;顶部工作温度高达600-600-700K700K,且分布不均匀;高速,线速度达到10m/s10m/s,承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3-5MPa3-5MPa(汽油机)的压力,使之变形,破坏配合联结。3 3)材料:铝合金:质量小 (约为铸铁活塞的50%50%70%70%);导热性好(约为铸铁的三倍);3.3.热膨胀系数大。灰铸铁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,
11、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20页/共70页4)构造:活塞可分为顶部、头部、裙部销座第21页/共70页(1)、顶部:是燃烧室的组成部分,用来承受气体压力。形状形状示意图示意图平顶平顶凸顶凸顶凹顶凹顶结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀,多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高,起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置凹坑的形状、位置必须有利于可燃混必须有利于可燃混合气的燃烧;提高合气的燃烧;提高压缩比,防止碰气压缩比,防止碰气门。(高压缩比发门。(高压缩比发动机为了防止碰撞动机为了防止碰撞气门,也可用凹坑气门,也可用凹
12、坑的深度来调整压缩的深度来调整压缩比比)第22页/共70页2 2)活塞头部位置:第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽气环槽油环槽油环槽工作条件最工作条件最恶劣,应离恶劣,应离顶部远些。顶部远些。(1)(1)、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、(2)(2)、防止可燃混合气漏到曲轴箱内,、防止可燃混合气漏到曲轴箱内,(3)(3)、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用:作用:活塞活塞销孔第23页/共70页3 3)活塞裙部(1)(1)位置:从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,包括销座孔。(2)(2)作用:对活塞在气缸内
13、的往复运动起导向作用,并承受侧压力,防治破坏油膜。第24页/共70页(3)活塞的变形及采取的相应措施a、变形原因:热膨胀、侧压力和气体压力。第25页/共70页b、变形规律(1)活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,使配缸间隙变小。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而小。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,以及侧压力作用的结果。第26页/共70页C结构措施活塞裙部制成椭圆形,长轴垂直于销座孔轴线方向,即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm1.0mm。第27页/共70页偏置销座1、定义:活塞
14、销座朝向承受作功侧压力的一面(图示左侧)偏移1mm2mm。2、作用:减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。第28页/共70页原理: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。而活塞在越过上止点,侧压力反向时,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。可见偏置销座使活塞换向分成了两步,第一步是在气体压力较小时进行,且裙部弹性好,有缓冲作用;第二步虽气体压力大,但它是个渐变过程。为此,两步过渡使换向冲击力大为减弱。第29页/共70页二、活塞环是具有弹性的开口环,分为气环和油环。工作条件:高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命:6万公
15、里1气环1).作用:(1)密封:防止气缸内的气体窜入油底壳;(2)传热:将活塞头部的热量传给气缸壁;(3)辅助刮油、布油。气环尽量少(2-3);安装时切口错开(迷宫)第30页/共70页(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。PjFP1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。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,形成第一密封面。第一密封面
16、第31页/共70页原因:(1)存在侧隙和背隙;(2)环运动时在环槽中靠上靠下。活塞环的泵油作用及危害第32页/共70页危害:(1)增加了润滑油的消耗;(2)火花塞沾油不跳火;(3)燃烧室积炭增多,燃烧性能变坏;(4)环槽内形成积炭,挤压活塞环而失去密封性;(5)加剧了气缸的磨损。措施:(1)采用扭曲环;(2)采用组合式油环;(3)油环下设减压腔第33页/共70页气环断面形状:形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应结构简单、制造方便、易于生产、应用面广用面广扭曲环扭曲环断面不对称,受力不平衡,使活塞环断面不对称,受力不平衡,使活塞环扭曲扭曲锥面环锥面环减少了环
17、与气缸壁的接触面,提高了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。表面接触压力,有利于磨合和密封。梯形环梯形环 加工困难,精度要求高加工困难,精度要求高桶面环桶面环 外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形第34页/共70页组合式刮油环:由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。1-钢片;2-衬簧;3-径向衬簧;4-轴向衬簧;5-活塞 第35页/共70页三、活塞销1作用:连接活塞和连杆,并传递活塞的力给连杆。2结构:用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。第36页/共70页四、连杆1-小头;2-杆身;3-大头;4、9-装配记号(朝前);5-螺母;6-连杆盖;7-连杆螺栓;8-轴瓦;1
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