柴油发动机第2章 柴油机曲柄连杆机构.ppt
项目二 柴油机曲柄连杆机构,2.1概述2.2机体组的构造与检修2.3活塞连杆组的构造与维修2.4曲轴飞轮组2.5曲柄连杆机构异响的诊断,返回,2.1概述,曲柄连杆机构是发动机最主要的机构之一。曲柄连杆机构的功用，是将燃气作用于活塞顶上的压力转变成曲轴的转矩，通过飞轮向传动系统输出动力，从而驭动发动机其他机构与装置工作。2.1.1柴油机工作条件与汽油机相比，柴油机汽缸内的工作温度更高，气体燃烧产生的压力更大，由于柴油机机件的体积与质量更大，产生的惯性力也更大，因此柴油机的热负荷、机械负荷大，振动与噪声也大。,下一页,返回,2.1概述,2.1.2曲柄连杆机构的受力情况(1)气体压力 发动机在燃烧过程中，气体对活塞顶的压力通过连杆作用于曲轴连杆轴颈，所产生的力矩使曲轴旋转。压力会使曲轴各轴颈与轴承压紧，不但使曲轴产生摩擦与磨损，还使活塞与汽缸之间产生摩擦与磨损。(2)往返运动惯性力与旋转运动离心力 活塞和连杆小头在汽缸中做往复直线运动时，平均速度很高，而且数值在不断发生变化。当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是:从零开始，逐渐增大，临近中间达到最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上;后半行程是减速运动，惯性力向下。同理，当活塞向上运动时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。,上一页,下一页,返回,2.1概述,偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，也要产生惯性力，俗称离心力。其方向沿曲柄半径向外，其大小与曲柄半径、旋转部分的质心位置及曲轴转速有关。曲柄半径愈长，旋转部分质心离曲轴轴线愈远，曲轴转速愈高，则惯性力愈大。(3)摩擦力 曲柄连杆机构互相摩擦的零部件很多，摩擦产生的摩擦力不但增大机构的运动阻力，还会造成零部件的磨损，影响发动机的使用寿命。,上一页,下一页,返回,2.1概述,2.1.3曲柄连杆机构的整体布置与结构 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图2-1所示。机体组包括汽缸体、汽缸盖和油底壳，形成汽缸、燃烧室和曲轴箱，用来安装活塞、连杆，支撑曲轴，形成发动机的外壳。同时，机体组还是发动机其他零部件的装配基体，是发动机各机构的机架。活塞连杆组由活塞、活塞环、连杆和用来连接活塞与连杆的活塞销组成。活塞位于汽缸内，活塞环安装在活塞头部的环槽内，用来封闭活塞与汽缸之间的间隙。连杆用来连接活塞与曲轴，传递动力，在直线往复运动与旋转运动的转换中起重要作用。活塞销用来连接活塞与连杆。曲轴飞轮组由曲轴、飞轮及其他零部件组成。曲轴支承于发动机曲轴箱内，飞轮固定于曲轴后端，对外输出动力。,上一页,返回,2.2机体组的构造与检修,机体组由汽缸体、曲轴箱、油底壳、汽缸套、汽缸盖、汽缸垫组成。2.2.1汽缸体与曲轴箱2.2.1.1构造通常将汽缸体与曲轴箱铸为一体，笼统地称为汽缸体。汽缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是汽缸，汽缸外面置有水套以散热。曲轴箱上由主轴承座孔，还有主油道和分油道。汽缸体的构造如图2-2所示。,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.1.2汽缸体的排列形式(1)直列式 发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的。单列汽缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下的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汽缸体，如图2-3(a)所示。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(2)V型 汽缸体排成两列，左右两列汽缸中心线的夹角180，称为V型发动机。V型发动机与直列式发动机相比，缩短了机体的长度和高度，增加了汽缸体的刚度，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。一般用于八缸以上的发动机，六缸发动机也有采用这种形式的汽缸体，如图2-3(b)所示。(3)对置式汽缸排成两列，左右两列汽缸在同一水平面上，即左右两列汽缸中心线的夹角=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。这种汽缸应用较少，如图2-3(c)所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.1.3汽缸体的形式(1)平分式汽缸体 其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种汽缸体的优点是机体高度小，质量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便;缺点是刚度和强度较差。平分式汽缸体如图2-4(a)所示。(2)龙门式汽缸体 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;缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。龙门式汽缸体如图2-4(b)所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(3)隧道式汽缸体 这种形式汽缸体的特点是曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从汽缸后部装入。其优点是结构紧凑，刚度和强度好;缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。隧道式汽缸体如图2-4(c)所示。2.2.1.4汽缸体的维修(1)汽缸体的清洗 油污用清洗液进行热清洗，油道用专用清洁刷和热肥皂水清洗。注意:铝合金汽缸体不能使用碱性清洗液清洗;清洗后用清水冲刷，以免残留清洗液腐蚀机件;汽缸体清洗后，在加工表面涂润滑油，以防止生锈;油道清洁后，将油堵装好，以防止污染。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(2)汽缸体裂损的检查与修理方法 用目视或5倍放大镜检查较大裂纹;用水压或气压试验检查细小裂纹，水压或气压试验压力为0.3-0.4 Mpa。气焊修理适用于铸铁汽缸体，裂纹较深(6 mm以上)时需开焊接坡口。电焊修理适用于铸铁汽缸体，焊前在裂纹走向前方钻 3mm止裂孔。黏结修理适用于铝合金汽缸体，较大裂纹开V形槽灌注黏结剂;较小裂纹使用黏结剂贴加布层。螺钉填补修理用于钻止裂孔，用专用铜制螺钉。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(3)汽缸磨损的检查与修理 1)汽缸磨损规律与原因 一般会磨成上大、下小倒锥形。a.润滑不良造成磨损:发动机工作时汽缸上部润滑条件较差，这是因为润滑油不易喷到汽缸壁上部，而其上部温度又高，从而使进入汽缸的润滑油钻度下降，不能形成良好油膜，甚至可能被烧掉。实验证明，当温度超过250时，完整的油膜很难形成;而接近燃烧室的汽缸壁处，工作温度高达350;另外进入汽缸的可燃混合气中的细小颗粒不断冲刷缸壁，也破坏了油膜，使汽缸上部活塞环形成干摩擦或半干摩擦，加快了汽缸磨损。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,b.高压造成的机械磨损:发动机工作时活塞环在自身弹力和气体压力作用下压在汽缸壁上。当活塞在汽缸中往复运动时，活塞环与汽缸壁相对运动而产生摩擦磨损，程度决定于活塞环作用在汽缸壁上正压力的大小。正压力越大，润滑油膜的形成和保持越难，机械磨损越严重。在做功行程中，活塞下行汽缸容积增大，这个压力将随之降低，这样汽缸磨损不均匀，使其形状呈上大、下小的倒锥形。最前端第一缸和最后端第四缸、第六缸，磨损大于其他缸，原因为:a.温度造成的酸腐蚀，即第一缸、第四缸、第六缸散热条件好，温度低于其他缸，易造成酸性磨损。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,b.第一缸和第四缸、第六缸，受惯性力影响，是负荷输出端，所以磨损大于其他缸，且径向磨损大于轴向，形成椭圆形。径向小于轴向的椭圆形。发动机做功行程，连杆下行会对汽缸产生一个侧向冲击，加大了主推力面磨损;在压缩行程时，会有一个侧向力，产生同样侧向冲击，也加大了磨损，不过小于做功行程，这样就会磨损形成径向大于轴向的椭圆形。腰鼓形。由于吸入尘土之类的杂质，中间的磨损速度最快，行成腰鼓形。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2)磨损检查 用量缸表从三个高度位置，沿纵、横两个方向，共在6个部位进行检查。最大磨损量最大测量直径与标准直径之差;圆度误差同一高度、不同方向测量的两个直径之差的一半;圆柱度误差不同高度、同一方向测量的两个直径之差的一半。不允许超过使用极限，否则应锁磨或镶套。例如，EQ6100发动机规定汽缸圆度误差若超过0.075 mm,圆柱度误差若超过0.15 mm，则需进行修理。使用量缸表测量时，先将量缸表调“0”;(与标准缸径相对应)，再测量:如果指针正好处在零位，说明被测缸径与标准尺寸的缸径相等;当指针顺时针方向离开零位，表明缸径小于标准尺寸的缸径;当指针逆时针方向离开零位，表明缸径大于标准尺寸的缸径。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,汽缸径向的最大磨损基本上是处于垂直曲轴轴线平面内(对侧置气门，一般是面对进气门缸壁侧);汽缸径向的最小磨损，是在平行轴轴线平面内。汽缸轴向磨损，上部大于下部形成圆柱度，最大磨损部位在第一道活塞环对应的上止点处。缸口活塞环没触到的地方儿乎没有磨损(形成缸肩)。汽缸镶套。汽缸镶套包括干缸套和湿缸套。a.干缸套:用专用工具，过盈量0.03-0.08 mm。b.湿缸套:高出缸体上平面0.05-0.15mm。缸体上平面的检查:工具:直尺和塞尺 方法:在图2-5中所示的6个方向上检查。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.2油底壳(1)功用 油底壳用于储存和冷却机油并封闭曲轴箱。(2)构造 油底壳用薄钢板冲压而成，内部设有稳油挡板，以防汽车振动时油底壳右面产生较大的波动;最低处有放油塞;曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。其构造如图2-6所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.3汽缸套 解决成本与寿命之间的矛盾。汽缸可内镶耐磨高级铸铁材料制成的汽缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了材料。(1)干式汽缸套 其特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和汽缸体的壁面直接接触。壁厚一般为1-3 mm。它具有整体式汽缸体的优点，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。其结构如图2-7(a)所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(2)湿式汽缸套 其特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁直接与冷却水接触，汽缸套仅在上、下各有一圆环地带与汽缸体接触，壁厚一般为5-9 mm。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、刚度都不如干式汽缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。其结构如图2-7(b)所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(3)湿式缸套的安装固定 缸套外圆柱面上下各有一个凸缘，与座孔圆柱面配合，起到径向定位的作用。缸套上端面凸缘与缸体上端面贴合，被缸盖压紧，起到轴向定位和固定缸套的作用。缸套外圆柱面的下端开有密封槽，里面装有橡胶密封圈，用来对缸套与座孔之间的间隙进行密封。由于汽缸套直接与冷却液接触，故冷却效果好。湿式缸套产生磨损变形后，只能进行更换修理。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.4汽缸盖(1)汽缸盖结构 汽缸盖用缸盖螺栓固定在缸体上面，用来封闭汽缸。汽缸盖下平面的凹坑，与活塞顶一起形成燃烧室。由于汽缸盖的热负荷很大，而且形状复杂，容易产生热变形和开裂，故必须对汽缸盖进行可靠的冷却。汽缸盖内部为中空结构，形成缸盖水套，水套主要位于燃烧室周围。缸盖水套通过缸盖与缸体之间的小孔与缸体水套相通，缸体水套内的冷却液从小孔进入缸盖水套进行冷却。缸盖水套设有出水口，与出水管相连。汽缸盖上有进排气道，气道口镶嵌有气门座圈。缸盖上还镶嵌有气门导管，用来安装进、排气门。配气机构的摇臂总成也安装在汽缸盖上端面，并用气门室罩封闭。汽缸盖有喷油器座孔，用螺栓将喷油器固定在汽缸盖上。其结构如图2-8所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,(2)缸盖的安装固定 大型发动机采用一缸一盖的单体式汽缸盖，或者几缸一盖的块状式汽缸盖。汽缸盖用缸盖螺栓固定在汽缸体上，拧紧螺栓时应按规定力矩均匀拧紧。对于块状式缸盖，应采用从中间向四周扩展的方法拧紧螺栓。安装铸铁缸盖时，应在发动机热态下最后拧紧螺栓。(3)汽缸盖的维修 对于缸盖裂损的检查与修理，请参照缸体的检查与修理方法。缸盖平面变形的检查与修理方法为:a.检查方法:与缸体上平面变形检查相同。b.修理方法:铝合金缸盖用压力校正，铸铁缸盖用磨削或铣削。注意:缸盖磨削或铣削量不能超过0.5mm。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,燃烧室积炭通常用机械清除或化学清除。火花塞座孔损坏的维修，分为座孔扩大、攻制螺纹、拧入螺堵、加工座孔4步进行。注意:缸盖螺栓拆装顺序:缸盖螺栓按顺序分2-3次逐渐拧紧或拧松)如图2-9所示。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.5汽缸垫 汽缸垫在汽缸盖和汽缸体之间，其功用是保证汽缸盖与汽缸体接触面的密封性，防止漏气、漏水和漏油。汽缸垫的构造如图2-10所示。金属一石棉垫:外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉(常掺入铜屑或钢丝，以增强导热性能)。如图2-10(a),(b)所示。金属骨架一石棉垫:以编织的钢丝网(如图2-10(c)所示)或有孔钢板(如图2-10(d)所示)为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,纯金属垫:由单层或多层金属片组成，如图2-10(e)所示。解放CA1091型汽车6102型发动机的汽缸垫，就采用了较先进的加强型无石棉汽缸垫，其结构如图2-10(f)所示，在汽缸口密封部位采用五层薄钢板组成，并设计成圆形，没有石棉夹层，从而消除了气囊的产生，也减少了工业污染，在油孔和水孔周围均包有钢护圈以提高密封性。安装注意:安装汽缸垫时，首先要检查汽缸垫的质量和完好程度，所有汽缸垫上的孔要和汽缸体上的孔对齐，将光滑的一面朝向汽缸体，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汽缸盖螺栓。拧紧汽缸盖螺栓时，必须按中央对称均匀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。,上一页,下一页,返回,2.2机体组的构造与检修,2.2.6发动机的支承 发动机采用三点式或者四点式支承，固定在车架上。发动机与车架之间，采用弹性支承方式，即在发动机支座与车架之间，设置弹性垫，这样可以减少发动机传给底盘的振动，也可防止因车架变形对发动机产生影响。由于采用的是弹性支承，发动机与车架之间的位置在汽车行驶中会有微小变化，因此发动机与车架之间的管道都采用软管连接。采用三点式支承时，通常前面一个支承点，安装于正时齿轮室盖上的支架上;后面两个支承点，为飞轮壳两端的凸耳。采用四点式支承时，前面与后面各两个支承点。,上一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成，如图2-11所示。2.3.1活塞连杆组的构造2.3.1.1活塞 活塞的作用有两个:一是活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室;二是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转。活塞在汽缸内做高速往复运动，承受周期性变化的气体压力和惯性力，且顶部直接与高温燃气接触，加之润滑不良、散热困难，活塞的工作条件十分恶劣，这就要求活塞必须具有足够的刚度和强度，质量要尽可能小，导热性能好，且有良好的耐磨性和热稳定性。,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,目前，汽车发动机的活塞材料广泛采用铝合金，有的柴油机上也采用高级铸铁或耐热钢通过铸造或锻造工艺制成。(1)活塞的基本结构 活塞由顶部、头部、裙部3部分组成，如图2-12所示。活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状与燃烧室形式有关，一般有平顶、凸顶和凹顶3种，如图2-13所示。平顶活塞结构简单，加工方便，受热面积小，在汽油机上广泛采用;凸顶活塞顶部刚度大，可获得较大的压缩比，也能增加气流强度，但顶部温度较高;凹顶活塞可通过凹坑深度获得不同的压缩比，但顶部受热量大，易形成积炭，加工制造困难。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞头部是指活塞环槽以上的部分，其作用是承受气体压力，并将力通过活塞销座、活塞销传给连杆;同时与活塞环一道实现汽缸的密封;将活塞顶部吸收的热量通过活塞环传导到汽缸壁。活塞头部切有若干道用以安装活塞环的环槽。发动机活塞一般有2-3道气环槽和1道油环槽，随着发动机的高速化，气环数有减少的趋势。气环槽一般具有同样的宽度，油环槽比气环槽的宽度大，且槽底加工有回油孔，以便让油环刮下的机油从回油孔回到油底壳。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞环槽的宽度和深度略大于活塞环的高度和厚度，以保证发动机工作时，活塞环可在环槽内运动，以除去环槽内的积炭和保证密封。这样，活塞环槽的磨损常常是影响发动机使用寿命的一个重要因素，特别是第一道环槽温度高，使材料硬度下降，磨损更为严重。为了保护环槽，有的发动机在活塞环槽部位铸 入用耐热材料制成的环槽保护圈，以提高活塞的使用寿命，如图2-14所示。活塞裙部是活塞油环环槽以下的部分，其作用是为活塞在汽缸内做往复运动导向和承受侧压力。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞裙部要有一定的长度和足够的面积，以保证可靠的导向和减磨。活塞裙部基本形状为一薄壁圆筒，圆筒结构完整的称为全裙式;许多高速发动机为了减轻活塞质量，在活塞不受侧向力的两侧，即沿销座孔轴线方向的裙部切去一部分，形成拖板式裙部，这种结构裙部弹性较好，可以减小活塞与汽缸的装配间隙，如图2-15所示。(2)活塞的变形规律及应对措施 活塞工作时，由于机械负荷和热负荷的影响，会使活塞产生变形。在圆周方向上，其裙部直径沿活塞销座轴线方向增大，使裙部变成长轴在活塞销座轴线方向上的椭圆，如图2-16所示。这是因为气体压力和侧压力的作用;同时在活塞销座附近金属堆积，受热后膨胀量大。由于机械变形和热变形共同作用，因而造成这样的结果。在高度方向上，由于温度分布和质量分布不均匀，故活塞的变形量会出现上大下小的特点。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,为了保证活塞在工作时与汽缸壁间保持比较均匀的间隙，以免在汽缸内卡死或引起局部磨损，故必须在结构上采取各种措施:冷态下将活塞制成其裙部断面为长轴垂直于活塞销的椭圆，轴线方向为上小下大的近似圆锥形。活塞销座附近的裙部外表面制成凹陷0.5-1 mm。在活塞裙部受侧压力小的一侧开“”形或“T”形槽，如图2-17所示。其中横槽被称为绝热槽，可减少从活塞头部向裙部的传热量，使裙部膨胀量减少;纵槽被称为膨胀槽，使裙部具有弹性，这样，冷态下的间隙可减小，热态下又因切槽的补偿作用，而使活塞不致卡死在汽缸中。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,采用双金属活塞。双金属活塞有恒范钢片式、筒形钢片式、自动调节式等，其作用是牵制活塞裙部的膨胀量。采用上述措施后，活塞裙部与汽缸壁之间的冷态装配间隙便可减小，以避免发动机产生冷“敲缸”现象。2.3.1.2活塞环 活塞环有两类密封问题:窜气和窜油。窜气是指燃烧气体通过活塞与汽缸间的间隙泄漏至曲轴箱，这将导致功率损失;窜油指机油从油底壳上行至燃烧室，造成烧机油，这会影响发动机性能。为了防止窜气和窜油，必须通过活塞环来进行密封。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞环有气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与汽缸壁间的密封效果，防止高温、高压的燃气漏入曲轴箱，同时将活塞顶部的热量传导到汽缸壁，再由冷却液或空气带走。一般来说，发动机每个活塞上都装有2-3道气环;目前，新型发动机上气环的数量呈减少的趋势。油环用来刮除汽缸壁上多余的机油，并在汽缸壁上涂布一层均匀的油膜。通常发动机有1-2道油环。由于活塞环也是在高温、高压、高速及润滑困难的条件下工作，且运动情况复杂，因此要求其材料应有良好的耐热性、导热性、耐磨性、磨合性、韧性及足够的强度和弹性。目前，活塞环的材料采用优质铸铁、球墨铸铁、合金铸铁，并对第一道环甚至所有环实行工作表面镀铬或喷钥处理，以提高耐磨性。组合式油环则采用弹簧钢片制造。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,(1)气环 气环的间隙。发动机工作时，活塞、活塞环都会发生热膨胀，并且活塞环随着活塞环在汽缸内做往复运动时，有径向胀缩变形现象。为防止活塞环卡死在缸内或胀死在环槽中，安装时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙，如图2-18所示。端隙1又称开口间隙，是活塞环在冷态下装入汽缸后，该环在上止点时环的两端头的间隙，一般为0.25-0.50mm。侧隙2又称边隙，是指活塞环装入活塞后，其侧面与活塞环槽之间的间隙。第一环工作温度高，间隙较大，一般为0.04-0.10 mm，其他环一般为0.03-0.07 mm。油环侧隙较气环小。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,背隙3是活塞及活塞环装入汽缸后，活塞环内圆柱面与活塞环槽底部间的间隙，一般为0.50-1.00 mm。油环背隙较气环大，以增大存油间隙，有利于减压泄油。气环的密封原理。活塞环在自由状态下不是圆环形，其尺寸比汽缸内径大，因此它随活塞一起装入汽缸后，便产生弹力F1而紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，使高温高压燃气不能通过环与汽缸接触面的间隙。活塞环在燃气压力作用下，压紧在环槽的下端面上，形成第二密封面，于是燃气绕流到环的背面，燃气压力对环背的作用力F2使环更紧地贴在汽缸壁上，形成对第一密封面的第二次密封，如图2-19所示。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,高温高压燃气从第一道气环的切口漏到第二道气环的上平面时，由于第一环切口的阻力，压力已有所降低，又把这道气环压贴在第二环槽的下端面上，于是燃气又绕流到这个环的背面，如此下去，从最后一道气环漏出来的燃气，其压力和流速已大大减小，因此漏气量也就很少了。为减少气体泄漏，将活塞环装入汽缸时，各道环的开口应相互错开。如有三道环，则各道环开口应沿圆周成120夹角;如有四道环，则第一、第二道互错180，第二、第三道互错90，第三、第四道互错180，形成迷宫式的路线，以增大漏气阻力，减少漏气量。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,气环的泵油现象。由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油现象，如图2-20所示。活塞下行时，环靠在环槽上方，环从缸壁上刮下来的机油充入环槽下方;当活塞上行时，环又靠在环槽的下方，同时将机油挤压到环槽上方。如此反复，就将缸壁上的机油泵入燃烧室。泵油现象会使燃烧室内形成积炭，同时增加机油消耗，并且可能在环槽中形成积炭，导致环卡死而失去密封作用，甚至折断活塞环。气环的种类。气环按其断面形状分为很多种，如图2-21所示。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,锥形环与缸壁是线接触，有利于磨合和密封。另外，这种环在活塞下行时有刮油作用，上行时有布油作用。安装这种环时只能按图2-21(b)所示方向安装。为避免装反，在环端上侧面标有记号(“向上”或“TOP等)。梯形环的特点是当活塞受侧压力的作用而改变位置时，环的侧隙相应地发生变化，使沉积在环槽中的积炭结焦被挤出，避免了环被粘在环槽中而失效的情况的发生。常用于热负荷较高的柴油机的第一道气环。桶面环的特点是活塞环的外圆面为凸圆弧形。当活塞上下运动时，桶面环均能改变形状形成楔形间隙，使机油容易进入摩擦面，从而使活塞环的磨损大为减少。另外，桶面环与汽缸是圆弧接触，故对汽缸表面的适应较好。缺点是其圆弧表面加工较困难。目前已普遍应用于强化柴油机的第一道气环。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,扭曲环是矩形环的内圆上边缘切去一部分(如图2-21(e)所示)或外圆下边缘切去一部分(如图2-21(f)所示)。将这种环随同活塞装入汽缸时，由于环自身的弹性变形力不对称而产生断面倾斜，其作用原理如图2-22所示。当活塞环装入汽缸，其外侧拉伸力的合力F1与内侧压缩应力的合力F2之间有一力臂。，于是产生了扭转力偶M，它使环外圆周扭曲成上小下大的锥形，从而使扭曲环的边缘与环槽的上、下端面接触，防止了活塞环在环槽内上下窜动而造成的泵油作用，同时还增加了密封性，易于磨合，并且有向下的刮油作用。扭曲环目前在发动机上得到了广泛应用。扭曲环在安装时，必须注意环的断面形状和方向，应将其内圆切槽向上，外圆切槽向下。第一道环多为内圆上边缘切口，不能装反。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,(2)油环油环有两种结构形式:整体式和组合式，如图2-23所示。整体式油环用合金铸铁制造，其外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或缝隙。组合油环由上、下刮片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。这种环片很薄，对汽缸壁的压力大，具有刮油作用强、质量小、回油通道大的特点。在高速发动机上得到广泛应用。油环的刮油作用如图2-24所示。无论活塞上行或下行，油环都能将汽缸壁上多余的机油刮下来。刮下来的机油经活塞上的回油孔流回油底壳。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,2.3.1.3活塞销 活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销工作时承受很大的周期性冲击载荷，且工作于高温环境中，润滑条件差，因而要求活塞销要有足够的刚度和强度，表面要耐磨，且质量要轻。活塞销一般采用低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳淬火后再精磨加工。为了减轻质量，活塞销一般做成空心圆柱，空心柱的形状可以是组合形或两段截锥形，如图2-25所示。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞销的连接方式有两种:全浮式和半浮式，如图2-26所示。全浮式连接是指在发动机工作时，活塞销座、活塞销与连杆小头之间都是间隙配合，可以相互转动。这种连接方式增大了实际接触面积，减小了磨损且磨损均匀，因而被广泛采用。为防止工作时活塞销从孔中滑出，必须用卡环将其固定在销座孔内。半浮式连接是指销与座孔或销与连杆小头两处，一处固定，另一处浮动，其中大多数采用销与连杆小头固定的方式。可以将活塞销压配在连杆小头孔内，也可将活塞销中部与连杆小头用紧固螺栓连接。这种方式不需要卡环，也不需要连杆衬套。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,2.3.1.4连杆组(见图2-27)连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆在质量尽可能小的条件下，必须有足够的刚度和强度。若连杆的刚度不够，则可能产生的后果是:其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损;连杆杆身弯曲，造成活塞与汽缸偏磨、活塞环漏气和窜油等。连杆一般用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成，然后经机械加工和热处理。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,连杆(如图2-28所示)由连杆小头、杆身和连杆大头(包括连杆盖)3部分组成。连杆小头与活塞销相连。工作时，小头与销之间有相对转动，因此小头孔中一般压入减磨的青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽(如图2-29所示)，用来收集发动机运转时被激飞溅上来的机油，以便润滑。有的发动机的连杆小头采用压力润滑，在连杆身内钻有纵向的压力油通道。连杆杆身通常做成“工”字形断面，以求在取得强度和刚度足够的前提下减小质量。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,连杆大头与曲轴的曲柄销相连，一般做成剖分式的，被分开的部分称为连杆盖，用特制的连杆螺栓紧固在连杆大头上。连杆盖与连杆大头是组合镜孔的，为了防止装配时配对错误，在同一侧刻有记号。大头孔表面有很小的表面粗糙度值，以便与连杆轴瓦紧密贴合。连杆大头上还铣有连杆轴瓦的定位凹坑。有的连杆大头连同轴瓦还钻有1-1.5 mm小油孔，从中喷出机油以加强配气凸轮与汽缸壁的激溅润滑。连杆大小按剖分面的方向可分为平切口和斜切口两种。平切口连杆(如图2-29(b)所示)的剖分面垂直于连杆轴线。一般汽油机连杆大头尺寸都小于汽缸直径，可以采用平切口。柴油机的连杆，由于受力较大，其大头的尺寸往往超过汽缸直径。为使连杆大头能通过汽缸，便于拆卸，一般采用斜切口连杆(如图2-29(a)所示)。斜切口连杆的大头剖分与连杆轴线成30-60夹角。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,连杆螺栓是一个承受交变载荷的重要零件，一般采用韧性较高的优质合金钢或优质碳素钢锻造或冷徽成形。连杆大头在安装时必须紧固可靠。连杆螺栓必须以工了规定的拧紧力矩，分2-3次均匀地拧紧;还必须用防松胶或其他锁紧装置紧固，以防止工作时自动松动。平切口的连杆盖与连杆的定位，是利用连杆螺栓上的精加工的圆柱凸台或光圆柱部分，与经过精加工的螺栓孔来保证的。斜切口连杆在工作中受到惯性力的拉伸，在切口方向有一个较大的横向分力，因此在斜切口连杆上必须采用可靠的定位措施。斜切口连杆常用的定位方法有:止口定位(如图2-30(a)所示)的优点是工艺简单;缺点是定位不大可靠，对连杆盖止口向外变形或连杆大头止口向内变形均无法防止。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,套筒定位(如图2-30(b)所示)是在连杆盖的每一个螺栓孔中压配一个刚度大而且剪切强度高的短套筒。它与连杆大头有精度很高的配合间隙，故拆装连杆盖时也很方便。它的缺点是定位套筒的工艺要求高，若孔距不够准确，则可能因过定位(定位干涉)而造成大头孔严重失圆。此外，连杆大头的横向尺寸也必然因此而加大。锯齿定位(如图2-30(c)所示)的优点是锯齿接触面大，贴合紧密，定位可靠，结构紧凑;缺点是对齿距公差要求严格，否则连杆盖装在连杆大头上时，中间会有个别齿脱空。这不仅影响连杆组件的刚度，还会使连杆大头孔失圆。如果能采用拉削工艺，保证齿距公差，则这种定位方式还是较好的。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,安装在连杆大头孔中的连杆轴瓦是剖分成两半的。滑动轴承轴瓦是在厚1-3 mm的薄钢背的内圆面上浇铸0.3-0.7 mm厚的减磨合金层(如巴氏合金、铜铅合金、高锡铝合金等)而成，如图2-31所示。减磨合金具有保持油膜、减小摩擦阻力和加速磨合的作用。巴氏合金轴瓦的疲劳强度较低，只能用于负荷不大的汽油机;而铜合金轴瓦或高锡铝合金轴瓦均具有较高的承载能力与耐疲劳性。锡的质量占比在20%以上的高锡铝合金轴瓦，在汽油机和柴油机上均得到广泛应用。在铜铅合金和减磨层上再镀一层厚度为0.02-0.03mm的铟或锡，即能用于高强化的柴油机。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,连杆轴瓦的背面应有很小的表面粗糙度值。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，因有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔孔壁上，因而具有很好的承受载荷和导热的能力，这样可以提高其工作可靠性和延长其使用寿命。为了防止连杆轴瓦在工作中发生转动或轴向移动，在两个连杆轴瓦的剖分面上，分别冲压出高于钢背面的两个定位凸键。装配时，这两个凸键分别嵌入连杆大头和连杆盖上的相应凹槽中。在连杆轴瓦内表面上还加工有油槽，用以储存润滑油，保证可靠润滑。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,V型发动机左右两侧对应两汽缸的连杆是共同连接在一个曲柄销上的，它有三种形式:并列连杆式(如图2-32(a)所示)，即相对应的左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上。这样布置的优点是连杆可以通用，两列汽缸的活塞连杆组的运动规律相同;其缺点是两列汽缸轴线沿曲轴轴向要错开一段距离，因而使曲轴的长度增加，刚度降低。主副连杆式(图2-32(b),即一列汽缸的连杆为主连杆，其大头直接安装在曲柄销全长上;另一列汽缸的连杆为副连杆，其大头与对应的主连杆大头(或连杆盖)上的两个凸耳做铰链连接。这种结构中，左右两列对应汽缸的主、副连杆与其汽缸中心线位于同一平面内，故不致加大发动机的轴向长度;缺点是主、副连杆不能互换。此外，左右两列汽缸的活塞连杆组的运动规律和受力都不一样。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,叉形连杆式(图2-32(c)，即左右两列汽缸的对应两个连杆中，一个连杆的大头做成叉形，跨于另一个连杆的厚度较小的片形大头两端。叉形连杆式布置的优点是两列汽缸中的活塞连杆组的运动规律相同，左右对应的两汽缸轴心线不需要在曲轴轴向上错位;其缺点是叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且大头的刚度不高。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,2.3.2活塞连杆组的检修2.3.2.1活塞的选配(1)活塞的损伤形式活塞的损伤主要是磨损，包括活塞环槽的磨损、活塞裙部的磨损、活塞销座孔的磨损;而活塞刮伤、顶部烧蚀和脱顶则属于非正常的损伤形式。(2)活塞的选配当汽缸的磨损超过规定值及活塞发生异常损坏时，必须对汽缸进行修复，并且要根据汽缸的修理尺过选配活塞。选配活塞时要注意以下几点:,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。活塞裙部的尺寸是以锁磨汽缸的直径为依据的，即汽缸的修理尺寸是哪一级，也要选用哪一级修理尺寸的活塞。只有在选好同一分组活塞后，才能按选定活塞的裙部尺寸进行锁磨汽缸。同一发动机必须选用同一厂牌的活塞。活塞应成套选配，以保证其材料和性能的一致性。在选配的成套活塞中，尺寸差和质量差应符合要求。成套活塞中，其尺寸差一般为0.02-0.025 mm，质量差一般为4-8g;销座孔的涂色标记应相同。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,新型汽车的活塞与汽缸的配合都采用选配法，在汽缸的技术要求已确定的前提下，重点是选配相应的活塞。活塞的修理尺寸级别一般分为+0.25 mm,+0.50mm,+0.75mm,+1.00mm等4个级别，有的只有1-2个级别。在每一个修理尺寸级别中又分为若干组，通常分为3-6组不等，相邻两组的直径差为0.010-0.015 mm。选配时，要注意活塞的分组标记和涂色标记。有的发动机为薄型汽缸套，活塞不设置修复尺寸，只区分标准系列活塞和维修系列活塞，而且每个系列的活塞中也有若干组供选配。活塞的修理尺寸级别代号常打印在活塞顶部。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,(3)活塞裙部尺寸的检测 镗缸时，要根据选配活塞的裙部直径确定锁削量，活塞裙部直径的测量方法如图2-33所示。在活塞下部离裙部底边约15 mm与活塞销垂直方向处用千分尺测量活塞裙部直径。(4)配缸间隙的检测 活塞与汽缸壁之间的间隙称为配缸间隙。此间隙应符合标准。检测时可用量缸表测量汽缸的直径，用外径千分尺测量活塞的直径，两者之差即为配缸间隙。也可如图2-34所示，将活塞(不装活塞环)放入汽缸中，用塞尺测量其间隙值。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,2.3.2.2活塞环的选配(1)活塞环的损伤形式 活塞环的损伤主要是磨损。随着活塞磨损的加剧，活塞环的弹力逐渐减弱的同时，端隙、侧隙、背隙也在增大。此外，活塞环还可能折断。(2)活塞环的选配 除有标准尺寸的活塞环以外，还有与各级别修理尺寸汽缸、活塞相对应的加大尺寸的活塞环。修理发动机时，应按照汽缸的标准尺寸或修理尺寸，选用与汽缸、活塞同级别的活塞环。在大修时，应优先使用活塞、活塞销及活塞环成套供应配件。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,对活塞环的要求除了与汽缸、活塞修理尺寸一致外，还应具有规定的弹力，确保环的漏光度、端隙、侧隙、背隙符合原厂规定。几种常用汽车发动机活塞环的“三隙”数值如表2-1所示。活塞环端隙的检测。将活塞环平正地放入汽缸内，用活塞顶部把它推平，然后用塞尺测量开口处的间隙，如图2-35所示。端隙大于规定时，应另选活塞环;小于规定时，可对环口的一端加以挫修。挫修时，应注意环口平整，挫修后环外口应去掉毛刺，以防锋利的环口刮伤汽缸。,上一页,下一页,返回,2.3活塞连杆组的构造与维修,活塞环侧隙的检测。将活塞环放入环槽内，围绕环槽滚动一周，应能自由滚动，既不松动，又无阻滞现象。用塞尺按如图2-36所示的方法测量，看测量结果是否符合要求。如侧隙过小，可将活塞环
