汽车构造机体组及曲柄连杆机构课件.ppt
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1、2023/3/11,1,第二章 曲柄连杆机构,2023/3/11,2,本章内容,曲柄连杆机构概述机体组活塞连杆组曲轴飞轮组,2023/3/11,3,2.1 曲柄连杆机构概述,一、功用:作功冲程:将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能,再转变为曲轴旋转运动,而对外输出动力 其他冲程:把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动(依靠曲轴与飞轮的惯性),2023/3/11,4,二、组成,机体组活塞连杆组曲轴飞轮组,2023/3/11,5,1、机体组:气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫-不动件,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,2023/3/11,6,2、活
2、塞连杆组:由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,2023/3/11,7,3、曲轴飞轮组:曲轴、飞轮减振器,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,2023/3/11,8,三、工作条件:发动机工作时,曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触,曲轴的旋转速度又很高,活塞往复运动的线速度相当大,同时与可燃混合气和燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用,并且润滑困难。可见,曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣,它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,工作条件:高温,高压,高速,化学腐蚀受力分析:气体作用力,往复慣性力,
3、旋转惯性力(离心力),摩擦力,2023/3/11,9,四、受力分析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。,2023/3/11,10,1、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,NP,SP,P,RP,TP,2023/3/11,11,(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,2023/3/11,12,2、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
4、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。,Pj,2023/3/11,13,往复惯性力 活塞向下运动时,前半行程加速,惯性力向上。后半行程减速,惯性力向下。活塞向上运动时,结果与上相反。,2023/3/11,14,3、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。离心力加速轴承与轴颈的磨损,也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,2023/3/11,15,4、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。,2023/3/11,16,下一节,2023/3/11,17,2.2
5、机体组 机体是构成发动机的骨架,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主要零件和附件,承受各种载荷。因此,机体必须要有足够的强度和刚度。机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,2023/3/11,18,2023/3/11,19,1、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。,2023/3/11,20,
6、气缸体的分类1)根据气缸的排列方式(1)直列式:多用于六缸以下的发动机。(2)V型式:缩短了发动机的长度和高度,多用于八缸以上发动机。(3)对置式:是V型的特殊形式。,2023/3/11,21,结构简单、加工容易,但发动机长度和高度较大。,缩短了机体的长度和高度,增加了刚度,减轻了发动机的重量;形状复杂,加工困难。,2023/3/11,22,V6发动机,直列4缸发动机,2023/3/11,23,2023/3/11,24,2023/3/11,25,2023/3/11,26,2023/3/11,27,2023/3/11,28,2023/3/11,29,2023/3/11,30,2023/3/11,
7、31,2023/3/11,32,2023/3/11,33,高度小,总体布置方便。,对置气缸式发动机,2023/3/11,34,2023/3/11,35,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。,2)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。,2023/3/11,36,3)根据冷却方式不同,(1)、水冷(2)、风冷,2023/3/11,37,4)整体式气缸体和镶嵌式气缸体,(1)、整体式气缸体:气缸套直接镗在气缸体上。磨损后需搪缸。(2)、镶嵌式气缸体:气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,2023/3/11,38,气缸套目的:解决成本与寿
8、命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套,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,又节省了好材料。,2023/3/11,39,性能如何?,5)干缸套和湿缸套,强度和刚度都较好,加工复杂,拆装不便,散热不良。,散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套,易漏水。,2023/3/11,40,2.型式(1)干式缸套13mm 定义:其外表面不直接与冷却水接触。特点:1)壁厚较薄(1mm3mm);2)与缸体承孔过盈配合;3)不易漏水漏气。,2023/3/11,41,(2)湿式缸套定义:其外表面直接与冷却水接触。特点:1)壁厚较厚(5mm9mm);2
9、)散热效果好;3)易漏水漏气;4)易穴蚀,2023/3/11,42,定位:1)径向:靠上下两个凸出的、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。,2023/3/11,43,密封:上部:缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm,当气缸盖螺栓拧紧后,缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处,承受较大的压紧力。,2023/3/11,44,1)下部:13个耐热耐油的橡胶密封圈。,大部分开在缸套上,也可开在缸体上,以免环槽削弱缸套,但工艺性差。,A、B-径向定位带 C-轴向定位带,密封圈,2023/3/11,45,下一节,2023/3/11,46,2、气缸盖与燃烧室1)
10、、气缸盖(汽油机多为整体式;柴油机多为分开式),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(散热、质量轻)。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(汽油机)或喷油器座孔。,2023/3/11,47,2023/3/11,48,2)、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,2023/3/11,49,下一节,2023/3/11,50,3、气缸垫 1)作用 气缸盖和气缸体之间的衬垫,密封燃烧室,保持气缸密封不漏气,保持由机体
11、流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。2)工作条件 承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力 承受气缸内燃烧气体高温、高压的作用 承受冷却液的腐蚀,2023/3/11,51,3)要求 在高温、高压燃气作用下有足够的强度,不易损坏。耐热和耐腐蚀,即在高温、高压燃气下或有压力的机油和冷却水的作用下不烧损、不变质。具有一定弹性,能补偿接合面的不平度,以保证密封。拆装方便能重复使用,寿命长4)材料 按所用材料的不同,气缸衬垫可分为金属石棉衬垫、金属复合材料衬垫和全金属衬垫等多种,2023/3/11,52,4).构造:(1)金属石棉垫:(见a、b)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
12、或钢丝,以坚强导热)。(2)金属骨架石棉垫:以编织的钢丝网(图c)或有孔钢板(图d)为骨架,外覆石棉,只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。(3)纯金属垫:(见图e)由单层或多层金属片(铜、铝或低碳钢)制成,用于某些强化发动机。(4)安装注意:金属皮的金属石棉垫,缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,金属-石墨垫,2023/3/11,53,4、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,基本不受力,又轻又利于散热。为保证发动机纵向倾斜时机油泵仍能吸到机油,油底壳中部做得较深。(2)内部设有稳油挡板,以防止汽
13、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),能吸集机油中的金属屑,以减少发动机运动零件的磨损。(4)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,2023/3/11,54,发动机在汽车上的支承,作用:消除因发动机的振动传到底盘对汽车的舒适性产生的不良影响 汽车行驶时路面不平引起的振动也不会传给发动机而影响其可靠性、耐久性性质:弹性支承 主托架:钢板焊接而成。有足够的刚度、强度,绝对保持发动机对车身 有准确的相互安装位置 悬挂软垫总成:充分吸收车辆行驶时的振动,承受发动机施加给汽车车 架的全部重量,2023/3/11,55,前二后一前一后二,软垫总成,主托架,2023/3/11,56,下一
14、节,2023/3/11,57,2.3 活塞连杆组,2023/3/11,58,2023/3/11,59,1 活塞(piston)1)功用:(1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室;(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)工作环境:高温、散热条件差;顶部工作温度高达600-700K,且分布不均匀;高速,线速度达10m/s,承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高压力可达3-5MPa(汽油机),使之变形,破坏配合联结。,5,2023/3/11,60,3)材料:铝合金:质量小(约为铸铁活塞的50%70%);导热性好(约为铸铁的三倍);热膨胀系数大。灰铸铁:早期活塞用材料。机械强度
15、 耐磨性 耐热性 比重 导热性 灰铸铁 高 好 好 大 差铝合金 差 差 差 小 高(3-4倍)成型方法:铸、锻、液锻(液态模锻)铸铝:高温强度好、制造成本低、易出现铸造缺陷 锻铝:强度好、导热性能好、成本高、用于强化程度高的 发动机上 液锻:将液态金属倒入金属模具内,加压成型、兼顾铸、锻的优点,无废屑。,现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞,只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。,2023/3/11,61,4)构造:活塞可分为顶部(crown)、头部(head)、裙部(skirt),2023/3/11,62,(1)、顶部:是燃烧室的组成部分,用来承受气体压力。,结构简
16、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撞气门,也可用凹坑的深度来调整压缩比),2023/3/11,63,2)活塞头部,位置:第一道活塞环槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣,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,(3)、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用:,活塞销孔,2023/3/11,64,3)活塞裙部,(1)位置:从油环槽下端面起至活
17、塞最下端的部分,包括销座孔。(2)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。,2023/3/11,65,(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。,2023/3/11,66,b、变形规律(1)活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,使气缸间隙变小。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,壁部上厚下薄;(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。,2023/3/11,67,c.结构措施(1)活塞纵断面制成上小下大的截锥形。,20
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