汽车发动机构造与维修02

曲柄连杆机构的曲柄连杆机构的 构造与维修构造与维修曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构是汽车发动机组成的重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要机构，是发动机产生动力并对外输出动 力的机构。力的机构。1 1曲柄连杆机构的功用和组成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体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三个部分组成 。 2 2曲柄连杆机构的受力分析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件接触表面的摩擦力。曲柄连杆机构的受力分 析如图析如图2.12.1所示。所示。图图2.1 2.1 曲柄连杆机构的受力分析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。断变化，造成各处磨损不均匀。(2)(2)往复惯性力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。即前半行间达最大值，然后又逐渐减小到零。即前半行 程是加速运动，惯性力程是加速运动，惯性力F Fj j向上，后半行程是减向上，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。缸体后，还会引起发动机振动。(3)(3)离心力离心力物体绕某一中心做旋转运动时就会产生离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柄、连杆轴颈、连杆大头在绕曲轴轴线旋转时 将产生离心力将产生离心力F Fc c，其方向沿曲柄向外。离心力，其方向沿曲柄向外。离心力 在垂直方向上的分力在垂直方向上的分力F Fcycy与惯性力与惯性力F Fj j的方向总是的方向总是 一致，因而加剧了发动机的上下振动，水平方一致，因而加剧了发动机的上下振动，水平方 向的分力向的分力F Fcxcx则使发动机产生水平方向的振动。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。一附加载荷，增加了变形和磨损。(4)(4)摩擦力摩擦力任何一对相互压紧并做相对运动的零件表任何一对相互压紧并做相对运动的零件表 面之间都存在摩擦力，在曲柄连杆机构中，活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。面磨损的根源。上述各种力作用在曲柄连杆机构和机体的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。靠，减少磨损，在构造上应采取相应措施。项目项目2.1 2.1 机体组的构造与检修机体组的构造与检修2.1.1 2.1.1 机体组的构造机体组的构造机体机体组组组组是构成是构成发动发动发动发动 机的骨架，是机的骨架，是发动发动发动发动 机各机各 机构和各系机构和各系统统统统安装的基安装的基础础础础，是安装，是安装发动发动发动发动 机的所机的所 有主要零件和附件，承受来自各方面的有主要零件和附件，承受来自各方面的载载载载荷，并荷，并 保保证发动证发动证发动证发动 机各运机各运动动动动部件之部件之间间间间的准确位置关系。的准确位置关系。 所以机体所以机体组组组组的故障会的故障会给发给发给发给发 送机运行送机运行带带带带来非常来非常严严严严 重的重的问题问题问题问题 。本。本项项项项目主要目主要讨论发动讨论发动讨论发动讨论发动 机机体机机体组组组组的构的构 造常造常见见见见故障机故障机维维维维修方法。修方法。机体机体组组组组主要由汽缸体、曲主要由汽缸体、曲轴轴轴轴箱、气缸盖、箱、气缸盖、 汽缸汽缸垫垫垫垫等等组组组组成，如成，如图图图图2.22.2所示。所示。图图2.2 2.2 机体组机体组1 1 气缸罩盖气缸罩盖 ；2 2 气缸盖；气缸盖；3 3 汽缸汽缸垫垫垫垫；4 4 汽缸体；汽缸体；5 5 油底壳油底壳1 1汽缸体汽缸体（1 1）汽缸体作为发动机的基础部件，能承受）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恶劣工作条件必须满足以下要求：具有足够刚度。具有足够刚度。具有良好的冷却性能。具有良好的冷却性能。具有足够的耐磨性。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、冷却水和润滑成，在汽缸体内部许多加强筋、冷却水和润滑 油道组成。油道组成。（2 2）汽缸体分类）汽缸体分类气缸体根据与油底壳安装平面位置不同分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，如图大的发动机，如图2.32.3所示。所示。图图2.3 2.3 油底壳安装平面位置油底壳安装平面位置(3)(3)气缸冷却气缸冷却为了使气缸内表面在高温下能正常工作，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。循环带走热量。按气缸排列方式常分为单列、按气缸排列方式常分为单列、V V型和对置型和对置 式三种，如图式三种，如图2.42.4所示。所示。图图2.4 2.4 气缸的排列方式气缸的排列方式单列即直列单列即直列(L)(L)，发动机排量为大于，发动机排量为大于2.5 L2.5 L 的少于六缸都采用这种形式。的少于六缸都采用这种形式。V V型气缸排成两列，中心线夹角小于型气缸排成两列，中心线夹角小于 180180°°，缩短了机体的长度和高度，增加了宽，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，一般度，减轻了质量，形状复杂，一般6 6l2l2缸会缸会 采用，大众又推出采用，大众又推出W W型发动机，气缸分四列错型发动机，气缸分四列错 开布置，构造紧凑、复杂，成本高，应用较少开布置，构造紧凑、复杂，成本高，应用较少 。对置式很少使用。对置式很少使用。(4)(4)气缸套种类气缸套种类为了使气缸便于修理，将气缸制成单独圆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，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。一般应采取防漏措施。2.2.曲轴箱曲轴箱气缸体下半部称为曲轴的曲轴箱，其内腔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。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。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，其内部装有力很小一般只用薄钢板冲压而成，其内部装有 稳油板以防止汽车行驶中油面波动过大造成发稳油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。部安有放油螺塞。3 3气缸盖气缸盖气缸盖的功用是封闭气缸上部并与活塞顶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，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