1.2曲柄连杆机构（课件）-《汽车构造与拆装》同步教学（电子工业版）

任务二 曲柄连杆机构 任务目标 ●知识目标 1.掌握机体组的功用与组成。 2.掌握活塞连杆组的功用与组成。 3.掌握曲柄飞轮组的功用与组成。 4.掌握发动机的常用术语及含义。 ●能力目标 1.能够独立完成曲柄飞轮组的拆装。 任务引入 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换，用来传递力和改变运动方式的动力传动机构，在发动机的发展史上曲柄连杆机构始终是发动机的基础。随着科学技术的不断发展和发动机的日益广泛使用，对发动机曲柄连杆机构的要求也越来越高。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，曲柄连杆机构的性能直接影响发动机的综合性能。 一、曲柄连杆机构的功用与组成 相关知识 曲柄连杆机构的功用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。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。 曲柄连杆机构的功用 1 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。如图 1-19 所示。 曲柄连杆机构的组成 2 二、机体组 机体组的功用与组成 1 功用：机体组是发动机的基础，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。汽缸盖用来封闭汽缸顶部，并与活塞顶和汽缸壁一起形成燃烧室。另外，汽缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。 组成：发动机机体组主要由机体、汽缸盖、汽缸盖罩、汽缸衬垫、油底壳等组成，如图 1-19所示。镶汽缸套的发动机机体组还包括干式汽缸套和湿式汽缸套。 汽缸盖 2 （1） 汽缸盖的工作条件及要求 汽缸盖承受气体压力和紧固汽缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。为了保证汽缸的良好密封，汽缸盖既不能损坏，也不能变形。为此汽缸盖应具有足够的强度和刚度。为了使汽缸盖的温度分布尽可能均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹，应对汽缸盖进行良好的冷却。汽缸盖一般都由优质灰铸铁或合金铸铁铸造，轿车用的汽油机则多采用铝合金汽缸盖。 （2） 汽缸盖的作用与构造 汽缸盖用来封闭汽缸顶部，并与活塞顶和汽缸壁一起形成燃烧室。另外，汽缸盖内的水套和油道也是冷却系统和润滑系统的组成部分。汽缸盖（图 1-20）是结构复杂的箱形零件。 （3） 汽缸盖的结构形式 水冷发动机的汽缸盖有整体式、分块式和单体式三种结构形式。 （4） 燃烧室 当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、汽缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机汽缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。 汽油机燃烧室如图 1-21所示 柴油机燃烧室如图 1-22 所示。 机体 3 （1） 机体的工作条件及要求 在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为汽缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对汽缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量小，以减小整机的尺寸和质量。 （2） 机体的构造 机体是汽缸体与曲轴箱的连铸体。绝大多数水冷发动机的汽缸体与曲轴箱连铸在一起，而且多缸发动机的各个汽缸也合铸成一个整体，如图 1-23 所示。 风冷发动机几乎无一例外地将汽缸体与曲轴箱分别铸制，而且汽缸体为单体的，如图 1-24 所示。 风冷发动机汽缸体结构：由于金属对空气的换热系数仅是金属对水的换热系数的 1/33。因此必须在风冷汽缸的外壁铸制散热片，以增加散热面积，增强散热能力。 （3） 机体的分类 机体的构造与汽缸排列形式、汽缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。 按汽缸排列形式不同机体分为三种： 直列式 V 型 水平对置式 按汽缸结构形式不同机体分为三种（图 1-25） 按曲轴箱结构形式不同机体分为三种（图 1-26） 汽缸衬垫 4 （1） 汽缸衬垫的功用 汽缸衬垫是机体顶面与汽缸盖底面之间的密封件。其作用是保持汽缸密封不漏气，保持由机体流向汽缸盖的冷却液和机油不泄漏。汽缸垫具有足够的强度，耐压、耐热和耐腐蚀。有一定的弹性，以补偿机体顶面和汽缸盖底面的粗糙度和不平度以及发动机工作时反复出现的变形。 （2） 汽缸衬垫的分类及结构 按所用材料的不同，汽缸衬垫可分为金属 - 石棉衬垫、金属 - 复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。汽缸垫的类别与结构如图 1-27 所示。 （3） 汽缸衬垫的更换 发动机大修时必须更换汽缸衬垫。汽缸衬垫安装在汽缸体、汽缸盖之间，汽缸体、汽缸盖接触面都要涂上密封胶，以保证燃烧室的良好密封。汽缸衬垫安装如图 1-28 所示，将新的汽缸盖衬垫放到缸体上，注意正确的安装方向。 油底壳 5 （1） 油底壳的功用 油底壳的主要功用是存储机油和封闭机体或曲轴箱。 （2） 油底壳的构造 油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成。油底壳内设有挡板，用以减轻汽车颠簸时油面的振荡。为了保证汽车倾斜时机油泵能正常吸油，通常将油底壳局部做得较深。油底壳底部设有放油螺塞。有的放油螺塞带磁性（图 1-29），可以吸引机油中的铁屑。 三、活塞连杆组 活塞连杆组的功用与组成 1 功用：将燃烧过程中获得的动力传递给曲轴。 组成：由活塞、卡环、活塞销、连杆体、连杆轴承瓦、连杆轴承盖、连杆螺栓、连杆螺母组成，如图 1-30 所示。 活塞组 2 （1） 活塞 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。 （1）活塞的功用及工作条件。 活塞是发动机中工作条件最严酷的零件。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿汽缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 活塞可视为由顶部、头部和裙部三部分构成，如图 1-31 所示。 （2）活塞的构造。 汽油机活塞如图 1-32 所示。 柴油机活塞如图 1-33 所示。 （2） 活塞环 活塞环有气环和油环（图 1-34）。气环的主要功用是密封和传热，保证活塞与汽缸壁间的密封，防止汽缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接收的热传给汽缸壁，避免活塞过热。 （1）活塞环的功用。 （2）气环。 气环的密封原理（图 1-35）：活塞环在自由状态下不是正圆形，其外廓尺寸比汽缸直径大。 气环开口形状（图 1-36）： 开口形状对漏气量有一定影响。直开口工艺性好，但密封性差；阶梯形开口密封性好，工艺性差；斜开口的密封性和工艺性介于前两种开口之间，斜角一般为30°或 45°。 气环的断面形状：气环的断面形状多种多样（图 1-37），根据发动机的结构特点和强化程度，选择不同断面形状的气环组合，可以得到最好的密封效果和使用性能。 （3）油环 油环类型可分为以下三种 槽孔式油环 槽孔撑簧式油环 钢带组合式油环 槽孔式油环：因为油环的内圆面基本上没有气体力的作用，所以槽孔式油环的刮油能力主要靠油环自身的弹力。为了减小环与汽缸壁的接触面积，增大接触压力，在环的外圆面上加工出环形集油槽，形成上下两道刮油唇，在集油槽底加工有回油孔（图 1-38）。由上下刮油唇刮下来的机油经回油孔和活塞上的回油孔流回油底壳。 槽孔撑簧式油环：在槽孔式油环的内圆面加装撑簧。一般作为油环撑簧的有螺旋弹簧、板形弹簧和轨形弹簧三种。这种油环由于增大了环与汽缸壁的接触压力，而使环的刮油能力和耐久性有所提高。 钢带组合式油环：其结构形式很多，钢带组合式油环由上、下刮片和轨形撑簧组合而成（图 1-39）。撑簧不仅使刮片与汽缸壁贴紧，而且还使刮片与环槽侧面贴紧。这种组合油环的优点是接触压力大，既可增强刮油能力，又能防止上窜机油。 （3） 活塞销 活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆。 （1）活塞销的功用。 活塞销的结构很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。 （2）活塞销的结构。 （3）活塞销的连接。 活塞销与活塞销座孔和连杆小头的连接方式一般有全浮式和半浮式两种，如图 1-40 所示。 连杆组 3 （1） 连杆组的功用与组成 连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起作旋转运动，因此在发动机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。 （1）连杆组的功用及工作条件。 连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来称为连杆，有时也称连杆体为连杆。 （2）连杆组的组成。 （2） 连杆的构造 连杆由连杆小头、连杆身和连杆大头构成。连杆组件如图 1-41 所示。 连杆小头是用来安装活塞销的圆形座孔。连杆小头与活塞销的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。 （1） 连杆小头。 （2）连杆杆身。 连杆杆身通常做成“工”字形断面，抗弯强度好，质量小。有的连杆在杆身内加工有油道，用来润滑小头衬套和冷却活塞（须在小头顶部加工出喷油孔）。 （3）连杆大头。 连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，有整体式和分开式两种。 连杆大头的切口形式有平切口（图 1-42）和斜切口（图 1-43）。 四、曲轴飞轮组 曲轴飞轮组的功用与组成 1 功用：把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。 组成：由曲轴、飞轮及装在曲轴上的各零件（正时齿轮、扭转减振器、主轴承瓦、止推片等）组成，如图 1-44 所示。 曲轴 2 （1） 曲轴的功用及工作条件 曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，带动飞轮（用以驱动汽车的传动系统）和正时齿轮、带轮（用以驱动发动机的配气机构及其他辅助装置）。 （2） 曲轴构造 曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个连杆轴颈、左右两个曲柄和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。 曲轴的构造如图 1-45 所示。 （3） 曲拐布置与多缸发动机的工作顺序 各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于汽缸数、汽缸排列形式和发动机工作顺序。当汽缸数和汽缸排列形式确定之后，曲拐布置就只取决于发动机工作顺序。 在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点。应该使接连做功的两个汽缸相距尽可能远，以减轻主轴承载荷和避免在进气冲程中发生抢气现象。 各汽缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个汽缸都应发火做功一次。 V 型发动机左右两列汽缸应交替发火。 四冲程直列四缸发动机的点火间隔角为 720°/4 ＝ 180°，四个曲拐在同一平面内，点火顺序为 1-3-4-2（表 1-1）或 1-2-4-3（表 1-2），其曲拐布置与工作循环如图 1-46 所示。 （1）四冲程直列四缸发动机的点火顺序和曲拐布置。 四冲程直列六缸发动机点火间隔角为 720°/6=120°，六个曲拐分别布置在三个平面内，点火顺序为 1-5-3-6-2-4（表 1-3），其曲拐布置与工作循环如图 1-47 所示。 （2）四冲程直列六缸发动机的点火顺序和曲拐布置。 四冲程 V 型六缸发动机的点火间隔角仍为 120°，三个曲拐互成 120°，点火顺序为 R1-L3-R3-L2-R2-L1（表 1-4），其曲拐布置与工作循环如图 1-48 所示。 （3）四冲程 V 型六缸发动机的点火顺序和曲拐布置。 四冲程 V 型八缸发动机的点火间隔角为 720°/8 ＝ 90°, 四个曲拐互成 90°，点火顺序为 R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2（表 1-5）或 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1，其曲拐布置与工作循环如图 1-49 所示。 （4）四冲程 V 型八缸发动机的点火顺序和曲拐布置。 飞轮 3 飞轮是转动惯量很大的盘形零件，如图 1-50 所示，其作用如同一个能量存储器。在做功冲程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个冲程中，飞轮将其存储的能量放出来补偿这三个冲程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太多。 （1）飞轮是摩擦式离合器的主动件。 飞轮的功用： （2）在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈。 （3）在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时，以及调整气门间隙。 （4）现代电控发动机飞轮上还装有另一齿圈，即产生上止点信号和转速信号的脉冲信号轮。 发动机滑动轴承 4 汽车发动机滑动轴承有连杆衬套、连杆轴承、主轴承和曲轴止推轴承等。 （1） 连杆轴承和主轴承 连杆轴承和主轴承均承受交变载荷和高速摩擦，因此轴承材料必须具有足够的抗疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀。 连杆轴承和主轴承均由上、下两片轴瓦对合而成，如图 1-51 所示。 （2） 曲轴止推轴承 为了保证曲轴轴向的正确定位，须装设止推轴承，而且只能在一处设置止推轴承，以保证曲轴受热膨胀时能自由伸长。曲轴止推轴承有整体式（翻边轴瓦）和组合式（半圆环止推片和止推轴承环）两种形式，如图 1-52 所示。 曲轴前、后端密封 5 曲轴前端借助甩油盘和橡胶油封实现密封，如图1-53所示。 曲轴后端的密封如图 1-54 所示。 曲轴扭转减振器 6 扭转减振器安装在曲轴前端。当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。曲轴扭转减振器，如图 1-55 所示。 平衡机构 7 现代轿车特别重视乘坐的舒适性和噪声水平，为此必须将引起汽车振动和噪声的发动机不平衡力及不平衡力矩减小到最低限度。在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡则须采用专门的平衡机构，如图 1-56 所示。 任务实践 实践名称 曲柄连杆机构的拆装。 工作准备 发动机翻转架、橡胶锤、扭力扳手、活塞环拆装钳、常用工具等。 实践要求与注意事项 （1）明确操作规范和职责范围，预防潜在危险。 （2）实践操作过程中保持场地卫生及安全，不嬉戏打闹。 （3）在使用举升机的过程中应上好保险后再开始工作。 （4）使用维修手册时，要注意避免破损，手册与使用车型相对应。 操作步骤及方法检修 （1） 汽缸盖的拆装 （1）汽缸盖的拆卸（马自达创驰蓝天 2.0 发动机结构如图 1-57、图 1-58 所示）。 （2）拆下发动机上各传感器、执行器线束，如图 1-59 所示。 （3）取下排气歧管，如图 1-60 所示。 （4）拧下发动机进气歧管螺栓，取下发动机进气歧管，如图 1-61 所示。 （5）松开水泵固定螺栓，取下水泵总成，如图 1-62 所示。 （6）松开进气门调整电机固定螺栓，取下调整电机，如图 1-63 所示。 （7）拆卸出水管座，如图 1-64 所示。 （8）取下高压油泵，如图 1-65 所示。 （9）松开曲轴箱通风阀螺栓，取下通风阀，如图 1-66 所示。 （10）取下点火线圈，如图 1-67 所示。 （11）用火花塞套筒取下火花塞，如图 1-68 所示。 （12）发动机附件拆解完毕，接着拧下气门室盖固定螺栓，取下气门室盖，如图 1-69 所示。 （13）接下来拆卸的是高压油轨，燃油压力传感器位于油轨左侧，如图 1-70 所示。 （14）取下正时电磁阀，如图 1-71 所示。 （15）松开曲轴皮带轮螺栓，取下曲轴皮带轮，如图 1-72 所示。 （16）曲轴皮带轮卸下后，松开时规盖上的全部螺栓，便可卸下时规盖，如图 1-73 所示。 （17）卸下链条张紧器后，取下正时链条，如图 1-74 所示。 （18）拆卸凸轮轴盖，取下凸轮轴，如图 1-75 所示。 （19）取下滚子摇臂及液压挺柱。如图 1-76 所示。 （20）拧下缸盖螺栓，取下汽缸盖。缸盖拆卸完毕，如图 1-77 所示。 （21）安装。按拆卸汽缸盖相反的顺序安装。 （2） 活塞连杆组的拆装 （1）拆卸，取下缸盖和油底壳，如图 1-78 所示。 （2）用套筒松开固定螺母，取下时规盖，如图1-79 所示。 （3）取下密封垫片，如图 1-80 所示。 （4）用扭力扳手拧松连杆盖固定螺母，如图 1-81 所示。 （5）将机体横置，取下连杆固定螺母及连杆盖，如图 1-82 所示。 （6）用橡胶锤轻推连杆本体，将活塞连杆组取出，如图 1-83 所示。 注意： 另一人在对面接住活塞，防止活塞掉于地面。 （7）同理，拆下其他活塞连杆组，如图 1-84 所示。 （8）安装。按拆卸过程的相反步骤安装。 （3） 活塞连杆组的分解与组装 （1）用活塞环拆装钳拆下第一道气环，如图 1-85 所示。 （2）用活塞环拆装钳拆下第二道气环，如图 1-86 所示。 （3）拆下组合油环（组合油环包括上刮片、下刮片、衬簧），如图 1-87 所示。 （4）用尖嘴钳拆下活塞销卡环，如图 1-88 所示。 （5）用专用工具拆下活塞销，取出活塞销，如图 1-89 所示。 （6）安装。按分解过程的相反顺序进行安装。 （4） 曲柄的拆装 （1）松开曲轴轴承盖螺栓，如图 1-90 所示。 （2）用橡胶锤轻轻敲击曲轴轴承盖，使轴承盖松动，取下曲轴轴承盖，如图 1-91 所示。 （3）取下曲轴，如图 1-92 所示。 （4）取下轴瓦和止推垫片，如图 1-93 所示。 （5）将拆下的零件摆放整齐，如图 1-94所示。 （6）安装。按拆卸过程的相反步骤安装。 $$