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曲轴连杆机构

2015-05-07  经纬之略
                                                               曲轴连杆机构
        曲轴连杆机构是发动机产生和输出动力的主要机构,它由机体组,活塞连杆组曲轴飞轮组三部分组成。
        一.机体组:由气缸盖,气缸盖衬垫,气缸体,气缸套和油底壳组成。如图:
 
 
 
 1.气缸盖用来封闭气缸,并与活塞顶面构成燃烧室。
 2.气缸盖衬垫安装在气缸体和气缸盖之间,用来密封气缸,防止漏气,漏水。
 3.气缸体支承发动机的所有运动件和各种附件。气缸体内设有冷却水道润滑滑道。气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,气缸的光滑内表面称气缸壁。作用是引导活塞往复运动。气缸体下部的空间为上曲轴箱用来安装曲轴。
 4.气缸套是为了提高发动机的耐磨性和使用寿命,便于修理和更换。分为干式和湿式两种。干式气缸套表面不直接与冷水接触。①壁厚较薄(1mm-3mm);②与刚体承孔过盈配合;③不易漏水漏气 4 强度和硬度大.干式气缸套的强度和刚度都较好,但内外表面都要精加工,工艺复杂散热不良,而且拆装不方便。湿式气缸套表面直接与冷水接触。壁厚一般为5~9mm。
湿式气缸套散热性能好,冷却均匀,通常只需要加工内表面,拆装比较方便,但容易漏水,通常下部安装有1~3道橡胶密封圈。湿式气缸套目前多应用于柴油机上。如图:
 
    
                    干式气缸套                                                 湿式气缸套         
 5.油底壳是曲轴箱的下半部分,用以贮存发动机的润滑油。

 
二.活塞连杆组:由活塞,活塞环,活塞销,连杆等零件组成。如图:
 
                 
1.活塞:与气缸盖构成燃烧室,承受燃气膨胀压力,通过活塞销和连杆把动力传递给曲轴,同连杆带动完成进气,压缩,排气三个行程。如下图:
             
       活塞主要由顶部,头部裙部组成。
       活塞顶部的形状与选用燃烧室有关。汽油机活塞的头部一般采用平顶,其优点是吸热面积小,制造工艺简单。有些为了改变混合汽形成而采用凹顶,凹坑的大小还可以调节发动机的压缩比。
       活塞头部活塞环槽以上部分。其作用有三:承受气体压力,并传给连杆;与活塞一起实现气缸密封;将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。头部切有若干道环槽用以安装活塞环,汽油机一般有2~3到环槽,上面1~2道用于气环,下面一道用于安装油环。油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环所刮下来的多余的机油,经过小孔流回油底壳。
       活塞裙部是指自油环槽下端面起至活塞底面的部分。其作用是为活塞在气缸内做往复运动导向何承受侧压力。活塞工作时,燃烧气体压力作用在活塞的顶部,而活塞销反力作用在头部的销座孔处,由此产生的变形是裙部直径沿活塞销座轴线方向增大(受力变形)。侧压力N使活塞裙部变形;活塞销座孔附近的金属堆,受热膨胀量大,致使裙部在受热变形时,活塞销座孔方向的膨胀量大,裙部是椭圆。为了保证在冷态的情况下活塞于气缸壁的接触,在活塞裙部有开槽。由于活塞沿轴线受热和质量分布不均匀,所以活塞作成一个上小下大的近似圆锥形。
活塞销座孔也是活塞的组成部分之一,它将活塞顶部气体作用力经活塞销传给连杆。销座孔通常有肋片与活塞内避相连,以提高其刚度。销座孔内有安装弹性卡环的卡环槽,卡环用来防止活塞销在工作中发生轴向串动。
2.活塞环:包括气环和油环两种。
       气环:气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封,防止高温高压燃气进入曲轴箱;同时还将活塞顶部的大部分热量传导给气缸壁,再由冷却水或空气带走。
       气环工作时受到气缸中气体的高温高压作用,其温度较高,而且在气缸中高速运动,加上机油高温变质,润滑条件变坏,其磨损严重。气环磨损失效后,发动机出现启动困难、功率不足、曲轴箱压力升高、机油损耗量大、排气冒黑烟,活塞边面积碳严重。
       由于气缸的磨损不均匀性,使其变成锥度和椭圆性,活塞在其中往复运动,沿颈向产生一张一缩的运动,使环受弯曲应力而容易折断,造成发动机卡死,拉缸、发动机不工作。
       气环一般是用合金铸铁铸造的。第一道气环的工作表面一般镀有多孔铬。(多孔铬的硬度高,能储存少量的机油),其它一般镀锡或磷化,改善磨合性能。
       气环上有一切口,且自由状态不是圆形,其尺寸比气缸的内径大,所以它随活塞一起装入气缸后,便产生弹力而紧贴气缸壁,使燃气不能通过环与气缸壁的接触面的间隙。切口一般是0.25-0.8mm。
       油环:主要是刮油、布油和辅助密封作用。油环用来刮除气缸壁上多余的机油,并在气缸壁上铺涂一层均匀机油膜,这样即可以防止机油串入燃烧室积炭,又可以减小活塞与气缸的磨损与摩擦阻力。
       油环分为普通油环和组合油环。普通油环一般是由铸铁作成的,其外圆中间切有一道凹槽,在凹槽的底部加工有许多排油孔。组合油环由刮油片和两个弹性衬环组合而成的。轴向衬环夹装在第二第三刮油片之间。
 
    
 
 3.活塞销:是连接活塞与连杆小端,将活塞承受的气体的作用力传递给连杆。活塞销为中空的圆柱体,一般采用低碳钢、低碳合金钢渗碳淬火或用45号中碳钢高频淬火。
       根据活塞销的固定方式的不同,可分为全浮式或半浮式两种。活塞销与活塞销座孔的连接配合一般多采用“全浮式”,即在发动机转运过程中,活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内,还可以在销座孔内缓慢地转动,以使活塞销各部分的磨损比较均匀。
4.连杆:是连接活塞和曲轴,把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并将活塞承受的力传给曲轴。连杆一般由小头、杆身大头三部分组成。连杆一般由中碳钢或合金钢弹压而成。
       连杆小端与活塞销相连,工作时与销之间有相对运动,小头孔中有衬套(青铜)。在连杆的小端和衬套上钻有小孔(油道),用来润滑小端和活塞销。
       连杆杆身通常作成工字型断面,以求增加其强度和刚度。在其中间有油润滑油道。
       连杆大头与曲轴的曲柄销相连,大头一般作剖分式的,被分开的部分称为连杆盖,接特制的连杆螺栓紧固在连杆的大头上。连杆盖与连杆大头是组合搪孔,为了防止装配错误,在同一侧有配对记号。大头孔表面有很高的光洁度,以便与连杆轴瓦紧密贴合。连杆大头还铣有定位坑,连杆的大端还有油孔。
       连杆大头按剖分面可分为平切口和斜切口两种。一般汽油机连杆大头的直径小于气缸的直径,采用平切口;柴油机受力大,其大头直径较大,超过气缸的直径,采用斜切口,一般与连杆轴线成30~60℃夹角。连杆螺栓是经常受交变应力作用的重要零件,安装时,必须牢固可靠,要符合工厂规定的拧紧力矩,分2~3次拧紧。
 
 
 
 三.曲轴飞轮组
    曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、皮带轮、正式齿轮(或链轮)等组成。如下图:
 
     1.曲轴:在做功行程中把活塞连杆组传来的推力转变为扭矩对外输出,经飞轮传给传动装置,带动配气机构,机油泵,风扇,水泵,发电机,空气压缩机等附属装置工作。曲轴大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄(曲轴臂)、平衡重、后端轴等,一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道,以便润滑主轴颈和连杆轴颈。
     主轴颈:安装在曲轴箱上的主轴承座内,下方用主轴承盖支承。是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者,称为全支承曲轴;主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。
    连杆轴颈:用来安装连杆大头。气缸直列式发动机,连杆轴颈数与气缸数相同。
    曲柄曲轴臂):曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。          
       平衡重 :是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩。    
       前端轴与后端轴:前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等;后端轴有凸缘盘,用来安装飞轮。前后端的密封:曲轴前后端都伸出曲轴箱,为了防止润滑油沿轴颈流出,在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。
  
   曲拐的布置
(1) 布置原则
1) 使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机,作功间隔角为720度/缸数。
2) 连续作功的两缸相隔尽量远,减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。
3) V型发动机左右两排气缸尽量交替作功。
(2) 常用曲拐布置
1) 直列四冲程四缸发动机:曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720度/4=180度。发动机工作顺序有1—3—4—2和1—2—4—3两种。
2)直列四冲程六缸发动机:曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720度/6=120度。发动机工作顺序有1—5—3—6—2—4和1—4—2—6—3—5两种。

飞轮:用以 贮存作功行程时所获得的能量,来完成其它三个行程,使发动机运转平稳。 利用飞轮上的齿圈起动时传力。 将动力传给离合器。 克服短暂的超负荷。 飞轮是一外缘有齿圈的铸铁圆盘。 有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线(汽油机)或供油提前角刻度线(柴油机),以便调整和检验点火正时,供油提前角和气门间隙。
 

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