项目二曲柄连杆机构

根据气缸套是否直接与冷却液接触，气缸套有两种结构，即干式和湿 式，如图2-6所示。
图2-6 气缸套
干式气缸套不直接与冷却水接触，干式缸套是被压入缸体孔中的， 由于缸套自上而下都支撑在缸体上，所以可以加工得很薄，壁厚一般 为1～3mm。干式气缸套的优点是不会引起漏水、漏气现象，气缸体结 构刚度大、缸心距小，整体结构紧凑。
活动一 曲柄连杆机构概述
一、 曲柄连杆机构组成
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。
(一)机体组 主要包括气缸体、气缸盖、气缸垫、油底壳等不动件。如图 2-1(a)所示。 (二)活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、活塞销及连杆等运动件。如图21(b）所示。 (三)曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮等机件。如图2-1(b）所示。
二、 曲柄连杆机构受力分析
曲柄连杆机构工作条件十分恶劣。气缸内最高温度可达2500K 以上，最高压力可达5-9MPa，最高转速可达4000-6000r／min，此 外,与可燃混合气和燃烧废气接触的机件(如气缸、气缸盖和活塞 组等)还将受到化学腐蚀，因此，曲柄连杆机构是在高温、高压、 高速和化学腐蚀的条件下工作的。同时，曲柄连杆机构在工作时 作变速运动，受力情况相当复杂，有气体作用力、运动质量惯性 力、旋转运动的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力等。
气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空 腔，称为气缸。为了使气缸散热，在气缸的外面制有水套。气缸体的 下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。曲轴箱有前 后壁和中间隔板，其上制有曲轴主轴承座孔，有的发动机在气缸体上 还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在气缸体侧壁上钻有 润滑系主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。
(3)气缸磨损的检验 在进行测量时，测量部位的选择很重要，气缸的测量位置如图
2-9所示，在气缸体上部距气缸上平面10mm处，气缸中部和气缸下部 距缸套下口10mm处的三个截面，按A、B两个方向分别测量气缸的直 径。
图2-9 气缸磨损量的测量
测量时，通常使用量缸表，其方法如下： ①气缸圆度的测量。 a.根据气缸直径的尺寸，选择合适的接杆，装入量缸表的下端， 并使伸缩杆有1～2 mm的压缩量。 b.将量缸表的测杆伸人到气缸中的相应部位，微微摆动表杆， 使测杆与气缸中心线垂直，量缸表指示的最小读数即为正确的气缸 直径。用量缸表在上部A向测量，旋转表盘使“O”刻度对准大表针， 然后将测杆在此截面上旋转90º，此时表针所指刻度与“O”位刻度 之差的1/2即为该截面的圆度误差。 ②气缸圆柱度的测量。用量缸表在上部A向测量并找出正确的直 径位置，旋转表盘使“O”刻度对准大表针。然后依次测出其他五个 数值，取六个数值中最大差值的1/2作为该气缸的圆柱度误差。 ③气缸磨损尺寸的测量。一般发动机最大磨损尺寸在前后两缸 的上部。测量时，用量缸表在上部A向测量并找出正确气缸直径位置， 旋转表盘使“0”刻度对准大表针，并记住小表针所指位置。取出量 缸表，将测杆放置于外径千分尺的两测头之间，旋转外径千分尺的 活动测头，使量缸表的大指针指向“O”，且小指针指向原来的位置 (在气缸中所指示的位置)。此时，外径千分尺的尺寸即为气缸的磨 损尺寸。
图2-7 气缸体平面度的检验
气缸体变形后，可根据变形程度采取不同的修理方法。平面度 误差在整个平面上不大于O.05 mm或仅有局部不平时，可用刮刀刮 平；平面度误差较大时可采用平面磨床进行磨削加工修复，但加工 量不能过大，约O.24～0.50mm，否则会影响压缩比。
2．气缸体裂纹的检修 气缸体产生裂纹的部位与结构、工作条件和使用操作有关。裂 纹会引起发动机漏气、漏水和漏油，影响发动机正常工作，必须及 时检修。 气缸体外部明显的裂纹，可直接观察。而对于细微裂纹和内部 裂纹，一般采用和气缸盖装合后进行水压试验。气缸体上的裂纹可 根据裂纹的部位不同，采用不同的修理方法。凡涉及漏水、漏油、 漏气，一般予以更换。
龙门式气缸体其发动机的曲轴轴线高于气缸体下平面。 其特点是结构刚度和强度较好，密封简单可靠，维修方便， 但工艺性较差，大中型发动机采用。桑塔纳、捷达和奥迪等 发动机属于这种结构。
隧道式气缸体主轴承孔不分开，其特点是结构刚度最大， 其质量也最大，主轴承的同轴度易保证，但拆装比较麻烦， 多用于主轴承采用滚动轴承的组合式曲轴。
3．离心力 物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力，离心力使 连杆大头的轴承和轴颈受到又一附加载荷，增加了它们的变形和 磨损。 4．摩擦力 任何一对互相压紧并作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面磨损的 根源。 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 它们受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为保证发 动机工作可靠，减少磨损，在结构上应采取相应措施。
气缸体有上下2个平面，上平面用来安装气缸盖，下平面用来安 装油底壳。这2个平面也往往是气缸修理的加工基准，因此在拆装时 应注意保护。气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，气缸 体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动 件相互之间的准确位置关系。
下曲轴箱也称油底壳，如图2-3所示。主要用于储存机油并密封 曲轴箱，同时也可起到机油散热作用。油底壳一般采用薄钢板冲压 而成，其形状取决于发动机总体结构和机油容量。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，并在最深处 装有放油螺塞，有的放油螺塞是磁性的，能吸附机油中的金属屑， 以减少发动机运动件的磨损。油底壳内还设有挡油板，防止汽车振 动时油面波动过大。为防止漏油，一般都有密封垫，也有的采用密 封胶密封。
湿式气缸套与冷却水直接接触，也是被压入缸体的。冷却水接触 到缸套的中部，由于它只在上部和下部有支撑，所以必须比干式缸套 厚一点，一般壁厚为5～9mm。以微小的装配间隙放入气缸孔中。
大多数湿式缸套压入缸体后，其顶面高出气缸体上平面O.05～ O.15 mm。这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，以 保证气缸更好地密封和气缸套更好地定位。
(a)机体组
（b）活塞连杆组与曲轴飞轮组 图2-1 奥迪轿车发动机曲柄连杆机构组成
在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在 活塞顶上，推动活塞作往复直线运动，经活塞销、连杆和曲轴， 将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。发动机产生的动 力，大部分经曲轴后端的飞轮输出，还有一部分通过曲轴前端的 齿轮和带轮驱动本机其他机构和系统。
气缸的排列方式 发动机气缸排列方式基本上有三种：直列式、V形和对置式，如图2-5所示。
图2-5 多缸发动机气缸的排列形式
直列式发动机的各个气缸排成一列，所有气缸共用一根曲轴和 一个缸盖，气缸一般垂直布置。直列式结构简单，易于制造，从而 在一定程度上降低了成本，但长度和高度较大，故有些发动机为了 降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的。一般六缸以下发动机多采 用直列式。
一些制造厂也设计了一种特殊类型的V形结构，称作W形发动机。 它看上去与V形结构很相像，但与V形结构相比，每一侧的活塞数增 加了一倍。这种发动机结构非常紧凑，较小的尺寸却有较大的动力。 W形结构用在负荷较重的车辆，这些车辆需要10缸或12缸的动力， 但却要求尺寸较小。
3．气缸体的受力特点及材料 发动机工作时气缸体要承受曲柄连杆机构的各种力、燃料燃烧时 的热负荷、汽车行驶时自身质量的惯性冲击力，而它与活塞配合面的 润滑条件差，故一般采用具有良好的耐磨、耐热、耐腐蚀性和足够强 度刚度、精度稳定的铸铁、优质合金铸铁或铸铝合金制造而成。 (二)气缸与气缸套 气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔称为气缸。气缸工作 表面承受燃气的高温、高压作用，且活塞在其中作高速运动，因此要 求其耐高温、耐高压、耐磨损和耐腐蚀。为了提高耐磨性，有时在铸 铁中加入了一些合金元素如镍、钼、铬和磷等。如果气缸体全部采用 优质耐磨材料，则成本太高，因为除与活塞配合的气缸壁表面外，其 他部分对耐磨性要求并不高，所以现代汽车发动机广泛采用在气缸体 内镶入气缸套，形成气缸工作表面。这样，气缸套可用耐磨性较好的 合金铸铁或合金钢制造，而气缸体则用价格较低的普通铸铁或铝合金 等材料制造。
V形发动机将气缸排成二列，其气缸中心线的夹角γ＜180°，
最常见的是60º～90º。这种设计采用一根曲轴驱动两列气缸中的活 塞运动，曲轴上每个连杆轴颈上连接两个连杆，发动机必须有两个 缸盖。V形结构缩短了发动机的长度，降低了发动机的高度，改善 了车辆外部空气动力学特性，且增加了气缸体的刚度，但发动机宽 度增大，形状复杂，加工困难，一般多用于气缸数多的大功率发动 机上。
水冷式气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔，称为水套。气 缸体和气缸盖上的水套是相互连通的，利用水套中的冷却水流过高温 零件的周围而将热量带走。
（三）气缸体的检修 发动机运转时，气缸体是在高温、高压、骤冷和交变载荷条件 下工作的，在使用中容易发生损伤，气缸体的损伤形式主要有气缸 体的变形、裂纹和气缸的磨损；其次也可能发生螺纹孔损坏和水道 边缘处的腐蚀等。这些损伤将破坏零件的正确几何形状，造成漏气、 漏水，影响发动机的装配质量和工作能力。 1.气缸体变形的检修 气缸体在使用过程中发生变形是普遍存在的。由于拆装螺栓时 力矩过大或不均、或不按顺序拧紧、或高温下拆卸气缸盖等都会引 起气缸体与气缸盖结合平面的翘曲变形。气缸体变形主要表现为上、 下平面，端面的翘曲和配合表面的相对位置误差增加。 气缸体的翘曲变形可用平板作接触检验，也可用刀形样板尺 (或直尺)和塞尺(厚薄规)检测。用刀形样板尺和塞尺检测气缸体平 面翘曲的方法如图2-7所示。将等于或大于被测平面全长的刀形样 板尺放到气缸体平面上，沿气缸体平面的纵向、横向和对角线方向 多处用塞尺进行测量，求得其平面度误差。
活动二 机体组的构造与维修
机体是发动机的骨架和外壳，许多零部件和辅助系统的元件 都安装在机体上。它是发动机的固定件，是发动机形状尺寸的主 要决定因素。
机体组主要由气缸盖、气缸体、曲轴箱、气缸垫、油底壳和 气缸套等不动件组成。
一、气缸体
（一）气缸体的结构 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持
图2-8 气缸的轴向磨损
造成上述不均匀磨损的原因是：活塞在上止点附近时各道环的背 压最大，其中又以第一道环为最大，以下逐道减小；加之气缸上部温 度高，润滑条件差，进气中的灰尘附着量多，废气中的酸性物质引起 的腐蚀等，造成了气缸上部磨损较大。
(2)气缸磨损程度的衡量指标 气缸的磨损程度一般用圆度和圆柱度表示，也有以标准尺寸和气 缸磨损后的最大尺寸之差值来衡量。 圆度误差是指同一截面上磨损的不均匀性，用同一横截面上不同 方向测得的最大直径与最小直径差值之半作为圆度误差。 圆柱度误差是指沿气缸轴线的轴向截面上磨损的不均匀性，用被 测气缸表面任意方向所测得的最大直径与最小直径差值之半作为圆柱 度误差。
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，进气和排气行程较 小，对机件影响不大。 在发动机工作循环的任何工作行程中，气体作用力的大小 都是随着活塞的位移而变化的，再加上连杆的左右摇摆，因而 作用在活塞销和曲轴轴颈的表面以及二者的支撑表面上的压力 和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。 2．往复惯性力 往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。 惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈承受周期性的附加 载荷，加快轴承磨损；未被平衡的变化的惯性力传到气缸体后， 还会引起发动机振动。
发动机各运动件相互之间的准确位置关系。水冷式发动机通常将 气缸体与上曲轴箱铸成一体，简称气缸体，如图2-2所示。
图2-2 气缸体
发动机缸体由GGV-40（蠕虫状石墨铸铁）制成，气缸间距为 90mm(以前是88mm)。气缸孔壁采用紫外线光子（UV-Photonen）珩磨 工艺制造，这种工艺有助于增强耐磨性并减少初始阶段机油消耗。
3．气缸磨损的检修 活塞在气缸中作高速运动，长时间工作后会产生磨损，当磨损达到 一定程度后，将引起发动机动力性、经济性明显下降。 (1)气缸的磨损规律 气缸正常磨损的特征是不均匀磨损。如图2-8所示，气缸孔沿高度方 向磨损成上大下小的倒锥形，最大磨损部位是活塞处于上止点时第一道 活塞环对应的气缸壁位置，而该位置以上几乎无磨损形成明显的“缸 肩”。气缸沿圆周方向的磨损形成不规则的椭圆形，其最大磨损部位一 般是前后或左右方向。
图2-3 油底壳
1.气缸体的结构形式 气缸体有三种结构形式，即一般式、龙门式和隧道式，如图2-4所示。
(a)一般式
(b)龙门式
(c)隧道式
图2-4 气缸的结构形式

一般式气缸体其发动机的曲轴轴线与气缸体下平面在同 一平面上。其特点是便于机械加工，但刚度较差，曲轴前后 端的密封性较差，多用于中小型发动机。富康ZX轿车TU3.2k 发动机、夏利376Q型发动机的气缸体属于这种结构。