汽车构造教案
课程名称 授课班级 课 题 教学目 的与要求 汽车构造 曲柄连杆机构 课时 教学方式 任课教师 5 讲授 多媒体教学 1． 了解曲柄连杆机构组成及功用； 2． 熟知活塞连杆组结构特点，气环密封原理； 3． 掌握曲轴结构特点； 4． 了解四缸发动机、六缸发动机曲拐布置形式； 5． 了解曲轴飞轮组的飞轮、扭转减振器的工作原理、结构。 重、难点 1.熟知活塞连杆组结构特点，气环密封原理； 2.四缸发动机、六缸发动机曲拐布置形式； 3.曲轴飞轮组的飞轮、扭转减振器的工作原理、结构。 主要 备注 内容 2.1概述 2.1.1功用与组成 曲柄连杆机构是发动机实现能量转换的主要机构。它的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，以向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构的主要组成件可以分成三组：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。 1．气缸体与曲轴箱组 主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫、油底壳等机件。 2．活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等机件。 3．曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器等机件。 2．1．2 受力分析 曲柄连杆机构工作条件的特点 高温、高压、高速和化学腐蚀。曲柄连杆机构的受力有气体作用力、运动质量的惯性力、相对运动件接触表面的摩擦力以及外界阻力等，—般在受力分析时忽略摩擦力，主要讨论气体作用力和惯性力。 1．气体作用力 在每个工作循环中，气体作用力始终存在并不断变化。但由于进气，排气两行程中气体作用力较小，对机件影响不大。故这里主要研究作功和压缩两行程中气体作用力。 2．往复惯性力与离心力 作往复运动的物体，当运动速度变化时，就要产生往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都是存在的， 往复惯性力是指活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动所产生的惯性力，用F表示，其大小与机件的质量及加速度成正比，其方向总与加速度的方向相反。 活塞在气缸内的运动速度很高，而且数值在不断变化。当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上，以F'j表示；后半行程是减速运动，惯性力向下，以F'j表示。如图2-2a所示。同理，当活塞向上时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。如图2-2b所示。 活塞、活塞销和连杆小头的质量愈大，曲轴转速愈大，则往复惯性力也愈大。它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，加快轴承的磨损；未被平衡的变化着的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机的振动。 离心力是指偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线作圆周运动产生的旋转惯性力，简称离心力，用 Fe表示， 其大小与曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关，其方向沿曲柄半径向外。曲柄半径长、旋转部分质量大，曲轴转速高，则离心力大。 离心力几在垂直方向的分力Fey与往复惯性力Fj方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动。．而水平方向的分力Fex，则使发动机产生水平方向振动。离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲轴主轴颈及其轴承受到又一附加载荷，增加它们的变形和磨损。 3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，其大小与对摩擦面形成的正压力和摩擦系数成正比，其方向与相对运动的方向相反。摩擦力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。为了保证工作可靠，减少磨损，在结构上必须采取相应的措施。 2.2气缸体与曲轴箱组 一、气缸体 1.概念： 缸体水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为缸体。 气缸气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸。 曲轴箱下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。 2.气缸体要求： 气缸体应具有足够的刚度和强度。气缸内壁经过精加工，时期工作表面的粗糙度、形状和尺寸精度都比较高。 3分类： （1）根据其具体结构型式一般式气缸体、龙门式气缸体和隧道式气缸体 一般式气缸体 发动机的曲轴轴线与曲轴箱分开面在同一平面上的为一般式气缸体， 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，MAZDAB6型发动机的气缸体即属于这种结构。 龙门式气缸体 发动机的曲轴轴线高于曲轴箱分开面的则称为龙门式气缸体。 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。 桑塔纳、捷达、奥迪、解放CAl091型汽车用CA6102发动机属于这种结构。图2-4为上海桑塔纳发动机的气缸体，它是四缸、水冷、全支承、无缸套、等缸心距、龙门式合金铸铁气缸体，其结构特点是强度刚度好，结构紧凑轻巧。 隧道式气缸体 隧道式气缸体的主轴承孔不分开，其特点是其结构刚度比龙门式的更高，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，如图2—3c所示黄河JNll81C13型汽车6135Q型发动机采用隧道式气缸体。 轿车用发动机的机体，一般采用如下两种结构形式：平底式机体和龙门式机体 （2）汽车发动机气缸排列型式基本上有三种：单列式、V型和对置式如图2—5所示。 单列式(直列式) 特点：发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。 但为了降低发动机的高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至是水平的。这种排列型式其气缸体结构简单，加工容易，但长度和高度较大。一般六缸以下发动机多用单列式； 应用车型：如桑塔纳、捷达、富康、一汽奥迪100型和解放CAl091型等汽车的发动机。 V型发动机将气缸排成二列， 特点：其气缸中心线的夹角γ<180°它的特点是缩短了发动机的长度，降低了发动机高度，增加了气缸体的刚度，质量也有所减轻，但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。 应用车型：现在八缸以上的发动机多采用V型布置，如红旗8V100型发动机(γ=90°) 。但部分六缸轿车也采用V型布置，如奥迪2．6L发动机(γ =90°)。大多用在大排量高功率高级轿车上。缺点是形状复杂，加工较为困难。 对置气缸式 对置气缸式发动机的高度比其他型式的小得多，在某些情况下，使得汽车(特别是轿车和大型客车)的总布置更为方便，这种布置的发动机在轿车中应用不多。 二、气缸套 作用： 由于气缸体的材料一般采用优质灰铸铁、球墨铸铁，为提高耐磨性，有时在铸件中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等，有些气缸进行了表面处理，如表面淬火、镀铬、磷化等；有的则可从材料、加工精度和结构等方面来考虑。在有些负荷比较轻，缸径又不大的汽油机中，在气缸体上直接加工出气缸内壁。铝合金缸体耐磨性不好，必须在气缸体内镶人气缸套，形成气缸工作表面。 分类： 气缸套有干式和湿式两种，如图2-6 所示。 干式缸套不直接与冷却水接触，如图2－6a所示。镶干式缸套，它是在气缸体上压入特殊耐磨性好的合金铸铁的缸套或合金钢缸套。壁厚一般为1~3mm，气缸体可用一般普通铸铁制作(或铝)。 湿式气缸套(图2-6b)则与冷却水直接接触，壁厚一般为5~9mm。气缸套的外表面有两个保证径向定位的凸出的圆环带A和B，分别称为上支承定位带和下支承密封带。气缸套的轴向定位是利用上端的凸缘C。为了密封气体和冷却水，有的气缸套凸缘C下面还有紫铜垫片。 湿式气缸套密封：气缸套的上支承定位带直径略大，与气缸套座孔配合较紧密。下支承密封带与座孔配合较松，通常装有1—3道橡胶密封圈来封水。常见的密封结构型式有两种。一种型式是将密封环槽开在缸套上，将具有一定弹性的橡胶密封