曲柄連桿機構(gòu)3節(jié)-活塞環(huán)、連桿.ppt

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1、二、活塞環(huán)： 分成 氣環(huán) 和 油環(huán) 兩大類。 . （一）作用 ： （ 2）傳熱 （將活塞頭部吸收的 70%80%的熱量傳導(dǎo)給氣缸壁）。 . 2、油環(huán) ： （ 3） 輔助密封 。 . （二）工作特點 ： （ 2）交變的彎曲應(yīng)力 （氣缸壁沿高度方向有加工錐度，環(huán)有開口）。 . 1、氣環(huán) ： （三）要求 ： （ 2）耐高溫（第 1道氣環(huán)）、耐磨。 . （四）材料 ： （ 2） 第 1道氣環(huán)的工作表面一般都 鍍上多孔性鉻 （硬度高，并能儲存少量機油，以改善潤滑條件）； . 圖 2-25 活塞環(huán) （ 1） 密封 （防止燃?xì)饴┤肭S箱）； 是 主要作用，是傳熱作用的前提。 . （ 1） 潤滑 （氣缸壁上鋪

2、油膜）； . （ 2） 刮油 （氣缸壁上多余機油刮落回曲軸箱）； . （ 1）高溫、高壓、高速，潤滑不良，磨損嚴(yán)重； . （ 1）足夠的強度、沖擊韌性； . （ 1）一般用 合金鑄鐵 ，少數(shù)高速強化柴油機用 鋼片環(huán) （以提高彈力和沖擊韌性）； . （ 3）其余氣環(huán)一般 鍍錫 （鑄鋁活塞）或 磷化 （鍛鋁活塞）（以改善磨合性能）。 （五）氣環(huán)的密封機理： 第一密封面（氣環(huán)裝入氣缸時產(chǎn)生的初始彈力 F1）； . 圖 2-26 氣環(huán)的密封機理 圖 2-27 各環(huán)間隙處的氣體壓力遞減圖 1、第一密封面很重要，若失效，則第二密封面建立不起來，因此 氣環(huán)裝入氣 缸時產(chǎn)生的初始彈力 F1很重要。 . 第二密

3、封面（燃?xì)鈮毫?F2）； . 氣環(huán)的切口端呈迷宮式布置（減少漏氣）。 . 2、由圖 2-27可知，第一道氣環(huán)的初始彈力 F1要求最小，隨后的幾道氣環(huán) 的初 始彈力 F1大小要求依次遞增。 （ 1）切口形狀 ： 1）直角切口： 工藝性好，密封效果差； 2）階梯切口：密封好，工藝性差； . 3）斜切口： 介于中間，但套裝時尖角易折斷； . 4）帶防轉(zhuǎn)銷釘槽切口： 方向不可裝反，否則，漏氣量急劇增加。 圖 2-28 氣環(huán)的切口形狀 （六）氣環(huán)的結(jié)構(gòu)特點 ： 由于矩形環(huán)的“ 泵油 ”作用，氣缸壁上的 機油將源源不斷地上竄入活塞頂上燃燒室內(nèi) 燒掉，排氣管冒藍(lán)煙。 圖 2-29 矩形環(huán)的泵油作用 1）矩形

4、環(huán)： （ a） 矩形環(huán) （ 2）氣環(huán)的斷面形狀： 工藝最簡單，導(dǎo)熱性好，但存在“泵油” 現(xiàn)象。 . 矩形環(huán)的“ 泵油 ”作用原理解釋： 活塞下行 時，分 兩種情況 ： 在 進(jìn)氣行程中 ，由于環(huán)與缸壁的摩擦阻力以及 環(huán)本身的慣性，環(huán)將靠緊環(huán)槽的上側(cè)平面，缸壁 上的機油就被刮入下邊隙與背隙內(nèi)； . 在 膨脹作功行程 中，燃?xì)鈮毫Φ淖饔么笥?摩擦阻力和慣性的影響，環(huán)被壓緊在環(huán)槽的 下側(cè)平面，下邊隙與背隙內(nèi)的機油上竄。 . 活塞上行 時，在 摩擦阻力、慣性、缸內(nèi)氣 體壓力的作用下， 環(huán)將靠緊在 環(huán)槽的下側(cè)平 面，下邊隙與背隙內(nèi)的機油上竄。 結(jié)論： 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 2） 扭曲環(huán) ： a)正

5、扭曲環(huán)： 內(nèi)圓上邊緣切去部分金屬或外圓下邊緣切去部分金屬； . b)反扭曲環(huán)： 內(nèi)圓下邊緣切去部分金屬或外圓上邊緣切去部分金屬； . 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 （ b ）正扭曲內(nèi)切環(huán) （ c）反扭曲內(nèi)切環(huán) 圖 2-31 扭曲環(huán)的作用原理 環(huán)的扭曲變形應(yīng)使環(huán)的端面 與氣缸壁形成的楔形尖角向下 。這樣， 活塞向 上運動時 ， 因 “ 油楔 ” 作用使環(huán)懸浮于氣缸壁 ， 改善潤滑 ， 減少摩擦阻力 ； 活 塞向下運動時 ， 向下刮油 。但 如果裝反使尖角朝上 ，則 活塞向上運動時 ， 向上 刮油 ， 機油消耗率劇增 ， 排氣冒藍(lán)煙 。 扭曲環(huán)成因 見圖 2-31所示： 活塞環(huán)裝入氣缸后，其外側(cè)氣

6、缸壁的作用力 F1與內(nèi)側(cè)環(huán)的彈力 F2不在一 條直線上，于是產(chǎn)生扭曲力矩 M，從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下側(cè)平面都接觸， 避免了因環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的上下竄動造成的“泵油”現(xiàn)象 。 . 總結(jié) ： 扭曲環(huán)的優(yōu)點： a)密封性、磨合性好（線接觸）； . b)防止“泵油”現(xiàn)象； . c)形成油楔，改善潤滑； . d)提高刮油能力。 . 扭曲環(huán)的缺點： a)扭轉(zhuǎn)角不超過 1，工藝性差； . b)不可裝反，否則機油消耗率成倍增加，環(huán)上有朝上記號。 . b)仍有“泵油”現(xiàn)象。 . （ d）錐面環(huán) 優(yōu)點： 缺 點： b)避免棱緣負(fù)荷，能很好適應(yīng)活塞的擺動及氣缸表面； . 小錐角，不超過 2，方向不可裝反。優(yōu)缺點同扭

7、曲環(huán)，但仍有“泵油”現(xiàn)象。 . 3）錐面 環(huán) ： 4） 桶面環(huán) ： 與氣缸壁凸圓弧面接觸。 a)活塞上下移動時均能形成油楔作用，改善潤滑； . c)密封性改善。 . a)工藝性差（凸圓弧面難加工）； . （ f）桶面環(huán) 圖 2-30 氣環(huán)的斷面形狀 缺點 是環(huán)上、下兩側(cè)平面難以精磨，工藝性差，仍有“泵油” 現(xiàn)象。 5）梯形 環(huán) ： 如圖 2-32所示，側(cè)壓力方向的交替變化，使環(huán)槽間 隙時而減小，時而增大，間隙中的結(jié)焦被擠出， 避 免環(huán)因粘結(jié)而折斷 ，常做 第一道氣環(huán) 。 （ e）梯形環(huán) （ a）間隙變化 （ b） 受力情況 圖 2-32 梯形環(huán)工作示意圖 （ 2）油環(huán)的斷面形狀如圖 2-25所

8、示，均分布若 干個中間泄油孔，設(shè)計重點在于提高與氣缸壁 的接觸比壓，以提高刮油能力（ 圖 2-33 ）。 （ 3）油環(huán)分為兩種類型： 1） 普通槽孔式油環(huán) ： 合金鑄鐵，鼻形倒角（圖 2-34） 圖 2-33 油環(huán)的刮油作用 （ a） （ b） （七）油環(huán)的結(jié)構(gòu)特點 ： （ 1） 油環(huán) 置于最后一道環(huán)槽 ，背隙內(nèi)氣體壓 力極低，因此，油環(huán)置于氣缸內(nèi)時， 必須具 有較大的初始彈力 。 . （ a）異向外倒角油環(huán) . 圖 2-34 油環(huán)的斷面形狀 （ b）同向外倒角油環(huán) . （ c）同向內(nèi)倒角油環(huán) . （ d）鼻式油環(huán) . （ e）雙鼻式油環(huán) . 圖 2-35 組合油環(huán) 1-上刮片 2-襯簧 3-

9、下刮片 4-活塞 接觸比壓大，刮油能力強，泄油 通路大，慣性質(zhì)量小， 但制造成本高（圖 2-35）。 2） 組合鋼片式油環(huán) ： 三、活塞銷與銷座 （一）活塞銷 （ 3）組合形：居中。 （ c）兩段截錐型 1、 作用 ： 連接活塞和連桿小頭，傳遞動力。 . 2、 要求 ： （ 1）足夠的剛度、強度和沖擊韌性； . （ 2）表面耐磨； . （ 3）質(zhì)量小。 . 3、 材料與工藝 ： 一般為 低碳鋼 或 低碳合金鋼 ，經(jīng) 表面滲碳 或 滲氮 熱處理以 提高心部沖擊韌性 和 表面硬度 ，然 后進(jìn)行 精磨 和 研磨 。 . 4、 結(jié)構(gòu)特點 ： 管狀（圖 2-36所示）。 . （ 1）等截面圓柱形 ：易加

10、工，但質(zhì)量大； . （ 2）兩段截錐形：等強度梁，質(zhì)量小，但難加工； . 圖 2-36 活塞銷的內(nèi)孔形狀 （ a）圓柱型 （ b）組合形 由于鋁合金活塞銷座的熱膨 脹量大于鋼活塞銷，因此，在冷 態(tài)裝配時，活塞銷與活塞銷座孔 為過渡配合，裝配時，應(yīng)先將鋁 合金活塞預(yù)熱（ 7090C的水或 油中加熱），然后將銷裝入。 4-卡環(huán) 5、 活塞銷連接方式 ： 活塞銷與活塞銷座孔和連桿小 頭襯套孔的連接配合，一般采用 “ 全浮式 ”（圖 2-37所示）， 即 . 在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，活塞銷不 僅可以在連桿小頭襯套孔內(nèi)，還 可以在銷座孔內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動，以使 活塞銷表面的磨損比較均勻。但 . 必須在活塞銷座兩端用

11、卡環(huán)定位， 防止活塞銷軸向竄動。 . 圖 2-37 活塞銷連接方式 1-連桿小頭襯套 2-活塞銷 3-連桿 四、連桿 在質(zhì)量盡可能小的前提下有足夠 的剛度和強度。 剛度不足的后果： （ 1）大頭孔失圓： 燒軸瓦，甚至咬死。 . （ 2）桿身彎曲：偏磨，漏氣，竄機油。 . （ 1） 連桿小頭 ： 一般壓入減磨的錫青銅襯 套 4，小頭頂部鑄有工藝凸臺，減重用； . 4 5 6 7 1-連桿小頭 2-桿身 3-連桿大頭 4-襯套 5-軸瓦 6-軸瓦上的凸肩 7-連桿螺栓 8-潤滑油槽 9-連桿蓋 8 9 圖 2-38 連桿結(jié)構(gòu) （ 2） 桿身：通常做成“ 工 ”字形斷面，以求在剛度足夠的前提下盡可能

12、減 少慣性質(zhì)量，有的桿身鉆有潤滑油道。 1、 作用 ： 傳遞動力，將活塞往復(fù)直線運動 轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。 . 2、 工作特點 ： 復(fù)雜平面運動，承受壓縮、 拉伸、彎曲等交變載荷。 . 3、要求 ： 4、材料與工藝 ： 中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成。 . 5、結(jié)構(gòu)特點 ： 由 連桿小頭 1、 桿身 2、 連桿大頭 3（包 括 連桿蓋 9）三部分組成。 小頭頂部開有潤滑油槽，收集飛濺油霧，潤滑活塞銷。 . 通常做成分開式的，以便于拆 裝活塞連桿組，被分開的部分叫連 桿蓋 9，兩者之間用連桿螺栓連接。 連桿與連桿蓋之間有配對記號，拆 裝時應(yīng)注意一致。 . 圖 2-39 連桿裝配標(biāo)記 （ 3）連

13、桿大頭： 連桿大頭孔內(nèi)過盈壓入上、 下兩半薄壁鋼軸瓦，在其內(nèi)表面 上涂有 0.30.7mm厚的 減磨合金 層 ，具有 保持油膜 、 減少摩擦阻 力 和 易于磨合 的作用，主要有巴 氏合金、銅鋁合金、高錫鋁合金。 軸瓦背面制有 定位凸肩 ， 防止軸 瓦轉(zhuǎn)動 ；軸瓦內(nèi)表面開有 油槽 用 以 儲油 和作 垃圾槽 用。 . 6、汽車發(fā)動機 連桿分類： （ 1）平切口 ： 圖 2- 41 平 切 口 連 桿 螺 栓 定 位 連桿大頭沿著與桿身軸線垂直 的方向切開， 汽油機和較小功 率柴油機用。 . 定位可靠，結(jié)構(gòu)簡單 （利用連桿螺栓上經(jīng)過 精加工的圓柱凸臺或光圓柱部分與精加工的 連桿螺栓孔來保證）； .

14、 連桿大頭沿著與桿身軸線成 3060 夾 角切開，常用于曲柄銷直徑較粗的較大功率 柴油機，否則，連桿大頭尺寸太大，無法從 氣缸中拆下活塞連桿組。 . 定位不可靠（切口方向受到附加剪 切力，連桿螺栓易剪斷，連桿蓋脫 落會擊穿氣缸體）。 優(yōu)點 是： （ 2）斜切口： 缺點 是： 定位可靠（鋸齒接觸面大，貼合緊密），結(jié)構(gòu) 緊湊，但齒距公差要求高，否則，會因個別齒 脫空影響連桿組件的剛度，也會造成連桿大頭 孔失圓。 圖 2-41 斜切口連桿大頭 的定位方式 斜切口 定位方式 ： 1） 止口定位 ： 工藝簡單，但定位不可靠（徑向脫離無法阻止） 2） 套筒定位 ： 定位精度較高，但工藝要求高（若孔距不準(zhǔn)確

15、， 則可能因過定位而造成大頭孔嚴(yán)重失圓） 3） 鋸齒定位 ： （ a） 止口定位 （ b）套筒定位 （ c）鋸齒定位 7、 V型發(fā)動機連桿分類 ： 相鄰兩缸的一個連桿大頭做成叉形，另一個連桿大頭套于其 叉形中。兩缸活塞連桿組的運動規(guī)律相同，左右兩缸中心線 不需錯位，但叉形連桿大頭結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜，而且 連桿大頭的剛度也不高。 圖 2-42 V型發(fā)動機連桿 示意圖 （ 1） 并列連桿 ： 左右兩缸的連桿一前一后地裝在同一個曲柄銷上，連桿可以 通用，兩缸活塞連桿組的運動規(guī)律相同，但曲軸加長，剛度 降低。常用于 V6、 V8汽車發(fā)動機。 （ 2） 主副連桿 ： 副連桿鉸接在主連桿凸耳上，曲軸不加長，但相鄰兩缸活 塞連桿組運動規(guī)律和受力不相同。 . （ 3） 叉形連桿 ： （ a） 并列連桿 （ b）主副連桿 （ c）叉形連桿