1、汽车发动机构造与维修 第2版 主编主编 胡胜胡胜 正文学习目标学会曲柄连杆机构的拆装及主要零部件的维修方法。典型工作任务1.机体组的拆装与维修。2.活塞连杆组的拆装与维修。3.曲轴飞轮组的拆装与维修。正文任务分析本项目主要学习曲柄连杆机构的拆装与维修,通过学习,学生能够掌握曲柄连杆机构的作用和组成;能对曲柄连杆机构进行正确的拆装;熟悉曲柄连杆机构各组成零件的结构和装配连接关系;掌握曲柄连杆机构各零件的检测和维修方法。学习方式为观看多媒体课件、相互讨论、现场教学、专题讲座等。正文知识准备第1课曲柄连杆机构概述正文一、曲柄连杆机构的作用和组成1.曲柄连杆机构的作用曲柄连杆机构(图3-1)是发动机实
2、现工作循环、完成能量转换的主要运动部分,其主要作用是提供燃烧场所,将气缸内混合气燃烧而作用在活塞顶的压力转变为曲轴的旋转运动从而对外输出动力。正文 图3-1曲柄连杆机构正文 2.曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成,如图3-2所示。图3-2曲柄连杆机构的组成a)机体组b)活塞连杆组c)曲轴飞轮组正文(1)机体组主要包括气缸体、气缸盖、油底壳和气缸垫等。(2)活塞连杆组主要包括活塞、连杆、活塞环和活塞销等运动件。(3)曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮等。正文二、曲柄连杆机构的工作条件和受力分析1.曲柄连杆机构的工作条件曲柄连杆机构是在高温(气缸内最高温度可达250
3、0K以上)、高压(最高压力可达59MPa)、高速(最高转速可达40006000r/min)及有化学腐蚀的条件下工作的。正文2.曲柄连杆机构的受力分析(1)气体作用力发动机在工作循环的四个行程中,气体压力始终存在。由于进气和排气两个行程气体压力较小,可忽略不计,故在此只分析压缩和做功两个行程的气体作用力。解为F1和F2,如图3-3所示。F2企图阻止曲轴旋转,F1则将活塞压向气缸壁,形成活塞与缸壁间的侧压力。活塞越靠近上止点,此侧压力F1越大。解为F3和F4,如图3-4所示。F4推动曲轴旋转,F3则将活塞压向气缸另一个侧壁。活塞越靠近下止点,侧压力F3越小。正文 图3-3压缩行程气体作用力正文 图
4、3-4做功行程气体作用力正文的椭圆形,如图3-5所示。(2)往复惯性力和离心力作往复运动的物体,当运动速度变化时,将产生往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时,就产生离心力。曲柄连杆机构中活塞作往复直线运动、曲轴作旋转运动,故这两种力都存在,如图3-6所示。由上述分析可知,气体压力使活塞紧压气缸左侧壁或右侧壁,从而造成气缸磨损的不均匀。一般磨损呈上大下小的锥形,在圆周方向上呈不规则正文 图3-5气缸磨损规律正文 图3-6往复惯性力和离心力正文大值,然后又逐渐减少到零。也就是说,活塞前半行程是加速运动,惯性力向上;后半行程是减速运动,惯性力向下。当活塞从下止点向上止点运动时,前半行程惯性力向下,
5、后半行程惯性力向上。在上下止点活塞运动方向改变,速度为零,加速度最大,图3-7磨损的活塞当活塞从上止点向下止点运动时,速度从零开始,逐渐增大,临近中间达最正文(3)摩擦力曲柄连杆机构中相互接触的表面作相对运动时都存在有磨损,其大小与正压力和摩擦因数成正比,其方向总是与相对运动的方向相反。如图3-7所示为一个磨损了的活塞。正文第2课机体组的拆装与维修正文一、机体组的拆装机体组是发动机的支架,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。机体组的构造,如图3-8所示。纯机体组零部件的拆装步骤如下:(1)拆缷步骤1)拆除气缸盖罩螺栓,取下气缸盖罩。拆除气缸盖罩螺栓,应由两边往中间交叉对
6、角分多次松开,如图3-9所示。正文2)拆除气缸盖螺栓,取下气缸盖和气缸垫。拆卸气缸盖螺栓时,也应由两边往中间交叉对角分二到三次松开,如图3-10所示。图3-8机体组的构造正文 图3-9拆卸气缸盖罩正文 图3-10拆卸气缸盖和气缸垫a)拆气缸盖螺栓b)取气缸盖和气缸垫正文 3)拆除油底壳螺栓,取下油底壳,如图3-11所示。图3-11拆卸油底壳正文 (2)安装步骤1)清洗机体组零件,如图3-12所示。图3-12清洗机体组零件正文 2)安装油底壳。安装前,油底壳应涂上密封胶装好胶垫,再用套筒扳手均匀拧紧油底壳螺栓,如图3-13所示。3)安装气缸垫和气缸盖。安装气缸垫时应注意气缸垫的正、反面,不要装反
7、了。拧紧气缸盖螺栓时,应由中间往两边交叉对角分二到三次拧紧,如图3-14所示。4)安装气缸盖罩。拧紧气缸盖罩螺栓时,也应由中间往两边交叉对角分多次拧紧,如图3-15所示。正文 图3-13安装油底壳正文 图3-14安装气缸垫和气缸盖a)安装气缸垫b)安装气缸盖正文 图3-15安装气缸盖罩正文 二、气缸体的构造与维修1.气缸体的构造气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,是发动机中最重要的一个部件。气缸体上部有一个或数个引导活塞在其中进行直线往复运动的圆柱形空腔,称为气缸;气缸体下部为支撑曲轴的曲轴箱。气缸体有水冷式气缸体和风冷式气缸体,水冷式气缸体一般与上曲轴箱铸成一体。正文(1)工作条件和材料
8、在发动机工作时,气缸体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷,同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此,气缸体应具有足够的强度和刚度,且耐磨损和耐腐蚀,并应对气缸进行适当的冷却,以免气缸体损坏和变形。缸体的材料一般用灰铸铁,为提高气缸的耐磨性,有时在铸铁中加入少量合金元素(如镍、钼、铬、磷等)。但是,实际上除了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。为了降低成本,广泛采用缸体内镶入气缸套来形成气缸工作表面。这样,缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造,以延长气缸使用寿命,而缸体可用价格较低的普通灰铸铁。有些发动机为了减轻质量,其气缸体采用铝合金,如图3-16
9、所示。正文图3-16发动机气缸体a)铸铁气缸体b)铝合金气缸体正文以及水平对置等几种,如图3-17所示。(2)气缸的排列形式发动机气缸的排列形式一般有直列式、V形、W形图3-17气缸的排列形式a)直列式b)V形正文 图3-17气缸的排列形式(续)c)W形d)水平对置正文直列式发动机,它的所有气缸均按同一角度肩并肩排成一个平面,它的优点是缸体和曲轴结构十分简单,制造成本较低,尺寸紧凑。直列式发动机稳定性高,低速转矩特性好并且燃料消耗也较少,但缺点是功率较低,并且不适合六缸以上的发动机采用。V形发动机,将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定夹角布置在一起,使两组气缸形成一个夹角的平面,从侧面看气缸呈
10、V字形,故称V形发动机。V形发动机的高度和长度尺寸小,在汽车上布置起来较为方便。V形发动机的缺点是必须使用两个气缸盖,结构较为复杂、成本较高;另外其宽度加大后,发动机两侧空间较小,不易再安放其他装置。正文W形发动机,它是由两个小V形气缸组成一个大V形气缸。W形发动机与V形发动机相比,可将发动机做得更短一些,曲轴也可短些,这样就能节省发动机所占的空间,同时质量也可小些,但它的宽度更大。水平对置发动机,它的最大优点是重心低。由于它的气缸为“平放”,因此降低了汽车的重心,同时又能让车头设计得又扁又低,这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。此外,水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构,这使得发动机的运转平顺
11、性比V形发动机还好,运行时的功率损耗也是最小的。正文(3)曲轴箱的结构形式曲轴箱的主要作用是保护和安装曲轴,曲轴箱的结构形式见表3-1。正文表3-1曲轴箱的结构形式正文表3-1曲轴箱的结构形式正文(4)油底壳油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。由于油底壳受力不大,一般用薄钢板冲压而成,如图3-18所示。为了保证发动机在纵向倾斜的情况下,机油泵仍能吸到机油,油底壳后部一般较深,且在壳内设有挡油板,防止汽车颠簸时油面波动过大。油底壳底部设有放油螺栓,有的放油螺栓用磁性材料制成,能吸附机油中的金属屑,以减少发动机运动零件的磨损。图3-18油底壳正文2.气缸套的构造气缸套有湿式气缸套和干式气缸套两
12、种,如图3-19所示。缸体材料一般用优质灰铸铁,有的还采用表面淬火、镀铬等工艺。图3-19气缸套种类a)、d)干式气缸套b)、c)湿式气缸套正文干式气缸套不直接与冷却液接触,冷却效果较差,但其加工和安装都比较方便,壁厚一般为13mm。湿式气缸套与冷却液直接接触,冷却效果较好,便于修理更换。湿式气缸套安装后,一般其顶端高出气缸体上平面0.050.15mm,以便使气缸盖将气缸垫压得更紧,从而提高气缸的密封性。湿式气缸套靠上支承定位带和下支承定位带保证径向定位,而轴向定位则是利用定位凸缘来保证,如图3-20所示。为保证水套的密封,湿式气缸套下端的密封带与座孔之间一般装有13道橡胶密封圈,有的在定位凸
13、缘下面还装有铜垫片。湿式气缸套易产生点蚀、漏水和漏气,故其壁厚一般为59mm。正文3.气缸体的修理气缸体的主要耗损形式有裂纹、变形和磨损。(1)裂纹气缸体的裂纹通常采用目测法和水压试验法来检查,一旦检查出裂纹,首先用直径为4mm的钻头在裂纹两端钻孔(止裂孔),防止裂纹的进一步延伸。然后,可视情况进行焊修、胶粘等,必要时进行更换。(2)变形可用检查上平面平面度的方法检查气缸体上平面是否变形,具体做法是:在气缸体上平面六个方向上放置刀口形直尺,并用塞尺测量刀口形直尺与气缸体上平面之间的间隙,测得的最大值即为气缸体上平面的平面度误差,如图3-21所示。气缸体上平面的平面度误差若超过使用极限,可用磨削
14、或铣削加工修理,但总加工量不能超过0.30mm。正文 图3-20湿式气缸套结构正文 图3-21六个方向上测量气缸体的平面度正文的磨损程度是衡量发动机是否需要大修的依据之一。1)气缸磨损的检查。清洁气缸壁上的油污和积炭后,在气缸的上、中、下三个不同的高度及气缸的纵向和横向两个方向的六个部位,用量缸表测量气缸直径,然后根据测量结果计算出气缸的最大磨损量、圆度误差和圆柱度误差。圆度误差是指同一横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与最小直径差值的一半作为圆度误差。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,其数值为被测气缸表面任意方向所测得的最大与最小直径差值的一半作为圆柱
15、度误差。(3)磨损气缸体的磨损主要发生在气缸、曲轴轴承孔等部位,其中气缸正文用量缸表测量气缸直径的步骤如下:用游标卡尺测量气缸内径,如图3-22所示。把外径千分尺调到游标卡尺所测气缸内径值,并固定好,如图3-23所示。选择合适测杆并安装量缸表,并保证有2mm的预压缩量,如图3-24所示。用外径千分尺给量缸表对零,如图3-25所示。测量气缸,如图3-26所示。正文 图3-22用游标卡尺测量气缸内径正文 图3-23调整外径千分尺数值并固定好正文 图3-24安装量缸表正文 图3-25用外径千分尺给量缸表对零正文 图3-26测量气缸直径正文。若气缸磨损超过使用极限,可采用修理尺寸法或镶套法修复。图3-
16、27所示为新发动机的气缸体,其中未镶入气缸套,气缸磨损超过使用极限后,可采用修理尺寸法修复。根据气缸的磨损情况和原厂规定的修理尺寸等级,确定其修理尺寸。修理级别一般分为46级,每级加大0.25mm。气缸的修理尺寸确定后,选择同级别的活塞。若磨损后的尺寸已经接近或超过最后一级修理尺寸,可采用镶套法(镶干式气缸套)进行修理或更换气缸体。对镶有干式气缸套的气缸体,如图3-28所示。气缸磨损超过使用极限后,可采用修理尺寸法修复。若磨损后的尺寸已经接近或超过最后一级修理尺寸,可采用镶套法修复。2)气缸的维修。气缸磨损若未超过其使用极限,可更换活塞环继续使用正文 图3-27无气缸套的气缸体正文 图3-28
17、镶有干式气缸套的气缸体正文可采用更换法修复。对镶有湿式气缸套的气缸体,如图3-29所示。气缸磨损超过使用极限后,图3-29镶有湿式气缸套的气缸体正文 三、气缸盖和气缸垫的构造与维修1.气缸盖的构造气缸盖的主要作用是封闭气缸上部,与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。气缸盖一般都采用灰铸铁或合金铸铁铸造,也有用铝合金铸造的,如图3-30所示。气缸盖承受气体压力和紧固气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。为了保证气缸的良好密封,气缸盖既不能损坏,也不能变形。为此,气缸盖应具有足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度分布尽可能地均匀,避免进、排气气门座之间发生热裂纹,应对气
18、缸盖进行良好的冷却。正文图3-30气缸盖材料a)铸铁气缸盖b)铝合金气缸盖正文图3-31气缸盖结构a)汽油发动机气缸盖b)柴油发动机气缸盖气缸盖与气缸体接合平面上的凹坑是燃烧室的组成部分,如图3-31所示。正文2.气缸盖的修理气缸盖的主要耗损形式是裂纹、变形和积炭。(1)裂纹气缸盖裂纹多发生在冷却水套薄壁处或气门座处,会导致漏水、漏油或漏气。气缸盖裂纹的检查和维修可参照气缸体裂纹进行。(2)变形气缸盖变形是指与气缸体的接合平面的平面度误差超限。气缸盖变形的原因一般是热处理不当、缸盖螺栓拧紧力矩不均、缸盖螺栓拆卸顺序错误或放置不当等。气缸盖变形的检查方法与缸体变形的检查方法相同,如图3-32所示
19、。当气缸盖与气缸体的接合平面的平面度误差超过0.05mm时,应对其进行铣削或磨削修理。正文 图3-32测量气缸盖的平面度正文 (3)积炭气缸盖上燃烧室积炭过多,会使燃烧室容积变小,从而改变发动机的压缩比,如图3-33所示。燃烧室积炭可采用机械法或化学法进行清理。用机械法清除积炭比较简单,清除时利用钢丝刷或刮刀清除积炭。化学法清除积炭是利用化学溶剂对积炭浸泡23h,靠物理或化学作用使积炭软化,然后用刷洗或擦洗法去除积炭。正文 图3-33燃烧室积炭正文 3.气缸垫的构造与维修气缸垫的作用是保证气缸体和气缸盖的密封,防止漏油、漏水和漏气。气缸垫安装在气缸盖和气缸体之间。气缸垫承受拧紧气缸盖螺栓时产生
20、的压力,并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液的腐蚀。所以,气缸垫应该具有足够的强度,并且要耐压、耐热和耐腐蚀。另外,还需要有一定的弹性,以补偿气缸体顶面和气缸盖底面的表面粗糙度和不平度以及发动机工作时反复出现的变形。目前应用较多的是金属-石棉气缸垫,如图3-34所示。正文 图3-34金属-石棉气缸垫正文 气缸垫的常见故障是烧蚀击穿,如图3-35所示。其主要原因是气缸盖和气缸体的接合面不平、气缸盖螺栓的拧紧力矩不足等。气缸垫损坏后必须更换,不能修理。图3-35烧蚀的气缸垫正文气缸垫安装时应注意将卷边朝向易修整的平面或硬平面,如气缸体和气缸盖同为铸铁时,卷边应朝向气缸盖(易修整);
21、而气缸盖为铝合金、气缸体为铸铁时,卷边应朝向气缸体(硬平面)。如图3-36所示为常见气缸垫的正反面形状。正文 图3-36常见气缸垫的正反面形状正文 第3课活塞连杆组的拆装与维修正文 一、活塞连杆组的拆装活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆和连杆轴瓦等组成,如图3-37所示。活塞连杆组的拆装步骤如下:1)拆卸连杆螺栓,取下连杆盖,如图3-38所示。2)用铜棒或木棒将活塞捅出,一只手应扶住活塞,如图3-39所示。3)将连杆盖装回原位,如图3-40所示。4)安装顺序与拆卸顺序相反,如图3-41所示。安装时要注意活塞的安装方向和活塞环缺口的位置按规定错开。正文图3-37活塞连杆组的构造正文 图3-3
22、8拆卸连杆螺栓,取下连杆盖正文 二、分解和组装活塞连杆组解活塞连杆组步骤如下(以全浮式活塞销为例):1)拆下活塞环,如图3-42所示。2)拆下活塞销,如图3-43所示。3)拆下连杆盖,取出连杆轴瓦,如图3-44所示。正文 图3-39取出活塞正文 图3-40将连杆盖装回原位正文 图3-41安装活塞连杆组a)专用工具安装活塞b)安装连杆盖正文 图3-42拆下活塞环正文 图3-43拆下活塞销正文 图3-44取出连杆轴瓦正文1)清洗活塞连杆组零件,如图3-45所示。组装活塞连杆组步骤如下(以全浮式活塞销为例):2)安装连杆轴瓦和连杆盖,如图3-46所示。3)安装活塞一端的卡环,如图3-47所示。4)安
23、装活塞销,如图3-48所示。5)安装活塞销另一端的卡环。正文 图3-45清洗活塞连杆组零件正文 图3-46安装连杆轴瓦和连杆盖正文 图3-47安装活塞销一端的卡环正文 图3-48安装活塞销正文6)安装活塞环。先安装油环,再安装气环,如图3-49所示。安装时必须区分第一道气环和其他几道气环,活塞环有的安装还有方向性的要求。图3-49安装活塞环a)安装油环b)安装气环正文三、活塞的构造与维修1.活塞的构造图3-50活塞的基本结构正文(1)活塞的作用活塞的作用是与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室,并承受气缸中气体压力,通过活塞销将作用力传给连杆,以推动曲轴旋转。(2)工作条件和材料活塞在高温、高速和高
24、压的环境下工作,从而要承受很高的热负荷、惯性力和很高的气体压力。所以,要求活塞应具有足够的刚度和强度;质量尽可能的小;导热性好;要有足够的耐热、耐磨性;温度变化时,尺寸和形状的变化要小。汽车发动机活塞广泛采用的是铝合金,有的柴油发动机活塞采用高级铸铁或耐热钢制造。(3)活塞的结构活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分,如图3-50所示。正文活塞顶部是燃烧室的组成部分,其形状取决于燃烧室的形式。汽油发动机活塞顶部多采用如图3-51所示的几种形式。柴油发动机活塞顶部,如图3-52所示。当气门升程比较大时,为了不使活塞和气门的运动出现干涉,在活塞顶平面上加工出了气门让坑,如图3-53所示。气门
25、让坑不能过深,否则会影响混合气的运动,从而影响燃烧过程。图3-51汽油发动机活塞顶部形状a)平顶b)凸顶c)凹顶d)成形顶正文图3-52柴油发动机活塞顶部形状正文图3-53带气门让坑的凹顶活塞正文现对气缸的密封,同时将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。汽油发动机一般有23道环槽,上面12道用来安装气环,实现气缸的密封,最下面的1道用来安装油环。柴油发动机一般有4道环槽,最下面的1道用来安装油环。在油环槽底面上钻有许多径向回油孔,当活塞向下运动时,油环把气缸壁上多余的机油刮下来经回油孔流回油底壳。若发动机温度过高,第1道环容易产生积炭,出现过热卡死现象。因此,有的发动机活塞设计有冷却油道
26、,用专门油管对其供油,如图3-54所示。活塞头部是最下边一道活塞环槽以上的部分,主要用来安装活塞环,以实正文图3-54有专门油管冷却的活塞正文动导向和承受侧压力。活塞裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向。气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。若间隙过大,活塞敲缸;间隙过小,活塞可能被气缸卡住。此外,活塞裙部应有足够的实际承压面积,以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面,承受压缩侧向力的一面称次推力面。为了改善铝合金的磨合性,通常可对活塞裙部进行表面处理。汽油发动机的铸铝活塞裙部外表面一般作镀锡处理,柴油发动机用铸铝活塞裙部进行表面磷化,锻造铝活塞裙部表面喷
27、涂石墨层。活塞环槽以下的部分称为活塞裙部,其作用是为活塞在气缸内作往复运正文把活塞制成上小下大的阶梯形或锥形,这样活塞在工作时由于膨胀变形,便会接近成为一个圆柱体,如图3-55所示。2)针对活塞裙部受热,沿圆周将产生椭圆形变形的特征,把活塞裙部加工成反方位的(短轴沿座孔轴线,长轴垂直于座孔轴线)椭圆形,如图3-56所示,其目的是保证活塞在工作状态下成为圆柱形(裙部横断面椭圆度消失,成为一个圆)。(4)活塞常见的结构上的控制措施1)为了消除活塞在高温下沿轴线产生上大下小的膨胀变形的不利影响,正文 图3-55活塞制成上小下大的阶梯形或锥形a)阶梯形活塞b)锥形活塞正文 图3-56活塞裙部加工成反方
28、位的椭圆形正文示。拖板式活塞只保留垂直于孔座轴线方向的裙部,切掉孔座两端的裙部,并使孔座深陷不再与缸壁接触,这种结构是在行程较小的发动机上为防止活塞与曲轴上的平衡重相碰而设计的。对于行程较大的发动机则一般采用筒式活塞即全裙式活塞。图3-57活塞裙部结构形式a)拖板式活塞b)筒式活塞3)活塞按其裙部结构形式不同可分为拖板式活塞和筒式活塞,如图3-57所正文4)在活塞裙部开绝热-膨胀槽,以控制活塞膨胀变形量,如图3-58所示。其中,横槽叫绝热槽,竖槽叫膨胀槽。绝热-膨胀槽一般开在受侧压力较小的裙部一侧。5)铝合金活塞在铸造时嵌铸入“恒范钢片”或“筒形钢片”,来控制销座处的膨胀和裙部的变形,如图3-
29、59所示。恒范钢片是镍的质量分数为33%36%的低碳镍铁合金,其线胀系数仅为铝合金的1/10左右。正文 图3-58开槽活塞正文 图3-59铝合金活塞嵌铸“恒范钢片”正文(1)活塞的正常耗损活塞的磨损主要是活塞环槽的磨损、活塞裙部的磨损和活塞销座孔的磨损等。活塞环槽的磨损较大,以第一道环槽的磨损最为严重,各环槽由上而下逐渐减轻;活塞裙部的磨损较小,活塞裙部虽与气缸壁直接接触,但单位面积的压力较小,润滑条件较好,所以磨损也较轻;活塞销座孔上下方向磨损较大而水平方向磨损较小,工作时活塞受气体压力和往复惯性力的作用,使活塞销座孔产生上下方向较大而水平方向较小的椭圆形磨损。(2)活塞的异常损坏活塞的异常
30、损坏主要是活塞刮伤、活塞烧顶和活塞脱顶等,如图3-60所示。2.活塞的维修正文图3-60活塞的异常损坏a)活塞刮伤b)活塞烧顶c)活塞脱顶正文(3)活塞的选配当活塞发生异常损坏及气缸的磨损超过规定值时,就要对气缸进行修复后选配活塞。选配活塞时应注意以下几点:1)气缸的修理尺寸是哪一级,活塞也应选用哪一级修理尺寸的活塞。2)同一台发动机必须选用同一厂牌的活塞,以保证其材料和性能的一致性。3)在选配的成组活塞中,其尺寸差一般为0.010.15mm,质量差为48g,涂色标记也应相同。正文因此,在活塞顶部刻有方向标记,安装活塞时应注意按规定方向安装,绝对不允许装反,如图3-61所示。活塞安装到气缸体内
31、时应采用活塞安装专用工具,如图3-62所示。3.活塞的安装活塞在结构设计和制造过程中所采取的各种措施均有特定指向,正文 图3-61活塞的安装标记正文 图3-62用专用工具安装活塞正文1.活塞环的构造(1)活塞环的作用和种类活塞环安装在活塞环槽内。活塞环按其作用不同可分为气环和油环两种,如图3-63所示。气环的主要作用是密封和传热,保证活塞与气缸壁间的密封,防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱,并将活塞顶部接受的热量传给气缸壁,避免活塞过热。油环的主要作用是刮除飞溅到气缸壁上多余的机油,并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。四、活塞环的构造与维修正文图3-63活塞环正文气的作用,并在润滑不良的条
32、件下在气缸内高速滑动。由于气缸壁面的形状误差,使活塞环在上下滑动的同时还在环槽内产生径向移动,这不仅加重了环与环槽的磨损,还使活塞环受到交变弯曲应力的作用而容易被折断。目前,活塞环广泛采用的材料是优质灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁。不少发动机的第一道活塞环,甚至所有的活塞环,其工作表面都进行多孔镀铬或喷钼。由于多孔性铬层硬度高,并能储存少量的机油,从而可以减缓活塞环及其气缸壁的磨损。还有的活塞环采用镀锡、磷化或硫化处理,以改善活塞环的磨合性。当活塞环磨损到失效时,将出现发动机起动困难,功率下降,曲轴箱压力升高,机油消耗量增加,排气冒蓝烟,燃烧室、活塞等表面严重积炭等不良状况。(2)活塞环的工作条件
33、和材料活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃正文(3)活塞环的间隙发动机工作时,活塞及活塞环都会产生热膨胀。为了防止活塞环在气缸内卡死,常设计有“端隙、侧隙和背隙”三个间隙,如图3-64所示。图3-64活塞环的间隙a)端隙b)侧隙c)背隙正文(4)活塞环的结构1)气环。气环的断面形状很多,最常见的有矩形环、锥面环、扭曲环、梯形环和桶面环,如图3-65所示。矩形环断面为矩形,其结构简单,制造方便,易于生产,应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时,会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中,这种现象称为“气环的泵油作用”,如图3-66所示。正文图3-65气环的断面形状a)矩形环b)锥面环c)扭曲环d)梯形环e)
34、桶面环正文 图3-66气环的泵油作用正文2)油环目前,汽车发动机上采用的油环有整体式和组合式两种,如图3-67所示。整体式油环在其外圆中部切有环槽,槽底开有若干回油孔,发动机工作时,利用上下两个环形刃口将气缸壁上的多余润滑油刮下。组合式油环一般由刮油钢片和弹性衬环组成,刮油钢片很薄,对气缸壁的压力很大,因而刮油作用强。目前,组合式油环在高速发动机上得到了较广泛的应用。油环的刮油原理,如图3-68所示。正文 图3-67油环a)整体式油环b)组合式油环正文图3-68油环的刮油原理 a)活塞上行b)活塞下行 正文2.活塞环的维修(1)活塞环的耗损活塞环在使用过程中会出现磨损、弹性减弱和折断等现象。活
35、塞环的磨损主要是由于润滑不良造成的;由于受高温燃气的影响,活塞环的弹性逐渐减弱,出现漏气和窜油现象,造成发动机动力性和经济性变坏;在使用过程中若活塞环的安装不当或端隙过小,活塞环会卡缸或在活塞的冲击负荷作用下而折断。(2)活塞环的选配活塞环是发动机中寿命最短的零件之一,在发动机大修和小修时,活塞环是被当作易损件更换的。正文3.活塞环的安装锥面环安装时,不能装反。扭曲环安装时也必须注意断面形状和方向,内切口朝上,外切口朝下。为减少气体的泄漏,活塞环装入气缸时,第一道环的开口位置应避开做功行程受压面,各道环的开口应互相错开。对于有三道环的活塞环,每道环相错120;有四道环的活塞环,第一道环和第二道
36、环相错180,第二道环和第三道环相错90,第三道环和第四道环相错180。各道环的环口应避开活塞的长短轴方向,形成迷宫式的漏气路线,增大漏气阻力,减少漏气量。活塞环安装时,可采用专用工具或徒手安装,如图3-69所示。正文 图3-69活塞环的安装a)专用工具安装b)徒手安装正文 五、活塞销的构造与维修1.活塞销的构造活塞销的作用是联接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销一般靠飞溅润滑,常制成空心圆柱体结构,内孔形状有圆柱形、两段截锥形和两段截锥与一段圆柱的组合形等,如图3-70所示。活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢制造,经渗碳淬火处理,以提高表面硬度,并保证心部具有一定的冲击韧性,
37、然后再进行精磨和抛光。正文图3-70活塞销及活塞销的内孔形状正文有的发动机为了加强活塞销的润滑和活塞的冷却,活塞销和活塞设计有专门的机油管道,如图3-71所示。图3-71活塞销和活塞专用机油管道正文活塞销与活塞销座孔和连杆小头的联接方式,一般有全浮式和半浮式两种。(1)全浮式全浮式是指活塞销能在连杆衬套和活塞销座孔中自由转动,因而增大了实际接触面积,减少了磨损并使磨损均匀,目前被广泛采用。通常情况下,采用铝合金活塞,活塞销座的热膨胀量大于钢活塞销。为保证活塞销工作时有正常的工作间隙,在冷状态时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。装配时,先将铝合金活塞在7090的水或油中加热,再装入活塞销。活塞销装配
38、后,在活塞销的两端应装入卡环以实现轴向定位,如图3-72所示。正文 图3-72全浮式活塞销正文 (2)半浮式半浮式是指活塞销与活塞销座孔或连杆小头,一处固定,一处浮动。其中大多数采用活塞销与连杆小头固定的方式,如图3-73所示。正文极限范围而产生异响,就应更换活塞销,恢复其正常配合间隙。选配活塞销的原则是:同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销;活塞销表面应无任何锈蚀和斑点;表面粗糙度值Ra不大于0.2m,圆柱度误差不大于0.0025mm,质量差在10g范围内。2.活塞销的选配在发动机正常工作时,活塞销与活塞销座和连杆衬套之间存在微小的间隙,但活塞销在发动机工作时受力大且复杂,销
39、与销座孔及连杆衬套的配合处,必然会产生磨损,使间隙逐渐变大,若间隙超过正文 图3-73半浮式活塞销正文 3.活塞销的装配全浮式活塞销在常温下装配时,应有微量过盈或间隙,用手掌的力量将活塞销推入座孔时,应感觉有一定紧度,至少能推入座孔的1/31/2,如图3-74所示。将铝活塞在7090的水或油中加热,取出后应用手能顺利地将活塞销推进销座孔内。用手不能推进时,不要用锤硬敲,以免打坏活塞,应查明原因,予以修配,直至符合标准。半浮式活塞销活塞也应该加热,把活塞销先装到活塞上,再对准连杆孔,把活塞连杆放到胎具上,用压力机把活塞销压进去,如图3-75所示。正文 图3-74安装全浮式活塞销正文 六、连杆的构
40、造与维修1.连杆的构造(1)连杆的作用和材料连杆的作用是将活塞承受的气体压力传给曲轴,使活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。连杆一般采用中碳钢或中碳合金钢经模锻而成,如图3-76所示,也有一些是采用球墨铸铁制造的。为提高连杆的疲劳强度,通常还采用表面喷丸处理。正文 图3-75用压力机安装半浮式活塞销正文 图3-76模锻的连杆正文图3-77连杆的结构正文组成,连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头,如图3-77所示。连杆小头用来安装活塞销,以连接活塞。为润滑活塞销和衬套,在连杆小头和衬套上钻有集油孔或铣出集油槽,用来收集发动机运转时被击溅到上面的机油以便润滑。有的发动机连杆小头采用压力润
41、滑,因此在连杆杆身内钻有纵向的压力油道。连杆杆身通常做成“工”或“H”形断面,以求在满足强度和刚度要求的前提下减轻质量。连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连,有整体式和分开式两种,如图3-78所示。整体式主要用于小型汽油机,多数发动机采用分开式连杆大头,被分开(2)连杆的结构连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件的部分称为连杆盖,用特制的连杆螺栓紧固在连杆大头上。正文图3-78连杆大头结构a)整体式b)分开式正文连杆加工时,连杆盖与连杆大头是组合后镗孔(以保证圆度、圆柱度和同轴度),如图3-79所示。故连杆盖安装时有方向性,不能装反。连杆大头内孔表面要求有较低的表面粗糙度值,以便与连杆轴瓦(或
42、滚动轴承)紧密贴合。连杆大头还铣有连杆轴承的定位凹槽,有的连杆大头及轴承还钻有直径11.5mm的径向小油孔,从中喷出机油以加强气缸壁等处的飞溅润滑,如图3-80所示。正文 图3-79已加工好的连杆正文 图3-80连杆轴承的定位凹槽和径向小油孔正文 图3-81无定位凹槽的连杆正文 连杆大头的切口形式分为平切口和斜切口两种,如图3-82所示。平切口连杆的剖切面垂直于连杆轴线。一般汽油发动机连杆大头尺寸都小于气缸直径,可采用平切口。平切口连杆盖与连杆的定位,是利用连杆螺栓上的精加工圆柱台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证的,如图3-83所示。正文 图3-82连杆大头的切口形式a)平切口b)斜切口
43、正文 图3-83平切口连杆盖与连杆的定位正文位和定位套定位等,如图3-84所示。图3-84柴油机连杆大头的定位方式a)锯齿定位b)止口定位c)定位销定位d)定位套定位柴油发动机的负荷较大,连杆的受力也大,连杆大头的尺寸往往超过气缸直径。为使连杆大头能通过气缸,便于拆装,一般都采用斜切口。柴油发动机连杆盖与连杆常用的定位方式有锯齿定位、止口定位、定位销定正文(3)连杆螺栓及其防松连杆螺栓一般采用韧性较高的优质合金钢或优质碳素钢锻制或冷镦成形,如图3-85所示,是一个要承受很大冲击性载荷的重要零件。连杆大头在安装时必须紧固可靠,当其发生损坏时,将给发动机带来极其严重的后果。所以,连杆螺栓必须按工厂
44、规定的拧紧力矩,分23次均匀地拧紧。(4)连杆轴承连杆轴承也称连杆轴瓦(俗称小瓦),安装在连杆大头孔座中,与曲轴上的连杆轴颈装配在一起,构成发动机中最重要的配合副之一。连杆轴承由钢背和减磨层组成,如图3-86所示正文 图3-85连杆螺栓正文 图3-86连杆轴承正文嵌入在连杆大头和连杆盖的相应凹槽中,如图3-87所示。图3-87连杆轴承的定位为了防止连杆轴承在工作中发生转动或轴向移动,在两个连杆轴承的剖分面上,分别冲出高于钢背面的两个定位凸键。装配时,这两个凸键分别正文选用与曲轴连杆轴颈修理尺寸等级相同的连杆轴承,如图3-88所示为两块未加厚的连杆轴承和一块加厚0.25mm的连杆轴承,图中“ST
45、D”为英文“standard”的缩写,含义是“标准”。图3-88连杆轴承a)未加厚的连杆轴承b)加厚0.25mm的连杆轴承连杆轴承选配时,应以曲轴连杆轴颈的修理尺寸为依据,同一台发动机应正文2.连杆的维修连杆的耗损主要有连杆小头磨损、连杆弯曲和扭曲等。连杆小头磨损视情况修理,如图3-89所示的新连杆,其连杆小头并未压装连杆衬套,磨损后可更换连杆或铰削连杆小头孔予以修复。连杆小头孔磨损超过极限,再压装入连杆衬套,以恢复其正常配合。新衬套的外径应与小端承孔有0.100.20mm的过盈,以防止衬套在工作中转动。过盈量也不可过大,否则在压装时会将衬套压裂。连杆弯曲和扭曲的检验应在连杆校验仪上进行,如图
46、3-90所示。在汽车维修技术标准中对连杆的变形做了如下规定:连杆小端轴线正文与大端应在同一平面,在该平面上的平行度误差不大于0.03mm,该平面的法向平面上的平行度误差不大于0.06mm。当连杆的弯曲和扭曲度超过误差值时,应进行校正或更换。正文 图3-89新连杆小头无连杆衬套正文 图3-90连杆弯曲和扭曲的测量正文连杆在装配时应注意方向,连杆的朝前方向应与活塞的朝前方向相同,不同气缸的连杆不能互换,如图3-91所示。3.连杆的安装正文 图3-91连杆不能装反和互换正文 有些发动机连杆上面有道数标记,以便安装,如图3-92所示。图3-92有道数标记的连杆正文第4课曲轴飞轮组的拆装与维修正文一、曲
47、轴飞轮组的拆装曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成,如图3-93所示。图3-93曲轴飞轮组正文曲轴飞轮组的拆装步骤如下:1)拆卸飞轮。用扳手交叉对角分二到三次松开飞轮螺栓,然后取下飞轮,如图3-94所示。2)拆卸曲轴。用扳手由两边往中间交叉对角分二到三次松开主轴承盖螺栓,取出主轴承盖,然后取下曲轴,如图3-95所示。取下曲轴后,按原位安装好主轴承盖。3)清洗曲轴飞轮组零件,如图3-96所示。4)安装曲轴。先安装主轴承下轴瓦,再安装曲轴,然后安装曲轴轴向止推片,最后安装主轴承上轴瓦及主轴承盖,如图3-97所示。正文 图3-94拆卸飞轮正文 图3-95拆卸曲轴正文 图3-96清洗曲轴飞轮组零件
48、a)清洗飞轮b)清洗曲轴正文 图3-97安装曲轴a)安装主轴承下轴瓦b)安装曲轴正文 图3-97安装曲轴(续)c)安装曲轴轴向止推片d)安装主轴承上轴瓦及主轴承盖正文 图3-98主轴承盖的安装方向和位置正文 5)安装飞轮。安装飞轮时,要对齐曲轴与飞轮之间的安装标记,再用扳手交叉对角分多次拧紧飞轮螺栓,如图3-99所示。正文 图3-99安装飞轮正文 二、曲轴的构造与维修1.曲轴的构造(1)曲轴的作用、工作条件和材料曲轴是发动机最重要的机件之一,其作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的转矩对外输出,并驱动发动机的配气机构及其他辅助装置工作。曲轴的前端主要用来驱动配气机构、水泵和风扇等附属机
49、构,前端轴上安装有正时齿轮(或同步带轮)、风扇与水泵的带轮、扭转减振器以及起动爪等。曲轴后端采用凸缘结构,用来安装飞轮。正文(2)曲轴的构造曲轴的基本结构包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重及后端凸缘等,如图3-100所示。一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐,曲轴由若干个曲拐构成。单缸发动机的曲轴只有一个曲拐,多缸直列式发动机曲轴的曲拐数与气缸数相同,V形发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。将若干个曲拐按照一定的相位连接起来再加上曲轴前、后端便构成一根曲轴。主轴颈和连杆轴颈是发动机中最关键的滑动配合副,一般均应进行表面淬火,轴颈过渡圆角处还需进行滚压强化等工艺,以提高其疲劳强
50、度。正文 图3-100曲轴的构造正文组合式曲轴如图3-101所示。图3-101组合式曲轴正文图3-102曲轴平衡重作用示意图a)曲轴的受力分析b)曲柄上设置平衡重的示意图正文机油落到甩油盘前面的曲轴上,也会被装在正时齿轮传动室盖上的自紧式橡胶油封挡住,如图3-103所示。(3)曲轴前后端的密封及轴向定位曲轴前端借助甩油盘和自紧式橡胶油封实现密封。发动机工作时,落在甩油盘上的机油,在离心力的作用下被甩到正时齿轮传动室盖的内壁上,再沿壁面流回油底壳。即使有少量正文 图3-103曲轴前端的密封正文 由于近年来橡胶油封的耐油、耐热和耐老化性能的提高,在汽车发动机上曲轴后端的密封越来越多地采用与曲轴前端
