第二章 机体零件与曲柄连杆机构
一,概述
功用:曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环,完成能量转换的传动机构,用来传递力和改变运动方式.工作中,曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动,对外输出动力,而在其他三个行程中,即进气,压缩,排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动.总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构.通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能.
工作条件:发动机工作时,曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触,曲轴的旋转速度又很高,活塞往复运动的线速度相当大,同时与可燃混合气和燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用,并且润滑困难.可见,曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣,它要承受高温,高压,高速和化学腐蚀作用.
组成:曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组,机体组,活塞连杆组和曲轴飞轮组.
二,机体组
机体是构成发动机的骨架,是发动机各机构和各系统的安装基础,其内,外安装着发动机的所有主要零件和附件,承受各种载荷.因此,机体必须要有足够的强度和刚度.机体组主要由气缸体,曲轴箱,气缸盖和气缸垫等零件组成.
1. 气缸体(图2-1)
水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体 曲轴箱,也可称为气缸体.气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间.在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套和润滑油道等.
气缸体应具有足够的强度和刚度,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式.(图2-2)
(1) 一般式气缸体
其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度.这种气缸体的优点是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;但其缺点是刚度和强度较差
(2) 龙门式气缸体
其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心.它的优点是强度和刚度都好,能承受较大的机械负荷;但其缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较困难.
(3) 隧道式气缸体
这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入.其优点是结构紧凑,刚度和强度好,但其缺点是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便.
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却.冷却方法有两种,一种是水冷,另一种是风冷(图2-3).水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体和气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部分热量,对气缸和气缸盖起冷却作用.
现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机,对于多缸发动机,气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点,对发动机机体的刚度和强度也有影响,并关系到汽车的总体布置.按照气缸的排列方式不同,气缸体还可以分成单列式,V型和对置式三种(图2-4).
(1) 直列式
发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的.单列式气缸体结构简单,加工容易,但发动机长度和高度较大.一般六缸以下发动机多采用单列式.例如捷达轿车,富康轿车,红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体.有的汽车为了降低发动机的高度,把发动机倾斜一个角度.
(2) V型
气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角γ<180°,称为V型发动机,V型发动机与直列发动机相比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度,且形状较复杂,加工困难,一般用于8缸以上的发动机,6缸发动机也有采用这种形式的气缸体.
(3) 对置式
气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上,即左右两列气缸中心线的夹角 γ=180°,称为对置式.它的特点是高度小,总体布置方便,有利于风冷.这种气缸应用较少.
气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸,整体式气缸强度和刚度都好,能承受较大的载荷,这种气缸对材料要求高,成本高.如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套),然后再装到气缸体内.这样,气缸套采用耐磨的优质材料制成,气缸体可用价格较低的一般材料制造,从而降低了制造成本.同时,气缸套可以从气缸体中取出,因而便于修理和更换,并可大大延长气缸体的使用寿命.气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种(图2-5).
干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外壁不直接与冷却水接触,而和气缸体的壁面直接接触,壁厚较薄,一般为1～3mm.它具有整体式气缸体的优点,强度和刚度都较好,但加工比较复杂,内,外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热不良.

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