第二章曲柄連桿機構本章講述內容：功用及組成汽缸體與曲軸箱組活塞連桿組曲軸飛輪組曲柄連桿機構的維護曲柄連桿機構的檢修曲柄連桿機構的故障診斷一、曲柄連桿機構的功用及組成功用：把燃氣作用在活塞頂上的力轉化為曲軸的轉矩，向工作機械輸出機械能。組成：氣缸體與曲軸箱組：主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊和油底殼等；活塞連桿組：主要包括活塞、活塞環、活塞銷和連桿等；曲軸飛輪組：主要包括曲軸、飛輪和扭轉減振器等。曲柄連桿機構的組成框圖工作條件高溫：最高可達2500K以上

高壓：最高可達3MPa—5MPa

高速：最高可達3000r/min—6000r/min

化學腐蝕：可燃混合氣和燃燒廢氣直接接觸機件。二、氣缸體與曲軸箱組曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼組成氣缸體：發動機的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體－－曲軸箱，簡稱氣缸體。氣缸：氣缸體上半部有若干個為活塞在其中運動導向的圓柱形空腔。氣缸的工作條件：高溫、高壓，并且有活塞在其中做高速往復運動。氣缸體氣缸體的分類1、按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分：名稱性能應用一般式（平分式）機體高度小、重量輕、結構緊湊，便于加工拆卸。剛度和強度差。492Q汽油機，90系列柴油機。龍門式強度和剛度較好。工藝性差、結構笨重、加工困難。捷達轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結構緊湊、剛度和強度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負荷較大的柴油機上。油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心。氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式。氣缸體的分類2、根據冷卻方式不同分：風冷、水冷氣缸體的分類3、根據氣缸的排列方式分：直列式：結構簡單、加工容易，但發動機長度和高度較大。V型：縮短了機體的長度和高度，增加了剛度，減輕了發動機的重量；形狀復雜，加工困難。對置式：高度小，總體布置方便。直列式V型對置式氣缸體影片氣缸體的分類4、氣缸套有兩種結構：干式缸套和濕式缸套。干式缸套：外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1~3mm。特點：強度和剛度都較好，加工復雜，拆裝不便，散熱不良。濕式缸套：外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5~9mm。特點：散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強度和剛度不如干缸套，易漏水。氣缸套影片氣缸蓋與氣缸襯墊氣缸蓋罩氣缸蓋氣缸墊襯墊安裝火花塞氣缸蓋影片氣缸蓋功用：密封氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。結構：氣缸蓋內部有與氣缸體相通的冷卻水套，應有進、排氣門座及氣門導管孔和進、排氣通道，有燃燒室、火花塞座孔（汽油機）或噴油器座孔（柴油機），有些還有用以安裝凸輪軸的軸承孔。材料：灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金。類型：單體氣缸蓋、整體氣缸蓋。燃燒室名稱特點示意圖應用半球形結構緊湊、火焰行程短、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納、夏利、富康楔形結構簡單、緊湊、散熱面積小、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰傳播距離長切諾基盆形工藝性好、成本低、進排氣效果不如半球形燃燒室捷達、奧迪氣缸墊功用：保證燃燒室的密封。類型：①金屬-石棉氣缸墊；②實心金屬片氣缸墊；③加強型無石棉氣缸墊。氣缸蓋的擰緊：擰緊螺栓時，必須按由中央對稱地向四周擴展的順序分幾次進行，最后一次要用扭力扳手按廠家規定的擰緊力矩值擰緊。鋁合金氣缸蓋：最后必須在發動機冷態下擰緊；鑄鐵氣缸蓋：最后必須在發動機熱態下擰緊。氣缸墊影片油底殼功用：儲存機油并封閉曲軸箱。結構、材料：薄鋼板沖壓而成；底部裝有放油螺塞，有的螺栓帶有磁性。發動機的支撐方式三點支承：前端兩點通過曲軸箱支承在車架上，后端一點通過變速器殼支承在車架上。四點支承：前端兩點通過曲軸箱支承在車架上，后端二點通過飛輪殼支承在車架上。三、活塞連桿組氣環油環活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋活塞功用：承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅使曲軸旋轉。工作環境：高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達600～700K，且分布不均勻；高速，線速度達到10m/s，承受很大的慣性力。活塞頂部承受最高可達3～5MPa（汽油機）的壓力，使之變形，破壞配合聯結。材料：鋁合金：質量小導熱性好；灰鑄鐵活塞應具備的特點A、剛度和強度應足夠大，傳力可靠。B、導熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C、質量較小，盡可能減少往復慣性力活塞影片活塞結構活塞基本結構分頂部、頭部和裙部三部分。活塞頂部功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。平頂、凸頂、凹頂、成形頂平頂：結構簡單、受熱面積小，多用在汽油機上。凸頂：凸起呈球狀、頂部強度高，有利于改善換氣過程。凹頂：凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。活塞頂分類活塞頭部位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。作用：安裝活塞環、與活塞環一起密封氣缸、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內，將頂部吸收的熱量通過活塞環傳給氣缸壁。氣環槽油環槽工作條件最惡劣，應離頂部遠些。活塞銷孔活塞裙部位置：從油環槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。作用：對活塞在氣缸內的往復運動起導向作用，并承受側壓力，防治破壞油膜。活塞裙部的保護鍍錫油膜破壞時，起潤滑作用；又可加速磨合作用。涂石墨(柴油機）易脆斷可加速磨合，自潤滑。表面粗糙化有規律的粗糙化，可加速磨合，溝谷可存機油潤滑。活塞形狀工作時，活塞受熱膨脹，由于銷座方向的金屬材料較多，所以膨脹量較大。所以在生產時先將活塞制成橢圓形，短軸在銷座軸方向。銷座方向裙部受側壓力的作用，導致活塞發生變形工作時向里變形桶形不受壓力的部分，去掉后可以減輕質量。活塞裙部變形flash動畫演示開槽活塞（汽油機）絕熱槽膨脹槽圓槽活塞環是具有彈性的開口環，分為氣環和油環。工作條件：高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命：6萬公里活塞環影片氣環作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。切口氣環氣環的泵油作用氣環的泵油作用演示氣環的斷面形狀油環刮油片軸向襯環刮油片徑向襯環普通油環組合油環油環的泵油作用活塞銷作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。構造：活塞銷的內孔形狀有圓柱形，兩段截錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。活塞銷的連接方式活塞銷連桿活塞銷的偏置使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一邊過渡到另一邊，減少敲缸的聲音。連桿作用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復運動變成曲軸的旋轉運動。連桿組件分解圖連桿影片V型發動機連桿的布置形式并列式主副式叉式連桿軸瓦連桿大頭的連接形式平分式斜分式四、曲軸飛輪組曲軸飛輪組的組成起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉減振器飛輪飛輪螺栓曲軸曲軸功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉變為扭矩對外輸出。還用來驅動發動機的配氣機構及其他各種輔助裝置。工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。曲軸影片曲軸的結構前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲柄曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構成。曲軸的支承方式在相鄰的兩個曲拐之間都設置一個主軸頸的曲軸，稱為全支承曲軸，否則稱為非全支承曲軸。優點缺點應用全支承曲軸提高曲軸的剛度和彎曲強度，減輕主軸承的載荷曲軸的加工表面增多，主軸承數增多，使機體加長柴油機一般多采用此種支撐方式非全支承曲軸縮短了曲軸的長度，使發動機總體長度有所減小主軸承載荷較大承受載荷較小的汽油機可以采用此種方式曲拐的布置一般規律各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發動機運轉平穩。連續作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在發動機的前半部和后半部交替進行。V型發動機左右氣缸盡量交替作功。曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發動機工作平衡性好。四沖程四缸發動機曲拐布置四沖程四缸發動機點火順序點火順序：各缸完成同名行程的次序。直列四沖程六缸發動機曲軸曲拐布置四沖程六缸發動機點火順序曲軸扭轉減振器自由扭轉振動強迫扭轉振動共振功率損失、曲軸扭轉變形甚至扭斷、正時齒輪產生沖擊噪聲等臨界轉速：發生共振時的轉速皮帶盤慣性盤橡膠墊減振器圓盤皮帶輪轂曲軸前端功用：吸收曲軸扭轉振動的能量，消減扭轉振動。當曲軸發生扭轉振動時，力圖保持等速轉動的慣性盤便與橡膠層發生了內摩擦，從而消耗了扭轉振動的能量，消減了扭振。常用橡膠摩擦式扭轉減振器飛輪功用：將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構越過上、下止點，保證曲軸的旋轉角速度和輸出轉矩盡可能均勻，并使發動機有可能克服短時間的超載荷，同時將發動機的動力傳給離合器。

飛輪邊緣部分做的厚些，可以增大轉動慣量齒圈在發動機起動時與起動機齒輪嚙合，帶動曲軸旋轉。一缸上止點記號飛輪構造五、曲柄連桿機構的維護維護作業項目包括：測定氣缸壓力、清除積炭、曲柄連桿機構的檢查與調整。清除積炭方法機械方法清除：根據零件的形狀和部位，利用專用鋼絲刷，裝在電動工具上進行刷洗，或用刮刀直接刮除。化學方法清除：利用化學溶劑將積炭浸泡2～3h，靠物理或化學作用使積炭軟化，然后用刷洗或擦洗法去除。曲柄連桿機構的檢查與調整曲軸軸承徑向間隙檢查方法：專用塑料線規檢查、通用量具檢查、手感檢視調整方法：改變軸承蓋的墊片厚度曲軸軸向間隙檢查方法：用撬棒將曲軸前后撬動，觀察百分表表針擺動數值。調整方法：更換不同厚度的推力片進行調整六、曲柄連桿機構的檢修氣缸體與氣缸蓋的修理變形的檢修氣缸體與氣缸蓋平面度的檢測：刀形樣板尺和厚薄規承孔圓度和圓柱度的檢測：內徑量表同軸度的檢測：專用量表氣缸磨損的檢修磨損的檢查：工具：量缸表。方法：3個高度位置，縱、橫2個方向，共6個部位。氣缸磨損檢查方法磨損檢查檢查內容：最大磨損量——最大測量直徑與標準直徑之差。圓度誤差——同一高度、不同方向測量的兩個直徑之差的一半。圓柱度誤差——不同高度、同一方向測量的兩個直徑之差的一半。要求：不允許超過使用極限，否則應鏜磨或鑲套。氣缸鏜磨氣缸修理尺寸:3~6級七、曲柄連桿機構的故障診斷常見的異響故障有：曲軸主軸承響、連桿軸承響、活塞銷響、活塞撬缸響、活塞環響等。診斷方法：人工直觀試探法、異響診斷儀診斷法氣缸的磨損是由于活塞和活塞環對氣缸壁的相對運動而產生的。氣缸磨損嚴重時，氣缸的壓縮壓力下降，引起發動機起動困難、功率降低、耗油增多等。1．故障原因

1)潤滑油中含有塵土、積炭和金屬微粒，它們隨機油飛濺到氣缸表面，或空氣濾清器濾清效果不良，使含有雜質的空氣被吸人氣缸內，均加速氣缸的磨損。

2)發動機溫度過高，造成潤滑油變稀，油膜形成困難；發動機長時間低溫運轉，使機油黏度加大，難以進入活塞和氣缸壁之間，均會造成氣缸過度磨損。

3)連桿的彎或扭曲、曲軸彎曲、活塞偏磨、活塞環彈力過大等，均會使活塞在氣缸中的運動走形和單位壓力過大，引起氣缸磨損異常。

4)汽油或冷卻液漏人曲軸箱內，稀釋了潤滑油，降低了潤滑作用而使氣缸磨損過快。

5)鏜磨氣缸不當或氣缸體變形，或曲軸的軸向竄動過大，引起氣缸中心線和曲軸軸線不垂直，或活塞運動偏離氣缸中心造成氣缸異常磨損。

6)鏜、刮削連桿大端軸承(瓦)和鉸削小端襯套時，兩孔中心線不平行，導致活塞裝配不正，引起氣缸不正常磨損。

(1)汽缸體與汽缸蓋裂紋的檢修汽缸體裂紋的檢查一般采用水壓試驗法。試驗時，應用專用的蓋板封住汽缸體水道口，用水壓機將水壓人缸體水道中，要求在0．3～o．4MPa的壓力下保持約5min，應沒有任何滲漏現象。當鑲換汽缸套(于式)時，應在鑲好汽缸套后再進行一次水壓試驗。汽缸體在焊接修理后，也應進行水壓試驗。汽缸體裂紋的修理方法有黏結法、焊接法等幾種。在修理中，應根據裂紋的大小、裂紋的部位、損傷的程度以及技術能力、設備條件等情況，靈活而適當地選擇。汽缸蓋出現裂紋一般應予以更換。

(2)汽缸體與汽缸蓋變形的檢修

汽缸體與汽缸蓋平面發生變形可測量其平面度誤差。測量時用等于或略大于被測平面全長的刀形樣板尺或直尺，沿汽缸體或汽缸蓋平面的縱向、橫向和對角線方向多處進行測量，然后用厚薄規測量其與平面間的問隙，最大間隙即該平面的平面度誤差，如圖4—1所示。汽缸體與汽缸蓋接合平面的平面度要求如下：鋁合金氣缸體一般為0.25mm，鑄鐵氣缸體一般為0.10mm。缸蓋一般不能超過0.05mm，否則應進行修理或更換。對鋁合金缸蓋的變形多用壓力校正法修理，即：將缸蓋放置在平臺上，用壓力機在其凸起部分逐漸加壓，同時用噴燈在變形處加熱至300～400℃，待缸蓋平面與平臺貼合后保持壓力直到冷卻。對鑄鐵氣缸蓋的變形一般采用磨削或銑削方法進行修理。但切削量不能過大，一般不允許超過0.5mm，否則將改變發動機壓縮比。1、安裝量缸表圖4—3汽缸磨損的檢驗（1）根據汽缸直徑的尺寸，選擇合適的接桿裝入量缸表的下端。接桿裝好后，與活動伸縮桿的總長度應與被測汽缸尺寸相適。（2）校正量缸表的尺寸。將外徑千分尺校準到被測汽缸的標準尺寸，再將量缸表校準到外徑千分尺的尺寸，并使伸縮桿有2mm的壓縮行程，旋轉表盤使表針對準零位。2、測量（1）將量缸表的測桿伸入到汽缸的上部，根據汽缸磨損規律，測量第一道活塞環在上止點位置時所對應的汽缸壁厚，如圖4—3所示。（2）量缸表下移，測量汽缸中部和下部的磨損。汽缸中部為上、下止點中間的位置，汽缸下部為距離汽缸下邊緣l0～20mm左右處。

3、確定最大磨損氣缸各汽缸的圓度和圓柱度進行比較，以最大的圓度或圓柱度作為最大磨損氣缸，并以此缸為確定發動機汽缸修理尺寸的依據。汽缸圓度公差：汽油機為0．05mm，柴油機為0．065mm。汽缸圓柱度公差：汽油機為0．20mm，柴油機為0．25mm。如超出此范圍，則應進行鏜缸修理。4、確定發動機氣缸修理尺寸以最大磨損氣缸尺寸為依據，來確定發動機氣缸的修理尺寸。5、汽缸的修理當汽缸磨損后，可以用修理尺寸法修復。可以對汽缸進行鏜削或磨削修理（四）活塞環的檢查活塞環檢查的項目有檢查“三隙”，檢查“漏光度”和“彈力”檢查。1、活塞環三隙的檢查（1）活塞環側隙是指活塞環與環槽的間隙，用塞尺檢查活塞環側隙，如圖4—4所示。新活塞環側隙應為0.02-0.05mm,磨損極限值為0.15mm。

（2）活塞環背隙是指活塞環內圓柱面與活塞環槽底部的間隙。為測量方便，通常是將活塞環裝入活塞環槽內，以環槽深度與活塞環徑向厚度的差值來衡量。測量時，將環落入環槽底，再用深度游標卡尺測出環外圓柱面沉入環岸的數值，該數值一般為0.10～0.35mm。如圖4—5所示。圖4—4側隙的檢查

圖4—5背隙的檢查

（3）活塞環端隙是指將活塞壓人氣缸后，活塞開口的間隙，測量時，將活塞環垂直壓進氣缸約15mm處，用塞尺檢查活塞環端隙，如圖4—6所示所示。a)從活塞頂部把活塞環推平b)用塞尺測量端隙1-汽缸；2-活塞；3-活塞環；4-塞尺（五）曲軸的檢查曲軸的檢驗主要有裂紋的檢驗、變形的檢測和磨損的檢測。1、裂紋的檢驗曲軸清洗后，首先應檢查有無裂紋。檢查方法有兩種：一種是磁力探傷法；另一種是浸油敲擊法，即將曲軸置于煤油中浸一會兒，取出后擦凈表面并撒上白粉，然后分段用小錘解輅敲擊。如有明濕的油跡出現，則該處有裂紋。

2、變形的檢測曲軸彎曲變形的檢驗應以兩端主軸頸的公共軸線為基準，檢查中間主軸頸的徑向圓跳動誤差，如圖4—8所示。檢驗時，將曲軸兩端主軸頸分別放置在檢驗平板的V形塊上，將百分表觸頭垂直地抵在中間主軸頸上，慢慢轉動曲軸一圈，百分表指針所示的最大擺差，即為中間主軸頸的徑向圓跳動誤差值。該值若大于0．15mm，應予以校正；低于0．15mm，可結合磨削主軸頸時進行修正。

曲軸扭曲變形的檢驗可在曲軸磨床上進行，也可將曲軸兩端同平面內的連桿軸頸轉到水平位置，用百分表分別測量這兩個連桿軸頸的高度。在同一方位上，兩個連桿軸頸的高度差即為曲軸扭曲變形量。圖4—8曲軸彎曲變形的檢測

3、磨損的檢測首先檢視軸頸有無磨痕，然后利用外徑千分尺測量曲軸各軸頸的