04曲柄连杆机构的受力研究.docVIP

PAGE / NUMPAGES 4 曲柄连杆机构的受力分析 4.1 曲柄连杆机构的组成 摩托车发动机的曲柄连杆机构由活塞、活塞环、活塞销、连杆、大小头轴承、曲轴等组成。 4.1.1 活塞组合 活塞组合由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈等组成，见图4-1。它的功能是： 1）承受气缸中可燃混合气燃烧产生的压力，并将作用力通过活塞销传给连杆，带动曲轴旋转。 2）活塞顶部与气缸盖组成燃烧室。 图4- 图4-1 活塞组合 1—活塞 2—活塞销 3—挡圈 4—气环 5—油环 4.1.1.1 四行程发动机活塞 四行程发动机活塞的顶面呈平面形，且对应于进、排气门之处加工有凹坑，以避免在运动中与进、排气门相干涉，在顶面有“IN”标记表示进气侧，保证活塞安装时的方向。 在活塞槽部通常设有两道气环、一道油环。在油环槽周围，设置有许多回油小孔，安装油环后，能刮去缸壁上多余的润滑油（见图4-2）。有些活塞在油环槽下再加工一个较浅的环形槽，其上也加工回油小孔。四行程发动机活塞所有环槽上都无需有定位销孔，原因是四行程发动机的气缸上无气口，活塞环运动时不会产生干涉现象。 为适应活塞在高温、高压、高速条件下工作，活塞通常多采用质量轻、导热性好的高铝合金来制造。有些活塞表面还进行镀锡处理，以提高其磨合性。 图4-2 四行程汽油机的活塞1 图4-2 四行程汽油机的活塞 1—气门坑 2—回油孔 3—裙部缺口 四行程活塞裙部较短，并无需做有缺口，因四行程发动机的进、排气道没有气缸盖上。但有时为避免与曲轴相撞，并为增加裙部弹性及减小活塞质量，在受力不大的沿销孔方向两侧，从底部各开一个浅而长的圆弧形缺口。 活塞环的功能是： 1）密封气缸与活塞间的间隙，防止漏气。 2）刮去气缸壁上多余的机油。 3）把活塞的热量传递给气缸体散发。 活塞环应具有良好的密封性，在高温、高压、和高速的工况下，具有良好的弹度、弹性和耐磨性；此外，并应有良好的磨合性与加工性。为适应这些要求，活塞环的材料多选用合金铸铁。 活塞环的自由状态是非圆形的，且具有切口，以适应装入气缸后恰好成为圆形，与气缸贴合。切口的形式如图4-3所示，其中直切口比搭接口的密封性差，但工艺性好；斜切口介于两者之间。 活塞环按其用途不同，可分为气环和油环两类。 图4 图4-3 活塞环的切口形式 （a）直切口 （b）搭切口 （c）斜切口 （d）半圆切口 梯形环的优点是：不易胶结和卡死，并有较好密封效果。缺点是：内锥面的加工比较困难。一般在温度较高，润滑油容易形成积炭或胶状物时，第一环槽装用梯形环。 矩形环的优点是：工艺性和传热性都较好。但其磨合性及对气缸的适应性较差，抗积炭、抗胶结的能力也较差，不宜用作第一道环。 （2）油环 油环的主要功能是刮去气缸壁上多余的润滑油，使气缸壁上形成一层均匀的油膜，它主要用在四行程发动机上。油环可分为普通油环和组合油环两类。 图4-4 油环的刮油情形1— 图4-4 油环的刮油情形 1—活塞 2—活塞环 3—回油孔 2）组合油环：由两个刮片和一个弹簧胀圈组成，弹簧胀圈在两个刮片中间。两个刮片由薄钢带制成，能分别动作，对气缸有较好的适应性。组合油环的刮油能力较强，但制造较困难。 4.1.1.3 活塞销 活塞销的功能是连接活塞和连杆，将活塞承受的力传递给连杆。 活塞销通常制成空心圆柱状，一般摩托车发动机都采用浮动式配合，即在工作状况下活塞销能自由缓慢转动，以使磨损均匀。 活塞销在润滑不良的工作条件下，承受很大的冲击载荷，所以活塞销应具有较高的结构强度，表面有较高的硬度，中心有良好的韧性。大多数活塞销都采用镍铬合金钢来制造。 4.1.2 连杆 连杆的功能是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。它是活塞和曲轴之间重要的连接零件。 连杆的结构比较简单，和活塞销连接的部分叫连杆小头，和曲柄销连接的部分叫连杆大头，中间是连杆杆身。在整体式曲轴的发动机上，连杆大头呈有带连杆盖的结构，该盖用螺栓连接在杆身上，连杆杆身的横截面为“I”型，其抗弯能力较强。这种结构与汽车发动机的连杆结构相近。 由于连杆作平面复合运动，杆身受拉力和压力及弯矩的影响，大小轴承工作表面承受很大的比压，易于磨损。因此，连杆要有足够的刚度和强度，连杆质量应尽可能轻，以减少惯性力。连杆的大小头要具有一定的刚度，不致过分变形而影响轴承的工作。由于发动机运转时，连杆随同活塞一起作高速运动，承受着交变应力，因此，要求连杆有较高的抗疲劳强度和耐磨性能。 连杆大都是用低碳合金钢模锻而成。摩擦面进行渗碳淬火并研磨，具有较高的尺寸精度、位置精度以及较小的表面粗糙度。 4.1.3 曲轴 曲轴的功能是将来自连杆的作用力转变成扭矩，最后输出发动机的功率，并用部分动力驱动配气机构和附件。 曲轴受力情况很复杂，直接