04 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的 受力分析

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1、重慶工學(xué)院畢業(yè)論文曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析4曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成摩托車發(fā)動機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、大小頭軸承、曲軸等組成。4.1.1活塞組合活塞組合由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、活塞銷擋圈等組成,見圖4-1。它的功能是:1)承受氣缸中可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的壓力,并將作用力通過活塞銷傳給連桿,帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。2)活塞頂部與氣缸蓋組成燃燒室。圖4-1活塞組合1—活塞2—活塞銷3—擋圈4—?dú)猸h(huán)5—油環(huán)3)通過安裝在其上的活塞環(huán),保證氣缸的密封性。4.1.1.1四行程發(fā)動機(jī)活塞四行程發(fā)動機(jī)活塞的頂面呈平面形,且對應(yīng)于進(jìn)、排氣門之處加工有凹坑

2、,以避免在運(yùn)動中與進(jìn)、排氣門相干涉,在頂面有“IN”標(biāo)記表示進(jìn)氣側(cè),保證活塞安裝時(shí)的方向。在活塞槽部通常設(shè)有兩道氣環(huán)、一道油環(huán)。在油環(huán)槽周圍,設(shè)置有許多回油小孔,安裝油環(huán)后,能刮去缸壁上多余的潤滑油(見圖4-2)。有些活塞在油環(huán)槽下再加工一個(gè)較淺的環(huán)形槽,其上也加工回油小孔。四行程發(fā)動機(jī)活塞所有環(huán)槽上都無需有定位銷孔,原因是四行程發(fā)動機(jī)的氣缸上無氣口,活塞環(huán)運(yùn)動時(shí)不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。為適應(yīng)活塞在高溫、高壓、高速條件下工作,活塞通常多采用質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好的高鋁合金來制造。有些活塞表面還進(jìn)行鍍錫處理,以提高其磨合性。圖4-2四行程汽油機(jī)的活塞1—?dú)忾T坑2—回油孔3—裙部缺口

3、4.1.1.2活塞環(huán)四行程活塞裙部較短,并無需做有缺口,因四行程發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣道沒有氣缸蓋上。但有時(shí)為避免與曲軸相撞,并為增加裙部彈性及減小活塞質(zhì)量,在受力不大的沿銷孔方向兩側(cè),從底部各開一個(gè)淺而長的圓弧形缺口?;钊h(huán)的功能是:27重慶工學(xué)院畢業(yè)論文曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析1)密封氣缸與活塞間的間隙,防止漏氣。2)刮去氣缸壁上多余的機(jī)油。3)把活塞的熱量傳遞給氣缸體散發(fā)?;钊h(huán)應(yīng)具有良好的密封性,在高溫、高壓、和高速的工況下,具有良好的彈度、彈性和耐磨性;此外,并應(yīng)有良好的磨合性與加工性。為適應(yīng)這些要求,活塞環(huán)的材料多選用合金鑄鐵?;钊h(huán)的自由狀態(tài)是非圓形的,且具有切

4、口,以適應(yīng)裝入氣缸后恰好成為圓形,與氣缸貼合。切口的形式如圖4-3所示,其中直切口比搭接口的密封性差,但工藝性好;斜切口介于兩者之間?;钊h(huán)按其用途不同,可分為氣環(huán)和油環(huán)兩類。圖4-3活塞環(huán)的切口形式(a)直切口(b)搭切口(c)斜切口(d)半圓切口(1)氣環(huán)氣環(huán)的主要功能是密封活塞與氣缸之間的間隙,防止燃?xì)饴┤肭S箱,同時(shí),氣環(huán)將活塞頭部的大部分熱量傳遞給氣缸壁,幫助活塞散熱。摩托車發(fā)動機(jī)的氣環(huán)斷面有梯形環(huán)和矩形環(huán)兩種。梯形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是:不易膠結(jié)和卡死,并有較好密封效果。缺點(diǎn)是:內(nèi)錐面的加工比較困難。一般在溫度較高,潤滑油容易形成積炭或膠狀物時(shí),第一環(huán)槽裝用梯形環(huán)。矩

5、形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是:工藝性和傳熱性都較好。但其磨合性及對氣缸的適應(yīng)性較差,抗積炭、抗膠結(jié)的能力也較差,不宜用作第一道環(huán)。(2)油環(huán)油環(huán)的主要功能是刮去氣缸壁上多余的潤滑油,使氣缸壁上形成一層均勻的油膜,它主要用在四行程發(fā)動機(jī)上。油環(huán)可分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩類。圖4-4油環(huán)的刮油情形1—活塞2—活塞環(huán)3—回油孔1)普通油環(huán):它的外圓柱面中間,加工一個(gè)環(huán)槽,使得油環(huán)和氣缸的接觸面積減小,從而增大接觸比壓,加強(qiáng)刮油能力和密封性。環(huán)沿圓周加工有許多回油槽和回油孔,以便使油環(huán)從氣缸壁上刮下的潤滑油流入活塞上的回油孔而進(jìn)入曲軸箱,見圖4-4。27重慶工學(xué)院畢業(yè)論文曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分

6、析2)組合油環(huán):由兩個(gè)刮片和一個(gè)彈簧脹圈組成,彈簧脹圈在兩個(gè)刮片中間。兩個(gè)刮片由薄鋼帶制成,能分別動作,對氣缸有較好的適應(yīng)性。組合油環(huán)的刮油能力較強(qiáng),但制造較困難。4.1.1.3活塞銷活塞銷的功能是連接活塞和連桿,將活塞承受的力傳遞給連桿?;钊N通常制成空心圓柱狀,一般摩托車發(fā)動機(jī)都采用浮動式配合,即在工作狀況下活塞銷能自由緩慢轉(zhuǎn)動,以使磨損均勻?;钊N在潤滑不良的工作條件下,承受很大的沖擊載荷,所以活塞銷應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,表面有較高的硬度,中心有良好的韌性。大多數(shù)活塞銷都采用鎳鉻合金鋼來制造。4.1.2連桿連桿的功能是將活塞承受的力傳給曲軸,并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)

7、動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。它是活塞和曲軸之間重要的連接零件。連桿的結(jié)構(gòu)比較簡單,和活塞銷連接的部分叫連桿小頭,和曲柄銷連接的部分叫連桿大頭,中間是連桿桿身。在整體式曲軸的發(fā)動機(jī)上,連桿大頭呈有帶連桿蓋的結(jié)構(gòu),該蓋用螺栓連接在桿身上,連桿桿身的橫截面為“I”型,其抗彎能力較強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu)與汽車發(fā)動機(jī)的連桿結(jié)構(gòu)相近。由于連桿作平面復(fù)合運(yùn)動,桿身受拉力和壓力及彎矩的影響,大小軸承工作表面承受很大的比壓,易于磨損。因此,連桿要有足夠的剛度和強(qiáng)度,連桿質(zhì)量應(yīng)盡可能輕,以減少慣性力。連桿的大小頭要具有一定的剛度,不致過分變形而影響軸承的工作。由于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),連桿隨同

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