赵耀发动机曲柄连杆机构的检测与维修.docx

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赵耀发动机曲柄连杆机构的检测与维修

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：

赵耀学号：

31141208

系部：

车辆工程系

专业：

农业机械应用技术

题目：

发动机曲柄连杆机构的检测与维修

校内指导教师：

闫军朝

企业指导教师：

董作华

评阅者：

2014年4月

毕业设计（论文）中文摘要

曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。

在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。

文章主要是对农用机械发动机（柴油发动机，汽油发动机）的曲柄连杆机构发展现状，曲柄连杆机构中机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组的各种故障的分析以及故障的诊断与维修做出的比较具体的陈述。

关键词：

发动机曲轴；活塞连杆；故障分析

目录

1绪论1

2.1曲柄连杆机构的技术发展现状2

2.2曲柄连杆机构材料技术发展现状2

2.2.1曲柄连杆机构材料选用及分析2

2.2.2曲轴连杆材料发展趋势3

3发动机曲柄连杆机构的功用、组成及工作原理4

3.1发动机曲柄连杆机构的功用4

3.2发动机曲柄连杆机构的组成4

3.3曲柄连杆机构工作原理5

3.4曲柄连杆机构的类型6

3.4.1中心曲柄连杆机构6

3.4.2偏心曲柄连杆机构6

3.4.3主副连杆式曲柄连杆机构6

4发动机曲柄连杆机构常见故障检测与维修7

4.1活塞常见故障检测与维修7

4.1.1活塞敲缸7

4.1.2活塞销响8

4.2连杆常见故障检测与维修8

4.2.1连杆轴承响8

4.3曲轴常见故障检测与维修9

4.3.1组合式曲轴主轴承响9

4.3.2整体式曲轴主轴承响9

4.3.3曲轴轴向窜动发响9

4.4气缸常见故障检测与维修10

4.4.1缸套磨损故障具体分析10

4.4.2拉缸故障具体分析10

4.5轴断裂磨损严重或者烧蚀减振器损坏故障具体分析11

结论12

致谢13

参考文献14

1绪论

曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。

在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能使活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。

目前，国内外广泛应用的发动机仍是往复活塞式发动机，曲柄连杆机构的性能及功用迫受重视，原因是曲柄连杆机构是发动机的基础部分，有着其他机构不可替代的功用和特点。

在作功行程时，利用燃烧气体的压力推动活塞向下运动，经活塞销，连杆使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动并产生转矩，为车辆提供动力和驱动发动机其他机构系统工作。

与此同时，在机体组中汽缸盖封闭汽缸顶部，并与活塞顶部和汽缸壁一起形成燃烧室。

另外汽缸盖内的水套和油套也是冷却系统和润滑系统的组成部分。

汽缸体作为发动机的装配基础零件，技术状态的好坏，不仅直接影响发动机的使用，而且还影响其他机件的技术状况。

油底壳用来储存机油和封闭机件或者曲轴箱。

因此，做好对曲轴连杆机构的维护和修理对延长其使用寿命，改善发动机的动力性和经济性有着至关重要的作用。

曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。

随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。

本文对发动机曲柄连杆机构基本情况及常出现的问题进行分析，并列出一些解决方案。

2国内外发动机曲柄连杆机构发展技术现状

2.1曲柄连杆机构的技术发展现状

国内外曲柄连杆机构三大组成部分还是没有变。

现在还是应用于内燃机领域，像五大机构两大系统或者六大机构两大系统这样的差别没什么实际意义。

至于新的发展趋势，是材料发面的改进，比如碳材质的，还有从数量发面发展，如双曲柄连杆机构以至于以后的多连杆机构。

而且，运动精度可靠性是曲柄连杆机构可靠性研究的一个重要方面。

现阶段的曲柄连杆机构技术发展主要是从传统设计模式中对其总体结构和零部件加以改进和完善，包括必要的结构尺寸确定，运动学和动力学分析以及材料的选取等来满足实际生产和发动机动力传送的需要，传统设计模式对于曲柄连杆机构的设计需要大量的数值计算，对其动力学分析等。

现阶段对于曲柄连杆机构的设计主要采用电脑建模等精确的设计计算，采用动力学仿真技术对其进行力学实验和高精度分析，可以直观清晰的了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态便于进行精确计算，对于进一步研究发动机运转过程中的平衡与振动和其他方面的改造具有实际的应用价值，从而能提高分析精度，提高设计水平，这对于发动机曲柄连杆机构的技术研究的发展具有重要意义。

2.2曲柄连杆机构材料技术发展现状

曲柄连杆机构的动力传输是由活塞受到燃料点燃瞬间的冲击力促使活塞在活塞缸内进行往复运动，由曲柄连杆将活塞受到的压力转变为曲轴所需的旋转力。

因此活塞做往复运动时，其速度和加速度变化将直接影响到发动机整体工作及发动机的实际动力输出，所以现阶段对于曲柄连杆机构运动的规律的确定主要就是研究活塞的运动规律，在活塞的直径确定的情况下，对其动力的影响主要是考虑活塞上下两面的空间内气体压力差等各项技术研究。

对于机体组和曲轴飞轮组的各项技术的研究都有明确的技术指标要求。

2.2.1曲柄连杆机构材料选用及分析

选用热强度好，耐磨，比重小，热膨胀系数小，导热性好，具有良好的减磨性，工艺性的材料。

有合理的形状和壁厚。

使其散热良好，强度，刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中。

保证燃烧室气密性好，窜气，窜油要少，又不增加活塞组的摩擦损失。

在不同的工况下都能够保持活塞与缸套的最佳配合。

减少活塞从燃气中吸收的热量，并且能将以吸收的热量进行散热。

在较低的机油油耗下能保证滑动面上有足够的润滑油。

2.2.2曲轴连杆材料发展趋势

就连杆的使用性能与生产成本来看，C－70钢锤锻连杆和铁基粉末锻造连杆已日趋接近，市场竞争将白热化。

温压连杆的生产成本最低，至于使用性能汽车制造厂家能否接受尚待观察。

毫无疑问，温压连杆一旦得到汽车制造厂家认可，将很快进入市场。

铝基粉末锻造连杆若开发成功，一定会对汽车发动机的设计产生重大冲击，值得关注。

从连杆的生产开展历程可看出，粉末冶金零件的开发与应用，和汽车制造业所追求的轻量化、改进零件性能、降低生产成本、保护环境等目标息息相关。

因此，汽车制造业对粉末冶金零件的生产与发展应给予足够重视。

3发动机曲柄连杆机构的功用、组成及工作原理

3.1发动机曲柄连杆机构的功用

在工作冲程中，曲柄连杆机构在高温高压气体的推动下，将活塞所作的直线运动转变为曲轴、飞轮的旋转运动，即把燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴、飞轮旋转的机械能；进气冲程时，活塞向下止点移动吸入新鲜空气；压缩冲程结束时，曲柄连杆机构中的活塞、活塞环与缸体和缸盖组成燃烧室空间，使空气升压升温，提供燃油与空气混合燃烧的条件；排气冲程时，活塞向上止点移动，将气缸内燃烧后的废气排入大气。

在进气冲程、压缩冲程及排气冲程，曲柄连杆机构将曲轴和飞轮的惯性旋转运动转变为活塞的往复直线运动，以实现柴油机的工作循环。

3.2发动机曲柄连杆机构的组成

（1）机体组主要包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸垫等。

机体是内燃机的骨架，除了作为气缸套以及曲柄连杆机构运动件的支撑外还可安装气缸盖、配气机构和驱动机构的机件以及各辅助系统的一些附件，并以其支座安装在车辆上，同时机体内部还设有冷却水道和润滑油道。

因此结构复杂。

（2）活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。

将燃气爆发压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。

连杆主要是将自己承受的力传给曲轴并将活塞往复运动转变为曲轴的旋转运动，其材料是由优质中碳钢或中碳合金钢加工而成。

连杆又分为平切口连杆（汽油机均采用，柴油机也采用）和斜切口连杆（柴油机使用）。

1活塞环2活塞3活塞销4连杆

5连杆轴承瓦6连杆螺栓7连杆轴承瓦盖

图1活塞连杆总成

图2曲轴连杆机构

3.3曲柄连杆机构工作原理

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。

3.4曲柄连杆机构的类型

内燃机中采用曲柄连杆机构的型式很多，按运动学观点可分为三类，即:

中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。

3.4.1中心曲柄连杆机构

其特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。

这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。

一般的内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的V形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这一类。

3.4.2偏心曲柄连杆机构

其特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有一偏移量e。

这种曲柄连杆机构可以减小进气行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在进气行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。

3.4.3主副连杆式曲柄连杆机构

其特点是内燃机的一列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连杆的大头上，形成了“关节式”运动，所以这种机构有时也称为“关节曲柄连杆机构”。

4发动机曲柄连杆机构常见故障检测与维修

曲柄连杆机构工作时，只发出正常响声。

如果制造质量差、维护不当、使用不当或使用过久等，均会使曲轴连杆机构发生故障。

其故障的表现为异响或抖动。

曲轴连杆机构异响的大小，标志着其技术状况变坏的程度，异响声越大，技术状况变坏越严重。

曲柄连杆机构常见的异响有活塞敲缸声、活塞销响、连杆轴承响、曲轴轴承响以及工作粗暴声等。

这些异响与发动机的工作循环、转速、缸位、温度和振动部位有着不同的关系，有些异响常伴随有其他故障现象，如曲轴承或连杆轴承响常伴有机油压力下降，活塞敲缸声常伴有发动机功率下降等。

诊断异响故障时，应根据曲柄连杆机构产生异响的特征和发动机工作循环、转速、缸位、温度与振动部位等的关系，以及伴随现象进行故障诊断。

4.1活塞常见故障检测与维修

4.1.1活塞敲缸

现象:

发动机工作时，活塞与气缸壁碰撞发出的声响称为活塞敲缸。

其现象是：

（1）发动机怠速运转时，发出“当、当”有节奏的响声；

（2）异响随着发动机的温度升高而减小或消失；（3）发动机排出的烟色为蓝白色。

（4）其他原因活塞损伤也会引起敲缸。

活塞径向间隙中无润滑油，活塞敲缸会更明显。

诊断与维修:

诊断活塞敲缸时，首先应根据现象确定是否是活塞敲缸，或者将喷油器拆下，向怀疑有敲缸的气缸内注入适量机油，撬动飞轮转动，估计机油流止活塞周围间隙后启动发动机，若活塞敲缸声减小或消失，表明发动机活塞敲缸。

如果活塞敲缸发生在早期故障期，多数是因活塞销衬套与活塞销或连杆轴承与轴径装配过紧，活塞销座孔与活塞销装配过紧或因活塞拉伤引起，这时应进行单缸断火实验，若断火后活塞敲缸声减小或消失，表明此缸有活塞敲缸，应进一步拆卸检查，并有针对性地进行排除。

如果活塞敲缸发生在正常使用期，多数是连杆变形所致，这时也应进行单缸断火实验。

若断火后活塞敲缸声略减但不消失，表明此缸的活塞敲缸是连杆变形引起的，应进一步拆卸连杆，进行检查并校正。

如果活塞敲缸发生在损耗期，其响声不随发动机温度变化，排气管冒有蓝白烟，大多数是因活塞与气缸壁磨损导致配合间隙过大所致，应进行发动机大修或酌情排除。

如果发动机温度升高后，活塞敲缸响声减小或消失，可暂不修理，继续使用。

4.1.2活塞销响

现象:

发动机运转时，能听到活塞销与配合副（活塞销座孔与活塞销、活塞销与销套）产生撞击发出尖锐的“咯儿、咯儿”响声，则为活塞销响，其响声在怠速略高时较为清晰。

诊断与维修:

一般活塞销响发生在接近损耗期。

怠速稍高或油门抖动时响声明显。

发动机温度升高响声增大，单缸断火时响声有变化。

如果异响声符合上述现象，即可断定为活塞销响。

应解体进而查明，并有针对性地予以更换，使之配合间隙，符合要求。

4.2连杆常见故障检测与维修

4.2.1连杆轴承响

现象:

连杆轴承响是指连杆轴承与轴径撞击发出的响声，俗称小瓦响。

其现象是：

当发动机工作时，发出“当、当、当”有节奏的金属敲击声；单缸断火后响声减小或消失；异响随负荷增大而加重；随转速提高而增大，有时伴有机油压力下降。

诊断与维修:

诊断时，应根据连杆轴承异响出现的时期和现象进行诊断。

若连杆轴承响发生在早期故障期或正常使用期，一般是个别缸异响为常见，多数是连杆螺栓松动，连杆轴承装配不当或个别润滑油路堵塞所致，这时应用单缸断火的诊断办法确定缸位。

若单缸断火后连杆轴承异响减小或消失，说明此缸有故障。

否则，表明其他缸有故障，应继续查明。

若连杆轴承响发生在耗损期，常见各缸连杆轴承均有响声，并伴有机油压力明显降低现象，说明各缸连杆轴承间隙均过大，应进行发动机大修。

4.3曲轴常见故障检测与维修

4.3.1组合式曲轴主轴承响

组合式曲轴由多节曲拐用螺栓组成，在两曲拐的结合处套有滚动轴承，即曲轴主轴承。

如果滚动轴承径向间隙过小时，运转中发出一种特别尖锐刺耳的声音，加大油门时响声更加清晰，曲轴滚动轴承径向间隙过大，运转中发出“霍、霍”的响声。

前一种曲轴滚动轴承异响多为早期故障（新装轴承），常表现为个别轴承响；后一种曲轴滚动轴承异响多发生在长期使用磨损的情况下，而且是多个轴承响。

根据以上情况应酌情更换。

4.3.2整体式曲轴主轴承响

现象:

发动机突然加速时，会发出沉重有力的“刚、刚”的金属敲击声，严重时机体发生振动，响声随负荷增大而增强；相邻两缸断火时，响声减弱或消失，伴着机油压力而下降。

诊断与维修:

若曲轴主轴承响发生在早期或正常使用期，多数是由于个别轴承盖螺栓松动或主轴径润滑油路堵塞，使轴承异常磨损而间隙过大，这时可做临近两缸断火试验以确定异响轴承的缸位。

若相邻两缸断火后异响声减小或消失，表明此两缸间轴承有异响。

若曲轴主轴承响发生在损耗期，并伴有机油压力下降，表明各道轴承间隙均过大，应进行发动机大修。

4.3.3曲轴轴向窜动发响

现象:

曲轴轴承窜动异响的现象与曲轴主轴承相似。

诊断与维修:

曲轴窜动发响一般发生在使用时间过久后才出现，怠速时能听到发动机有“刚、刚”的响声，若踩下离合器踏板，异响声减小或消失，表明是曲轴窜动响；发动机停转时可用撬棍轴向撬动飞轮或皮带轮轮毂部位，并装上百分表测量。

其轴向窜动量若超过规定值，说明出现的异响是曲轴窜动响，应更换曲轴止推垫。

4.4气缸常见故障检测与维修

4.4.1缸套磨损故障具体分析

现象：

气缸套工作环境恶劣，，在构造中允许有正常的磨损，但使用和维修不当会造成非正常的磨损

原因：

1、工作环境和结构引起的磨损；

2、润滑条件不好，使气缸套上部磨损严重；

3、高温时气缸壁机械强度下降，进入机械杂质，造成的磨损；

4、内部腐蚀（矿物质和有机酸腐蚀表面脱落）造成的磨损；

5、空气滤清器效率低进入杂质造成的磨损。

4.4.2拉缸故障具体分析

拉缸的现象：

拉缸就是在缸套内表面与活塞往复运动接触的区域内，发生有上下刮伤纹迹的现象，一般拉缸现象经常发生在发动机大修后走合期内；有的也发生在正常运行中。

拉缸故障，一般在缸套内表面上出现轻度或重度的纹迹状拉痕，较少出现严重的片迹状拉伤现象。

拉伤的部位多在垂直活塞销轴线的缸套两侧表面。

拉缸的损坏部件多为缸套（内表面）、活塞（外表面）及活塞环（外表接触面）。

拉缸的原因：

出现拉缸损坏的基本原因是，在缸套与活塞摩擦环之间，产生了局部干摩擦。

由此，金属表面的微凸体相互接触。

在高负荷作用下，微凸体变形，在相互运动中，有大量摩擦热产生，使微凸体熔化并熔合，而又拉开，形成了刮移纹迹和产生了磨屑。

金属磨屑被嵌压人活塞表面（没有润滑油把它们冲刷带走）。

对缸壁产生刮伤。

拉缸的排除方法：

影响拉缸的因素很多，情况也比较复杂。

它主要与发动机的工作（温度和负荷），活塞和缸套间的配合及其匹配材料等状况有密切关系。

然而，发动机走合期的磨合状况是影响拉缸的关键。

造成拉缸的基本因素有以下三个方面。

发动机的活塞与缸套间的温度过高，使缸套与活塞间隙过小，其间难于形成良好的润滑油膜，甚至，由于润滑油在高温下炭化或烧掉，导致活塞环与缸壁粘结，引起突爆和早燃，产生了干摩擦状态，加剧发动机磨损。

活塞环、活塞、缸套三者的材料配合不当：

目前，我国生产汽车配件的单位较多，配件质量不稳定，不同厂家生产的活塞的膨胀系数不同，缸套与活塞环的表面硬度也不一样，这些，都有可能造成拉缸现象，如更换活塞环时，要按标准留足端隙；镀铬缸套不要配装镀铬活塞环，以免引起硬拉缸。

装配与工艺问题1.活塞销装配过紧，易在轴向两端引起拉缸。

2.活塞销挡圈脱出，能引起极严重的拉缸。

3.活塞环切口处理不当，环的切口开口太大，锉口时棱角突出。

4.活塞环端面间隙大。

5.发动机冷起动时转速上升过快，或负荷加上过快。

拉缸故障总结：

总之，防止拉缸问题是一个复杂而细致的工作，首先应抓住温度过高这一关键的问题，其次是配合件的材质和配合尺寸间隙的选择，最后以装配试车工艺来保证。

这样，才能减少或不发生拉缸现象。

4.5轴断裂磨损严重或者烧蚀减振器损坏故障具体分析

在发动机工作过程中，轴的受力条件十分复杂，既要承受燃烧气体压力，往复运动质量的惯性力，回转质量的离心力，还要承受这些力所形成的弯矩和扭矩，这样就极容易产生疲劳，造成大量的磨损，在材料的承受高温的范围之外容易造成烧蚀。

疲劳值还会造成轴出现裂纹，严重时造成断裂。

结论

我们知道发动机共有进气、压缩、做功、排气四个行程，在做功行程中，曲柄连杆机构将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，由于惯性作用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。

文章主要针对曲柄连杆机构的机械故障中的异响故障以及曲轴的故障等方面做出的检测和维修方法，关于发动机的曲柄连杆机的维修涉及到更高的技术要求。

现阶段的曲柄连杆机构的维修大多靠精密仪器检测故障进行修复或者返厂维修。

随着社会经济的发展，对发动机的使用的实际性能的要求越来越高，发动机曲柄连杆机构系统的研究和相应产品的开发必将成为我国汽车柴发动机机技术领域中的一个热点，这将大大促进我国汽车发动机机产品的更新换代，为在未来不长的时期里参与国际竞争奠定坚实的基础。

致谢

在完成论文之际也意味着大学生活即将结束，我们将离开学校步入社会，开始新的人生旅程。

大学3年，学了很多知识，交了很多朋友，认识了很多老师同学，给自己的人生篇章画上美妙的一笔，想感谢的人很多，感谢的事也很多，谢谢老师平日的教导，同学平日的照顾。

特别感谢指导老师闫军朝老师，在论文上给了我很多指导，很多意见，很多帮助。

不厌其烦的和我沟通讨论，存在的一些知识层面的错误，以及格式编排的问题的给我一一指出，给我指明方向，让我能更好的远航。

论文的撰写给我大学三年所学的知识来了个系统回顾，由于个人知识，能力的有限，论文还存在很多不足，还请老师多多指导，多提意见。

参考文献

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中国农业机械出版社，1980．6．

2汽车工程手册编委会．汽车工程手册：

设计篇[M]．北京：

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人民交通出版社，2002．4．

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上册[M]．北京：

机械工业出版社，2005．7．

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