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        技術文章

        球場養護機械動力系統之二

        -----  發動機的曲軸連桿機構的構造與應用

        上海巴洛耐斯草坪機械有限公司 總經理

        博士

        曲軸連桿機構是發動機實現能量轉換的主要機構,也是往復式內燃機的主要工作機構。在作功沖程,它將燃料燃燒產生的熱能使活塞往復運動、曲軸旋轉運動而轉化為機械能,對外輸出動力,在其他沖程,則依靠曲軸和飛輪的轉動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動,為下一次作功創造條件。曲軸連桿機構由氣缸體曲軸箱組、活塞連桿組以及曲軸飛輪組三個部分組成。

        一.曲柄連桿機構的構造、作用及要求

        氣缸體曲軸箱組,是發動機的基礎。它包括氣缸體及上曲軸箱、油底殼(下曲軸箱)、氣缸蓋、汽缸墊。

        活塞連桿組由活塞、活塞環、活塞銷、連桿組成。

        曲軸飛輪組的主要零件是曲軸和飛輪。

        具體見列表

        組成

        曲柄連桿機構組成及作用

        要求

        氣缸體曲軸箱組

        氣缸體及上曲軸箱、

        油底殼(下曲軸箱)、

        氣缸蓋、汽缸墊

        是發動機的基體骨架

        具有足夠的強度剛度、

        耐高溫、耐高壓、耐磨

        活塞連桿組

        活塞、活塞環

        活塞銷、連桿組成

        承受并傳遞氣體的壓力、

        組成燃燒室

        (1)足夠的剛度與強度

        (2)重量輕
        (3)良好的導熱性

        (4)熱膨脹系數小

        曲軸飛輪組

        曲軸和飛輪

        將活塞連桿組傳來的氣體壓力轉為轉矩、通過飛輪傳給底盤

        足夠剛度、強度、工作表面潤滑好、耐磨、動平衡要求高

        草坪機械的動力來源于發動機,有草坪機械心臟之稱的發動機是整個設備的主要組成部分之一,其性能的優劣將直接影響到整機的使用性能和壽命。而缸體是發動機的基礎零件,通過缸體將發動機的曲柄連桿機構(活塞、連桿、曲軸、飛輪等)和配氣機構(缸蓋、凸輪軸、進氣歧管、排氣歧管、挺桿、正時齒輪等)以及供油、潤滑、冷卻等機構聯接為一個整體。由于發動機的地位和功用決定了這種零部件必須具有高強度、良好的剛度、抗震性、耐磨性、耐熱性和氣密性,且零件毛坯不應有裂紋、冷隔、疏松、氣孔、砂眼、粘砂等缺陷。因此,對于發動機主要零件來說,其優良的鑄造質量是發動機整機性能的重要保障。產品開發商設計時應已充分考慮其承受能力,制造時也精心安排用料。

        二.曲柄連桿機構的工作原理

        曲柄連桿機構是發動機實現工作循環,完成能量轉換的主要運動零件。在高溫、高壓、高速以及化學腐蝕條件下工作的曲軸連桿機構受到各種力的作用。例如,在氣缸中作往復運動的機件,要受到氣體力、慣性力的作用;旋轉機件要受到離心力的作用;相對運動機件要受到摩擦力的作用。這些力作用在曲軸連桿機構上,會使各傳動機件受到拉伸、壓縮和彎扭等不同形式的載荷。因此,在結構和選材上必須采取相應的措施。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中,活塞承受燃氣壓力在氣缸內作直線運動,通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動,并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中,飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。

        三.曲柄連桿機構的維修

        了解了發動機的工作循環,掌握曲柄連桿機構的功用、組成、主要零部件的構造和相互裝配關系之后,將有利于對曲柄連桿機構主要零部件的檢測和維修。

        以下我們以常見的曲軸與連桿接觸面燒傷咬死,連桿與曲軸接觸的表面有拉傷痕跡為例,說明曲柄連桿機構的故障診斷、排除及維修方法。

        故障表現:
        1. 曲軸與連桿接觸的表面有拉傷痕跡,曲軸軸頸磨損,曲軸軸承的損壞。

        2.接觸的表面燒傷咬死。

        3.連桿斷裂或同時缸體破裂

        故障原因:
        1. 無或缺潤滑油,造成接觸面(連桿內面甚至曲軸表面)高溫融化、拉傷。加速曲軸軸頸磨損和曲軸軸承的損壞。

        2.軸頸表面擦傷是由于潤滑油不清潔或發動機內殘存有金屬屑等堅硬雜物所造成的。燒傷是由于潤滑油壓力不足或軸頸與軸承之間間隙過小等原因造成的。曲軸與連桿接觸的表面之間油膜難以形成。

        3.磨損由于軸瓦或軸承在工作中負荷大, 與曲軸軸頸產生高速磨擦,尤其在發動機低速運轉或起動時,由于潤滑油膜難以建立,易產生干磨擦,導致軸承產生磨損。

        4.軸承長期在交變沖擊載荷條件下工作,軸承合金有時會產生疲勞裂紋,嚴重時會造成合金剝落、拉傷。

        5.曲軸軸承在潤滑油不足的條件下工作時,常會導致軸承合金熔化,引起抱軸事故。
        故障分析:
        1. 未加注潤滑油(二沖程機指混和機油)、或雖加了潤滑油但未加到位、或潤滑油加到位但機器使用傾斜角度過大(如在斜坡長草區上工作),均可造成機油飛濺輪接觸不到機油,或者機油泵泵油壓力不夠,使曲軸與連桿接觸面沒有潤滑油或缺少潤滑油,導致接觸面一時無潤滑。

        2.二是無冷卻。通常情況下,如果是在額定工作轉速時,幾分鐘內就會因為上述原因使曲軸與連桿拉傷、咬死,造成連桿斷裂并打裂缸體。
        3.加入的機油不符合要求或使用假冒偽劣機油同樣會出現上述問題。
        分析依據:
        1、 所有內燃機,曲軸與連桿咬死(或叫抱死)都是因為缺少機油造成;
        2、 有時用戶損壞的機器內所存機油沒有磨屑痕跡,說明運轉時沒有機油;或機油量過少,導致機油飛濺輪無法接觸到機油的水平面;或機內存油是事故發生后加入的。事后加入的機油沒有參加潤滑,所以還是清潔的,無磨屑(油呈灰黑色);
        3、 還有一種情況,雖然機油足夠多,但在大于某個角度的斜坡使用,因傾斜角度過大造成機油飛濺輪夠不到機油,也會出現上述故障或其他部件拉傷(或抱死)、磨損加速。

        排除方法:

        1. 經常檢查機油量及機油質量。應按說明書規定定期更換機油,保證機器的正常使用。

        2. 發動機有異響應檢查曲軸軸頸的磨損是否超過技術要求,應及時采用磨削縮小軸頸直徑的方法來恢復其的幾何形狀。

        3.如果存在擦傷或燒傷等損傷,也可采用上述方法來進行修理。但軸頸尺寸不能超過極限尺寸。發動機大修時,建議更換曲軸。
        更進一步的內容可向上海巴洛耐斯草坪機械有限公司技術服務部咨詢。

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