《汽车构造》全套教案Word文件下载.docx
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2)前置发动机前轮驱动汽车
3)后置发动机后轮驱动汽车
4)全轮驱动汽车
3.按汽车的用途分类
2001年颁布的GB/T3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语和定义》将汽车分为乘用车商用车两大类。
三、汽车的代号
结合实物,讲解汽车的整车构造,清楚各部分包含的内容。
、
1.国产汽车的产品型号
2.车辆识别代号
四、汽车的主要技术参数
1.汽车的主要尺寸参数
掌握汽车的总长、总宽、总高、轴距、前悬、后悬等主要参数的含义。
2.汽车的质量参数
汽车的质量参数主要包括汽车的整车装备质量、最大装载质量、最大总质量、最大轴载质量等。
3.汽车的性能参数
汽车性能参数较多,涉及汽车的动力性、经济性、制动性、通过性、操纵稳定性和有害物质排放等方面,具体表现为以下量值。
1)最高车速
2)最大爬坡度
3)燃料消耗率
4)制动距离
5)最小转弯半径
6)最小离地间隙
7)接近角
8)离去角
五、汽车行驶的基本原理
汽车行驶必须具备驱动和附着两个基本行驶条件。
1.汽车行驶的驱动条件
Ft=Mt/r
2)汽车的行驶阻力
汽车的行驶阻力包括滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力。
2.汽车行驶的附着条件
要增大汽车的驱动力,可以采用增加发动机转矩和加大传动比等措施,但这些措施只有在驱动轮与路面之间不发生滑转时才能有效。
地面对轮胎切向反作用力的极限值(无侧向力作用时)称为附着力Fφ。
附着力Fφ与地面对驱动轮的法向反作用力G(称为附着重力)成正比,即
Fφ=Gφ
式中,比例常数φ称为附着系数,它与路面种类和状况、轮胎的结构以及其他一些使用因素有关。
驱动力的最大限度为驱动轮与路面间的附着力,当驱动力大于附着力时,驱动轮就要产生滑转,即
理解汽车行驶的基本原理,掌握驱动力和行驶阻力的相互作用。
Ft≤Fφ
上式即为汽车的附着条件。
汽车行驶必须同时满足驱动条件和附着条件,合称驱动 附着条件,即
Ff+Fw+Fi≤Ft≤Gφ汽车的附着力取决于附着系数和附着重力。
了解发动机总体结构,掌握发动机的基本术语;
理解四冲程汽油机工作原理,掌握各个行程的
工作特点;
了解二冲程发动机工作原理;
掌握发动机型号编制规则;
了解发动机的性能指标;
能够从车上拆卸发动机总成。
发动机的基本术语
发动机的工作原理
教学内容与教学过程设计
注 释
单元一 汽车发动机概述
一、发动机的总体构造
四冲程汽油发动机基本结构如图1-1所示。
图1-1
二、发动机常用术语
如图1-2所示为发动机常用术语示意图。
结合图片及实物,组织学生学习发动机的总体构造,知道各组成部分的名称。
掌握常用术语,理解术语代表的意思。
图1-2
三、发动机基本工作原理
1.四冲程发动机的工作原理
1)四冲程汽油发动机的工作原理
单缸四冲程汽油发动机工作循环如图1-3所示。
结合原理动画,讲解四冲程汽油发动机的工作原理。
图1-3
2)四冲程柴油发动机的工作原理
单缸四冲程柴油发动机工作循环如图1-4所示。
2.二冲程发动机的工作原理
1)二冲程汽油发动机的工作原理
图1-4
学生分析比较汽油发动机和柴油发动机的区别。
如图1-5所示为曲轴箱换气式二冲程汽油发动机的工作循环示意图。
2)二冲程柴油发动机的工作原理
如图1-6所示为带换气泵的气门-气孔直流换气式二冲程柴油发动机的工作循环示意图。
讲解二冲程发动机工作原理。
图1-5
3.二冲程发动机与四冲程发动机的比较
四、发动机型号编制规则
1.汽油机型号举例
2.柴油机型号举例
3.燃气机型号举例
五、发动机的性能指标
1.动力性能指标
图1-6
学生分析比较二冲程发动机与四冲程发动机的异同点,教师总结。
动力性能指标是表征发动机做功能力大小的指标,主要有有效转矩、有效功率和发动机转速。
2.经济性能指标
发动机的经济性能指标通常用有效热效率和有效燃油消耗率来表示。
3.环保性能指标
环保性能指标主要是指发动机排气品质和噪声水平。
由于它关系到人类的健康及生存环境,各国政府都制定出相对严格的控制法规,以减少发动机排气和噪声对环境的污染。
因此发动机排放性和噪声水平已经成为发动机重要的性能指标。
〖小结〗
1.汽油发动机是由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、起
。
动系统、点火系统等两个机构、五个系统组成。
柴油发动机没有点火系统,由两个机构、四个系统组成。
2.四冲程发动机每个工作循环包括进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程四个行程二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、做功和排气四个过程,但它在活塞往复两个行程内完成。
3.汽油机的可燃混合气在气缸外部开始形成,柴油机的可燃混合气在气缸内部形成。
汽油机可燃混合气用电火花点燃,柴油机则是在高温高压下自燃。
4.发动机的主要性能指标有动力性能指标、经济性能指标和环保性能指标三类。
了解曲柄连杆机构功用与组成;
分析曲柄连杆机构受力情况;
掌握机体组的结构特点;
掌握
活塞连杆组结构特点;
掌握曲轴结构特点;
了解多缸发动机连杆轴颈布置形式;
了解曲轴扭转减振器、飞轮的工作原理及结构
掌握曲柄连杆机构总成的拆装及检测方法。
一、曲柄连杆机构概述
单元二曲柄连杆机构
曲柄连杆机构主要由以下三部分组成。
(1)机体组。
机体组主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫、油底壳等不动件。
(2)活塞连杆组。
活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动机件。
(3)曲轴飞轮组。
曲轴飞轮组主要包括曲轴、曲轴扭转减振器、飞轮等机件。
二、机体组
1.气缸体
1)气缸体的基本结构
气缸体的具体结构形式可分为三种,如图2-2所示。
了解曲柄连杆机构功用与组成。
掌握机体组的结构特点。
图2-2
2)气缸的排列形式
汽车用多缸发动机的气缸排列形式基本上有三种:
直列式、V形和对置式,如图2-3所示。
图2-3
2.气缸套
气缸套有干式和湿式两种,如图2-4所示,均采用耐磨合金铸铁制造,内表面还可进行表面淬火、镀铬等处理,进一步提高耐磨性。
1)干式气缸套
干式气缸套如图2-4(a)所示,装入气缸体后,其外壁不直接与冷却水接触,而和气缸体的壁面直接接触,壁厚较薄,一般为1~3mm。
2)湿式气缸套
湿式气缸套如图2-4(b)所示,装入气缸体后,其外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上、下各有一凸出圆环带和气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。
3.气缸盖
1)气缸盖基本结构
气缸盖的结构复杂,除燃烧室外还设置有冷却循环水水套、润滑油油路、火花塞座孔
(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进气道和排气道。
上置凸轮轴式发动机的气缸盖上还有用以安装凸轮轴的轴承座。
2)燃烧室
汽油机的燃烧室由活塞顶部及气缸盖上相应的凹部空间组成。
燃烧室应保证充气效率高,结构紧凑、冷却面积小,有良好的进气及挤气涡流,表面光滑,不易积炭。
汽油机常见的燃烧室形状有楔形、盆形和半球形,如图2-6所示。
3)气缸垫
气缸盖衬垫(简称气缸垫)安装于气缸盖和气缸体工作平面间,又称气缸床,如图2-7所示,其作用是保证气缸体与气缸盖间的密封,防止发生漏水、漏气、漏油。
图2-7
4.油底壳
油底壳用于封闭下曲轴箱并储存机油。
由于油底壳一般不受力,常用薄钢板冲压制成,如图2-8所示。
图2-8
5.发动机的支承
发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器支承在车架上,发动机的支承方法一般有三点支承和四点支承两种,如图2-9所示。
三、活塞连杆组
活塞连杆组的组成如图2-10所示。
图2-9
结合图片讲解活塞连杆组的组成。
学生自主调查资料,分组学习各组成部分的功用、工作条件及其结构。
1.活塞
1)活塞的功用
图2-10
活塞的功用是与气缸盖共同构成燃烧室,承受气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转。
2)活塞的工作条件
活塞是在高温、高压、高速、润滑不良和散热困难的条件下工作的。
3)活塞的结构
活塞主要有顶部、头部和裙部三部分基本结构
2.活塞环
1)活塞环的功用
活塞环是具有弹性的开口环,按其功用可分为气环和油环两类。
2)活塞环的工作条件
活塞环是在高温、高压、高速及润滑条件极差的条件下工作的,尤其是第一道环的工作条件最为恶劣,是发动机中工作寿命最短的零件之一。
3)活塞环的间隙
发动机工作时,活塞、活塞环等机件都会发生热膨胀。
工作时既要保证气缸的密封性,又要防止环卡死在缸内或胀死于环槽中,因此,所有活塞环在装配后应留有端隙、侧隙和背隙。
4)气环
气环在自由状态下不是正圆形,其外廓尺寸比气缸直径大。
当活塞环装入气缸后,在其自身的弹力F1作用下,环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面,气缸内的高压气体绕行至活塞与气缸壁之间的间隙进入活塞环的侧隙和背隙中。
5)油环
油环的作用是形成一层必要的油膜来润滑活塞和气缸壁。
油环分整体式油环和组合式油环两种。
3.活塞销
1)活塞销的功用
活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体压力传给连杆。
2)活塞销的工作条件
活塞销要在高温下承受很大的周期性冲击载荷,润滑条件较差,因此要求活塞销有足够的刚度和强度,表面耐磨,质量尽可能小。
因此,活塞销通常做成空心圆柱体。
4.连杆
1)连杆的功用
连杆的功用是将活塞承受的力传递给曲轴,推动曲轴转动,变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。
2)连杆的工作条件
连杆在工作时承受活塞销传来的气体作用力、活塞连杆组往复运动时的惯性力、连杆大头绕曲轴旋转产生的旋转惯性力的作用,这些力的大小和方向都是周期性变化的,使连杆承受压力、拉伸和弯曲等交变载荷。
四、曲轴飞轮组
曲轴飞轮组如图2-34所示。
结合图片讲解曲轴飞轮组的组成。
1.曲轴
1)曲轴的功用
图2-34
曲轴的功用是承受连杆传来的力,并将其转变为转矩,然后通过飞轮输出,同时驱动发动机配气机构及其他辅助系统工作。
2)曲轴的工作条件
曲轴在工作中受到往复运动惯性力、周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力及其力矩的作用,承受弯曲及扭转载荷,这将引起曲轴的振动和疲劳破坏,同时在曲轴轴颈与轴承之间造成严重磨损。
3)曲轴的材料
曲轴是发动机最重要的部件之一,一般用优质中碳钢或合金中碳钢锻造而成,轴颈表面经高频淬火或氮化处理后进行精加工和热处理。
4)曲轴的分类
(1)曲轴按总体结构可分为整体式与组合式。
(2)曲轴按支承形式可分为全支承与非全支承两种。
5)曲轴的结构
曲轴一般由前端(自由端)、主轴颈、曲柄、平衡重、曲拐和后端(动力输出)等组成。
6)曲拐的布置
曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于发动机的缸数、气缸排列方式和做功顺序。
7)曲轴的轴向定位
曲轴轴向定位通常在主轴承结构上采用翻边轴承和半圆环止推片,如图2-46所示。
图2-46
8)曲轴的主轴承
曲轴的主轴承俗称大瓦,和连杆大头轴承一样,也是剖分为两半的滑动轴承,即上瓦和下瓦。
主轴承上瓦装在机体的主轴承座孔内,而下瓦则装在主轴承盖内。
主轴瓦的材料、结构形式、安装方式和定位方式等与连杆大头轴瓦基本相同。
为了向连杆大头轴承输送润滑油,在主轴承上瓦上开有油孔和周向油槽,而下瓦由于受到较大的载荷,通常是不开油孔和油槽的,安装时不能将上、下轴瓦装错。
轴承盖上一般都有编号,使用过的主轴轴承不能互换。
2.曲轴扭转减振器
1)橡胶摩擦式曲轴扭转减振器
橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构如图2-47所示。
图2-47
橡胶摩擦式曲轴减振器的主要优点是结构简单、质量小、工作可靠,但橡胶对曲轴扭转振动的衰减作用不够强,而且橡胶易因摩擦生热,容易老化。
2)硅油摩擦式曲轴扭转减振器
由钢板冲压而成的减振器壳体与曲轴连接。
侧盖与减振器壳体组成封闭腔,其中滑套着扭转振动惯性质量,惯性质量与封闭腔之间留有一定间隙,里面充满高黏度的硅油。
曲轴的振
动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收,使扭转振动消除或减轻。
3.飞轮
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘,它用螺栓紧固在曲轴后端凸缘上,如图2-49所示。
其功用是在做功行程贮存能量,用以在其他行程中克服阻力;
带动曲柄连杆机构越过上、下止点;
使曲轴旋转均匀,并使发动机有可能克服短时间的超负荷,同时利用飞轮上的齿圈起动时传力。
此外,飞轮又往往用作汽车传动系统中摩擦离合器的驱动件。
图2-49
五、平衡机构
平面曲轴的四缸发动机通常采用双平衡轴机构,如图2-50所示。
整个装置置于油底壳内,两个平衡轴相对气缸中心线左右对称,高度相同,与曲轴平行且与气缸中心线等距。
两个平衡轴旋转方向相反,转速相同,都为曲轴转速的二倍。
图2-50
1.曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。
它受到气体作用力、运动质量的惯性力及相对运动件接触表面的摩擦力。
2.对于铝合金气缸体而言,因其耐磨性差,必须在气缸体内镶入气缸套。
3.整体式气缸盖多用于缸径小于105 mm的汽油机。
气缸垫保证气缸体与气缸盖间的密封,防止发生漏水、漏气、漏油等现象。
4.汽车发动机广泛采用的活塞材料是铝合金。
为了保证活塞的正常工作,可预先将活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆和上小下大的锥形或桶形。
5.气环起密封和导热两大作用。
气环在安装时要注意安装顺序和方向。
6.活塞销与活塞销座孔和连杆小头的连接方式一般有全浮式和半浮式两种。
7.连杆盖与连杆大头是组合镗孔的,安装时要注意配对记号。
连杆轴瓦和曲轴主轴瓦采
用的都是由钢背和减摩层组成的分开式薄壁轴承。
8.汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴,具有材料价格便宜、耐磨性好、机械加工量小等优点。
曲轴轴向定位通常在主轴承结构上采用翻边轴瓦和半圆环止推片。
9.为了平衡曲轴旋转的惯性力,曲轴设置平衡重。
为了削减曲轴的扭转振动,曲轴前端装有曲轴扭转减振器。
10.曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于发动机的缸数、气缸排列方式和做功顺序。
理解充气效率及配气相位的概念;
理解配气机构的工作原理;
掌握配气机构的组成、主要零
部件的构造;
了解可变进气系统的工作特点;
掌握配气机构总成的拆装方法。
能够拆装调整发动机配气机构
配气机构总成的拆装方法
配气机构的工作原理
单元三配气机构
一、配气机构概述
1.充气效率
纯空气或可燃混合气充满气缸的程度常用充气效率表示,也称充气系数。
充气效率指在进气过程中,实际进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量与在理想状况下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。
2.配气机构的组成
配气机构如图3-1所示,主要由气门组和气门传动组两部分组成。
结合实物,讲解配气机构的组成。
图3-1
3.配气机构的工作原理
发动机工作时,驱动机构驱动凸轮轴旋转,凸轮的凸起部分通过挺柱、推杆和绕摇臂轴摆动的摇臂压缩气门弹簧,使气门离座,即气门开启。
当凸轮凸起部分离开后,气门便在气门弹簧力的作用下而落座,即气门关闭。
压缩和做功行程中,气门在弹簧张力的作用下严密关闭。
四冲程发动机每完成一个工作循环,曲轴旋转两周,各缸的进、排气门各开启一次,凸轮轴应只旋转一周。
因此,曲轴与凸轮轴的转速之比为2∶1。
二、气门的布置位置及排列方式
1.气门的布置位置
气门的布置位置有侧置式和顶置式两种类型。
2.每缸气门数及排列方式
1)每缸两个气门方式
2)每缸四个气门方式
三、凸轮轴的布置位置及传动形式
1.凸轮轴的布置位置
凸轮轴的布置位置有凸轮轴下置、凸轮轴中置和凸轮轴上置三种类型,如图3-4所示。
结合动画,讲解配气机构的工作原理。
图3-4
2.凸轮轴的传动形式
凸轮轴由曲轴带动旋转,它们之间的传动方式有齿轮传动、链传动及齿形带传动等几种传动形式。
如图3-6所示。
学生分组讨论各种传动方式的特点,并总结异同点。
图3-6
四、配气相位
配气相位就是用曲轴转角表示进、排气门的实际开启时刻和开启持续时间。
用曲轴转角的环形图来表示配气相位,这种图称为配气相位图,如图3-7所示。
理解配气相位的含义。
图3-7
五、气门间隙
发动机在冷态下,当气门处于完全关闭状态时,气门与传动件之间的间隙称为气门间隙,如图3-8所示。
图3-8
为了能对气门间隙进行调整,在摇臂上装有调整螺钉及其锁紧螺母,如图3-8(a)所示。
直接驱动式配气机构则通过凸轮与挺柱之间的调整垫块来调整气门间隙。
采用液压挺柱的配气机构,挺柱的长度能自动变化,随时补偿气门的热膨胀量,故不需要预留气门间隙,如图3-8(b)所示。
六、四冲程气门式配气机构的零件和组件
四冲程气门式配气机构一般都由气门组和气门传动组两部分组成。
1.气门组
气门组包括气门、气门座、气门导管及气门弹簧等零件,如图3-9所示。
为了保证气门在关闭时的密封要求,要求气门头部与气门座贴合严密、密封良好;
气门导管应能对气门杆运动有良好导向;
气门弹簧两端应与弹簧中心线垂直,且其弹力能克服气门及其传动件的运动惯性,即既能保证气门压紧于气门座,又能保证气门迅速开闭。
图3-9 气门组零件
1)气门
汽车发动机的进、排气门一般是菌状的,由头部和杆部两部分组成,如图3-10所示。
掌握配气机构的零件组成及作用。
图3-10 气门结构
2)气门导管
气门导管的功用是对气门的运动导向,保证气门直线运动,使气门与气门座正确配合,并为气门杆散热。
气门导管的工作温度较高,仅靠配气机构飞溅出来的机油润滑,因此易磨损。
气门导管材料一般为灰铸铁或铁基粉末冶金,它在不良润滑条件下工作可靠、磨损很小,同时工艺性好、造价低。
3)气门座
气门座的形式有两种,一种是在气缸盖上直接镗出;
另一种是单独制成气门座圈,以一定的过盈量镶嵌在气缸盖的座孔中,铝合金气缸盖由于材质较软,气门座必须镶嵌。
4)气门弹簧
气门弹簧如图3-17所示,借其张力克服气门关闭过程中气门及传动件因惯性力而产生
的间隙,保证气门及时落座并紧密贴合,同时也可防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封。
图3-17 气门弹簧
5)气门旋转机构
如果气门在工作中相对气门座缓慢旋转,则二者之间的密合和使用寿命可大为提高。
这是因为气门旋转时,一方面可以使头部沿圆周方向温度均匀,减少气门头部的热变形。
另一方面在密封锥面上产生轻微的摩擦力,有阻止沉积物形成的自洁作用,使气门与气门座保持良好的接触,以便散热和密封。
为此有的发动机加装有气门旋转机构,如图3-18所示。
图3-18
2.气门传动组
1)凸轮轴
(1)凸轮轴的功用及材料。
(2)凸轮轴的构造。
凸轮轴主要由凸轮和轴颈等组成。
凸轮分为进气凸轮和排气凸轮两种,轴颈对凸轮轴起支承作用。
凸轮轴的前端通过键槽安装有凸轮正时齿轮、链轮或齿形带轮。
单根凸轮轴的配气机构一般将进气凸轮和排气凸轮布置在同一根凸轮轴上,如图3-
19(a)所示。
双顶置凸轮轴配气机构的两根凸轮轴,一根是进气凸轮轴,另一根是排气凸轮轴,如图3-19(b)所示。
图3-19
(3)凸轮轮廓。
凸轮轮廓曲线决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。
(4)凸轮的相对位置。
工作顺序为1—3—4—2的直列四缸四冲程发动机、凸轮的相对位置如图3-21所示,同名凸轮沿圆周方向的排列顺序与发动机工作顺序一致。
各缸工作间隔为720°
/4=180°
曲轴转角,相当于
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