轴瓦再制造毕业论文

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关于汽车发动机的探讨学生姓名： X X 学号：xxxxxxxxxxx入学时间： 2004 年 9 月指导老师： x x 职称： 讲师 学 校： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 目 录第一节 发动机的分类……………………………………………3第二节 发动机的总体构造………………………………………4第三节 四冲程发动机的工作原理………………………………6第四节 二冲程发动机的工作原理………………………………10第五节 发动机的主要性能指标与特性…………………………13致谢…………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………171关于汽车发动机的探讨内容提要：目前汽车普遍采用的是往复活塞式内燃机，发动机是汽车的心脏，它以其热效率高、结构紧凑、机动性强、运动维护简便的优点著称于世。本文针对发动机作出详细的讲解，包括发动机的分类、发动机的结构、发动机的工作原理，并据此分析汽车发动机的性能及主要指标。关键词：汽油机 柴油机 二冲程 四冲程 性能指标 特性2第一节 发动机的分类 发动机是将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转化为机械能的发动机，称为热力发动机(简称热机)，其中的热能是由燃料燃烧所产生的。内燃机是热力发动机的一种，其特点是液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。另一种热机是外燃机，如蒸汽机、汽轮机或燃气轮机等，其特点是燃料在机器外部燃烧以加热水，产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。 内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、质量小、便于移动、起动性能好等优点，因此广泛应用于飞机、船舶以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是内燃机一般要求使用石油燃料，且排出的废气中所含有害气体成分较高。为解决能源与大气污染的问题，目前国内外正致力于排气净化以及其他新能源发动机的研究开发工作。 根据车用内燃机将热能转化为机械能的主要构件形式的不同，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式不同分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛，是本文的主要讨论对象。汽车发动机(指汽车用活塞式内燃机)可以根据不同的特征分类： (1)按着火方式分类 可分为压燃式与点燃式发动机。压燃式发动机为压缩气缸内的空气或可燃混合气，产生高温，引起燃料着火的内燃机；点燃式发动机是将压缩气缸内的可燃混合气，用点火器点火燃烧的内燃机。 (2)按使用燃料种类分类可分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机及多种燃料发动机等。 (3)按冷却方式分类可分为水冷式、风冷式发动机。以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式发动机；以空气为冷却介质的称作风冷式发动机。(4)按进气状态分类可分为非增压(或自然吸气)和增压发动机。非增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气未经压气机压缩的发动机，仅带扫气泵而不带增压器的二冲程发动机亦属此类；增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气已经在压气机内压缩，藉以增大充量密度的发动机。3 (5)按冲程数分类 可分为二冲程和四冲程发动机。在发动机内，每一次将热能转变为机械能，都必须经过吸人新鲜充量(空气或可燃混合气)、压缩(当新鲜充量为空气时还要输入燃料)，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排出气缸这样一系列连续过程，称为一个工作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复四个单程(或曲轴旋转两转)完成一个工作循环的称为四冲程发动机；活塞往复两个单程(或曲轴旋转一转)完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 (6)按气缸数及布置分类仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机；根据气缸中心线与水平面垂直、呈一定角度和平行的发动机，分别称为立式、斜置式与卧式发动机；多缸发动机根据气缸间的排列方式可分为直列式(气缸呈一列布置)、对置式(气缸呈两列布置，且两列气缸之间的中心线呈180。)和V形(气缸呈曲列布首，且两列气缸之问夹角为V形)等发动机。第二节 发动机的总体构造 发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形式很多，即使是同一类型的发动机，其具体构造也是各种各样的。我们可以通过一些典型汽车发动机的结构实例来分析发动机的总体构造。下面以CA1014系列轻型货车用的CA488Q型汽油发动机为例，介绍四冲程剐机的一般构造(图1-1)。(1) 机体组 CA488Q型发动机的机体组包括气缸盖14、气缸体7及油底壳37。有的发动机将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。机体组的作用足作为发动机各机构、各系统的装配基体，而且其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统和润滑系统的组成部分。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的机件。在进行结构分析时，常把机体组列入曲柄连杆机构。(2) 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构包括活塞13、连杆10、带有飞轮28的曲轴5等。它是将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动力的机构。(3) 配气机构 配气机构包括进气门19、排气门15、摇臂45、气门间隙调节器46、凸轮轴25以及凸轮轴定时带轮20(由曲轴定时带轮6驱动)等。其作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。4 图2-1 解放CA488Q型汽油机的构造5(4) 供给系统 供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器38、空气滤清器、进气管39、排气管53、排气消声器等。其作用是把汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。 (5) 点火系统 点火系统的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。其中包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分电器、点火线圈与火花塞等。 （6） 冷却系统 冷却系统主要包括水泵、散热器、风扇22、分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔——水套等。其功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。 (7) 润滑系统 润滑系统包括机油泵50、机油集滤器51、限压阀、润滑油道、机油滤清器等，其功用是将润滑油供给作相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。 (8) 起动系统 包括起动机及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。 车用汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。第三节 四程发动机的工作原理一、四冲程汽油机工作原理 现代汽油发动机的构造如图3-1所示。气缸内装有活塞10，活塞通过活塞销、连杆11与曲轴12相连接。活塞存气缸内作往复运动，通过连杆推动 曲轴转动。为了吸入新鲜充量和排除废气，设有进、排气系统等。图3-2所示为发动机示意图。活塞往复运动时，其顶面从一个方向转为相反方向的转变点的位置称为止点。活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，称为上止点(TDC——Top Dead Center)；活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点称为下止点(BDC——Bottom Dead Centel)，活塞运行的上、下两个止点之间的距离s称为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离月称为曲柄半径。对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机，活塞行程5等于曲柄半径R的两倍。6四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程：进气行程、压缩冲程、作功行程、和排气行程。（1） 进气行程 汽油机将空气与燃料先在气缸的外部的化油器中、节气门体处或进气道内进行混合，形成可燃混合气后被吸入气缸。进气过程中进气门开启，节气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积变大，从气缸内的压力将到大气压以下，即在气缸内形成真空度。这样可眼燃混合气便经进气门被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时气缸内的气体压力约为～。 (2) 压缩行程 为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高，故需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，称为压缩行程。活塞到达上止点时压缩终了，此时，混合气被压缩到活塞上方很小的空间，即燃烧室中。可燃混合气压力升高到～，温度可达600～700K。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。7现代汽油发动机的压缩比一般为6～9(轿车有的达到9～11)。如一汽一大众捷达轿车EA827型发动机的压缩比为，而EA113型发动机的压缩比为。 压缩比越大，在压缩终了时混合气压力和温度越高，燃烧速度增快，因而发动机发出的功率增大，热效率提高，经济性越好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁而时就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时，甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂、活塞烧顶、火花塞绝缘体击穿等机件损坏现象。表面点火是由于燃烧室内炽热表面(如排气门头，火花塞电极，积炭)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧现象。表面点火发生时，也伴有强烈的敲击声(较沉闷)，产生的高压会使发动机机件承受的机械负荷增加，寿命降低。因此，在提高发动机压缩比的同时，必须注意防止爆燃和表面点火的发生。此外，发动机压缩比的提高还受到排气污染法规的限制。(3) 作功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸体(或气缸盖)上的火化塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，其压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力p，约为3～5MPa，相应温度则为2200～2800K。高温、高压燃气推动活塞从上止点向F止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。它除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。(4) 排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个工作循环。当膨胀接近终了时，排气门丌启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废气排尽，这一8部分留下的废气称为残余废气。综上所述，四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期问活塞在上、下止点问往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。二、四冲程柴油机工作原理现代柴油发动机的构造如图3-3所示。四冲程柴油机(压燃式发动机)的每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其粘度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及着火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程吸人的是纯空气。存压缩行程接近终了时，柴油机喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷人气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，这种发动机的可燃混合气是在气缸内部形成的。由于柴油机的压缩比高(一般为16～22)，所以压缩终了时气缸内的空气压力可达～，同时温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度。因此，柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混合便立即自行发火燃烧。气缸内气压急剧上升到6～9MPa，温度也升到2000～2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动帅轴旋转而作功。废气同样经排气管排人大气中。柴油机与汽油机比较，各有特点。汽油机具有转速高(目前轿车汽油机最高9转速达5000～6000r／min，货车汽油机转速达4000r／min左右)、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故存轿车和轻型货车及越野车上得到广泛的应用；其不足之处是燃油消耗率高，燃油经济性差。柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低20％～30％左右，且柴油价格较低，所以燃油经济性好。一般装载质量为5t以上的货车大都采用柴油机；其缺点是转速较汽油机低(一般最高转速在2500～3000r／min左右)、质量大、制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求高)。但目前柴油机的这些缺点正在逐渐得到克服，其应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外有的轿车也采用柴油机，其最高转速可达5000r／min。由此可见，四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功的辅助行程。因此，在单缸发动机内，曲轴每转两周中只有半周是由于膨胀气体的作用使曲轴旋转，其余一周半则依靠飞轮惯性维持转动。显然，作功行程时．曲轴的转速比其他三个行程内的曲轴转速要高，所以曲轴转速是不均匀的，因而发动机运转就不平稳。为了解决这个问题，飞轮必须做成具有很大的转动惯量，而这样做将使整个发动机质量和尺寸增加。显然，单缸发动机工作振动大。采用多缸发动机可以弥补上述缺点。因此，现在汽车上基本不用单缸发动机。用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有气缸的作功行程并不同时发生。例如，在4气缸发动机内，曲轴每转半周便有一个气缸在作功；在8缸发动机内，曲轴每转1／4周便有一个作功行程。气缸数越多，发动机的工作越平稳。但发动机气缸数增多，一般将使其结构复杂，尺寸及质量增加。第四节 二冲程发动机的工作原理一、二冲程汽油机工作原理二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间完成的。发动机气缸上有三个孔，这三个孔可分别在一定的时刻为活塞所关闭。进气孔与化油器相连通，可燃混合气经进气孔流入曲轴箱，继而可经扫气孔进入气缸内，而废气则可经过与排气管连通的排气孔被排出。10活塞向上移动，到活塞将三孔都关闭时，开始压缩在上一循环即已吸入缸内的可燃混合气，同时在活塞下面的曲轴箱内形成真空度(这种发动机的曲轴箱必须足密封的)。当活塞继续上行时，进气孔开启，在大气压力作用下，可燃混合气便自化油器流入曲轴箱。活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的混合气。高温、高压气体膨胀迫使活塞向下移动。进气孔逐渐被关闭，流人曲轴箱的混合气则因活塞的下移而被预先压缩。当活塞接近下止点时，排气孔开启，废气经过排气孔、排气管、消声器流到大气中。受到预压的新鲜混合气便自曲轴箱经扫气孔流入缸内，并扫除废气。废气从气缸内被新鲜混合气扫除并取代的过程，称为气缸的换气过程。由上述可知，在二冲程发动机内，一个工作循环所包含的两个行程是： (1) 第一行程 活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。 (2) 第二行程 活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 为了防止新鲜混合气大量与废气混合并随废气一起排出气缸而造成浪费，活塞顶做成特殊的形状，使新鲜混合气的气流被引向上部。这样还可以利用新鲜混合气来扫除废气，使排气更为彻底。但是在二冲程发动机中，要完全避免可燃混合气的损失是很困难的。 图4-1为二冲程发动机示功图。它的工作循环如下：活塞由下止点向上止点运动，当将排气孔(a点)关闭时，压缩过程开始。到上止点前开始点火燃烧，缸内压力迅速增高，叮段即燃烧过程。接着活塞下行膨胀作功，一直到6点，排气孔被打开，开始排气。此时，缸内压力较高，一般为0．3～0．6MPa，11故废气以声速从缸内排出，压力迅速下降。当活塞继续下移将换气孔打开，曲轴箱内的新鲜可燃混合气进入气缸。这段时问里的排气称为自由排气。排气一直延续到活塞下行到下止点后再向上将排气孔关闭为止。示功图bda曲线为二冲程发动机的换气过程，大约占130度～150度曲轴转角。接着活塞继续向上，便重复压缩过程，进行新的循环。 二冲程化油器式发动机与四冲程化油器式发动机相比较，其主要优点如下： 1)曲轴每转—周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于四冲程发动机的2倍。 2)由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较均匀平稳。 3)由于没有专门的换气机构，所以其构造较简单，质量也比较小。 4)使用方便。因为附属机构少，所以易受磨损和经常需要修里理的运动部件数量也比较少。 由于构造上的原因，二冲程发动机的最大缺点是不易将废气自气缸内排除得较干净，并且在换气时减少了有效工作行程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的2倍，只等于～倍；而且在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，因此二冲程发动机不如四冲程发动机经济。 由于上述缺点，二冲程化油器式发动机存汽车上较少被采用。但这种发动机的制造费用低廉，构造简单，质量小，所以在摩托车上广泛应用。二冲程发动机可以通过减少扫气损失来改善燃油经济性差的缺点，因此电控喷射的二冲程发动机在汽车上得到了发展。二、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机的工作过程和二冲程化油器式发动机的工作过程相似。所不同的是进入柴油机气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。空气由扫气泵提高压力以后，经过装在气缸外部的空气室和气缸壁(或气缸套)上的许多小孔进入气缸内，废气经由气缸盖上的排气门排出。在第一行程中，活塞自下止点向上止点移动。行程开始前不久，进气孔和排12气门均已开启，利用自扫气泵流出的空气(压力约为～)使气缸换气。当活塞继续向上移动，进气孔被遮盖，排气门也被关闭，空气受到压缩。当活塞接近上止点时，气缸内的压力增到3MPa，温度约升至850～1000K，燃油在高压(约17～20Mpa)下喷入气缸内，致使燃油自行着火燃烧，使气缸内压力增高。在第二行程中，活塞受燃烧气体膨胀作用自上止点向下止点移动而作功。活寒卜行2／3行程时排气门开启，排出废气，此后气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气。换气一直继续到活塞向上移动1／3行程的距离，直到进气孔完全被遮盖为止。这种形式的发动机称为气门—窗孔直流扫气柴油机。与四冲程柴油机比较，二冲程柴油机的优缺点与上面讨论二冲程汽油机时所指出的优缺点基本相同，但由于二冲程柴油机用纯空气扫除废气，没有燃料损失，故经济件较高。第五节 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标有动力性能指标（有效转矩、有效功率、转速等）、经济性能指标(燃油消耗率)和运转性能指标(排气品质、噪声和起动性能等)。一、动力性能指标（1）有效转矩发动机通过飞轮对外输出的平均转矩称为有效转矩。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。（2）有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机曲轴转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随曲轴转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况，称为标定工况。标定功率是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车13发动机应能在标定工况下连续运行300～1000h。二、经济性能指标发动机每发出1 kw有效功率，在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位)，称为燃油消耗率。 发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机特性。三、运转性能指标发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性能等。由于这些性能不仅与使用者利益相关，更关系到人类的健康，因此必须指定共同遵守的统一标准，并给予严格控制。（1）排气品质发动机的排气中含有对人体有害的物质，它对大气的污染已形成公害。为此，各国采取了许多对策，并制定相应的控制法规。发动机排出的有害排放物，主要有氮氧化合物，碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等以及排气颗粒。（2）噪声噪声会刺激神经，使人心情烦躁，反应迟钝，甚至造成耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病，因此，也必须用法规形式进行限制。汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给予控制。在我国制定的汽车加速行驶车外噪声限值标准(GBl495--2002)中，对不同分类的汽车以及同一分类中不同总质量及发动机不同额定功率的汽车，详细制定了噪声限值。（3）起动性能起动性能好的发动机在一定温度下能可靠地发动，起动迅速，起动消耗的功率小，起动期磨损少。发动机起动性能的好坏除与发动机结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影响汽车机动性、操作者的安全和劳动强度。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机要能自行运转。四、发动机的速度特性当燃料供给调节机构位置固定不变时，发动机性能参数(有效转矩、功率、燃油消耗率等)随转速改变而变化的曲线，称为速度特性曲线。14如果改变燃料供给调节机构的位置又可得到另外一组特性曲线，则当燃料供给调节机构位置达到最大时，所得到的是总功率特性，也称发动机外特性；而把燃料供给调节机构其他位置下得到的特性称为部分速度特性。外特性曲线下标出的发动机最大功率和最大有效转矩及其相应的转速，是表示发动机性能的重要指标。要联系汽车使用条件，诸如道路情况所要求克服的阻力数值、最高车速等，来分析发动机外特性曲线是否符合要求。五、发动机工作状况发动机运转状态或工作状态(简称发动机工况)常以功率和转速来表征，有时也用负荷与转速来表征。 发动机负荷是指发动机驱动从动机械所耗费的功率或有效转矩的大小；也可表述为发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。15致 谢本论文的设计历时三个多月的时间。在此我要向我的讲师x老师表示最诚挚的感谢。从课题的设计方案、课题的编辑到论文的撰写和修改的各个阶段，都得到了钱老师的认真指导、严格要求。钱老师渊博的学识、严谨的治学精神以及平易近人的态度，使我在学习知识的同时，如浴春风。在整个课题的研究和设计过程中，也得到了同组的其它同学的支持和帮助，大家一起克服了一个又一个难题，在此表示感谢。在大学四年的学习过程中，我的学识有了长进，能力有了提高。为此我要感谢我的家人,以及所有教导过我的老师和长辈们，是他们鼓励着我前进。另外我要感谢我的朋友和同学，使我每天都轻松、愉快。16【参考文献】1、陈家瑞 《汽车构造 上 》 机械工业出版社2、陈家瑞 《汽车构造 下 》 机械工业出版社3、扶爱民 《汽车运用基础》 电子工业出版社4、扶爱民 《汽车发动机构造与维护》 电子工业出版社5、巫安达 乔国荣 《汽车维护技术》 高等教育出版社6、凌凯汽车资料编写组 《汽车原理》 北京邮电大学出版社17

汽车零件修复方法 2010-11-19 汽车维修工程 主要内容： 1.机械加工修复法； 2.修理尺寸法的计算； 3.焊接修复法：气焊、电弧焊、振动堆焊； 4.修复质量的评价与修复方法的选择。 汽车维修工程 第一节 汽车零件修复方法简介汽车零件的损伤主要有变形、断裂、锈蚀和磨 损四类。对前三类损伤一般采用冷加工、热加工 或胶粘等方法修理。 如一般零件变形可用冷压或热压校正后再进行 机械加工修理；轴类零件断裂可用镶套、焊接、 锻接等方法修理；气缸体水套出现裂纹可用焊、 铆或胶粘方法修理。 零件磨损是最常见的损伤。 汽车维修工程 用胶粘剂修复轴类零件， ③涂胶：用刮刀将胶粘剂涂塞干砂眼、气孔处，用刮刀压紧胶 层，使胶液完全接触铸件的砂眼、气孔的粘接界面。 ④固化：室温固化 (2) (2)附加柱塞法可以在铸件砂眼或气孔处，打一个适当的孔．然 后配一个销子，再用胶粘剂粘接。或者打孔后再攻螺纹，然后 配一个螺栓，再用胶粘剂粘接。 采用附加柱塞法修复铸件的砂眼或气孔缺陷时，所用的胶粘剂 为厌氧胶、密封胶等类型的胶粘剂。必须指出，不管是孔、螺 孔、圆柱销、螺栓的粘接接触界面．都需进行表面处理 汽车维修工程 一、汽车零件修复方法分类磨损零件：机械加工 堆焊、喷涂、电镀和化学镀等增补 变形零件：压力校正法 火焰校正法 损伤缺陷：焊接、钎焊、钳工机械加工 粘结修复法 汽车维修工程 二、汽车零件修理特点批量小 余量小，精度难以保证 工件硬度高 加工基准损伤，定位困难 注意点：定位基准与加工精度 轴类零件的圆角 表面粗糙度 汽车维修工程 三、机械加工修复法 1、修理尺寸法 定义：利用机械加工的方法，除去零件的磨 定义 损部分，使零件具有规定的几何形状和新的 尺寸，并选用相应尺寸的零件与之配合轴和孔 修理尺寸的确定 汽车维修工程 图中dm和Dm为轴和孔的基本尺寸； dr和Dr为轴和孔磨损后的尺寸; dr1和Dr1为轴各孔用修理尺寸法修复后的第一级修 理尺寸； C为单侧加工余量； δmax为零件单侧最大磨损量 汽车维修工程 练习题已知汽车发动机曲轴主轴颈标准尺寸为 ?,测得各主轴颈最大磨损部位的尺寸 分别为?，?，?， ?，?，?，?， 假设单侧加工余量为，磨损不均匀 系数为 ，试求该曲轴修理尺寸，并确定 是几级维修级别。（以上所有轴颈尺寸单位 均为mm） 汽车维修工程 特点： 应用： 曲轴 延长了结构复杂以及较贵 重零件的寿命 凸轮轴 由于零件强度及结构的限制， 由于零件强度及结构的限制， 加工方法简单，修理质量 转向节主销孔 采用修理尺寸法到最后一级时， 采用修理尺寸法到最后一级时气缸等 ， 较高 修理尺寸标准化 标准化（增加了 零件就应该采用其它方法进行修理。 标准化 零件就应该采用其它方法进行修理。 零件的磨损量，加大了成 不同零件的修理级别由设计时确定 本） 过多的修理尺寸限制了备 件的种类，给备件选用带 来困难 汽车维修工程 采用修理尺寸法时，应把配合副中较贵重的 零件保留下来，规定修理尺寸，将另一个零 件换掉。如：气缸与活塞修理时，修理气缸，配以相应尺寸 的活塞。 曲轴轴颈与主轴承修配时，应修理主轴承轴颈， 再配以相应尺寸的轴承 汽车维修工程 2、附加零件修理法（镶套修理法） 定义：当轴和孔磨损过甚或加工到最后一级 修理尺寸后，在零件力学容许的条件下，可 以加工至较大尺寸，镶入一个套筒或衬套， 并加以固定 固定，然后加工至标准尺寸。 固定衬套与零件必须为过盈 过盈配合，使两者紧密结 过盈 合，从而满足传热和传递力的要求； 也可以用螺纹或者焊接的方法 汽车维修工程 汽车维修工程 应用： 应用： 气缸套、气门座圈、 气门导管、飞轮齿 圈、变速器轴承孔、 后桥和轮毂壳体中 滚动轴承的配合、 螺纹孔、端轴轴颈 等 注意点： 注意点配合形式：过盈 配合or其它固定 形式 配合部位的表面 粗糙度，应达到 规定要求 汽车维修工程 3、零件的局部更换修理法 ---具有多个工作面的零件，由于各工作表面在使 用中磨损不一致，其他部分可使用，为防止浪费 定义：将零件磨损的部位去掉，按去掉部分 定义 的名义尺寸和几何形状制造新件，与其原件 余留部分焊接在一起，经最后加工恢复零件 原有性能 应用：可修复齿轮、花键 应用 汽车维修工程 特点： 应用： 可获得较高的修 理质量 节约贵重金属， 修复工艺较复杂 半轴，变速器第一轴 或第二轴齿轮，变速 器盖及轮毂等 汽车维修工程 4、转向和翻转修理法 定义：将磨损的零件转一定角度或翻面，用 定义 未磨损的部位代替磨损的部位 应用：键槽、螺栓孔、飞轮齿圈 应用 飞轮齿圈 特点：修理方法易行；修理成本低；但其应 特点 用受到结构的限制 汽车维修工程 汽车维修工程 机械加工修理法优点： 用料经济 工艺简便、质量好 能延长零件的使用寿 命 适合于修复贵重零件 缺点： 对机械加工的精度要 求高 对高硬度和交变载荷 的零件要保证其硬度 和强度 汽车维修工程 四、焊接修复法 可修复磨损量较大的零件，能增加零件的尺 寸，焊层厚度易控制 设备简单，修复成本低 定义：焊接修复法修复零件是借助于电弧或气 定义 体火焰产生的热量，将基体金属及焊丝金属 熔化和熔合，使焊丝金属填补在零件上，以 填补零件的磨损和恢复零件的完整。 汽车维修工程 焊接修复法 分类： 焊接按热源不同分为气焊、电焊。 根据熔剂层的不同又可分为：焊条电弧焊， 振动堆焊； 堆焊又可分为二氧化碳气体保护焊、埋 弧堆焊、电脉冲堆焊、等离子堆焊。 汽车维修工程 第二节 汽车零件修复质量评价与方法选择一、汽车零件修复质量的评价 汽车零件的修复质量可以用修复零件的工作 能力来表示，由耐用性指标评价。 取决于：修复层的结合强度 修复层的耐磨性 对疲劳强度的影响 汽车维修工程 1、修复层的结合强度 按受力情况可分为： 抗拉、抗剪、抗扭转、抗剥离 检验方法： 敲击法、车削法、磨削及凿剔、喷砂法 喷涂和电镀层的结合强度较低，不适宜修复 齿轮齿面、滚动轴承的滚道和轴颈、其它耐 冲击的工作表面等。 汽车维修工程 二、汽车零件修复方法的选择 ---直接影响到汽车零件的修复成本和修复质量； 广义而言：研究在给定条件下能得到最好效 果的修复方法 遵循的原则： “技术上可行 质量上可靠、经济上合理 技术上可行、质量上可靠 经济上合理” 技术上可行 质量上可靠 经济上合理 汽车维修工程 Thanks~ ? 汽车维修工程 1、气焊定义：利用可燃品乙炔气与氧混台燃烧的高 定义 温，将焊件和焊丝熔化，使焊缝弥合。这种 方法简单易行，还能使焊缝金属与基体金属 相近似 但生产效率低，焊件易变形。在汽 车修理中，一般用于铸铁、钢件和有色金属 的焊接。 汽车维修工程 2、焊条电弧焊定义：是利用电极与工件缝隙间产生的电弧 定义 热量，将焊缝和金属焊条熔化，将破缝弥合， 焊条既是填料又是电极。电焊生产效率高， 焊件变形小，但 焊缝机械性能和加工性 能比气焊差。 电焊常用于裂纹 破裂 裂纹、破裂 裂纹 破裂和 断裂等损伤零件的修复。 断裂 汽车维修工程 交流焊条电弧焊 交流焊条电弧焊 直流焊条电弧焊 汽车维修工程 汽车维修工程 3、埋弧焊又称熔剂层下焊接。焊丝是直径～毫 米的钢丝。将熔剂撒敷在焊道上，在熔剂下 面焊接。电弧不外露，熔剂能有效地阻止空 气侵入熔池，并有保温作用，可延缓熔池金 属的凝固。埋弧焊的优点是焊层致密 焊层致密，无裂 焊层致密 焊后变形较大,适 纹、气孔、夹碴等,但零件焊后变形较大 适 焊后变形较大 用于修理直径50毫米以上的轴类零件 毫米以上的轴类零件。 用于修理直径 毫米以上的轴类零件。 汽车维修工程 汽车维修工程 4、堆焊定义：在零件磨损的表面堆焊一层金属，然后 定义 进行加工，使零件恢复到原来尺寸的修理方法。 优点：焊层与基体熔合，结合强度高；可按零 优点 件需要选用适宜的焊条或焊丝，从而控制堆焊 层的化学成分。 缺点：零件焊后有较大的变形。 缺点 堆焊方法有手工堆焊和自动堆焊。 手工堆焊有电弧焊和氧-乙炔焊两种工艺。手工 堆焊设备简单，在汽车保修企业中应用广泛。 汽车维修工程 自动堆焊 是将零件装在堆焊机床上，一边转动，一边施 焊。常用的自动堆焊有振动堆焊、二氧化碳 保护焊和埋弧焊三种工艺，以振动堆焊应用 较为普遍。 汽车维修工程 汽车维修工程 5、振动堆焊振动堆焊：电源电压为14～18伏，电流为 130～170安。焊丝为直径～毫米的 高碳钢丝。 施焊时，焊丝尖端不断地振动，使电路断开 时产生自感电动势 自感电动势，熔化焊丝，进行堆焊。 自感电动势 特点：电压低、电弧热量不大、零件变形小， 特点 但焊层中气孔、夹碴、裂纹较多，降低了零 件的疲劳强度。 应用：适用于修理曲轴和各种轴销零件。 应用 汽车维修工程 焊条 汽车维修工程 6、二氧化碳保护焊在二氧化碳气体的笼罩下进行堆焊。由于二 氧化碳在电弧高温下能与熔池铁水中的碳反 应生成一氧化碳，有些一氧化碳气体自熔池 中逸出，来不及逸出的就成为焊层里的气孔， 因而影响堆焊质量。因此，为了减少气孔， 二氧化碳保护焊多采用含碳量低并有充足脱 氧剂的专用低碳锰硅合金钢焊丝，焊丝直径 为～毫米，堆焊层强度高、气孔少、 无裂纹，但硬度偏低。 此法适用于修理驾驶室、叶子板等薄板件。 汽车维修工程 汽车维修工程 六、电镀与刷镀修理法定义：是将金属工件浸入电解质的溶液中、 定义 并以工件为阴极通人直流电，通电后电解液 发生电解现象，使溶液中的金属析出，在镀 件表面覆盖了一层镀积物，这个过程叫电镀。 电镀除了能恢复零件尺寸 恢复零件尺寸外．还能改变零件 恢复零件尺寸 的机械性能。 在汽车修理中，常用的金属电镀有镀铬 镀 镀铬、镀 镀铬 镀铜3种。 镀铜 铁和镀铜 汽车维修工程 镀铬的电解液为铬酐(三氧化铬)、硫酸和水 的混合溶液。镀铬层具有高硬度、耐磨、耐 热、耐腐蚀、导热性好、摩擦系数小及基体 金属结合力强等优点，但镀层的限 多用于耐磨而损坏量又不大的零件和装饰， 以及防腐的零件：如活塞销、转向节主销， 凸轮轴、灯罩、门把手、轿车的装饰等。 汽车维修工程 镀铁的电镀液为氯化砸铁、水和盐酸的混台 溶液。 镀铁的特点是镀积的速度快，镀层厚，成本 低，原料丰富．对环境污染小 但由于镀层 的硬度与结台强度之间的矛盾未能很好解 决．故修复中只有少量应用。 汽车维修工程 镀铜的电解液为硫酸铜或氢氧化铜和碳酸钠 的混合液。镀铜常用于铜套、轴瓦、缸套及 轴类零件的外圆加大 汽车维修工程 刷镀叉称涂镀，是新近发展起来的零件修复工艺。 它的特点是在不解体的条件下，不用镀槽而进行 的快速修复．可用于对轴、壳体、孔类，花键轴 槽，轴瓦瓦背、平面类及盲孔、深孔等各种零件 的修复。 刷镀机动灵活，可用于零件 的局部的修复，且镀 层均匀，光滑，致密，尺寸精度容易控制，修理 成本低，因此在修理行业得到广泛推广和应用。 汽车维修工程 刷镀的基本原理刷镀的基本原理与槽镀相同。刷镀，顾名思 义就是利用刷子 似的镀笔在被镀 工件上来回摩擦 而进行电镀的 方法，其原理如图3-9所示。 汽车维修工程 零件作为阴极装在机床的卡盘上，石墨镀笔接阳极， 刷镀进用 外包吸入纤维的镀笔吸满镀液在工件上相对 运动，这时镀液中的金属离子在电场力的作用下，向 工件表面扩散，镀在工件表面形成镀层。镀笔刷到哪 里，哪里就形成镀层，直到达到所需厚度。 汽车维修工程 七、喷涂修理法此法是用高速气流将熔化的金属喷敷到零件的磨损 表面上，以恢复其原来尺寸。喷涂工艺有：电喷涂, 气体火焰喷涂，高频电喷涂，等离子喷涂以及爆炸 喷涂。 各种喷涂所形成的喷涂层系由金属小颗粒撞击堆砌 而成。每个小颗粒包有一层氧化膜，小颗粒之间以 及小颗粒与基体金属都仅仅是机械地挤结在一起, 没有熔合,因此一般喷涂层的本身强度和喷涂层同 基体的结合强度都不高 (1～4公斤／毫米2)。喷涂 层中含有10％左右的孔隙，有利于润滑油膜的吸 附，却不利于承受冲击载荷和较大的接触应力。 汽车维修工程 汽车维修工程 1、电弧喷涂（简称电喷涂）以两根金属丝为电极等速向前送给，在其尖 端产生电弧，熔化的金属由压缩空气喷敷到 零件表面上。电喷涂的特点是成本低，质量 稳定可靠，适用于修复曲轴轴颈。 汽车维修工程 2、气体火焰喷涂气体火焰喷涂又称氧-乙炔喷涂 是用火焰熔化金属,由压缩空气喷敷到零件 表面。 所用设备主要由喷涂枪，氧气瓶和乙炔发行 器等组成。 汽车维修工程 3、等离子喷涂用等离子电弧熔化金属进行喷涂。一般是由气流将 金属粉末带入喷枪，经等离子电弧熔化喷敷到零件 表面。 等离子电弧温度高，能熔化电喷涂和气喷涂难以熔 化的金属或非金属粉末。等离子喷涂设备复杂，粉 末贵，用于喷涂需要高硬度或耐高温的零件。 此外，粉末火焰喷涂是20世纪50年代出现的一种 修理方法，喷涂时先以氧－乙炔火焰把零件表面加 热到 300℃左右，开始喷涂合金粉末,然后再用氧乙炔火焰加热使喷涂层再次熔化，以提高喷涂层与 基体的结合强度。 汽车维修工程 合金粉末种类很多，可根据零件工作条 件选用。如镍包铝或铝包镍粉末用于打 底，可提高结合强度；镍基合金粉末用 于抗磨损、抗腐蚀的零件；钴基合金粉 末则用于在高温下工作的零件。合金粉 末中除金属元素外还含有硼、硅等强脱 氧剂，用以降低合金熔点，溶解氧化膜 形成熔渣及硬化喷涂层。 汽车维修工程 八、胶粘修理法用胶粘剂粘于磨损零件表面的方法。此法所 用设备和工艺简单,质量稳定可靠,成本低， 不会引起零件变形。胶粘剂的品种极多，修 理汽车零件多用环氧树脂胶，酚醛树脂胶和 氧化铜胶。 汽车维修工程 环氧树脂胶环氧树脂本身是热塑 性的，加入固化剂后 才有粘结作用。环氧 树脂胶加入铸铁粉、 石英粉、二硫化钼、 石墨粉、玻璃纤维等 填料可作为耐磨层修 补水泵轴等。 汽车维修工程 酚醛树脂酚醛树脂是由酚醛类在催化剂中 经统合而得到的一类树脂，可以 单独使用，也可以和环氧树脂混 合使用。 酚醛树脂在较高的粘接强度，耐 热性好，但其脆性较大，不耐冲击。汽车修理中常 用它来粘接制动蹄片及离合器摩擦片。 酚醛树脂与环氧树脂混合使用时，其用量为环氧树 脂的30%-40%，同时还要加增塑剂和填料，为了 加速固化，可加入5%-6%乙二胺，这样既改善了 耐热性，又提高了韧性。 汽车维修工程 氧化铜无机胶氧化铜无机胶粘剂是由氧化铜粉与无水磷酸 调合而成，特点是能耐高温,工作温度可达 600℃，用于粘补气缸体排气门附近的裂纹。 此外，70年代出现了一种厌氧胶，主要成分 为丙烯酸双酯，在空气中呈液态，隔绝空气 后迅速固化。这种胶使用方便,毒性低,粘接 强度高，韧性好，对零件表面除油程度要求 不高，宜于在装配线上使用。 汽车维修工程 汽车维修工程 目录轴的修复 圆角 螺纹 键槽 花键槽 裂纹与折断 弯曲 其它 汽车维修工程 轴的修复轴是最容易磨损或损坏的零件，常见的失效 形式、损伤特征、产生原因及维修方法见表 6—1 汽车维修工程 汽车维修工程 中心孔损坏修复前，首先除去孔内的油污和铁锈，检查 损坏情况，如果损坏不严重，用三角刮刀或 油石等进行修整；损坏严重时，应将轴安装 在车床上用中心钻加工修复，直至符合规定 的技术要求。 汽车维修工程 轴颈磨损（一）按规定尺寸修复 当轴颈磨损量小于 时，可用机械加 工方法使轴颈恢复正确的几何形状，然后按 轴颈的实际尺寸选配新轴衬。这种用镶套方 法进行修复可避免变形，经常使用。 汽车维修工程 （二）用堆焊法修复 几乎所有的堆焊工艺都能用于轴颈的修复。 堆焊后不进行机械加工的，堆焊层厚度应保 持在～；若堆焊后仍需进行机械 加工的，堆焊层厚度应比轴颈名义尺寸大 2～3mm。 堆焊后应进行热处理退火。 汽车维修工程 （三）用电镀或喷涂修复 当轴颈磨损量在 以下时，可用镀铬 修复，但成本较高，只适于重要的轴。为降 低成本，对于非重要的轴应用镀铁修复，用 低温镀铁效果很好，原材料便宜，成本低， 污染小，镀层厚度可达，硬度较高。 磨损量不大的也可用喷涂修复。 汽车维修工程 （四）粘接修复 把磨损的轴颈车小1mm，然后用玻璃纤维 蘸上环氧树脂胶，一层一层地缠在轴颈上， 待固化后加工到规定的尺寸。 汽车维修工程 圆角圆角对轴的使用性能影响很大，特别是在交变载荷 作用下，因轴颈之间突变部分的圆角被破坏或圆角 半径减小，易使轴折断。因此，圆角的修复不可忽 略。 圆角的磨伤可用细锉或车削、磨削修复。当圆角磨 损很大时，需要进行堆焊，然后退火车削到原尺寸。 圆角修复后，不允许留有划痕、擦伤或刀迹，圆角 半径也不许减小，否则会减弱轴的性能并导致轴的 损坏。 汽车维修工程 螺纹当轴表面上的螺纹碰伤，螺母不能拧入时， 可用圆板牙或车削修整。若螺纹滑牙或掉牙 时，可先把螺纹全部车削掉，然后进行堆焊， 再车削加工修复。 汽车维修工程 键槽当键槽只有小凹痕、毛刺和轻微磨损时，可 用细锉、油石或刮刀等进行修整。若键槽磨 损较大时，可扩大键槽或重新开槽，并配大 尺寸的键或阶梯键；也可在原槽位置上旋转 90°或180°重新按标准开槽。开槽前需先 把旧键槽用气焊或电焊填满。 汽车维修工程 花键槽 1．当键齿磨损不大时，先将花键部分退火， 进行局部加热，然后用钝錾子对准键齿中间， 手锤敲击，并沿键长移动，使键宽增加 ～。花键被挤压后，劈成的槽可 用电焊焊补，最后进行机械加工和热处理。 2．低温镀铁。按照规定的工艺规程进行低 温镀铁，镀后进行磨削，符合技术要求。 汽车维修工程 3．堆焊法。一般采用纵向或横向施焊的自动堆焊。 纵向堆焊时，把清洗好的花键轴装到堆焊机床上， 机床不转动，将振动堆焊机头旋转90°，并将焊嘴 调整到与轴中心线成45°角的键齿侧面。焊丝伸出 端与工件表面的接触点应在键齿的节径上，由床头 向尾架方向施焊。横向施焊与一般轴类零件修复时 的自动堆焊相同。为保证堆焊质量，焊前应将工件 预热。 堆焊结束时，应在焊丝离开工件后再断电，以免产 生端面弧坑。 堆焊后要重新进行铣削或磨削，达到规定的技术要 求。 汽车维修工程 裂纹和折断轴出现裂纹后若不及时修复，就有折断的危险。对 受载不大或不重要的轴，当径向裂纹不超过轴直径 的10％时，可用焊补修复。焊补前，必须认真做好 清洁工作，并在裂纹处开坡口。焊补时，先在坡口 周围加热，然后再进行焊补。为消除内应力，焊后 需进行回火处理，最后通过机械加工满足尺寸要求。 对于轻微裂纹还可用粘接修复，先在裂纹处开槽， 然后用环氧树脂胶填补和粘接，待固化后进行机械 加工。 对轴上有深度超过轴直径10％的裂纹或角度超过 10°的扭转变形，且是受载很大或重要的轴，应予 以调换。 汽车维修工程 弯曲对弯曲量较小的轴，一般小于长度的8／1000，可 用冷校法进行校正。通常对普通的轴可在车床上校 正，也可用千斤顶或螺旋压力机进行校正。这些方 法的弯曲量能达到1m长是～，可满 足一般低速运行的机械设备要求。对要求较高、需 精确校正的轴，或弯曲量较大的轴，则用热校法进 行校正。通过加热，温度达500~550℃，然后待冷 却进行校正。加热时间根据轴的直径大小，弯曲量 和加热设备确定。热校后应使轴的加热处退火，达 到原来的力学性能和技术要求。 汽车维修工程 其它外圆锥面和圆锥孔磨损，均可用车削或磨削 加工到较小和较大尺寸，达到修配要求，另 外配相应的件；轴上销孔磨损了，也可铰大 一些，另配销子；轴上的扁头、方头及球面 磨损可用堆焊或加工修整几何形状；当轴的 一端损坏，可切削损坏的一段，再焊上一段 新的，并加工到要求的尺寸。