典型机械拆装与分析实验

典型机械拆装与分析实验

（一） 实验目的
1. 了解四行程摩托车发动机及其传动系统的结构和工作原理；
2. 分析各种机构在摩托车发动机及其传动系统中的应用；
3. 培养设计与分析机械系统运动方案的能力。
（二） 实验预习内容
1. 四行程摩托车发动机的组成
发动机是摩托车运动时的动力源，它是摩托车的主要组成部分。发动机主要包括气缸、活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴等部件，以及点火、润滑、燃料供给等辅助机构。
（1） 气缸
发动机的气缸包括气缸头和缸体两部分。结构如图3-1和图3-2所示。

图3-1 气缸头总成
1、 气缸盖 2、气门油封 3、凸轮轴 4、气门外弹簧垫圈5、气门内弹簧垫圈 6、气门外弹簧
7、气门内弹簧 8、排气门 9、气门锁夹 10、密封圈 11、气门弹簧座 12、气门摇臂
13、摇臂轴 14、气缸盖罩 15、气门间隙调整螺钉16、气门间隙调整螺母 17、气门室盖
18、进气门 19、气门导管 20、气门座
（2） 活塞、活塞环和活塞销
活塞的作用是在燃烧气体的压力下，通过活塞销及连杆驱动曲轴旋转，其形状如图3-3所示。
活塞环的主要作用：
a、增加活塞的密封性能；
b、控制气缸壁上润滑油层的厚度；
c、导热，以便于把活塞的热量传到气缸壁。
活塞销是用来连接活塞与连杆的，安装在活塞的销孔内，用弹簧卡固定，如图3-4所示。

图3-2 发动机气缸体组件
1、 气缸体垫片 2、气缸体 3、散热片
4、配气链条室5、气缸孔 6、双头螺栓过孔
7、链条导向滚轮轴安装孔
图3-3 活塞
1、 顶部 2、环部 3、裙部 4、环岸
5、环槽 6、销座 7、加强筋 8、卡环槽
9、泄油孔及泄油槽
（3） 连杆
连杆用于连接活塞与曲轴，在其间传递能量，并将活塞的直线往复运动转变成曲轴的旋转运动。连杆一般用优质钢材锻造，其断面呈工字形，如图3-5所示。连杆分大头、小头和杆身三部分。连杆的大头、小头分别有带保持架的滚针轴承。有些车型连杆小头是衬套，大头是滚针轴承。

图3-5 连杆的结构 （a）剖分式连杆 （b）整体式连杆
1、小头 2、杆身 3、大头 4、9、装配记号5、连杆螺母 6、连杆盖 7、连杆螺栓 8、轴瓦
10、连杆体 11、衬套 12、集油孔 13、集油槽
图3-4 活塞销连接方式
1、3、卡环 2、活塞销
（4） 曲轴
曲轴分轴颈、曲柄和曲轴销三部分，如图3-6所示。曲轴的作用是把连杆的推力转变成扭矩，并带动配气以及点火、发电、润滑油泵等辅助机构进行工作。
2. 发动机的工作过程
汽油发动机的工作过程包括进气、压缩、做功（点火爆发）、排气四个步

图3-6 组合式曲轴
1、 连杆 2、曲轴右部轴颈 3、曲轴销
4、曲轴左部轴颈 5、滚针轴承 6、减磨垫
骤。活塞在气缸内往复运动两次，曲轴旋转两周完成一个工作循环的发动机，称为四行程发动机；活塞在气缸内往复运动一次，曲轴旋转一周完成一个工作循环的发动机，称为两行程发动机。它们两者各有优缺点。四行程发动机耗油低、排气污染小，但结构复杂、维修难度大，造价较高，且同排量发动机的功率低于两行程发动机；两行程发动机的汽油、机油消耗量都高于四行程发动机，排气污染较大，且发动机主要部件的寿命也短于四行程发动机。目前这两种发动机在摩托车上均被采用。
行程是指活塞在气缸中运行到最高位置（上止点）至最低位置（下止点）的距离，单位为毫米（mm）。活塞在下止点时，气缸内活塞上部的容积，称为气缸总容积；活塞在上止点时，活塞上部的容积，称为燃烧室容积；而活塞从下止点运行到上止点所排出的容积，称为工作容积，单位为毫升(ml)。气缸总容积与燃烧室容积之比，称为压缩比；当气门完全关闭以后，活塞上部容积与燃烧室容积之比，称为有效压缩比。
四行程发动机的工作过程。
（1） 进气行程（图3-7所示）
进气门开启，排气门关闭，随着活塞从上止点向下止点运动，活塞上方的气缸工作容积增大，从而使气缸内的压力降低产生负压。这样，可燃混合气体便经进气道和进气门被吸入气缸。
（2） 压缩行程（图3-8所示）
进气门和排气门全部关闭，活塞由下止点向上止点运动。当活塞到达上止点时，混合气体被压缩到活塞上方很小的空间内，即燃烧室中。可燃混合气体的压力升高到0.6~1.5Mpa，温度可达600~700K°。
（3） 做功(点火、爆发)行程（图3-9所示）
进气门和排气门仍然关闭。当活塞运动到上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气体。可燃混合气体点燃后，火焰呈球状，均匀平稳的迅速扩大燃烧，放出大量的热能。燃气的温度和压力迅速上升，温度可达2200~2800K°，压力可达3.0~5.0Mpa。高温高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆推动曲轴旋转并输出机械能。
（4） 排气行程（图3-10所示）
在做功行程中可燃混合气体燃烧产生的废气在排气行程中排出。
在做功行程接近终了时，排气门开起，高温高压废气便从排气门排出，这种在废弃压力作用下的排气称为自由排气。活塞达到下止点后再向上止点运动时，活塞再将废气强制地排出。活塞到达上止点时排气行程结束。
四行程发动机经过进气、压缩、做功、排气四个活塞行程，完成了一个工作循环，这期间，活塞在上止点、下止点间往复运动了四个行程，相应的曲轴旋转了两周。

图3-8 压缩行程
图3-10 排气行程
配气机构的功用是按发动机所进行的工作循环和点火次序的要求，定时开起和关闭进气门、排气门，使新鲜可燃混合气体得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。
（1） 配气机构的组成
如图3-11所示，配气机构由以下部分组成：正时主动链轮1、中间链轮2、时规链条3、排气门4、气门导管5、气门弹簧6、气门锁夹7、锁紧螺母8、调整螺钉9、摇臂10与13、摇臂轴套11、摇臂轴12、凸轮轴14、正时从动链轮15、气门弹簧座16、进气门17、气门弹簧座圈18。
（2） 配气正时
进气门、排气门何时开起，何时关闭，与活塞的运动位置有关，而活塞的运动位置又与曲轴的转动位置有关。在进气行程的上止点进气门开起，下止点进气门关闭；在排气行程的下止点排气门开启，上止点排气门关闭；在压缩行程和做功行程，进气门和排气门均关闭。在一个工作循环中（曲轴转过720°），进气、排气时间各占180°曲柄转角。
4. 传动系统
传动系统包括离合器、变速机构、变速操纵机构、起动机构。它的作用是根据摩托车行驶中的不同需要，把发动机的动力变换为扭矩传给驱动轮。
（1） 离合器
离合器安装在发动机曲轴与变速机构之间，其功用是：
􀁺 把发动机的动力传给变速机构，在必要时切断发动机与变速机构之间的动力传递。离合器就像电气线路中的开关一样，当离合器工作时，离合器处于接合状态，此时发动机的动力经离合器、变速机构传给摩托车后轮。
图3-11 配气机构
􀁺 保证变速机构换档时工作平稳。在换档前也必须使离合器分离，中断动力传递，以便于使原档位的齿轮副由啮合转入脱开，才有可能使新换档位的齿轮副啮合部位的线速度逐渐趋于相等，这样进入啮合时的冲击可以大为减轻。
􀁺 当摩托车紧急制动时，限制传动系统所承载的最大扭矩，防止传动系统过载。
要使离合器起到以上几个作用，离合器应是这样一个传动机构：主动部分与发动机曲轴刚性连接，从动部分与变速机构刚性连接。其主动部分与从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且必要时在传动过程中还有可能出现离合器打滑。所以离合器的主动部分和从动部分之间不可采取刚性连接。
（2） 变速机构
变速机构是改变摩托车牵引力和行驶速度必不可少的装置。 变速机构的种类很多，目前广泛应用的是移动齿轮式变速机构。移动齿轮式变速机构由3～6对齿轮组成，这些齿轮都采用直齿传动。在摩托车行驶时，这些齿轮只有一对处于啮合状态。由于这些齿轮的齿数各不相同，相互啮合的传动比也不相同，故可以改变摩托车的行驶速度。变速操纵机构可以使所有齿轮都处于脱离啮合的状态。
（3） 变速操纵机构

变速操纵机构应能保证准确可靠地使变速机构挂入所需的档位，并能退到空档。不同的变速机构有不同的操纵机构。现在拆装与分析的摩托车发动机和传动系统中的变速操纵机构是循环式鼓式凸轮操纵机构。
（4） 起动机构
发动机停机时不能输出动力，要使发动机由静止状态过渡到自行运转工况，必须借助外力使发动机曲轴旋转，带动连杆活塞，完成进气、压缩、做功、排气在内的若干工作循环，在惯性力的作用下，发动机才能够连续做功运转，并不断输出动力。曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自行运转的全过程，称为发动机的起动。
摩托车起动装置必须保证发动机能达到一定的转速，才能确保发动机在较短的时间内可靠起动。
根据起动机构结构和工作情况的不同，起动可分为脚踏起动、脚蹬反冲起动和电起动三种。现在拆装与分析的摩托车发动机及其传动系统采用的是脚蹬反冲起动。
（三） 实验设备及工具
1. 实验设备：四行程摩托车发动机及其传动系统。
2. 工具：扳子、螺丝刀及其它专用工具。
（四） 实验内容与方法
1. 实验内容
（1） 拆卸摩托车发动机及其传动系统；
（2） 详细分析摩托车发动机及其传动系统的功能、结构和工作原理，并画出其机构运动简图；
（3） 在功能、结构和工作原理分析的基础上对摩托车发动机及其传动系统的系统（或局部）运动方案提出改进意见（画出改进的机构运动简图）；
（4） 组装摩托车发动机及其传动系统。
2. 实验方法
（1） 实验分组进行，每组2人；
（2） 拆卸过程中，一面拆卸一面对机械的结构和工作原理进行分析，同时进行记录（画机构运动简图、工作原理描述、零部件安装关系编号）；
（3） 实验中遇到超出所学知识范围的内容应及时找指导教师答疑或查阅有关资料；
（4） 拆卸、分析完成后应进行组装并恢复原样。
3. 实验步骤
（1） 准备实验
􀁺 指导教师讲解实验注意事项
􀁺 办理工具借用手续

􀁺 观看录像，以了解摩托车发动机及其传动系统与摩托车整机的安装关系
（2） 拆卸与分析
􀁺 拆开发动机外壳
􀁺 分析发动机内部结构及运动传递关系
a、分析由气缸的活塞到摩托车驱动轮之间的运动传递关系；
b、分析摩托车是如何实现变速的；
c、分析发动机的配气机构是如何工作的；
d、分析摩托车发动机是如何启动的；
e、分析离合器的工作原理。
􀁺 综合上述分析结果画出系统的机构运动简图（原始图由指导教师签字）
（3） 提出改进方案
􀁺 可以对整个传动系统提出改进方案
􀁺 也可以对局部提出改进方案
a、或者配气机构；
b、或者换档机构；
c、或者离合器操纵机构；
d、或者在其他方面提出改进。
（4） 组装发动机及传动系统并验收
必须按原样组装发动机及传动系统，由指导教师验收。
（5） 办理工具返还手续。
（五） 注意事项
1. 本实验为开放性实验，开放时间为七天。每个实验小组必须在七天内拆装完毕；
2. 实验过程应注意爱护设备和工具，应妥善保管拆卸下的零件不得损坏和丢失；
3. 完成拆装后应在一周内交实验报告；
（六） 实验报告要求
1. 实验目的；
2. 实验设备名称；
3. 四行程摩托车发动机及其传动系统运动简图；
4. 四行程摩托车发动机及其传动系统功能概述；
5. 四行程摩托车发动机及其传动系统运动方案分析，包括：传动系统换档、变速的原理、换档机构的工作原理、发动机的起动原理、配气机构的工作原理、离合器的工作原理；
6. 改进方案，包括：机构运动简图、功能概述、工作原理概述；
7. 心得体会。