典型機械拆裝與分析實驗

（一） 實驗?zāi)康?br>1. 了解四行程摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；
2. 分析各種機構(gòu)在摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用；
3. 培養(yǎng)設(shè)計與分析機械系統(tǒng)運動方案的能力。
（二） 實驗預(yù)習(xí)內(nèi)容
1. 四行程摩托車發(fā)動機的組成
發(fā)動機是摩托車運動時的動力源，它是摩托車的主要組成部分。發(fā)動機主要包括氣缸、活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲軸等部件，以及點火、潤滑、燃料供給等輔助機構(gòu)。
（1） 氣缸
發(fā)動機的氣缸包括氣缸頭和缸體兩部分。結(jié)構(gòu)如圖3-1和圖3-2所示。

圖3-1 氣缸頭總成
1、 氣缸蓋 2、氣門油封 3、凸輪軸 4、氣門外彈簧墊圈5、氣門內(nèi)彈簧墊圈 6、氣門外彈簧
7、氣門內(nèi)彈簧 8、排氣門 9、氣門鎖夾 10、密封圈 11、氣門彈簧座 12、氣門搖臂
13、搖臂軸 14、氣缸蓋罩 15、氣門間隙調(diào)整螺釘16、氣門間隙調(diào)整螺母 17、氣門室蓋
18、進氣門 19、氣門導(dǎo)管 20、氣門座
（2） 活塞、活塞環(huán)和活塞銷
活塞的作用是在燃燒氣體的壓力下，通過活塞銷及連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，其形狀如圖3-3所示。
活塞環(huán)的主要作用：
a、增加活塞的密封性能；
b、控制氣缸壁上潤滑油層的厚度；
c、導(dǎo)熱，以便于把活塞的熱量傳到氣缸壁。
活塞銷是用來連接活塞與連桿的，安裝在活塞的銷孔內(nèi)，用彈簧卡固定，如圖3-4所示。

圖3-2 發(fā)動機氣缸體組件
1、 氣缸體墊片 2、氣缸體 3、散熱片
4、配氣鏈條室5、氣缸孔 6、雙頭螺栓過孔
7、鏈條導(dǎo)向滾輪軸安裝孔
圖3-3 活塞
1、 頂部 2、環(huán)部 3、裙部 4、環(huán)岸
5、環(huán)槽 6、銷座 7、加強筋 8、卡環(huán)槽
9、泄油孔及泄油槽
（3） 連桿
連桿用于連接活塞與曲軸，在其間傳遞能量，并將活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿一般用優(yōu)質(zhì)鋼材鍛造，其斷面呈工字形，如圖3-5所示。連桿分大頭、小頭和桿身三部分。連桿的大頭、小頭分別有帶保持架的滾針軸承。有些車型連桿小頭是襯套，大頭是滾針軸承。

圖3-5 連桿的結(jié)構(gòu) （a）剖分式連桿 （b）整體式連桿
1、小頭 2、桿身 3、大頭 4、9、裝配記號5、連桿螺母 6、連桿蓋 7、連桿螺栓 8、軸瓦
10、連桿體 11、襯套 12、集油孔 13、集油槽
圖3-4 活塞銷連接方式
1、3、卡環(huán) 2、活塞銷
（4） 曲軸
曲軸分軸頸、曲柄和曲軸銷三部分，如圖3-6所示。曲軸的作用是把連桿的推力轉(zhuǎn)變成扭矩，并帶動配氣以及點火、發(fā)電、潤滑油泵等輔助機構(gòu)進行工作。
2. 發(fā)動機的工作過程
汽油發(fā)動機的工作過程包括進氣、壓縮、做功（點火爆發(fā)）、排氣四個步

圖3-6 組合式曲軸
1、 連桿 2、曲軸右部軸頸 3、曲軸銷
4、曲軸左部軸頸 5、滾針軸承 6、減磨墊
驟?；钊跉飧變?nèi)往復(fù)運動兩次，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機，稱為四行程發(fā)動機；活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動一次，曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機，稱為兩行程發(fā)動機。它們兩者各有優(yōu)缺點。四行程發(fā)動機耗油低、排氣污染小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修難度大，造價較高，且同排量發(fā)動機的功率低于兩行程發(fā)動機；兩行程發(fā)動機的汽油、機油消耗量都高于四行程發(fā)動機，排氣污染較大，且發(fā)動機主要部件的壽命也短于四行程發(fā)動機。目前這兩種發(fā)動機在摩托車上均被采用。
行程是指活塞在氣缸中運行到最高位置（上止點）至最低位置（下止點）的距離，單位為毫米（mm）?；钊谙轮裹c時，氣缸內(nèi)活塞上部的容積，稱為氣缸總?cè)莘e；活塞在上止點時，活塞上部的容積，稱為燃燒室容積；而活塞從下止點運行到上止點所排出的容積，稱為工作容積，單位為毫升(ml)。氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，稱為壓縮比；當(dāng)氣門完全關(guān)閉以后，活塞上部容積與燃燒室容積之比，稱為有效壓縮比。
四行程發(fā)動機的工作過程。
（1） 進氣行程（圖3-7所示）
進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，隨著活塞從上止點向下止點運動，活塞上方的氣缸工作容積增大，從而使氣缸內(nèi)的壓力降低產(chǎn)生負壓。這樣，可燃混合氣體便經(jīng)進氣道和進氣門被吸入氣缸。
（2） 壓縮行程（圖3-8所示）
進氣門和排氣門全部關(guān)閉，活塞由下止點向上止點運動。當(dāng)活塞到達上止點時，混合氣體被壓縮到活塞上方很小的空間內(nèi)，即燃燒室中?？扇蓟旌蠚怏w的壓力升高到0.6~1.5Mpa，溫度可達600~700K°。
（3） 做功(點火、爆發(fā))行程（圖3-9所示）
進氣門和排氣門仍然關(guān)閉。當(dāng)活塞運動到上止點時，裝在氣缸蓋上的火花塞即發(fā)出電火花，點燃被壓縮的可燃混合氣體?？扇蓟旌蠚怏w點燃后，火焰呈球狀，均勻平穩(wěn)的迅速擴大燃燒，放出大量的熱能。燃氣的溫度和壓力迅速上升，溫度可達2200~2800K°，壓力可達3.0~5.0Mpa。高溫高壓燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能。
（4） 排氣行程（圖3-10所示）
在做功行程中可燃混合氣體燃燒產(chǎn)生的廢氣在排氣行程中排出。
在做功行程接近終了時，排氣門開起，高溫高壓廢氣便從排氣門排出，這種在廢棄壓力作用下的排氣稱為自由排氣。活塞達到下止點后再向上止點運動時，活塞再將廢氣強制地排出?；钊竭_上止點時排氣行程結(jié)束。
四行程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、做功、排氣四個活塞行程，完成了一個工作循環(huán)，這期間，活塞在上止點、下止點間往復(fù)運動了四個行程，相應(yīng)的曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。

圖3-8 壓縮行程
圖3-10 排氣行程
配氣機構(gòu)的功用是按發(fā)動機所進行的工作循環(huán)和點火次序的要求，定時開起和關(guān)閉進氣門、排氣門，使新鮮可燃混合氣體得以及時進入氣缸，廢氣得以及時排出氣缸。
（1） 配氣機構(gòu)的組成
如圖3-11所示，配氣機構(gòu)由以下部分組成：正時主動鏈輪1、中間鏈輪2、時規(guī)鏈條3、排氣門4、氣門導(dǎo)管5、氣門彈簧6、氣門鎖夾7、鎖緊螺母8、調(diào)整螺釘9、搖臂10與13、搖臂軸套11、搖臂軸12、凸輪軸14、正時從動鏈輪15、氣門彈簧座16、進氣門17、氣門彈簧座圈18。
（2） 配氣正時
進氣門、排氣門何時開起，何時關(guān)閉，與活塞的運動位置有關(guān)，而活塞的運動位置又與曲軸的轉(zhuǎn)動位置有關(guān)。在進氣行程的上止點進氣門開起，下止點進氣門關(guān)閉；在排氣行程的下止點排氣門開啟，上止點排氣門關(guān)閉；在壓縮行程和做功行程，進氣門和排氣門均關(guān)閉。在一個工作循環(huán)中（曲軸轉(zhuǎn)過720°），進氣、排氣時間各占180°曲柄轉(zhuǎn)角。
4. 傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)包括離合器、變速機構(gòu)、變速操縱機構(gòu)、起動機構(gòu)。它的作用是根據(jù)摩托車行駛中的不同需要，把發(fā)動機的動力變換為扭矩傳給驅(qū)動輪。
（1） 離合器
離合器安裝在發(fā)動機曲軸與變速機構(gòu)之間，其功用是：
?? 把發(fā)動機的動力傳給變速機構(gòu)，在必要時切斷發(fā)動機與變速機構(gòu)之間的動力傳遞。離合器就像電氣線路中的開關(guān)一樣，當(dāng)離合器工作時，離合器處于接合狀態(tài)，此時發(fā)動機的動力經(jīng)離合器、變速機構(gòu)傳給摩托車后輪。
圖3-11 配氣機構(gòu)
?? 保證變速機構(gòu)換檔時工作平穩(wěn)。在換檔前也必須使離合器分離，中斷動力傳遞，以便于使原檔位的齒輪副由嚙合轉(zhuǎn)入脫開，才有可能使新?lián)Q檔位的齒輪副嚙合部位的線速度逐漸趨于相等，這樣進入嚙合時的沖擊可以大為減輕。
?? 當(dāng)摩托車緊急制動時，限制傳動系統(tǒng)所承載的最大扭矩，防止傳動系統(tǒng)過載。
要使離合器起到以上幾個作用，離合器應(yīng)是這樣一個傳動機構(gòu)：主動部分與發(fā)動機曲軸剛性連接，從動部分與變速機構(gòu)剛性連接。其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且必要時在傳動過程中還有可能出現(xiàn)離合器打滑。所以離合器的主動部分和從動部分之間不可采取剛性連接。
（2） 變速機構(gòu)
變速機構(gòu)是改變摩托車牽引力和行駛速度必不可少的裝置。 變速機構(gòu)的種類很多，目前廣泛應(yīng)用的是移動齒輪式變速機構(gòu)。移動齒輪式變速機構(gòu)由3～6對齒輪組成，這些齒輪都采用直齒傳動。在摩托車行駛時，這些齒輪只有一對處于嚙合狀態(tài)。由于這些齒輪的齒數(shù)各不相同，相互嚙合的傳動比也不相同，故可以改變摩托車的行駛速度。變速操縱機構(gòu)可以使所有齒輪都處于脫離嚙合的狀態(tài)。
（3） 變速操縱機構(gòu)

變速操縱機構(gòu)應(yīng)能保證準(zhǔn)確可靠地使變速機構(gòu)掛入所需的檔位，并能退到空檔。不同的變速機構(gòu)有不同的操縱機構(gòu)?，F(xiàn)在拆裝與分析的摩托車發(fā)動機和傳動系統(tǒng)中的變速操縱機構(gòu)是循環(huán)式鼓式凸輪操縱機構(gòu)。
（4） 起動機構(gòu)
發(fā)動機停機時不能輸出動力，要使發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到自行運轉(zhuǎn)工況，必須借助外力使發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)，帶動連桿活塞，完成進氣、壓縮、做功、排氣在內(nèi)的若干工作循環(huán)，在慣性力的作用下，發(fā)動機才能夠連續(xù)做功運轉(zhuǎn)，并不斷輸出動力。曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自行運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。
摩托車起動裝置必須保證發(fā)動機能達到一定的轉(zhuǎn)速，才能確保發(fā)動機在較短的時間內(nèi)可靠起動。
根據(jù)起動機構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作情況的不同，起動可分為腳踏起動、腳蹬反沖起動和電起動三種?，F(xiàn)在拆裝與分析的摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)采用的是腳蹬反沖起動。
（三） 實驗設(shè)備及工具
1. 實驗設(shè)備：四行程摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)。
2. 工具：扳子、螺絲刀及其它專用工具。
（四） 實驗內(nèi)容與方法
1. 實驗內(nèi)容
（1） 拆卸摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)；
（2） 詳細分析摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理，并畫出其機構(gòu)運動簡圖；
（3） 在功能、結(jié)構(gòu)和工作原理分析的基礎(chǔ)上對摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)的系統(tǒng)（或局部）運動方案提出改進意見（畫出改進的機構(gòu)運動簡圖）；
（4） 組裝摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)。
2. 實驗方法
（1） 實驗分組進行，每組2人；
（2） 拆卸過程中，一面拆卸一面對機械的結(jié)構(gòu)和工作原理進行分析，同時進行記錄（畫機構(gòu)運動簡圖、工作原理描述、零部件安裝關(guān)系編號）；
（3） 實驗中遇到超出所學(xué)知識范圍的內(nèi)容應(yīng)及時找指導(dǎo)教師答疑或查閱有關(guān)資料；
（4） 拆卸、分析完成后應(yīng)進行組裝并恢復(fù)原樣。
3. 實驗步驟
（1） 準(zhǔn)備實驗
?? 指導(dǎo)教師講解實驗注意事項
?? 辦理工具借用手續(xù)

?? 觀看錄像，以了解摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)與摩托車整機的安裝關(guān)系
（2） 拆卸與分析
?? 拆開發(fā)動機外殼
?? 分析發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運動傳遞關(guān)系
a、分析由氣缸的活塞到摩托車驅(qū)動輪之間的運動傳遞關(guān)系；
b、分析摩托車是如何實現(xiàn)變速的；
c、分析發(fā)動機的配氣機構(gòu)是如何工作的；
d、分析摩托車發(fā)動機是如何啟動的；
e、分析離合器的工作原理。
?? 綜合上述分析結(jié)果畫出系統(tǒng)的機構(gòu)運動簡圖（原始圖由指導(dǎo)教師簽字）
（3） 提出改進方案
?? 可以對整個傳動系統(tǒng)提出改進方案
?? 也可以對局部提出改進方案
a、或者配氣機構(gòu)；
b、或者換檔機構(gòu)；
c、或者離合器操縱機構(gòu)；
d、或者在其他方面提出改進。
（4） 組裝發(fā)動機及傳動系統(tǒng)并驗收
必須按原樣組裝發(fā)動機及傳動系統(tǒng)，由指導(dǎo)教師驗收。
（5） 辦理工具返還手續(xù)。
（五） 注意事項
1. 本實驗為開放性實驗，開放時間為七天。每個實驗小組必須在七天內(nèi)拆裝完畢；
2. 實驗過程應(yīng)注意愛護設(shè)備和工具，應(yīng)妥善保管拆卸下的零件不得損壞和丟失；
3. 完成拆裝后應(yīng)在一周內(nèi)交實驗報告；
（六） 實驗報告要求
1. 實驗?zāi)康模?br>2. 實驗設(shè)備名稱；
3. 四行程摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)運動簡圖；
4. 四行程摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)功能概述；
5. 四行程摩托車發(fā)動機及其傳動系統(tǒng)運動方案分析，包括：傳動系統(tǒng)換檔、變速的原理、換檔機構(gòu)的工作原理、發(fā)動機的起動原理、配氣機構(gòu)的工作原理、離合器的工作原理；
6. 改進方案，包括：機構(gòu)運動簡圖、功能概述、工作原理概述；
7. 心得體會。