典型機械拆裝與分析實驗

（一） 實驗目的
1. 了解四行程摩托車發動機及其傳動系統的結構和工作原理；
2. 分析各種機構在摩托車發動機及其傳動系統中的應用；
3. 培養設計與分析機械系統運動方案的能力。
（二） 實驗預習內容
1. 四行程摩托車發動機的組成
發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。發動機主要包括氣缸、活塞、活塞環、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。
（1） 氣缸
發動機的氣缸包括氣缸頭和缸體兩部分。結構如圖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、氣門內彈簧墊圈 6、氣門外彈簧
7、氣門內彈簧 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、氣門間隙調整螺釘16、氣門間隙調整螺母 17、氣門室蓋
18、進氣門 19、氣門導管 20、氣門座
（2） 活塞、活塞環和活塞銷
活塞的作用是在燃燒氣體的壓力下，通過活塞銷及連桿驅動曲軸旋轉，其形狀如圖3-3所示。
活塞環的主要作用：
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，用彈簧卡固定，如圖3-4所示。

圖3-2 發動機氣缸體組件
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、鏈條導向滾輪軸安裝孔
圖3-3 活塞
1、 頂部 2、環部 3、裙部 4、環岸
5、環槽 6、銷座 7、加強筋 8、卡環槽
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運動轉變成曲軸的旋轉運動。連桿一般用優質鋼材鍛造，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 連桿的結構 （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 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變成扭矩，并帶動配氣以及點火、發電、潤滑油泵等輔助機構進行工作。
2. 發動機的工作過程
汽油發動機的工作過程包括進氣、壓縮、做功（點火爆發）、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。活塞在氣缸內往復運動兩次，曲軸旋轉兩周完成一個工作循環的發動機，稱為四行程發動機；活塞在氣缸內往復運動一次，曲軸旋轉一周完成一個工作循環的發動機，稱為兩行程發動機。它們兩者各有優缺點。四行程發動機耗油低、排氣污染小，但結構復雜、維修難度大，造價較高，且同排量發動機的功率低于兩行程發動機；兩行程發動機的汽油、機油消耗量都高于四行程發動機，排氣污染較大，且發動機主要部件的壽命也短于四行程發動機。目前這兩種發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）。活塞在下止點時，氣缸內活塞上部的容積，稱為氣缸總容積；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)。氣缸總容積與燃燒室容積之比，稱為壓縮比；當氣門完全關閉以后，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，從而使氣缸內的壓力降低產生負壓。這樣，可燃混合氣體便經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閉，活塞由下止點向上止點運動。當活塞到達上止點時，混合氣體被壓縮到活塞上方很小的空間內，即燃燒室中。可燃混合氣體的壓力升高到0.6~1.5Mpa，溫度可達600~700K°。
（3） 做功(點火、爆發)行程（圖3-9所示）
進氣門和排氣門仍然關閉。當活塞運動到上止點時，裝在氣缸蓋上的火花塞即發出電火花，點燃被壓縮的可燃混合氣體。可燃混合氣體點燃后，火焰呈球狀，均勻平穩的迅速擴大燃燒，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。活塞到達上止點時排氣行程結束。
四行程發動機經過進氣、壓縮、做功、排氣四個活塞行程，完成了一個工作循環，這期間，活塞在上止點、下止點間往復運動了四個行程，相應的曲軸旋轉了兩周。

圖3-8 壓縮行程
圖3-10 排氣行程
配氣機構的功用是按發動機所進行的工作循環和點火次序的要求，定時開起和關閉進氣門、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） 配氣機構的組成
如圖3-11所示，配氣機構由以下部分組成：正時主動鏈輪1、中間鏈輪2、時規鏈條3、排氣門4、氣門導管5、氣門彈簧6、氣門鎖夾7、鎖緊螺母8、調整螺釘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，何時關閉，與活塞的運動位置有關，而活塞的運動位置又與曲軸的轉動位置有關。在進氣行程的上止點進氣門開起，下止點進氣門關閉；在排氣行程的下止點排氣門開啟，上止點排氣門關閉；在壓縮行程和做功行程，進氣門和排氣門均關閉。在一個工作循環中（曲軸轉過720°），進氣、排氣時間各占180°曲柄轉角。
4. 傳動系統
傳動系統包括離合器、變速機構、變速操縱機構、起動機構。它的作用是根據摩托車行駛中的不同需要，把發動機的動力變換為扭矩傳給驅動輪。
（1） 離合器
離合器安裝在發動機曲軸與變速機構之間，其功用是：
?? 把發動機的動力傳給變速機構，在必要時切斷發動機與變速機構之間的動力傳遞。離合器就像電氣線路中的開關一樣，當離合器工作時，離合器處于接合狀態，此時發動機的動力經離合器、變速機構傳給摩托車后輪。
圖3-11 配氣機構
?? 保證變速機構換檔時工作平穩。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入脫開，才有可能使新換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。
?? 當摩托車緊急制動時，限制傳動系統所承載的最大扭矩，防止傳動系統過載。
要使離合器起到以上幾個作用，離合器應是這樣一個傳動機構：主動部分與發動機曲軸剛性連接，從動部分與變速機構剛性連接。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
變速機構是改變摩托車牽引力和行駛速度必不可少的裝置。 變速機構的種類很多，目前廣泛應用的是移動齒輪式變速機構。移動齒輪式變速機構由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。由于這些齒輪的齒數各不相同，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。變速操縱機構可以使所有齒輪都處于脫離嚙合的狀態。
（3） 變速操縱機構

變速操縱機構應能保證準確可靠地使變速機構掛入所需的檔位，并能退到空檔。不同的變速機構有不同的操縱機構。現在拆裝與分析的摩托車發動機和傳動系統中的變速操縱機構是循環式鼓式凸輪操縱機構。
（4） 起動機構
發動機停機時不能輸出動力，要使發動機由靜止狀態過渡到自行運轉工況，必須借助外力使發動機曲軸旋轉，帶動連桿活塞，完成進氣、壓縮、做功、排氣在內的若干工作循環，在慣性力的作用下，發動機才能夠連續做功運轉，并不斷輸出動力。曲軸在外力作用下開始轉動到發動機開始自行運轉的全過程，稱為發動機的起動。
摩托車起動裝置必須保證發動機能達到一定的轉速，才能確保發動機在較短的時間內可靠起動。
根據起動機構結構和工作情況的不同，起動可分為腳踏起動、腳蹬反沖起動和電起動三種。現在拆裝與分析的摩托車發動機及其傳動系統采用的是腳蹬反沖起動。
（三） 實驗設備及工具
1. 實驗設備：四行程摩托車發動機及其傳動系統。
2. 工具：扳子、螺絲刀及其它專用工具。
（四） 實驗內容與方法
1. 實驗內容
（1） 拆卸摩托車發動機及其傳動系統；
（2） 詳細分析摩托車發動機及其傳動系統的功能、結構和工作原理，并畫出其機構運動簡圖；
（3） 在功能、結構和工作原理分析的基礎上對摩托車發動機及其傳動系統的系統（或局部）運動方案提出改進意見（畫出改進的機構運動簡圖）；
（4） 組裝摩托車發動機及其傳動系統。
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構和工作原理進行分析，同時進行記錄（畫機構運動簡圖、工作原理描述、零部件安裝關系編號）；
（3） 實驗中遇到超出所學知識范圍的內容應及時找指導教師答疑或查閱有關資料；
（4） 拆卸、分析完成后應進行組裝并恢復原樣。
3. 實驗步驟
（1） 準備實驗
?? 指導教師講解實驗注意事項
?? 辦理工具借用手續

?? 觀看錄像，以了解摩托車發動機及其傳動系統與摩托車整機的安裝關系
（2） 拆卸與分析
?? 拆開發動機外殼
?? 分析發動機內部結構及運動傳遞關系
a、分析由氣缸的活塞到摩托車驅動輪之間的運動傳遞關系；
b、分析摩托車是如何實現變速的；
c、分析發動機的配氣機構是如何工作的；
d、分析摩托車發動機是如何啟動的；
e、分析離合器的工作原理。
?? 綜合上述分析結果畫出系統的機構運動簡圖（原始圖由指導教師簽字）
（3） 提出改進方案
?? 可以對整個傳動系統提出改進方案
?? 也可以對局部提出改進方案
a、或者配氣機構；
b、或者換檔機構；
c、或者離合器操縱機構；
d、或者在其他方面提出改進。
（4） 組裝發動機及傳動系統并驗收
必須按原樣組裝發動機及傳動系統，由指導教師驗收。
（5） 辦理工具返還手續。
（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拆裝完畢；
2. 實驗過程應注意愛護設備和工具，應妥善保管拆卸下的零件不得損壞和丟失；
3. 完成拆裝后應在一周內交實驗報告；
（六） 實驗報告要求
1. 實驗目的；
2. 實驗設備名稱；
3. 四行程摩托車發動機及其傳動系統運動簡圖；
4. 四行程摩托車發動機及其傳動系統功能概述；
5. 四行程摩托車發動機及其傳動系統運動方案分析，包括：傳動系統換檔、變速的原理、換檔機構的工作原理、發動機的起動原理、配氣機構的工作原理、離合器的工作原理；
6. 改進方案，包括：機構運動簡圖、功能概述、工作原理概述；
7. 心得體會。