汽车发动机常见故障分析毕业设计说明书.docx
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汽车发动机常见故障分析毕业设计说明书
摘要
针对捷达发动机EA113型，并利用此发动机计算曲柄连杆机构的建模参数。
通过solidworks2011进行了曲柄连杆机构模型设计。
主要包括活塞零件、曲轴零件、连杆部件装配体以及曲柄连杆机构装配体三维模型。
在frontpage2003软件的基础上，开发设计了包含发动机常见故障分析及维修对策内容的网页。
网页的内容主要包括发动机两大机构五大系统方面的维修问题。
其功能有查找内容方便，所占空间小，操作简单等优点。
【关键词】两大机构五大系、故障分析、维修对策
Abstract
TheJettaEA113enginetype,andweusethisenginecrankconnectingrodmechanismmodelingparameterscalculation.Thecrankconnectingrodmechanismmodelwasdesignedthroughsolidworks2011.ItMainlycomprisesapiston,crankshaft,connectingrodpartsassemblyandacrankconnectingrodmechanismassemblymodel.Basedonthefrontpage2003software,wedevelopmentanddesignoftheengine'scommonfaultanalysisandrepairmeasuresofthewebpagecontent.webpagecontentmainlyincludesanenginetwobigmechanismsandfivesystemswithrespecttorepairtheproblem.Itsfunctionistofindcontentisconvenient,smalloccupiedspace,simpleoperationandsoon.
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360702501
【Keywords】twobiginstitutionsandfivesystems；CommonfaultAnalysis；repairMeasures
第1章前言
随着我国道路交通网络的大力建设，汽车制造业正如雨后春笋般发展起来，汽车作为主要的交通工具，其在使用过程中的故障会直接威胁人们的安全，汽车在使用过程中的保养与维修也成为人们关心的问题。
汽车发动机在汽车构造上有着重要的位置，在使用过程中，汽车发动机的故障问题是引发交通事故的主要因素之一。
本毕业设计即要求针对汽车发动机各个部分进行故障分析以及相应的维修对策研究，并通过frontpage2003编辑成网页提供共享信息。
在用solidworks2011建立发动机曲柄连杆的3D模型时参照了捷达发动机EA113的结构参数。
第2章曲轴设计
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360702501曲轴的结构与其制造方法有直接关系，在进行曲轴结构设计时必须同时考虑。
曲轴分整体式和组合式两大类。
本毕业设计采用整体式设计。
2.1曲轴介绍
曲轴是发动机最重要的机件之一，它的尺寸参数在很大程度上不但影响着发动机的整体尺寸和质量，而且影响着发动机的可靠性与寿命。
曲轴的破换事故可能引起其他零部件的严重损坏。
设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构形式、材料与工艺，以求获得最经济、最合理的效果。
2.2曲轴结构和材料分析
（1）材料：
在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命，作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求高度的耐磨性、耐疲劳性和冲击韧性。
同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。
在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。
以铸代锻，以铁代钢。
高强度球墨铸铁的出现为铸造曲轴的广泛采用提供了前提。
球墨铸铁就其机械性能和使用性能而言，比其它多种铸铁都要好。
球墨铸铁曲轴可以铸成复杂的合理的结构形状，使其应力分布均匀，金属材料更有效地利用，加上球铁材料对断面缺口的敏感性小，使得球铁曲轴的实际弯曲疲劳强度与正火中碳钢相近。
该发动机曲轴采用球墨铸铁铸造而成。
（2）曲轴长度：
曲轴的长度都是由总体布置决定的，主要取决于缸心距L0、气缸直径D及曲轴的支承形式。
当曲轴采用全支承时，曲轴的长度就要大一些。
曲轴总长度定下来后，曲轴其他部位长度的确定就是如何合理分配的问题了。
曲轴的结构形式如图2.1。
图2.1曲轴结构图
（3）连杆轴颈：
在设计曲轴轴颈时，首先应该考虑连杆轴颈，因为连杆轴颈的负荷比主轴颈的负荷大。
在现在发动机设计中，一般趋向采用较大的D2值，以减小连杆轴颈比压，提高连杆轴承的工作可靠性和刚度。
因此当前的设计趋势是：
增加D2，减小L2。
这样设计的优点是：
①L2一定时，D2增加，比压下降，耐磨性提高。
②D2增加时，弯曲刚度增加，扭转刚度增加。
③L2下降时，纵向尺寸下降，曲轴刚度提高。
从润滑理论来讲，希望L2/D2≈0.4。
因为如果L2/D2过小，润滑油很容易从滑动轴承两端泄掉，油膜压力建立不起来，轴承的承载能力下降；如果L2/D2过大，则润滑油流动不畅，导致油温升高，润滑油粘度下降和承载能力下降。
而且当L2过大时，曲轴变形大，容易形成棱缘负荷。
提高D2还受到两个限制：
1D2增加导致离心力增加，转动惯量增加。
2受到两岸大头及剖分面形式的影响，一般L2/D2的取值为
D2/D≤0.65（平切口）
（4）主轴颈：
从曲轴全长等刚度的角度出发，应该设计成D1=D2；从曲轴等强度的角度出发，应该设计成D1＜D2。
但是在实际结构中，主轴颈D1都大于连杆轴颈D2，这样做的原因是：
①D1增加，可以增加曲轴轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，而不增加离心力。
加粗主轴颈后，可以相对缩短其长度，从而可以增加曲柄厚度，即增加了曲柄刚度。
这点非常可贵，因为大多数曲轴最薄弱的部分就是曲柄，很多断裂都发生在此处。
②D1增加，可增加扭转刚度，固有频率We增加，转动惯量I增加不多。
但是，D1增加，主轴承圆周速度增加，摩擦损失增加，油温提高。
一般D1/D2≈1.05～1.25,L1＜L2,L1/D1≥0.3。
多缸发动机的曲柄销长度是相等的，但是主轴颈的长度则不一定相等。
负荷较大的主轴颈应该长一些，安装推力轴承的主轴承也要长一些。
（5）曲柄：
曲柄应选择适当的厚度、宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。
曲柄的形状应合理，以改善应力的分布。
在确定曲柄的尺寸时，应该考虑到曲柄往往是整体式曲轴中的最薄弱环节。
如果在曲轴设计时注意到了防止扭振，那么曲轴经常遇到的破坏形式便是沿曲柄的弯曲疲劳破坏。
曲柄在曲拐平面内的抗弯能力以其矩形截面系数来衡量，曲柄横截面的抗弯截面系数为：
Wσ=（bh2）/6
式中，h为曲柄厚度；b为曲柄宽度。
为了提高曲柄的抗弯能力，增加曲柄厚度h要比增加曲柄的宽度b好得多。
据统计表明：
①h调高10%，Wσ理论上提高20%，实际上提高40%，因为h提高，则圆角处应力集中现象减轻，使应力分布趋于均匀。
但是在缸心距一定的条件下，增加曲柄厚度的代价是缩短轴颈的长度，可见h的增加受到限制。
②b提高10%，Wσ理论上提高10%，实际上提高5%，这是由于b提高，应力分布不均匀更加严重。
现代发动机曲轴大多数采用椭圆形曲柄，这样既可以尽量减小曲轴质量，又可以最大限度地保证曲柄应力分布均匀。
（6）平衡块：
对四拐曲轴来说，作用在第1、2拐和第3、4拐上的离心惯性力互成力偶。
这两个力偶大小相等、方向相反，所以从整体上讲是平衡的，但是这两个力偶却还是作用在曲轴上了，曲轴这两个对称力偶的作用下可能发生弯曲变形。
由于曲轴是安装在机体的主轴承中的，所以曲轴发生弯曲变形时上述力偶就将也部分地作用在机体上，使机体承受附加弯曲力偶的作用，尤其是在此情况下主轴承的工作条件也要变坏。
安装平衡重，改善曲轴本身和机体的受力情况，尤其改善了主轴承的工作条件。
设计时，平衡重对主轴承工作情况的影响是利用主轴颈载荷图来进行估算的。
没有平衡重时，由于离心惯性力的影响，主轴颈表面所受载荷的分布可能很不均匀，一部分轴颈表面所受载荷很大，但另一部分轴颈表面却完全不承受载荷。
通过安装平衡重可以抵消一部分离心惯性力，从而使轴颈表面的载荷分布比较均匀些，与此同时轴颈和轴承表面的平均载荷也可以相应下降。
它意味着轴颈的磨损也可以比较均匀，而不是集中于一处，防止因偏磨而很快失圆损坏。
设计平衡重时，应尽可能使平衡重的重心远离曲轴旋转中心，即用较轻的重量达到较好的效果，以便尽可能减轻曲轴重量。
平衡重的径向尺寸和厚度以不碰活塞裙底和连杆大头能通过为限度。
将平衡重与曲轴铸成一体时加工较简单，并且工作可靠。
（7）曲轴油孔：
为保证曲轴轴承工作可靠，对它们必需有充分的润滑。
曲轴中油道的尺寸和布置直接影响它的强度和刚度，同时也影响轴承工作的可靠性。
润滑油一般从机体上的主油道通过主轴承的上轴瓦引入。
从主轴颈向曲柄销
2.3曲轴结构参数计算
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曲柄销直径D2=0.60D～0.65D取D2=0.60D=0.6×80.985=48.591mm
曲柄销长度L2≈0.4D2取L2=0.4×48.591=19.436mm
主轴颈的直径D1=1.05D2～1.25D2取D1=1.05D2=1.05×48.591=51mm
主轴颈的长度L1≥0.5D1取L1=0.3D1=0.5×51=25mm
曲柄的宽度b=0.75D～1.2D取b=0.8D=0.8×80.985=64.788mm
曲柄的厚度h=0.18D～0.25D取h=0.22D=0.22×80.985=17.817mm
连杆比λ=r/L=0.25～0.31，取λ=0.27，又因为L=149mm，所以曲柄r=40.23mm.
所见模型见图2.2。
图2.2曲轴
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第3章活塞设计
3.1活塞介绍
活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在汽缸里作往复运动的零件，他们是活塞式发动机中工作条件最严酷的组件。
发动机的工作可靠性与使用耐久性在很大程度上与活塞组的工作情况有关。
活塞组件与气缸一起保证发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常运转。
活塞组零件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了他们会遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等缺陷。
实践经验证明，活塞组零件的寿命决定了发动机的修理间隔。
在大功率强化发动机中，活塞组的热负荷往往限制了发动机的强化潜力。
由此可见，提高活塞组零件的工作可靠性和耐久性具有极其重要的意义。
活塞组的作用可归结为：
①传力、导向。
承受燃烧室内气体的压力，将压力传递给连杆，并保证活塞在气缸内顺畅运动。
②密封。
通过活塞环和活塞密封气体，保证缸内工质不泄露或很少泄漏。
③传热。
在密封的基础上，通过活塞环和活塞裙部向缸壁传递热量。
④配气。
完成进气、压缩和排气功能，在二冲程发动机中还起到配气滑阀的作用。
3.2活塞结构和材料分析
（1）材料：
根据上述对活塞设计的要求，活塞材料应满足如下要求：
1.热强度高。
即在
高温下仍有足够的机械性能，使零件不致损坏；
2.导热性好，吸热性差。
以降低顶部及环区的温度，并减少热应力；
3.膨胀系数小。
使活塞与气缸间能保持较小间隙；
4.比重小。
以降低活塞组的往复惯性力，从而降低了曲轴连杆组的机械负荷和平衡配重；
5.有良好的减磨性能（即与缸套材料间的摩擦系数较小），耐磨、耐蚀；
6.工艺性好，低廉。
在发动机中，灰铸铁由于耐磨性、耐蚀性好、膨胀系数小、热强度高、成本低、工艺性好等原因，曾广泛地被作为活塞材料。
但近几十年来，由于发动机转速日益提高，工作过程不断强化，灰铸铁活塞因此比重大和导热性差两个根本缺点而逐渐被铝基轻合金活塞所淘汰。
铝合金的优缺点与灰铸铁正相反，铝合金比重小，约占有灰铸铁的1/3，结
渐加大，而且过渡圆角
应足够大，使活塞顶吸收的热量能顺利地被导至第二、三环，以减轻第一环的热负荷，并降低了最高温度。
活塞头部要安装活塞环，侧壁必须加厚，一般取0.05～0.1D，取0.05D为4mm，
蓄电池电压不足是由于电解液密度过小引起的。
一般来说，在20℃环境下，在全充电状态下，电解液相对密度为1.26g/cm,当密度下降到1.20g/cm时处于半放电状态，当密度再降到1.15g/cm时则为全放电状态。
电解液密度可用密度计测量，若密度小于1.20g/cm，应对蓄电池进行充电。
充电时应保证电量充足。
一般12V蓄电池充电电压可到14V，充电时还应防止过度充电。
过度充电可引起蓄电池发热冒气，溶化沥青，严重时导致正极板栅格膨胀，以致扭曲破坏。
2°启动系统线路有故障
①主保险丝烧断。
此时整个启动系统不通电，所以起动机不能旋转，需更换新保险丝排除。
②蓄电池连接板松动或连接导线松动。
电瓶的电极，特别是正电极接线柱容易被腐蚀。
接触面一旦被腐蚀生锈，就容易松动。
松动后，导电不畅，容易温升，使起动机不能起动。
因此，应经常清扫和擦拭各连接板和接线柱，保持其清洁，使导电良好。
③蓄电池到起动机的导线松动。
用拧紧螺母的方法排除。
3°起动机有故障
①电磁开关损坏：
电磁开关内部主要由保持线圈（细）和吸引线圈（粗）组成。
保持线圈接地，而吸引线圈进入磁场和电枢。
当接通启动开关后，两线圈均产生激磁，移动铁芯并使起动机慢慢旋转，铁芯又牵动杠杆拨动启动齿轮与飞轮齿圈啮合，同时铁芯移动又使电磁开关的内触点接通，此时巨大的启动电流将使起动机产生很大的扭矩启动发动机。
若电磁开关损坏，将无法产生启动力矩，或者起动机小齿轮无法与飞轮齿圈啮合。
此类故障的排除方法多是重新更换电磁开关，只有当购不到新品时才进行修理。
修理方法是卸下起动机，将起动机与蓄电池接通，检查小齿轮能不能跳出。
若不能正常跳出，就说明保持线圈电路有问题，应拆下进行修理；若起动机不转动，问题可能就在吸引线圈上。
②电刷磨损：
电刷一般用石墨粉压成，耐磨性较差。
当磨损到一定高度时，则出现电刷压紧力不够，电阻增加，影响起动机平稳工作。
462Q型汽油机的起动机电刷长度为19mm，若磨损到12mm时，就应更换。
电刷在电枢轴端的导向器上，工作时有间歇性振动，因此电刷也有裂纹破碎现象，此时也应更换。
③起动机磁场与电枢之间断路：
我们知道，起动机的磁场绕组与电枢绕组是串联的。
起动机是根据通电导体在磁场中受到磁力线的作用而转动的。
一旦磁场的电路断了，就没有磁场，电枢也失去了转动的条件。
如果电枢中导线断了，没有通电导体，起动机也不能起动。
实际上，起动机上的磁场绕组一般是不易损坏的。
上述所说的断路主要是指绝缘受到破坏。
而电枢绕组则更容易短路或搭铁。
主要修理方法是换绝缘纸、捆扎、浸漆烘干，焊好接头，重新复位装好。
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4°机械部分出现故障
A起动机小齿轮离合器打滑。
此时起动机转而小齿轮不转（即起动机空转），发动机起动不起来。
此时应对起动机分解，并修理或更换新的离合器。
B拨叉不回位。
当起动机将发动机启动后，松开起动开关（钥匙），此时，在弹簧的作用下，拨叉将小齿轮与飞轮齿圈脱开，起动机停止工作。
当弹簧弹力降低时，拨叉不回位，小齿轮与飞轮齿圈脱不开，这时发动机带动起动机高速旋转（因传动比较大），非常危险。
此时应尽快停机，更换弹力合格的回位弹簧。
C起动机电枢轴承间隙过大，转动时导致激磁绕组铁芯与电枢相摩擦。
此时因为摩擦力消耗过大，启动扭矩显得不足。
修理方法是更换轴端滑动轴承（衬套）。
D起动机小齿轮与飞轮大齿圈卡住。
此故障多在小齿轮磨损比较严重而且小齿轮的进入端（前端）有毛刺的情况下发生。
此外，当起动机安装后小齿轮与大齿圈中心线不平行（安装紧固螺钉是力矩不相同）或间隙过小时也容易出现小齿轮退不出的故障。
如果发生此种故障，应立刻将起动机与蓄电池之间的连接导线拆除，否则会烧坏启动电机。
2起动机功率不足
发动机的最大静摩擦力矩和最低起动转速决定了起动机功率的大小。
在起动机的设计或选型时，已经充分考虑了发动机对起动的基本要求。
一般来说，在正常的使用环境下，不存在起动机功率不足的问题。
所说的起动机功率不足，除了由于各种故障引起的以外，就是使用环境有了变化，尤其低温对气动性能影响最大。
在低温状态，各运动副之间机油粘度很大，增加了克服静摩擦的力矩；在低温状态，蓄电池电解液相对密度增加扩散性差，效率低；在低温状态可燃混合气雾化不好等等，都导致起动机的“功率不足”，其实这是假象。
有些发动机起动系统的设计，没有充分考虑使用区域，尤其是低温寒冷地区或季节。
此类发动机在无保温车库的条件下，启动时比较困难的。
以下原因将引起起动机功率的真正不足：
蓄电池充电不足；
起动机电路导线松动或接触不良；
轴承过紧或过松；
换向器和电刷磨损严重或电刷弹簧过软；
电枢或磁场线圈有短路处；
启动开关触点烧蚀或电磁开关线路短路。
以上故障情况，可参照起动机不旋转故障有关条款检查和排除。
在“插入”对话框中的“大小”栏，设置行数为2，列数为4，插入表格后，选择最后一列，单击右键菜单中的“合并单元格”，单击表格的线条设置其宽度为0。
至此完成表格插入。
（5）插入“交互式按钮”，具体操作见下图。
并在交互式按钮的对话框中的“按钮”中的按钮样式中，选择自己喜欢的样式，并在“文本”栏中，填入相应的名称；在“字体”栏中，字体：
隶书；字形：
加粗；字体：
14号；颜色自定；在水平对齐方式、垂直对齐方式中均选择“居中”。
在“图像”中，“宽度”选择150.至此完成按钮插入。
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（6）在表格下方，录入“汽车发动机是汽车的心脏。
其性能优劣决定了汽车的动力性和经济性指标，决定了运转性能好坏及公害（排气污染、噪声）大小；其结构设计水平决定了发动机工艺复杂程度和经济成本，使用安全可靠性及外场维护保养是否方便等重要方面。
汽车发动机是否能充分体现出设计者要求的性能指标，除了依靠制造厂家的工艺水平、质保体系的严格把关外，很大程度上取决于正确的使用、合理的维护、定期的保养、科学的调整和及时的修理。
”最终效果见下图所示。
（7）在导航结构中，双击“点火系统”网页，出现网页界面，基本设置详见上述，在此就不赘述。
其中稍微改变的是背景图片，本人选择了一幅赏心悦目的且易于文字阅读的图片，在此需要用到“书签”和“超链接”新功能。
“书签”功能步骤略述如下：
①选中标题，单击菜单栏中的“插入”中的“书签”，在出现的对话框中，单击确定即可。
②在需要连接的文字上，选中并单击右键菜单中的“超链接”，选择相应的书签即可。
效果详见下图。
录入毕业设计说明书中的相应部分的文字，并设置相应的文字格式，与word无异。
（8）其它网页诸如“冷却系统”、“起动系统”、“润滑系统”等等。
其操作基本上与上述相同，在此就不赘述。
（9）在零件图和装配图中录入相关图片，只不过是把文字改成图片而已。
（10）完成网页制作部分的收尾部分，及在网页“汽车发动机常见故障分析及维修对策”中，在相应的按钮中添加相应的“超链接”，超链接对话框中选中需要连接的网页，单击“确定”按钮即可。
6.2.3完成网页制作
将制作的网页保存在一个文件夹中，并用frontpage2003打开网站的主页，试用相关浏览功能，确定无误后，关闭软件。
并将文件夹拷在毕业设计的文件夹中，至此完成网页制作部分。
结论
（1）首先经过几种方案的比较，最终确定了设计方案，本设计以捷达EA113汽油机作为参照，确定了相关参数，以便进行下一步的设计计算。
（2）查阅了发动机的结构参数，并根据内燃机学、内燃机设计方面的知识，计算出建模需要的具体结构尺寸。
（3）分析了零部件的工作条件，合理选择材料，使之满足设计要求。
（4）本设计运用solidworks2011建立模型。
完成了零件模型建立以及装配
（5）归纳出两大系五大机构常见故障分析及维修对策。
（6）运用frontpage2003将发动机常见故障通过网页的平台向广大汽车用户、机械专业学生、汽车专业学生等相关人员提供相关的图形信息、文字信息等。
（7）针对现代电控发动机的常见故障诊断，可以根据：
①故障指示灯②排气管放炮③进气管回火④有无明显的敲击声⑤燃油消耗量⑥尾气排放情况
建立这些故障的经验数据库，当发动机出现故障现象时，可以根据诊断数据，初步判断故障原因。
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