汽车构造第二章曲柄连杆机构

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1、第2章 曲柄连杆机构,主要内容,曲柄连杆机构的功用：,将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而 对外输出动力。,组成： 包括机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组,2.1 机体组,机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。 机体组由汽缸体、曲轴箱、汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机件组成。,图2-1 机体组的组成部件 1汽缸盖； 2汽缸体； 3汽缸垫； 4汽缸体曲轴箱； 5油底壳,曲轴箱,汽缸垫,汽缸盖,汽缸,油道和水道,油底壳,汽缸体,汽缸盖

2、罩,汽缸体:水冷发动机的汽缸体和曲轴箱常铸成 一体，称为汽缸体曲轴箱。,2.1.1 汽缸体与曲轴箱,图2-2 汽缸体曲轴箱 1曲轴支承孔； 2机体； 3汽缸； 4水道,1）按安装位置分,1.汽缸体的类型,图2-3 汽缸体的类型 1汽缸体； 2水套； 3凸轮轴孔座； 4加强肋； 5湿缸套； 6主轴承座； 7主轴承座孔； 8安装油底壳平面； 9安装主轴承盖的平面,(a)一般式汽缸体 (b)龙门式汽缸体 (c)隧道式汽缸体,一般式汽缸体,特点：机体高度小，质量轻，结构紧凑，便于机械加工，曲轴拆装方便；但是刚度和强度及曲轴前后端的密封性较差。 应用：多用于中小型发动机，如富康ZX轿车TU3.2K发动机

3、、BJ492Q及CA488汽油机的汽缸体均属于这种结构。 龙门式汽缸体 特点：强度和刚度好，能承受较大的机械负荷；但是工艺性较差，结构笨重，机械加工较困难。 应用：上海大众桑塔纳、捷达及一汽奥迪等汽车的发动机汽缸体均属于这种结构。 隧道式汽缸体 特点：结构紧凑，刚度和强度好；但是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 应用：多用于主轴承采用滚动轴承的负荷较大的柴油机，如黄河JN1181C13使用的6135Q型发动机的汽缸体就属于这种结构。,2）按结构形式分,无汽缸套式,有汽缸套式：根据冷却液是否与汽缸套相接触,干式汽缸套和湿式汽缸套,3）按排列形式分,直列式（6缸），V型8缸），水平对置

4、式,优缺点：,直列式：结构简单、长度、高度较大（垂直、倾斜、水平）。,水平对置式：高度最小、使轿车和大客车总布置更方便。,V型：刚度大、缩短发动机的长度、高度、质量。,(c)水平对置式,(a)直列式,(b)V型,根据冷却介质不同分：水冷、风冷,2.汽缸体的冷却方式,1.汽缸盖,功用： 密封汽缸的上部，与活塞、汽缸等共同构成燃烧 室。 工作条件： 由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷大 材料： 灰铸铁或合金铸铁，铝合金（导热性好，利于提 高压缩比）。,2.1.2 汽缸盖及汽缸盖衬垫,1）汽缸盖的类型,所有汽缸盖制成一体； 可缩短中心距，零件数少，成本低； 刚性差，局部损坏时需整个更换； D1

5、50mm，中小型内燃机用,两个或三个汽缸合用一个缸盖； 刚性高,一个汽缸一个汽缸盖； 大缸径的柴油机 （风冷式内燃机）用,A 块状,B 单体,整体式：,分开式：,汽缸盖用螺栓紧固在汽缸体上。拧紧螺栓时， 必须按由中央对称向四周扩展的顺序分几次进行。 最后一次要用扭力扳手按规定的拧紧力矩拧紧，以 免损坏汽缸垫而发生漏水现象。如果是铝合金汽缸 盖，则最后必须在发动机冷态下拧紧；如果是铸铁 汽缸盖，则最后应该在发动机热态时拧紧。,2）汽缸盖的安装,对燃烧室的基本要求： 结构紧凑，冷却面积小（HC）。 能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动类型。 表面要光滑，不易积炭。,3）燃烧室,燃烧室,2.汽缸

6、盖衬垫,功用： 为保证燃烧室的密封，防止漏气、漏水和漏油 。 安装位置： 汽缸盖与汽缸体之间 。 分类： 按所用材料的不同，汽缸盖衬垫可分为金属石棉汽缸 垫和全金属汽缸垫。 特性： （1）有足够的强度。在高温、高压燃气作用下不易损坏。 （2）耐热和耐腐蚀。在高温、高压燃气下或有压力的润滑 油和冷却液的作用下不烧损且不变质。 （3）具有一定弹性。对接合面的不平度起补偿作用，以保 证密封。 （4）拆装方便，可重复使用，且使用寿命长。,作用： 收集、贮存润滑油； 密封曲轴箱，防止脏物进入机体。 材料： 常用薄钢板冲压制成,2.1.3 油底壳,油底壳 1密封垫； 2油底壳； 3密封圈； 4磁性放油螺栓

7、,2.2 活塞连杆组,1第一道气环； 2第二、三道气环； 3油环刮油片； 4油环衬簧； 5活塞环槽； 6活塞销； 7卡簧； 8连杆组件； 9连杆小头衬套； 10连杆小头； 11连杆大头螺钉； 12连杆大头盖； 13连杆大头锁紧螺母； 14连杆大头轴瓦,活塞连杆组,活塞组,连杆组,功用： 活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室；承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 工作环境： 高温、散热条件差；顶部工作温度高600700，且分布不均匀；高速，线速度达到10 14m/s，承受 很大的惯性力；活塞顶部承受最高可达3 5MPa（ 汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。 材料： 铝合金：质量

8、小 导热性好；高级铸铁（低速柴 油机）,2.2.1 活塞,1.活塞的基本结构,1活塞顶； 2活塞头； 3活塞环； 4活塞销座；5活塞销； 6活塞销锁环；7活塞裙； 8加强肋； 9环槽,1）活塞顶部,28,（1）平顶活塞。平顶活塞的顶部是一个平面，结构及制造工艺简单，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。 （2）凹顶活塞。凹顶活塞的顶部呈凹陷形，有些汽油机为了改善混合气的形成和燃烧质量而采用凹顶活塞。凹顶的大小还可以用来调节发动机的压缩比。 （3）凸顶活塞。凸顶活塞的顶部凸起，起导向作用，有利于改善换气过程。二冲程汽油机常采用凸顶活塞。,2）活塞头部,位置：第一道活

9、塞槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,作用：,活塞销孔,承受气体压力、与活塞环一起实现汽缸的密封和将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传递给汽缸壁。,3）活塞裙部,位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座 孔。 作用：对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧 压力。,活塞受力情况,2.活塞的变形与防治措施,（1）冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的椭圆。,采用的措施：,（2）上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或 桶形（任何情况下都能得到良好润滑，但加工困难）。,采用的措施：,（3）有些汽油机活塞在裙部开槽。,使裙部具有一定弹性，减少冷态时配合间隙，热态时有一定退让

10、性，不至于发生拉缸或卡死,开槽目的,注：a) 槽底部形状：圆孔 b) 柴油机一般不采用开槽方法,绝热槽,膨胀槽,圆槽,采用的措施：,（4）采用拖板式活塞。拖板式活塞裙部不受侧向力，两边切去一部分或开孔以减少惯性力和热变形量。,采用的措施：,（5）活塞销偏置,采用的措施：,a)活塞销对中布置 b)活塞销偏移布置,具有弹性的开口环，自 由状时，环外径大于缸径。,2.2.2 活塞环,密封,传热,气环,布油,刮油,分类及作用：,油环,1.气环,切口,气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于汽缸直径，它与活塞一起装入汽缸后，外表面紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机

11、一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。,1）气环密封原理,在自身弹力作用下，环外圆面紧贴汽缸壁，形成第一密封面； 在燃气压力作用下，环下表面压紧环槽侧面，形成第二密封面。,安装时，各环切口位置均匀错开，并避 开侧压力最大方向。,与缸径大小有关； 一般 =0.20.8mm。,开口间隙大小有严格规定,过大，影响密封； 过小，热膨胀后会卡死。,？,迷宫式密封,2）气环断面形状,气环断面形状,气环的泵油作用,活塞,活塞,汽 缸,汽 缸,2.油环,上刮片,轴向衬簧,径向衬簧,下刮片,油环的刮油作用,2.2.3 活塞销,作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传递给连杆。,材料与工艺:优质

12、低碳钢，表面淬火、精磨。,活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。,1.活塞销的形状,连杆,活塞销,全浮式：活塞 销能在连杆衬 套和活塞销座 中自由摆动， 使磨损均匀 需要有卡环 冷态过渡配合 铝活塞加热然后装活塞销,半浮式：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车,活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合方式 :全 浮式（工作时自由转动）、半浮式。,2.活塞销的连接方式,2.2.4 连杆,作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传 给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。,连 杆 组 件 分 解 图,连杆杆身

13、,1.连杆的结构,连杆主要由连杆小头、连杆杆身、连杆螺栓、连杆大头、连杆轴瓦和连杆盖等组成,1）连杆小头 2）连杆杆身 3）连杆螺栓 4）连杆大头,连杆大头（连杆与连杆盖）的定位形式,止口定位,套筒定位,锯齿定位,配对加工，同侧标记，不得装反,5）连杆轴瓦 瓦片式滑动轴承：承受载荷和导热,连杆轴承的工作条件： （1）承受交变载荷 （2）高速摩擦 （3）低速大负荷运行时，润滑条件差 （4）润滑油油质不断变化,V型发动机连杆的结构形式,并列连杆式,主副连杆式,叉形连杆式,2.V型发动机的连杆,2.3 曲轴飞轮组,2.3.1 曲轴,功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机

14、的配气机构及其他各种辅助装置。 工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。,1.曲轴的组成,曲轴的曲柄数目等于汽缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲柄数等于汽缸数的一半。,主轴颈和连杆轴颈： 主轴颈是曲轴的支承部分。,每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴； 主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。,2）全支承曲轴 优点：提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷。 缺点：曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长。 应用：柴油机一般多采用此种支撑方式。,1）非全支承曲轴 优点：缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小。 缺点：主轴承载荷较大。 应用

15、：承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式。,1-主轴颈；2-曲轴；3-连杆轴颈；4-圆角；5-积污腔；6-油管；7-开口销；8-螺塞；9-油道；10-挡油盘；11-回油螺纹 ； 12-飞轮结合盘,曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道,连杆轴颈,曲拐,曲柄销（连杆轴颈） 曲柄臂 主轴颈,平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,2.曲轴前端,3.曲轴后端 曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。,4.曲轴轴向定位 在曲轴前端或中部的某一道主轴承的两侧安装止推垫片可以实现曲轴的轴向定位。当曲轴向前窜动时，由后止推垫片承受轴向推力；向后窜动时，由前止推垫

16、片承受轴向推力。,5.曲拐布置和发火次序,1、各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 2、连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前 半部和后半部交替进行。 比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3 六缸机：1-5-3-6-2-4 3、V型发动机左右汽缸尽量交替作功。 4、曲柄布置尽可能对称、均匀，以使发动机工作平衡性好。,（1）一般规律,（2）常见曲轴曲拐的布置,对缸数为i的发动机而言，其点火次序为： 四行程：720/i 二行程：360/i,1） 直列4缸四冲程发动机的点火次序和曲拐布置,点火次序：各缸完成同名行程的次序。,功,功,功,功,1 3 4 2,四缸四行程发动机的曲拐布置,2）直列六缸四冲程发动机点火次序和曲拐布置,：1 5 3 6 2 4,功,功,功,功,功,功,直列六缸四行程发动机的曲拐布置,3）V型8