第二章 曲柄连杆机构

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1、1,第二章 曲柄连杆机构,2,概述 一、功用： 作功冲程：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力 其他冲程：把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动（依靠曲轴与飞轮的惯性）,3,二、组成： 1、机体组：气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫-不动件,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,4,2、活塞连杆组： 由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,5,3、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮 减振器,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,6,三 、

2、工作条件： 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,工作条件:高温,高压,高速, 化学腐蚀 受力分析:气体作用力,往复慣性力, 离心力，摩擦力,7,三、受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。,8,1、 气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP， SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。,(1)

3、作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,NP,SP,P,RP,TP,9,(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,10,2、 往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。,Pj,11,3、 离心惯性力PC：旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,12,4、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨

4、损的根源。,13,2.1 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气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,14,1、 气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。,15,气缸体的分类 1）根据气缸的排列方式 （

5、1）直列式：多用于六缸以下的发动机。 （2）V型式：缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上发动机。 （3）对置式：是V型的特殊形式。,16,结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。,缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。,17,高度小，总体布置方便。,对置气缸式发动机,18,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。,2）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。,19,3）根据冷却方式不同,(1)、水冷 (2)、风冷,20,4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体,(1)、整体式气缸体：气缸直接镗

6、在气缸体上。 (2)、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,21,气缸套 目的：解决成本与寿命之间的矛盾。 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。,22,性能如何？,5）干缸套和湿缸套,强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。,散热良好、冷却均匀、加工容易。 强度和刚度不如干缸套，易漏水。,23,2.型式 （1） 干式缸套13mm 定义：其外表面不直接与冷却水接触。 特点： 1)壁厚较薄（1mm3mm）； 2)与缸体承孔过盈配合； 3)不易漏水漏气。,24,（2） 湿式缸套 定义：其外表

7、面直接与冷却水接触。 特点： 1)壁厚较厚（5mm9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀,25,定位： 1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。 2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,26,密封： 上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。,27,1）下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈。,28,2、气缸盖与燃烧室 1)、气缸盖（汽油机多为整体式；柴油机多为分开式）,功用：密封气缸的上部，与活塞、气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

8、负荷很大。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。,多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分23次 。拆卸相反顺序。 铝合金缸盖冷机拧紧即可； 铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次,29,2）、汽油机燃烧室 要求：结构紧凑，冷却面积小；能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动 类型,30,2）、汽油机燃烧室 （1） 盆形燃烧室：其特点为 1） 气门平行于气缸轴线； 2） 有挤气 冷激面，可形成挤气涡流； 3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。

9、,31,（2）楔形燃烧室：其特点为 1） 气门斜置，气流导流较好，充气效率高； 2） 有挤气冷激面，可形成挤气涡流； 燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。,32,（3）半球形燃烧室：其特点为 1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好； 2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室； 3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。,33,3、气缸垫 1）.作用：保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气、窜油 。 2）.材料：有弹性、耐热性、耐压性 3）.安装时注意方向,34,4）. 构造 （1） 金属石棉垫：（见a、

10、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。 （2） 金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图e）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。 （3） 纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。 （4） 安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,35,4、油底壳 1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 2).构造：（1）用薄钢板冲压而成。 (2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波

11、动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,36,2.2 活塞连杆组,37,38,1 活塞 1）功用： (1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室； (2)承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。 2）工作环境： 高温、散热条件差；顶部工作温度高达600-700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/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。 3）材料： 铝合金：质量小 （约为铸铁活塞的50%70%）； 导热性好（约为铸铁的三倍）；3. 热膨胀系数大。 灰铸铁,39,4）构造：活塞可分为顶部、

12、头部、裙部,销座,40,(1)、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。（高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比),41,2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,(1)、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 (2)、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， (3)、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用：,活塞销孔,42,

13、3）活塞裙部,(1)位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 (2)作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。,43,（3）活塞的变形及采取的相应措施 a、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。,44,b、变形规律 （1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁； （2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄； （3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,45,c.结构措施 （1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。,46,

14、（2） 活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm1.0mm。,47,（3） 裙部开隔热膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。(柴油机一般不开),48,（4）偏置销座 1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。,49,3、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，

15、且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,50,二、活塞环 是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命：6万公里 1气环 1）.作用： （1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。,气环尽量少（2-3）； 安装时切口错开（迷宫）,51,活塞环的间隙 （1） 端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；,2）.结构与密封原理：,52,（2） 侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。

16、第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm； （3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；,2,3,53,气环的密封原理 （1） 第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,第一密封面,54,（2） 第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,第二密封面,55,（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,56,3）.活塞环的泵油作用及危害 原因： （1）存在侧隙和背隙； （2） 环运动时在环槽中靠上靠下。,57,危害： （1）增加了润滑油的消耗； （2）火花塞沾油不跳火； （3）燃烧室积炭增多，