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1、第一节：曲柄连杆机构概述,一.功用与组成,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： 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,（一）气体压力,（二）往复惯性力和离心惯性力,（二）离心惯性力,危害：给主轴颈、主轴承、连杆轴颈、连杆轴承附加力，加速部位磨损，引起振动,以上各种力，使曲柄连杆机构和机体的各零件承受了不同形式的载荷，为保证工作可靠，需要采取相应结构措施。,2019/11/2,5,第二节 机体组,机体组组成：,曲轴箱 crankcase,气缸体 Cylinder block,气缸垫 Cylinder g
2、asket,气缸盖 cylinder head,气缸cylinder,油道和水道,油底壳 Oil pan,第二节：机体组,（一）结构形式与功用,定义：气缸体是气缸的壳体，曲轴箱是支乘曲轴旋转运动的壳体,一、气缸体与曲轴箱,气缸体,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。,气缸体的工作特点：高温高压、高速运动摩擦 气缸体的结构特点：足够的强度和刚度，高精度内表面,一汽奥迪100汽车发动机气缸体,气缸体,曲轴箱,（二）工作条件与要求,分类,（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。,气缸体上
3、曲轴的主轴承孔为整体式。,（2）根据冷却方式不同,散热片,风冷气缸体和气缸盖,1、水冷 2、风冷,（3）根据气缸的排列方式,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。六缸以上发动机使用,高度小，总体布置方便。轿车中应用不多,对置气缸式发动机,（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体,a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,（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。,性能如何？,（二）
4、缸套的定位,（三）缸套的密封,优缺点：,为满足气缸工作条件、要求，可以从结构、加工精度、材料等方面采取措施。,二、油底壳(曲轴箱),功用：储存和冷却机油并封闭曲轴箱。,三、气缸盖与气缸垫,（一）气缸盖,（）分类,整体式、块状式、单体式,（3） 材料与气缸盖的紧固,材料：灰铸体、合金铸体、铝合金（重量轻、散热能力强，但易变形）,二次拧紧,紧固,从中央对称地向四周、分次逐步进行，最后按规定扭矩拧紧拆卸时按相反方向进行。,注意：铝合金气缸盖必须在发动机冷状态下拧紧（因铝缸盖钢螺栓）铸体气缸盖在发动机发热时最后拧紧。,气缸垫,气缸盖,气缸盖罩 Cylinder head cover,衬垫,安装火花塞,
5、气缸盖与气缸垫,（二）汽油机燃烧室,1、对燃烧室基本要求：1）面容比要小；2）结构紧凑；3）能产生一定的涡流运动；4）充气效率高；5）表面光滑,2、燃烧室类型： 1）楔形；2）半球形；3）碗形；）盆形；）蓬形,燃烧室的要求？,（三）气缸垫,注意：安装方向：1）气缸垫的卷边朝向易休整面和硬平面,第三节 活塞连杆组,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,第三节：活塞连杆组,一、活塞,（一）功用、工作条件与要求,3、结构,（1）活塞顶部 功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。,（1）活塞顶部,目前广泛采用铝合金活塞,活塞顶分类,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布
6、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。,（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,（2）活塞头（环槽）部,（3）活塞裙部,作用：1）为活塞运动导向；2）承受侧压力,34,（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：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并
7、承受侧压力，防止破坏油膜。,裙部表面的保护,1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。,（4）活塞形状,-工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。 -上小下大的圆锥形形状。,销座方向,裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形,工作时向里变形,桶形,不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。,开槽活塞（汽油机）,绝热槽,膨胀槽,圆槽,5）采用双金属活塞,a. 恒范钢片式； b. 自动调节式； c.筒形钢片式,
8、6）其他结构,活塞换向敲击,活塞自上向下运动，侧向力向左 活塞自下向上运动，侧向力向右,活塞销的偏置,使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。,（4）活塞的安装方向和顶面标记,活塞顶面有方向标记（因活塞裙部膨胀槽位置、顶部形状不对称、气门坑或偏置销座等原因）,汽油机活塞演示,二、活塞环,（1）作用,（2）工作条件,（3）材料及表面处理,（4）间隙,活塞安装时留有端隙、侧隙、背隙,（1）气环 作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。,切口,气环,（二）气环,1）第一密封面建立。,在自由态下，D活塞环D
9、缸径，装入气缸，环产生一定的弹力P0与缸壁压紧，形成第一密封面。,2）第二密封面建立。,气缸内未被密封的气体不能通过第一密封面下窜，进入侧隙和背隙。,环与环槽的侧面密封压紧力由气体压力P1、活塞环惯性力Pj、和摩擦力F三个沿气缸轴线方向力决定。,F=P1+Pj+F,加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密封面作用； 第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；,（2） 活塞环泵油作用及危害,泵油过程：,由于侧隙和背隙，当活塞下行环靠在环槽上方刮下的油充满环槽下方活塞上行环靠在环槽下方润滑油泵入活塞顶,危害：,气环的泵油作用演示,（3）气环的特殊断面（
10、结构措施）,采取减小环质量、特殊断面形状气环，油环下设减压腔或用组合环式油环等方法可减少泵油危害,3）扭曲环,1）矩形环,结构简单、制造方便，便于活塞头部散热,2）锥形环,线接触单位压力大利于密封和磨合，但传热性较差。,扭曲原理,活塞环装入受压产生弯曲变形中性层外产生拉应力内产生压应力拉应力合力F1指向环中心压应力合力F2背离环中心矩形环中性层内外端面对称不产生扭矩扭曲环中性层内外断面不对称形成力偶活塞环发生微量扭曲变形。,特点：,安装:槽口内上，外下,气环断面形状：,（三）油环,（1 ）整体式油环,（2） 组合式油环,组成：钢片、轴向、径向衬簧。,轴向弹力使两钢片分别贴合在环槽上、下侧，使第
11、二密封面密封，消除了侧隙。,2019/11/2,58,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,回油孔,油环的刮油作用,三、 活塞销,功用：连接活塞和连杆，把活塞所受的力传给连杆。,（一）功用与工作条件,活塞销的连接方式,全浮式,半浮式,全浮连接的特点：活塞销能在连杆小头、销座孔中自由转动，三者间可相对运动，减少了磨损并使磨损均匀,（1） 全浮式：活塞销在连杆小头及活塞销座内部都有合适的配合间隙。,（2） 半浮式,半浮式连接： 销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。,四. 连杆,(一)组成与功用,（三）连杆体、连杆盖构造,（1）小头： （2）杆身 （3）大头：,（二）工作条件,1
12、) 连杆小头,小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆小头的连接方式。,2) 连杆杆身,杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模锻。工字形断面的Y-Y轴在连杆运动平面内。有的连杆在杆身内加工有油道，用来润滑小头衬套或冷却活塞。如果是后者，须在小头顶部加工出喷油孔。,3) 连杆大头,连杆大头除应具有足够的刚度外，还应外形尺寸小，质量轻，拆卸发动机时能从气缸上端取出。连杆大头是剖分的，连杆盖用螺栓或螺柱紧固，为使结合面在任何转速下都能紧密结合，连杆螺栓的拧紧力矩必须足够大。,（五）连杆轴承,（1）作用与工作条件,作用：使连杆轴颈和连杆大头间保持良好的油膜，减小摩擦阻力，加速磨合。,工作条件：,（
13、2）组成,六V型发动机连杆,1)并列连杆,2)主副连杆,3)叉形连杆,第四节：曲轴飞轮组,一、曲轴,一、曲轴飞轮组的组成,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,3、曲轴结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,要求:细长件曲轴工作时会产生弯曲变形、疲劳破坏和轴颈磨损，因此要有足够的刚度、强度和一定的耐磨性，并需要很好的平衡。,2019/11/2,74,曲轴的主轴颈,主轴颈：用于支撑曲轴的部位。 主轴颈数： 主轴颈数气缸数：全支承曲轴 主轴颈气缸数21：非全支承曲轴,(1) 主轴颈和曲柄销（连杆轴
14、颈）,全支承式,非全支承式,2019/11/2,76,4、曲轴的支承方式,概念： 在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。,为了平衡二阶往复惯性力需采用双轴平衡机构。两根平衡轴与曲轴平行且与气缸中心线等距，旋转方向相反，转速相同，都为曲轴转速的二倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力在垂直于气缸中心线方向的分力互相抵消，在平行于气缸中心线方向的分力则合成为沿气缸中心线方向作用的力，与 FjII 大小相等，方向相反，从而使 FjII 得到平衡。,（3）曲拐布置,三、曲拐的布置,（1）一般规律 1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。
15、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。 3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。 4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。,3）曲轴曲拐的布置,四个曲拐在同一平面内，点火间隔：180,b.直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置,（4）前端轴与后端轴组成结构,前端轴结构：装正时齿轮，皮带轮、甩油盘、止推片；起动爪。,后端轴结构：后端有凸缘盘，用来装飞轮。还 一些防漏装置。不少曲轴没有凸缘盘，飞轮用螺栓紧固于曲轴后端面。,（2）前后端防漏,（5）曲轴轴向定位,结构：整体式圆环、装在主轴承两侧、后片外圆上有一舌榫,四、曲轴扭转减振器,（一）扭转振动 自由扭转振动
16、强迫扭转振动,共振,功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声、磨损严重等,临界转速：发生共振时的转速,（二）扭转减振器,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。 安装：扭转振动较大的曲轴自由端,当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。,橡胶摩擦式扭转减振器,1橡胶扭转减振器,2硅油扭转减振器,3硅油橡胶扭转减振器,（一）功用,贮存作功行程能量，用以在其它行程中克服阻力完成发动机工作循环，使曲轴旋转角速度和输出转矩尽可能均匀、改善发动机克服短暂超负荷能力,固定在曲轴后端的飞轮，惯性很大，力图保持等速运转。,（二）构造,三、飞轮,
