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1、第三章 曲柄连杆机构,机体组,活塞连杆组,曲轴飞轮组,概述,3.1 概 述,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。,1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,一、曲柄连杆机构的功用,二、组成,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,三、工作条件,承受机械载荷： 1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力 2、汽车行驶中产生的冲击力。,3.2 机体组,机体组组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,一、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,一汽奥迪100汽车发动机气缸体,油底
2、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,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式,（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,2、气缸体分类,一般式,龙门式,隧道式,性能与应用比较,（2）根据冷却方式不同分：,水冷、风冷,散热片,冷却水,风冷气缸体和气缸盖,（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。,高度小，总体布置方便。,对置气缸式发动机,（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。,（5）
3、干式气缸套和湿式气缸套,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。,二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。,1、气缸盖,气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。,气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,2、气缸盖罩和气缸垫,3、燃烧室,汽油机燃烧室形状,燃烧室,三、油底壳,1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。 2、使用特点： 油底壳底部还装有放油螺塞，通
4、常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损 3、材料： 薄钢板冲压,桑塔纳发动机油底壳,四、气缸垫,1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。 2、材料：有弹性、耐热性、耐压性 3、安装时注意方向,3.3 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,1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 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35MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配
5、合联结。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁,一、活 塞,（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。,4、结构,（1）活塞顶部,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。,（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 可镶嵌耐热护圈,油环槽,工作条件最恶劣，设置隔热槽可以减少一道环热量,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
6、缸壁。,作用：,活塞销孔,（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，并承受侧压力，防止破坏油膜。,（3）活塞裙部,裙 部,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。,活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示,（1）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞
7、制成上小下大的阶梯形、锥形。,4、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：,（2）预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。,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。活塞上小下大。,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。拖鞋式,（3）活塞裙部开槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,开槽活塞（汽油机）,恒范活塞：在活塞销座处镶恒范钢片，牵制销轴
8、方向的热膨胀。 自动补偿活塞：将普通碳素钢片铸在销座处铝合金内侧，限制裙部的热膨胀。,绝热槽,膨胀槽,圆槽,（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。,6、活塞在工作时的保护措施,（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。,（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线
9、是偏离活塞中心线平面的， 向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。,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。,（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 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。一般两道 密封不良；启动困难，功率下降， 机油消耗增加，活塞环温度高损坏 要求；耐磨、导热、耐热、冲击韧性、弹性、强度 开口形状：直开口、阶梯形开口、斜开口,切口 0.250.8mm,气环,气环的密封原理： 第
10、一密封面：环的外圆与汽缸壁 第二密封面：环的下侧与与环槽下侧面 端隙适量,将23道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。,气环的泵油作用演示,气环断面形状：,（2）油环作用：刮油、涂油,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,油环的刮油作用,油环的刮油作用,（三）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。,构造： 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。,构造：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。,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。,半浮式：活塞中部与连杆小头采用
11、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,形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。,（四）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,连杆小头,杆身,连杆大头,连杆轴瓦,连杆大头的连接形式,平分式,斜分式,汽油机经常采用平分式，斜分式用于柴油机。安装时注意定位。连杆大头孔在连杆体与连杆盖组合之后镗削，同一侧有记号，不可调换；连杆螺栓需用规定扭矩用扭力扳手分几次拧紧。,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉式,连杆相同，通用。 增加了发动机长度,一列汽缸主，一列汽缸副，运动不同。发动机短,
12、运动规律同，发动机短；制造困难,3.4 曲轴飞轮组,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,曲轴,二、曲轴,1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 2、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。,3、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（曲柄销）和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,3、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,曲轴的结构,曲拐：由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成
13、 直列发动机曲拐数等于汽缸数；V型发动机曲拐数等于汽缸数一半,4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。,5、分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）,6、组成：,（1）主轴颈,曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、 刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油 机均采用。,曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。,用于支撑曲轴。,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。 直列：主轴颈数为汽缸数加一；V型：汽缸数一半加一,（2）连杆轴颈,（3）
14、曲柄,曲轴臂，用于 连接主轴颈和连杆 轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,（5）前端轴和后端轴,前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）,曲轴的前端,7,两止推轴承白金合面相背,曲轴向前移,动，后止推轴承,与曲轴臂端面摩,擦；轴向后移动，,前止推轴承与正,时齿轮端面摩擦。,5,后端轴：安装飞轮,前后端轴都设有防漏装置：,挡油盘、回油螺纹、油封等。,曲轴后端,回油螺纹,（6）曲轴的轴向限位,通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,三、曲拐的布置,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
15、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。,（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，其发火间隔角为： 四行程：720/i 二行程：360/i, 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置,点火顺序：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,直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置,发火顺序：1-5-3-6-2-4,功,功,功,功,功,功,六缸四行程发动机的曲
16、拐布置,八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）,1-8-4-3-6-5-7-2,四、曲轴扭转减振器,（一）扭转振动 自由扭转振动 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等,临界转速：发生共振时的转速,四、曲轴扭转减振器,作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。,种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。,（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。,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,四、飞轮,（一）功用： 将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、 下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。,
