曲柄连杆机构课件

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1、第二章 曲柄连杆机构机体组组 活塞连连杆组组曲轴飞轮组轴飞轮组概述 2.1 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 3.2 机 体 组机体组组成：曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩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2.工作条件和受力分析 工作条件： 高温、高压、高速、有化学腐蚀 受力

2、分析： 气体作用力、往复惯性力、离心力、摩擦力、外界阻力（1）气体作用力作功行程气体压力压缩行程气体压力（2）往复惯性力与离心力（3）摩擦力任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在 摩擦力。物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比 ，方向总是与物体运动的方向相反。减小各种力对发动机的损伤措施：减小离心力：在曲轴上增设了平衡块； 增强连杆抗变形能力：将其断面制成“工”字形； 减小活塞往复惯性力：减轻活塞质量，采用密度小的铝合金材料； 减小机件的磨损： 加强润滑、提高零件表面加工精度（光滑、配合 ）、表面硬度第二节 机体组n功用：q发动机的支架q两大机构和发动机各系统的装配基体q形成

3、燃烧室q冷却系统和润滑系统的组成部分n主要组成：q气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫、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 为气缸体曲轴箱气缸上曲轴箱气缸排列形式气缸排列形式n单列式q气缸排成一列垂直布置。结构简单 ， 加工容易，发动 机长度、高度大q一般六缸以下采用。如捷达、富康、 红旗轿车 所使用nV型q左右两列气缸中心线的夹角180q与直列式相比，缩短了机体长度和高 度，增加了缸体的刚度，加大了宽度 ，形状较复杂，加工困难，一般用于 8缸以上的发动 机n对置式:左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对 置式特点：高度小，总体布置方便 ，有利于风冷。油底壳安 装平

4、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名 称性 能应 用一般式机体高度小、重量轻、结 构紧凑，便于加工拆卸。 刚度和强度差。492Q汽油机，90 系列柴油机。龙门式强度和刚度较好。工艺性 差、结构笨重、加工困难 。捷达轿车、富康 轿车、桑塔纳轿 车隧道式结构紧凑、刚度和强度好 。难加工、工艺性差、曲 轴拆卸不方便。负荷较大的柴油 机上 。性能与应用比较三、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，通常

5、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 （2）根据冷却方式不同分：水冷、风冷散热片冷却水（4）干式气缸套和湿式气缸套名称特 点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触 。 1)壁较薄13mm；2)与刚体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。湿缸套外壁直接与冷却水接触。 壁厚59mm。 1)壁较厚（59mm）; 2)散热效果好； 3)易漏水漏气; 4)易穴蚀。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 。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

6、缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞2、气缸盖罩和气缸垫三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩结构： 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 座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。 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3、燃烧室名称 特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短 、燃烧速率高、热损失 小、热效率高桑塔纳 夏利 富康楔形结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火 花塞置于燃烧室最高处 ，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进 排气效果不如半球形燃 烧室捷达 奥迪汽

7、油机燃烧室形状楔形燃烧室 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；3)燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO排 放稍高。盆形燃烧室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排放较低。半球形燃烧室：1）气门成横向V形排列，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排放较高 。气缸垫 1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气 缸

8、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、耐腐蚀(1)金属石棉垫(2)金属骨架石棉垫(3)纯金属垫 3、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。(1)金属石棉垫(2)纯金属垫 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

9、，使之变形，破坏配合联 结。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁活塞应具 备的特点A 刚度和强度应足够大，传力可靠。B 导热性能好，耐高压、高温、磨损C 质量较小，尽可能减少往复惯性力D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、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 顶部：构成燃烧室，承 受气体压力。头部:安装活塞环，制 作较厚。 裙部：导向，传力。承受侧压 力销座孔处制有加强筋。 （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

10、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。头部（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。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 ：（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， 防治破坏油膜。裙 部活 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

11、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 预先把活塞制成上小下大的 阶梯形、锥形。 5、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。（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽（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

12、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。（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 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层） 切口 气环环（1）气环 作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止

13、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 。活塞环安装三隙侧隙背隙端隙气环的密封（2）油环种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片（2）油环（普通环 组合环） 刮油片轴向衬环 径向衬环油环的刮油作用油环的刮油作用气环的密封原理：将23道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。气环的泵油原理：动 态 演 示点此观看录像气环的泵油作用气环的泵油作用气环断面形状：形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环结构简单、制造方便、易于生产结构简单、制造方便、易于生产 、应用面广、应用面广扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活断面不对称，受力不平衡，使活 塞环扭曲

14、塞环扭曲锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提减少了环与气缸壁的接触面，提 高了表面接触压力，有利于磨合高了表面接触压力，有利于磨合 和密封。和密封。梯形环梯形环加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高桶面环桶面环外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形（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。材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。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 头采用紧 固螺栓连 接，活塞 销只能在 两端销座 内作自

15、由 摆动。多 用于小轿 车形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。活塞销的偏置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。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。 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。（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

16、的旋转运 动。 连杆组件分解图连杆小头杆身连杆 大头连杆大头的连接形式平切式斜切式2、定位方式： A、连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的 配合来定位。其定位精度较差，用于平切口连杆。 B、锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。 C、套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配 合定位。 D、止口定位斜切口（30-60 一般45 ）连杆轴瓦 1、作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。 2、组成： 由钢背和减磨合金层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。 减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈， 具有保持油膜、减少摩擦阻力和加速磨合的作用。 V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式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