汽车构造_曲柄连杆机构

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1、第二章 曲柄连杆机构 (5h)2.2 机体组 2.3 活塞连杆组2.4 曲轴飞轮组2.1 概述 2.1 概 述1、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动； 2、将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出扭矩。 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:三、工作条件:高温、高压、高速、化学腐蚀。四、受力分析：1、气体作用力：在作 功行程中，气体作用力 Fp作用在活塞顶上，传 到活塞销上，分解为Fp1 、 Fp2；分力Fp1沿连杆传到 曲柄销上，并可分解为 FR和FS；垂直于曲柄的分力 FS对曲轴中心形成转矩 Ttq，推动曲轴旋转；分 力Fp2则将活塞压向气缸 的

2、左侧。（1）作功行程 图2-1 气体压力作用情况示意图在压缩行程中，作用在活塞顶 上的气体压力FP也可以分解为 两个分力FP1和FP2，而FP1又可 以分解为Fs和FR，分力Fs对曲 轴造成一个旋转阻力矩Ttq，企 图阻止曲轴旋转，而FP2则将活 塞压向气缸的另一侧。总之，气体压力作用在活 塞顶上，通过活塞销、连杆传 力给曲轴，最终由机体主轴承 承受。同时，曲轴终端产生输 出扭矩，而倾倒力矩则使机体 左右摇晃，因此，需通过螺栓 使机体固定在车架上。（2 2）压缩行程）压缩行程 图图2-1 2-1 气体压力作用情况示意图气体压力作用情况示意图2、往复惯性力与离心力：活塞加速度：在上止点前后活 塞

3、加速度是正值，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加 速度是负值，往复惯性力朝下。如图（2-2）。（1）活塞在上半行程时的惯性力（2）活塞在下半行程时的惯性力图2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲 轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径 向外。曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量 愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄 连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变 化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力 传到气缸体外，引起发动机的振动。3、摩擦力：忽略不记。五、总结：曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零 件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转作用

4、。2.2 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组成：气缸体（有的发动机有曲轴箱）、气缸盖和油底 壳组成。 一、气缸体水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体 ，有的水冷发动机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将 气缸体与上曲轴箱（其内腔为曲轴运动的空间）分开铸造， 而把油底壳称之为下曲轴箱。气缸体内孔一般镶入气缸套， 其内表面形成气缸工作表面。（一）作用：1、内孔 （1） 形成气缸工作容积；（2）活塞运动导向。2、外部 （1）各机构和系统的装配基体；（2）散热。（三）材料和工艺：1、材料 （1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢（2）气缸体：灰铸铁或铝合

5、金2、气缸工作表面制造工艺（2级加工精度） （1）精镗 （2）珩磨（网纹状）1、改善磨合条件，磨合2、避免拉缸（金属熔着磨损） 时间短 （二）要求： 1、耐高温、高压2、耐磨损3、耐腐蚀4、足够的刚度和强度（三） 、气缸体结构特点： （a）一般式（b）龙门式（c）隧道式 图2-3 气缸体示意图（a)一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表 面在同一平面上 。 优点 是制造方便，质量轻， 高度低，但刚度低，适 用于汽油机。(b)油底壳安装平面低 于曲轴的旋转中心(c)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名 称性 能应 用一般式机体高度小、重量轻、 结构紧凑，便于加

6、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 。性能与应用比较优点：刚度和强度较好，但工艺性较差，适用于柴油机和强化汽油机。（3）隧道式气缸体：气缸体上有完整的主轴承座孔（图2-3 c ）。其优点是刚度最 好，主轴承座孔不易变形，便于安装滚动主轴承支承的组合曲轴， 各缸主轴承孔同轴度易保证，制造方便，但质量大，高度高。 2、按冷却方式分（1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套（图2-4）（2）风冷式：气缸体外

7、铸有散热片（图2-5）图2-4 水冷发动机和气缸盖图2-5 风冷发动机的气缸体和气缸盖散热片冷却水冷却水3、按镶缸套方式分为两种：（1）干式缸套：图（a）所示，不直接与冷却水接触，薄 壁（1-3mm），过盈压配在气缸体内孔中。 优点 ：密封性 好，气缸体刚性好，不易变形。缺点： a 、制造成本增加：气缸体内孔、缸套外 圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工 装夹时易变形。 b、热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理 论上是完全接触，但加工误差使之不可能 完全接触，因而散热面积小，影响缸套散 热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。 c、气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。 d：缸心距增加，曲轴易弯曲变

8、形：水套封闭。气缸套水套气缸体图 2-6 （a）干式气缸套（2）湿式缸套： 气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接 触，薄厚（5-9mm），缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆 上大，下小（因为气缸套下端带1-3道橡胶封水圈），且上 端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体 内孔。湿式缸套压配在气缸体内孔时， 上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05- 0.15 mm，这样紧固缸盖时，可将缸 垫压得更紧，以密封燃气。优点：气缸套冷却好；制造成本 低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短 ，曲轴不易弯曲。缺点：气缸体刚性差，容易变形 ，易漏气、漏水；气缸套外圆表面易 产生穴蚀现象，常见涂漆。 0.050.0

9、5 0.150.15mm气缸套水套气缸体橡胶封水圈图 2-6 （b）湿式气缸套（轴向定位）（径向定位）（径向定位）干式气缸套和湿式气缸套比较名称特 点示意图干缸套外壁不直接与冷却水 接触。壁厚13mm。湿缸套外壁直接与冷却水接 触。壁厚59mm。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。4、按气缸排列形式分 双列直立V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销） 水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）单列平卧图2-7 多缸发动机气缸排列型式（1）单列直立式（直列式） （2）V型（3）水平对置式高度小，总体

10、 布置方便。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 动机重量；形状复杂，加工困难。二、气缸盖与气缸垫（一）气缸盖一）气缸盖 1、组成： 气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。 2、作用：（1）密封气缸上部（2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）（3 3）构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分 （铸有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道） 3、要求：（1）耐高温、高压（2）耐腐蚀（3 3）足够的刚度和强度 4、材料：（1）铝合金压铸：a、导热性好（汽油机及少数 b、质量轻柴油机） c、铸造流动性好（风冷发动机散

11、热片铸造容易）d、刚度低:易变形导致漏气、漏水f、强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛g、不耐高温:超过350C，强度急剧降低（2）灰铸铁或合金铸铁： a 、刚度、强度高（大部分柴油机） b 、耐高温c 、导热性差:缸盖底面鼻梁区易开裂d 、质量重5、结构特点：（1）多缸发动机:a、单体气缸盖：每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。 b、整体气缸盖：只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，维修成本增加。（现代发动机大部分采用） c、组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。（2）按所用燃料分a、汽油机： （1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔;（2）进、

12、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸在气缸盖的两侧;（3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑 。b、柴油机：（1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔;（2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响充气效率，降低发动机功率）;（3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。 （3）按冷却方式分： a、水冷：内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上部出水口通过节温器与散热器入水口相通。b、风冷：外铸散热片，平行于来流方向。 6、汽油机燃烧室：

13、（1）要求：a、结构尽可能紧凑，F/V小b、压缩终了时能形成一定强度的挤压涡流减少热量损失 缩短火焰传播距离提高i提高火焰传播速率 促进油、气混合促使混合气及时 充分燃烧a、楔形燃烧室（2）结构特点： b、盆形燃烧室c、半球形燃烧室 结构较简单、紧凑 压缩终了时能形成挤压涡流 结构较简单、紧凑 能形成进气涡流结构最为紧凑，高 配气机构复杂（进、排气门分置两侧， 气门倾斜，气门传动困难）图2-13 汽油机燃烧室形状（ a ）（ b ）（ c ）燃烧室比较 名称 特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段 、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

14、；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（二）气缸垫1、作用：密封燃气 冷却水、机油2、要求：（1）一定的强度要求 （2）耐热、耐腐蚀（3）一定的弹性a、密封（变形以补偿结合面的不平度） b、能重复使用（在一定公差内） 3、材料与结构： （1 1）金属+石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮 或钢皮，水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气 烧坏，常用，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但制造厚 度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸体，否则容易被燃气 或冷却水冲坏。 （2）金属片：带凸纹,强度高 ，冲压;低碳钢

15、板，铜 板, 铝板。适用于增压等 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。4、气缸盖螺栓的拧紧次序：必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后 一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封 性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝 合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，图2-15 丰田佳美3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序这样，发动机热 起来时会增加密封性， 因为铝合金气缸盖的热 膨胀比钢螺栓的大；铸 铁气缸盖则一般在发动 机热车时最后拧紧，因 为

16、装配时拧紧的螺栓在 发动机工作初始后不久 会松弛。三、油底壳 1、作用：储存机油并密封曲轴箱。 2、要求：（1）结合面平整，密封性好（2）刚性好，避免振动、机械噪声过大（3）散热性好 3、材料与结构：材料：低碳合金钢板或铝合金冲压而成；结构：为了加强油底壳内机油的散热，油底壳底部铸有 散热肋片。油底壳形状后部一般做得较深，以便发动机纵向 倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板，避免油面波动太 大，机油泵吸进气泡，供油不图2-16 桑塔纳轿车油底壳结构畅。油底壳底部装有磁性放 油塞，吸集机油中的金属屑 ，减少磨损。2.3 活塞连杆组 组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆1、作用：（1）构成燃烧室； （2）传递动力。2、要求： （1）活塞质量小：往复惯性力小； （2）热膨胀系数小：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象； （3）导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易