第3章 发动机之曲柄连杆机构

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1、2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,1,第三章 曲柄连杆机构,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,2,曲柄连杆机构的功用,热能,机械能,燃气压力,转 矩,连杆,活塞,曲轴,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,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,3,曲柄连杆机构能量转换,热能 转变为机械能 向工作机构 输出 机械能,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,4,曲柄连杆机构工作过程,将活塞顶上的燃气 压力 转变为曲轴 转矩,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,5,曲柄连杆机

2、构的组成,1、机体组 气缸体 曲轴箱 气缸套 气缸盖 气缸垫 油底壳等,2、活塞连杆组 活塞 活塞环 活塞销 连杆等,3、曲轴飞轮组 曲轴 飞轮等,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,6,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,7,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,8,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,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,9,1. 机体组的功用 机体组是发动机的支架 是各机构与系统的装配机体 气缸盖密封气缸、形成燃烧室 机体与气缸盖内水套冷却系统 机体与气缸盖内油道润滑系统,2018年1

3、0月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,10,（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却（以免损坏和变形） 发动机中最大的零件 承受拉、压、弯、扭等机械负荷 承受高温燃气很大的热负荷 发动机大部分零件安装在机体上 （2）力求结构紧凑、质量轻 尽量减小整机的重量（发动机最大的零件） 加强肋（减小质量、保证刚度与强度） （3）机体材料 一般高强度灰铸铁、铝合金 合金铸铁,机体工作条件、要求及材料,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,11,气缸的排列方式（发动机形式）,直列式：多用于六缸以下的发动机。,V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机,对置式：是

4、V型的特殊形式。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,12,气缸W型式,大众W12 由两个夹角为15的V6发动机，以72的夹角组成 拥有5.6升的排量,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,13,A8L6.0及其W12发动机,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,14,曲轴箱的型式,（1） 平分式定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。应用：中小型发动机。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,15,（2） 龙门式 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。特点：刚度较大，油底壳

5、前后端为一平面，密封简单可靠。应用：大中型发动机。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,16,（3） 隧道式 定义：主轴承座孔不分开。特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。应用：负荷较大的柴油机。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,17,气缸体制造,气缸体,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,18,1.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动。 （3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,油底壳,2018年10月2日星期二,

6、武汉大学动力与机械学院,19,气缸的结构形式（气缸套）,（1）无气缸套式,优点： 缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量 机体刚度大、工艺性好 缺点： 耐磨合金铸铁 成本高 无气缸套式铝合金缸体 气缸表面镀铬，提高耐磨性,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,20,干式缸套,灰铸铁或铝合金缸体,可卸干式缸套,（2）干式缸套式,13,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。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,21,（3）湿式缸套式,普通铸铁或铝合金缸体,AB环带：径向定位 凸缘C：轴向定位 缸套顶面略高于缸体平面：0.050.

7、15mm 密封圈：下部13道密封圈,A,B,C,0.050.15,59,特点： 1)壁厚较厚（5mm9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,22,干、湿式缸套比较,和冷却水直接接触 与缸体配合较松 壁厚 59mm,不直接和冷却水接触 与缸体紧配合 壁厚 13mm,缸套材料：合金铸铁或合金钢,缸套,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,23,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,24,6. 水冷和风冷气缸体,（1）水冷气缸体,利用水套中的冷却水流过高温零件的周围带走多余热量,2018年10月2日星

8、期二,武汉大学动力与机械学院,25,缸体与 曲轴箱 分开铸 缸体和缸盖铸有 散热片 如有风扇可加强 散热,（2）风冷气缸体,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,26,气缸盖,1. 气缸盖的组成 密封气缸上部形成燃烧室 冷却水套与缸体水套相通 设有进排气座、气门导管孔 设有进排气通道 汽油机缸盖：设有火花塞座孔 柴油机缸盖：设有喷油器座孔,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,27,气缸盖,气缸盖示意图,气缸盖实物,气缸盖,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,28,5. 燃烧室,（1）燃烧室基本要求 结构紧凑：（表面积/容积）要小，减小热损失，提高热

9、效率 能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率 能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧 柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,29,（2）汽油机燃烧室,楔形,盆形,半球形,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,30,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,31,（3）柴油机燃烧室,直喷式燃烧室,形燃烧室,球形燃烧室,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,32,分开式燃烧室

10、,涡流燃烧室,预燃燃烧室,喷油器,喷油器,涡流室,预燃室,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,33,直喷式燃烧室,燃烧室容积 集中于活塞顶上的 燃烧室凹坑内,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,34,涡流燃烧室,空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动 大部分柴油在涡流室内燃烧形成二次涡流混合燃烧,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,35,气缸垫,1.作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。 2.构造（图214）金属石棉垫：（见a、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）。金属骨架石

11、棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,36,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。 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。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,37,密封垫,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,38,思考题（续）,1.曲柄连杆机构的功用和组成？ 2.气缸体的结构形式及概念比较? 3.气缸的三种排列方式及特点?

12、4.比较干式和湿式缸套的特点? 5.机体组由哪些零件组成？ 6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？,课外,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,39,活塞连杆组,活塞,活塞环,活塞销,连杆组,曲轴 飞轮组,活塞 活塞环 活塞销 连杆组,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,40,活 塞,活塞功用 （1）承受气缸中的燃气压力 （2）将燃气作用力通过活塞销和连杆传给曲轴，推动曲轴旋转 （3）参与组成燃烧室,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,41,工作条件：高温、高压、高速往复直线运动要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热

13、性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。 材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,42,成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。 锻造：强度比铸造高、导热性较好，适用于强化发动机，制造成本高。,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,43,活塞构造,活塞顶部,活塞头部,活塞裙部,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,44,（1）活塞顶部（燃烧室组成部分）,汽油机多采用平顶、有些采用

14、凹顶,二冲程汽油机多用凸顶,柴油机多采用各种各样的凹坑,凸顶,凹坑,平顶,凹顶,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,45,（2）活塞头部（活塞环槽以上部位）,承受气体压力,将热量通过活塞环传给气缸壁,与活塞环实现 气缸密封,主要作用,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,46,环槽,环槽护圈可保护和加强铝合金活塞环槽,隔热槽(有时) 使部分热流转向二、三环,主要结构,气环,油环,热负荷较高发动机采用,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,47,（3）活塞裙部（活塞环槽以下部位）,功用,椭圆变形,为活塞导向和承受侧压力,燃气压力使裙部弯曲变形,侧压力使

15、销座轴线方向增大,热变形使销座轴线方向增大,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,48,活塞裙部椭圆形,冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,49,活塞销座附近裙部外表面下陷,为减少活塞销座附近处的热变形量,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,50,活塞销座轴线布置,活塞越过上止点时侧压力方向改变会产生“敲缸”噪声,可减轻活塞“敲缸”噪声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大,主推力面,活塞销偏移布置 (偏移活塞轴线12mm),活塞销对中布置,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,51,二、活 塞 环,1. 活塞环功用,气环,刮油 均匀油膜 辅助密封,油环,密封 导热,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,52,（一）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。,环,气环,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,53,2.活塞环的间隙（图237） （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；,2018年10月2日星期二,武汉大学动力与机械学院,