第二三节曲柄连杆机构

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1、1,第二节 曲柄连杆机构,机体组,活塞连杆组,曲轴飞轮组,概述,2,2.2.1 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：包括气缸体、汽缸套、气缸盖、气缸垫、曲轴箱、油底壳 2、活塞连杆组：包括活塞、活塞销、活塞环、连杆等 3、曲轴飞轮组：包括曲轴、飞轮等,一、曲柄连杆机构的功用,二、组成,3,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,4,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,2.2.2 机 体 组,5,一、气缸体,1、气缸体: 作用：发动机的基体和骨架，安装零件 要求：

2、具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力) 气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量) 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,6,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,7,性能与应用比较,8,水冷、风冷,散热片,冷却水,（2）根据冷却方式不同,9,（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，减轻了发动机重量；但宽度增加，形状复杂，加工困难。,高度小，

3、总体布置方便。,10,单列式： 一般6缸以下的发动机采用直列式，如解放CA1091型、CA1040型、红旗CA7220型和北京BJ2023型等 V型：一般用于6缸以上的大功率发动机 对置式：适用于摩托车及发动机中置的大客车,11,12,13,气缸： 作用：气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔。 要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化学腐蚀 气缸套： 提高气缸的耐磨性： (1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表面淬火、镀铬)-成本高 (2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨 性好、检修方便及费用低,14,15,（4）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

4、热不良。,散热良好、冷却均匀、易制造、易拆卸。 强度和刚度不如干缸套，易漏水、漏气 广泛应用于汽车柴油机上。,16,三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,功用：密封气缸的上部，与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。注：铝合金的气缸盖：有利于提高散热性能和压缩比 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,分类： 整体式：汽油机因缸径较小、缸盖负荷较轻，一般采用整体式气缸盖 分开式：功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式气缸盖，即一缸、二缸或三缸一盖。 优点：制造和维修方便、减小变形对密封的影响 结构： 内有与气缸体相通的冷切水套、燃烧室、火花塞座

5、孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排气道,17,18,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,气缸垫： (1)作用：气缸盖与气缸体之间的密封件，保证燃烧室不漏气。 (2)要求： 在高温、高压燃气作用下具有足够的强度，不宜损坏。 耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气下或有压力的机油和冷切液的作用下不烧损、不变质 具有一定弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、不平度以及发动机工作时反复出现的变形，以保证密封。 拆装方便，能重复使用，寿命长,19,(3)材料： 金属石棉气缸垫 纯金属气缸垫:由单层或多层金属片制成国外有

6、些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫，要求气缸盖和气缸体的接合面有更高的加工精度气缸盖罩：起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压而成，上设机油加注口和曲轴箱通风口,20,22,3、燃烧室形状对发动机的工作影响很大 (1)要求： 结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程 使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧 (2)形状分类,23,24,汽油机燃烧室形状,25,三、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： (1)设有挡油板减轻油面的波动。 (2)油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁

7、，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损、 3、材料： (1)薄钢板冲压 (2)采用带有散热肋片 的铝合金铸造而成的轻金属油底壳3,四、发动机的支承： 1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。 2、四点支承：前后各有两个支承点。,26,27,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,2.2.3 活塞连杆组,28,29,1、功用： (1)承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转 (2)与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室 2、工作环境： 高温、散热及润滑条件差；顶部工作温度高达600700K，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3

8、5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。 3、要求,一、活 塞,3、材料： (1)汽油机： 铝硅合金，硅的成分越多，热膨胀系数越小，磨损越小，但制造工艺性较差。 (2)柴油机：合金铸铁和耐热钢制造(热、机械负荷大),30,31,4、结构,32,（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。,结构简单、制造容易、散热面积小、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。常用于二冲程汽油机,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的形成与燃烧；提高压缩比，防止碰气门。,33,（2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,

9、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。 4、承受气体压力，并通过活塞销传给连杆。,作用：,34,（3）活塞裙部,位置：活塞环槽以下的所有部分，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。,裙 部,35,活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示,36,（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，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、

10、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。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一小部分。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。,37,（3）活塞裙部开槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,38,（4）采用双金属活塞：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铸入或嵌入膨胀系数低的钢片。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

11、膨胀变形量。,39,6、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。,40,（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、润滑条件差(第一道气环)。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁 注意点： 1、有时表面涂有保护层：改善活塞环的滑动性能入耐磨性能 2、第一道气环(承受压力最大)：表面常镀上多孔

12、性铬，硬度高，能贮存少量的润滑油，改善润滑条件，延长活塞环的使用寿命。,41,（1）气环 作用：密封和传导热量 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,42,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,43,气环断面形状：,作用： 布油(活塞上行) 刮油 润滑油 密封(辅助作用),44,（2）油环,45,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,46,油环的刮油作用,油环的刮油作用,47,（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

13、。 要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差),材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。,48,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。,49,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由摆动。多用于小轿车,形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。,50,（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

14、杆大头,材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用球墨铸铁。小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。 组成：连杆小头、杆身、大头,51,要求：有足够的强度和刚度，质量要尽量小 (承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个较长的杆件),52,连杆大头的连接形式,平切式,斜切式,53,连杆轴瓦,54,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉型式,55,2.2.4 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,56,二、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

15、、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润滑和耐磨性、较高的动平衡精度,57,3、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,1、发动机的气缸数 2、发动机的排列方式故： 1、直列发动机的曲拐数等于气缸数 2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半,58,曲拐数决定因素：,59,4、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,相邻两个曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴,用

16、于支撑曲轴。按曲轴主轴颈的数目可分为：,否则,全支承曲轴： (1)直列式：主轴颈数比气缸数多一个； V型：主轴颈数比气缸数的一半多一个。 (2)特点：刚度较好、负荷相对较小，但曲轴和发动机机体长度增加 (3)应用：多用于柴油机和负荷较大的汽油机 非全支承曲轴 特点：长度短，结构和制造工艺简单 应用：中小负荷的汽油机,60,61,（2）连杆轴颈(曲柄销),（3）曲柄,曲轴臂，用于 连接主轴颈和连杆 轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴颈,平衡重,曲柄,62,（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。,5,63,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,64,（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）。,65,三、曲拐的布置,