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1、2018/11/22,1,第二章 曲柄连杆机构,2018/11/22,2,第一节 概述 一、功用：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,2018/11/22,3,二、组成： 1、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,2018/11/22,4,2、活塞连杆组： 由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件,2018/11/22,5,3、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮 减振器,2018/11/22,6,三、受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。,2018/11/22,7,1、 气压力：气压力P
2、的集中力PP分解为侧压力NP和SP， SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。,(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,NP,SP,P,RP,TP,2018/11/22,8,(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,2018/11/22,9,2、 往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。,Pj,2018/11/22,10,3、 离心惯性力PC：旋转机
3、件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,2018/11/22,11,4、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。,2018/11/22,12,第二节 机体组 机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。,2018/11/22,13,1、 构造 气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。,2018/11/22,14,2、 气缸的排列形式 （1） 直列式：多用于六缸以下的发动机。 （2） V型式：它缩短了发动机的长度和
4、高度，多用于八缸以上的发动机。 （3）对置式：是V型的特殊形式。,2018/11/22,15,3、 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。,2018/11/22,16,（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，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。 应用：大中型发动机。,2018/11/22,17,（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。,2018/11/22,18,二
5、、油底壳 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。,2018/11/22,19,三、气缸套 1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾。 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。,2018/11/22,20,2.型式 （1） 干式缸套13mm 定义：其外表面不直接与冷却水接触。 特点： 1)壁厚较薄（1mm3mm）； 2)与缸体承孔过盈配合； 3)不易漏水漏
6、气。,2018/11/22,21,（2） 湿式缸套 定义：其外表面直接与冷却水接触。 特点： 1)壁厚较厚（5mm9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀,2018/11/22,22,定位： 1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。 2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,2018/11/22,23,密封： 上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。,2018/11/22,24,1）下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈。,2018/11/22,25,四、气缸盖 1、结构
7、：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门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。,2018/11/22,26,2、汽油机燃烧室（图213） （1） 盆形燃烧室：其特点为 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的排放较低。,2018/11/22,27,2018/11/22,28,（2）楔形燃烧室：其特点为 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； 燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。,2018/11/22,29,
8、（3）半球形燃烧室：其特点为 1)气门成横向V型排列，因此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的排放较高。,2018/11/22,30,五、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。,2018/11/22,31,2.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）。,2018/11/22,32,（1） 金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨
9、架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。,2018/11/22,33,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。,2018/11/22,34,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。,2018/11/22,35,第三节 活塞连杆组,2018/11/22,36,组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承。,2018/11/22,37,一、活塞 （一）功用 1、与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室； 2、承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。,2018/1
10、1/22,38,（二）材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为 1、质量小（约为铸铁活塞的50%70%）； 2、导热性好（约为铸铁的三倍）； 3、热膨胀系数大。,2018/11/22,39,（三）组成（图216） 根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。,销座,2018/11/22,40,1、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。 汽油机活塞的顶部形状有：（图217） （1） 平顶：受热面积小，广泛采用。 （2） 凸顶：与半球形燃烧室配用。 （3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。,2018/11/22,41,2、活塞销座：用以安装
11、活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。,2018/11/22,42,（四）活塞的变形及采取的相应措施 1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。,2018/11/22,43,2、变形规律 （1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁； （2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄； （3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,2018/11/22,44,制造时,变形后,2018/11/22,45,3.结构措施 （1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 （2
12、） 活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。 （3） 销座处凹陷0.5mm1.0mm。,2018/11/22,46,（4） 裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。（图224）,2018/11/22,47,（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。 1） 恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。（图225）,2018/11/22,48,2） 自动调节式： 膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与
13、铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。,2018/11/22,49,3)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中（图227），冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。,2018/11/22,50,（五）偏置销座（图232） 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。,2018/11/22,51,2018/11/22,52,2018/11/22,53,3、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
14、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。,2018/11/22,54,可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,2018/11/22,55,二、活塞环 （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,2018/11/22,56,2.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
15、隙。一般为0.25mm0.50mm；,2018/11/22,57,（2） 侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm； （3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；,2,3,2018/11/22,58,3.气环的密封原理 （1） 第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,第一密封面,2018/11/22,59,（2） 第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，
16、以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,第二密封面,2018/11/22,60,（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,2018/11/22,61,4.活塞环的泵油作用及危害 原因： （1）存在侧隙和背隙； （2） 环运动时在环槽中靠上靠下。,2018/11/22,62,现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。,2018/11/22,63,危害： （1）增加了润滑油的消耗； （2） 火花塞沾油不跳火； （3） 燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏； （4） 环槽内形成积炭，挤压活
