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1、单元二 曲柄连杆机构,教学目标 1.熟悉曲柄连杆机构的功用及组成 2.了解曲柄连杆机构的受力情况 3.熟悉机体组各组成件的功用及结构特点 4.熟悉活塞连杆组各组成件的功用及结构特点 5.了解燃烧室类型及结构特点 6.熟悉曲轴飞轮组各组成件的功用及结构特点 7.掌握多缸发动机曲拐布置与发火顺序,一、曲柄连杆机构的功用和组成 1.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。 2.组成 机体组、活塞连杆组及曲轴飞轮组。,2.1 概述,2.1 概述,机体组,活塞连杆组,曲轴飞轮组,2.1 概述,二、曲柄连杆机构的受力分析 1.气体
2、作用力 （1）做功行程中气体作用力,2.1 概述,1.气体作用力 （2）压缩行程中气体作用力,2.1 概述,2. 往复惯性力与离心力,活塞的运动情况,往复惯性力和离心力的作用情况,2.1 概述,3.摩擦力 在任何一对相互压紧并做相对运动的零件表面之间，必定存在摩擦力。摩擦力的存在使配合表面产生磨损。通过提高加工精度和装配质量，采取润滑等措施，减小摩擦力。,2.2 机体组,机体组是发动机的骨架，安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷，其内部有油道和水道。主要由汽缸体、汽缸盖、汽缸垫、油底壳和汽缸等组成。,机体组,2.2 机体组,一、汽缸体与曲轴箱 水冷发动机的汽缸体和曲轴箱常铸成一体，称
3、为汽缸体曲轴箱，简称为汽缸体。 1.汽缸体的功用和结构 是发动机的装配基体，其结构复杂，一般采用铸铁或铝合金材料铸造而成。,2.2 机体组,一、汽缸体与曲轴箱 2.曲轴箱 功用：用于安装和保护曲轴，也可用于安装发动机附件。 结构形式：平分式、龙门式、隧道式 。,油底壳安装平面和曲轴旋转中心线在同一平面,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心线,曲轴箱上曲轴主轴承孔为整体式,2.2 机体组,性能比较与应用,2.2 机体组,一、汽缸体与曲轴箱 3.水套或散热片 功用：帮助发动机散热。 水套：水冷发动机缸体和缸盖内的冷却液通道。 散热片：风冷发动机缸体和缸盖外部的散热装置。,2.2 机体组,二、汽缸套 汽
4、缸套：镶在气缸内用于提高气缸耐磨性的薄壁圆筒。 类型：有干式和湿式两种。 干式缸套：不与冷却液接触。 湿式缸套：与冷却液接触。,1汽缸套 2水套 3汽缸体 4橡胶密封圈 A下支撑定位带 B上支撑定位带 C定位凸缘,注意： 有些发动机无缸套！,2.2 机体组,三、汽缸盖 功用：封闭汽缸上部，并与活塞顶部、汽缸壁共同构成燃烧室。同时，汽缸盖也为其他零部件提供安装位置。一般采用铸铁或铝合金材料铸成。 组成：燃烧室、气门座孔、气门导管孔、气道、摇臂轴安装座或凸轮轴安装座孔、润滑油道、水套、火花塞或喷油器安装座孔等。,2.2 机体组,三、汽缸盖 汽缸盖结构形式： 整体式-所有汽缸共用一个汽缸盖，一般用于
5、汽缸直径小于105mm、缸数不超过6个的发动机。结构紧凑，汽缸中心距较短，但刚度小，制造维修不便。,2.2 机体组,三、汽缸盖 结构形式： 分体式（块状）-多缸发动机所有汽缸分开为二缸一盖或三缸一盖，一般用于汽缸直径介于105140mm的发动机。 单体式。多缸发动机每缸采用一个汽缸盖，一般用于汽缸直径大于140mm的发动机。缸盖刚度大，制造维修方便，但汽缸中心距较大，结构复杂。,2.2 机体组,三、汽缸盖 汽油机的燃烧室：,2.2 机体组,2.2 机体组,三、汽缸盖 柴油机的燃烧室： 直接喷射式燃烧室,2.2 机体组,三、汽缸盖 柴油机的燃烧室： 分隔式燃烧室：涡流室式和预燃室式两种。,1电热
6、塞 2喷油器 3燃油喷柱 4通道 5主燃烧室 6涡流室 7预燃室,2.2 机体组,三、汽缸盖 汽缸盖的拆装： 注意：缸盖螺栓拆装顺序和拧紧力矩。,汽缸盖螺栓拆卸顺序 汽缸盖螺栓拧紧顺序,缸盖螺栓按顺序分34次逐渐拧紧或拧松,2.2 机体组,四、汽缸垫 安装位置：缸体与缸盖之间。 功用：保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气。 结构特点：金属与石棉和粘合剂压制，有一定弹性，水套孔、气缸孔、油道孔、螺栓孔均有镶边。 注意：安装汽缸垫时，应把光滑的一面朝向汽缸体，否则容易被高压气体冲坏。,2.2 机体组,五、油底壳 功用：储存润滑油并封闭曲轴箱。 结构：一般采用薄钢板冲压而成。装有稳油挡板，以防止汽
7、车颠动时油面波动过大。底部装有放油螺塞（其上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减轻磨损）。在曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。,2.3 活塞连杆组,活塞连杆组是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩。主要由活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件组成。,活塞连杆组,2.3 活塞连杆组,一、活塞 功用：承受汽缸中气体的压力，并通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。同时也是燃烧室的组成部分。 组成：顶部、头部、裙部。,2.3 活塞连杆组,1.活塞顶部 功用：是燃烧室的组成部分，承受高温气体的压力。 类型：平顶、凸顶、凹顶、成形顶。,2.3 活塞连杆
8、组,有些活塞顶部与气门对应的位置上设有防碰凹坑，活塞缸位序号、加大尺寸、安装向前标记等一般也在活塞顶部。,2.3 活塞连杆组,2.活塞头部-第一道活塞槽与最后一道油环槽之间的部分。 功用：安装活塞环。 特点：34道环槽，油环槽底部有泄油孔或泄油槽。,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,2.3 活塞连杆组,3.活塞裙部-自油环槽下端面至活塞最下端的部分，包括销座孔。 功用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。,裙 部,2.3 活塞连杆组,结构特点：5个。,特点1：长轴垂直于活塞销方向的椭圆形,原因： 销座部位沿销方向膨胀量大； 侧向力使沿销方向尺寸增大。,2.3 活塞连杆组,特点2：上
9、小下大锥形,原因： 活塞由上至下温度逐渐降低、且活塞的壁厚是上厚下薄，膨胀量逐渐减小。,2.3 活塞连杆组,膨胀槽功用：减小低温时与气缸配合间隙，防止高温时在缸内卡死。,特点3：在裙部设膨胀槽和隔热槽,注意： 膨胀槽和隔热槽端部必须有止裂孔； 膨胀槽必须斜开。,2.3 活塞连杆组,“恒范钢片”功用：限制裙部膨胀量。,特点4：设在裙部的“恒范钢片”,2.3 活塞连杆组,特点5：裙部下端去掉一部分以减轻重量，称“拖板式活塞”。,裙部完整的活塞称“全裙式活塞”或“筒式活塞”。,2.3 活塞连杆组,4.活塞销座 功用：安装活塞销。 结构特点：活塞裙部上部加工有活塞销安装座孔，有些座孔内有卡环槽。 活塞
10、销偏置：偏活塞轴线12mm ，减轻敲缸。,2.3 活塞连杆组,二、活塞环 1.活塞环的类型与功用 类型：气环和油环,2.3 活塞连杆组,1.活塞环的类型与功用 活塞环的“三隙”：,2.3 活塞连杆组,活塞环泵油作用及危害,矩形断面环泵油原理,当活塞带着活塞环下行（进气行程）时，活塞环靠在环槽的上端面，环从汽缸壁上刮下的润滑油冲入环槽下方；当活塞带着活塞环上行（压缩行程）时，活塞环靠在环槽的下端面，同时将油挤压到环槽的上方，如此往复，结果就像油泵的作用一样，将汽缸壁上的机油泵到活塞顶。 活塞环的泵油作用，会使燃烧室内形成和机油消耗增加，甚至会在环槽内形成积炭，使环被卡死在环槽中，失去密封作用，划
11、伤缸壁，甚至使环折断。,2.3 活塞连杆组,2.活塞环的结构 气环：有开口、有弹性的金属环。一般装23道气环。 气环的功用：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，再由冷却液将其带走。 气环的断面形状：,气环断面形状,气环,正扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切口，而反扭曲环是在矩形环的内圆下边缘或外圆上边缘倒角。,2.3 活塞连杆组,2.活塞环的结构 油环： 油环的功用：用来刮除汽缸壁上多余的机油，并形成均匀的油膜，防止机油窜入汽缸燃烧，减轻摩擦和磨损。 油环的类型：整体式和组合式两种。,整体式油环： 有开口、有弹性、开有泄油槽的金属环,组合式油环：
12、 2个刮油钢片和1个衬簧组成,2.3 活塞连杆组,2.活塞环的结构 油环： 油环的示意图：,径向衬环,轴向衬环,刮油钢片,刮油钢片,2.3 活塞连杆组,三、活塞销 功用：连接活塞与连杆，并将活塞承受的气体压力传给连杆。 构造：空心管状，外表面为圆柱形，内孔形状有圆柱形、截锥形和组合形。,2.3 活塞连杆组,三、活塞销 连接方式：,全浮式：活塞销、连杆小头和活塞销座有相对运动，使磨损均匀。,半浮式：活塞销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。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 1.功用:连接活塞与曲轴，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。 2.组成:连杆小头、杆身和连
13、杆大头（包括连杆盖）三部分组成。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 3. 结构特点 连杆小头：与活塞销相连，有时内装有连杆衬套。 杆身：“工”字形断面。 连杆大头：分开的部分称连杆盖。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 4.连杆大头切口与定位方式 切口类型：平切口、斜切口。 定位方式：平切口用螺栓定位，斜切口用锯齿、定位套、定位销、止口定位。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 5.形发动机连杆布置形式 并列连杆式：两个相同的连杆一前一后并列地安装在同一个连杆轴颈上。连杆可以通用，但左右两个汽缸中心线沿曲轴轴线要错开一段距离。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 5.形发动机连杆布置形式 主副连杆式 ：主连杆的大
14、头直接安装在连杆轴颈上，副连杆的大头通过两个凸耳作铰链连接。左右两列汽缸中心线及主副连杆位于同一平面内，但两气缸活塞连杆组运动规律不同，不能互换。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 5.形发动机连杆布置形式 叉形连杆式：一个连杆大头为叉形，跨越于另一个连杆大头（厚度较小，一般称为内连杆）两端。左右汽缸中心线位于同一平面内，两气缸活塞连杆组运动规律相同。但结构和制造工艺复杂。,2.3 活塞连杆组,四、连杆 6.连杆轴承（连杆轴瓦）：连杆大头与曲轴上的连杆轴颈相连，连杆大头内孔加装具有一定弹性的连杆轴承。 结构特点：自由状态下不是半圆形，装合后有一定的过盈，均匀贴紧在大头孔壁上，具有很好的承载和导热能
15、力。在上下两个轴瓦各冲压有两个定位凸键3。安装时，分别嵌入连杆大头和连杆盖上相应的凹槽中。,2.4 曲轴飞轮组,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,曲轴,曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他零件和附件组成。,2.4 曲轴飞轮组,一、曲轴 1. 功用 将活塞连杆组传来的力转变成转矩对外输出，并驱动配气机构及其他辅助装置（如发电机、水泵、风扇等）工作。,2.4 曲轴飞轮组,一、曲轴 2. 结构,前端轴,连杆轴颈,曲轴主轴颈,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,2.4 曲轴飞轮组,一、曲轴 3.曲轴的类型：整体式和组合式。,组合式曲轴：用在少数大
16、型柴油机上，连杆大头为整体式，主轴承为滚动轴承，曲轴箱为龙门式。,2.4 曲轴飞轮组,一、曲轴 4.曲轴的支撑形式,非全支撑曲轴：主轴颈数等于或少于连杆轴颈数。,全支撑曲轴：主轴颈数多于（多1）连杆轴颈数。,2.4 曲轴飞轮组,一、曲轴 5.曲拐布置与多缸发动机的发火顺序 决定因素：汽缸数、汽缸的排列形式和发火顺序。 原则：连续做功的两汽缸相距应尽可能远、各缸做功间隔应力求均匀、形发动机左右两列汽缸应交替做功。 四冲程发动机发火间隔角为=720气缸数。,2.4 曲轴飞轮组,几种常见的多缸发动机曲拐布置及发火顺序 四冲程直列四缸发动机。发火间隔角为7204180。四个曲拐布置在同一平面内，发火顺序一般为1342或1243两种 。,2.4 曲轴飞轮组,四冲程直列四缸发动机工作循环表（发火顺序：1342）,2.4 曲轴飞轮组, 四冲程直列六缸发动机。发火间隔角为7206120
