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1、模块二 曲柄连杆机构,机械工业出版社,第一节 概述,一、曲柄连杆机构的功用、组成,功用是：将曲轴的旋转运动变活塞的往,复运动或活塞的往复运动变曲轴的旋转运动,。把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的,转矩，向外输出机械能，该机构是往复活塞,式内燃机将热能转化为机械能的主要机构。,图2-1 1-气缸套 2-气缸体 3-活塞 4-活塞销 5-连杆 6-曲轴主轴颈 7-曲轴 8-连杆轴颈 9-曲柄 10-飞轮,活塞连杆及曲轴飞轮组的组成,曲柄连杆机构由以下三部分组成：,如图2-1所示,1、气缸体与曲轴箱组 主要包括气缸体、,曲轴箱、气缸套、油底壳等机件；,2、活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、,活塞销
2、和连杆等机件；,3、曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮和,扭转减震器等机件；,二、机体组,机体零件包括：气缸体、气缸套、气缸,垫、气缸盖和油底壳等主要零件将这些零件,用螺栓、螺母连结成一整体。,（一）气缸体,发动机的曲轴轴线与气缸体下平面在同,一平面上的称为一般式气缸体，如图2-2a所,示。若发动机的曲轴轴线高于曲轴箱下平面,的则称为龙门式气缸体，如图2-2b所示。隧,道式气缸体的主轴承承孔不分开，如图2-2 c,所示。,a）一般式气缸体 b）龙门式气缸体 c）隧道式气缸体,图2-2 机体的三种形式,（二） 气缸盖与气缸衬垫,1. 气缸盖,气缸盖的主要功用是封闭气缸上部，并与,活塞顶部和气缸壁一起
3、形成燃烧室。气缸盖制,有与气缸体相通的冷却水道，进、排气门座及,气门导管孔和进、排气通道，燃烧室、火花塞,座孔或喷油器安装孔，上置凸轮轴式发动机的,气缸盖上还制有安装凸轮轴的轴承座等。,2. 气缸衬垫,气缸垫的作用是保证燃烧室及气缸的密封,。气缸垫应满足如下要求：,（1）在高温高压燃气作用下有足够的强度,，不易损坏。,（2）耐热和耐腐蚀。即在高温、高压燃,气或有压力的机油和冷却液的作用下不烧损,或变质。,（3）具有一定的弹性，能补偿接合面的,不平度，以保证密封。,（4）拆装方便，耐高温高压，使用寿命,长等。,图2-3 气缸盖衬垫结构 a、b、c、d）金属-石棉板 e）冲压钢板 f）无石棉气缸垫
4、,应用最多的是金属-石棉气缸盖衬垫，,如图2-3a、b所示。石棉中间夹有金属丝或,金属屑，且内夹铁皮或外包铜皮。,如图2-3c、图2-3d所示.采用钢丝网或,有孔钢片为骨架，两面用石棉胶粘剂压成,气缸盖衬垫。,发动机还有用金属片叠加作为气缸盖,衬垫。如图2-3e所示。这种衬垫在需要密,封的气缸孔和水孔、油孔周围冲压出一定,高度的凸棱，利用凸棱的弹性变形实现密,封。,如图2-3f所示，采用了较先进的加强,型无石棉气缸垫结构，在气缸口密封部位,采用五层薄钢片组成，并设计成正圆形，,没有石棉夹层，从而消除了气囊的产生，,在油孔和水孔处均包有钢片护圈以提高密,封性。,第二节 活塞连杆组,如图2-4所示
5、，活塞连杆组由活塞、活塞,环、活塞销、连杆等机件组成。,图2-4 活塞连杆组 1、2-活塞环 3-油环刮片 4- 油环衬套 5-活塞 6-活塞销 7- 活塞销卡环 8-连杆组 9-连杆衬套 10-连杆 11-连杆螺栓 12-连杆盖 13-连杆螺母 14-连杆轴承 一、活塞 活塞的功用是承受燃气压力，并将此力通过活塞销、连杆、曲轴和飞轮输出扭矩；活塞同气缸与气缸盖形成燃烧室。 活塞的构造如图2-5所示。头部的形状与燃烧室不同形状各异，有平顶、凸顶和凹顶的。,图2-5 活塞结构 1-活塞顶 2-活塞头 3-活塞销座 4-活塞裙部,防漏部：,防漏部制有环槽用以安装气环和油环,，气环多为23道，油环多
6、为一道。环槽,内装有气环与油环，气环装在上部，油环,装在下部。活塞顶至第一环槽之间的环岸,，叫火力岸。,在此岸上一般制有隔热环槽，在增压柴油,机的活塞第一环槽中铸有高镍铸铁环架，,以提高活塞的使用寿命。,销座部：,用以装配活塞销，将活塞受力传给连杆。,裙部：,也叫导向部，在活塞往复运动中起导向,作用，并承受侧压力。为防止活塞换向时产,生拍击和磨损，将活塞销孔偏移12mm。因,此，要注意安装方向。,二、活塞环,活塞环是一个具有开口的弹性圆环。活,塞环有气环和油环两种。,气环的作用是：密封和导热；,油环的作用是：刮油和布油。,气环根据截面形状不同有多种，如图2-6,所示。,图2-6 活塞环的断面形
7、状 a）矩形环 b）锥面环 c）正扭曲内切环 d）反扭曲内切环 e）梯形环 f）桶面环,矩形环也叫平环，多用于发动机第一道,环，其表面多采用多孔镀铬，增加硬度耐磨。,锥形环，其断面为梯形，此环装入气缸,后与缸壁呈线接触，比压大，易磨合具有刮,油作用，并防止润滑油串入气缸，安装时必,须注意方向。,扭曲环，在矩形断面的内侧或外侧去除部,分金属，也称内切口和外切口。此环装入气缸,后随活塞的运动产生扭转，广泛用于二、三道,环，安装时要注意方向，内切口朝上，外切口,朝下。,梯形环，其断面呈梯形。环槽也制成梯形,断面，环在环槽中内外移动时，环在环槽中的,间隙发生变化，将槽中的焦状油挤出，防止焦,环故障。,
8、桶形环，其表面呈桶形。装入气缸壁,呈线接触，活塞在上、下止点换向运动时,，产生倾斜，桶形环将沿缸壁微量移动，,且活塞上、下运动时均有油楔作用，所以,，此种环易磨合。,a）活塞下行 b）活塞上行,如图2-7所示,随着活塞在气缸内上下,往复运动气环第二密封面经常变化，进入,活塞环与活塞环槽间隙中的机油不断地被,挤入气缸，这种现象称为气环的泵油作用。,油环又称刮油环。其作用是刮下气缸,壁上多余的机油，避免过多的机油进入气,缸烧掉造成浪费、污染环境和使气缸内积,炭增加；同时还能使气缸壁上的机油均布,，改善气缸壁的润滑条件。,图2-8 油环的布油和刮油 a）活塞下行 b）活塞上行,油环的外圆切有环槽，目
9、的是增加油环对,气缸壁的比压。如图2-8所示，油环铣有回油孔,，目的是防止刮油时活塞环与壁面间的油压升,高，将活塞环推离气缸壁面破坏刮油作用。,油环有两种：一是整体式油环，二是组合,式油环。目前，中小型汽油机用组合式油环，,如图2-9所示。图中2-9a）是普通的油环,，图中2-9b）是两片一簧式组合油环，弹簧,既是径向弹簧又是轴向弹簧。其轴向弹力将,上、下刮片压向环槽，径向弹力增强刮片对,缸壁的压力。,此环安装时，应先安撑簧片，立面朝外，,对接的上、下切口在内，然后装上、下两片刮,片环，且三者的开口互相错开。图中2-9c为近,似整体式油环与衬簧式组合油环，由油环体和,油环衬簧组成，多用于柴油机
10、。,图2-9 油环 a）普通油环（整体式） b）组合油环 c）普通涨簧油环 1-活塞 2-下刮片 3.6-衬簧 4-上刮片 5-油环体 7-锁口钢丝,如图2-10所示的是三片双簧式组合油,环，由上两片刮片环、下一片刮片环、轴,向强力环和径向强力环组成。轴向强力环,将上、下刮片环压向环槽，径向强力环将,刮片环压向气缸壁。这种环的弹力大且不,易下降。因此，该环性能佳、寿命长。,1-扁平环 2-波形环 3-衬环,三、活塞销,活塞销的功用是把活塞与连杆小端,铰链连接在一起，并把活塞的受力传给,连杆或将连杆的受力传给活塞。,如图2-11所示。活塞销与活塞、连杆的连,采用全浮式，使活塞销的磨损均匀。,活塞
11、销的座孔两端卡簧槽中装有弹性卡簧,。活塞销和销孔配合间隙较小，一般是0.025 mm0.048 mm。,图2-11 活塞销形状 a）-圆柱形孔销 b）-端部呈锥形扩展 c）-中间封闭形 d）-单侧封闭式；,四、连杆,连杆的功用是连接活塞与曲轴，将曲轴,的旋转运动变为活塞的往复直线运动或活塞,的往复直线运动变为曲轴的旋转运动中传递,动力。如图2-12所示，连杆采用中碳钢或中,碳铬钢模锻、调质、经机械加工而成。,图2-12 连杆组件 1-连杆大端 2-连杆轴承 3-推凸唇 4-衬套 5-连杆小端 6-连杆杆身 7-连杆螺栓 8-连杆盖,连杆结构分为小端、杆身和大端三部分。,小端孔中压装铜套，活塞销
12、与铜套的润滑有两,种：一是压力润滑，连杆杆身钻有油道孔，通,向铜套摩擦表面；二是集油润滑，在连杆小端,制有集油孔或槽，把飞溅的机油集在集油孔或,槽中渗入摩擦表面。,大端的切分面有两种：一是平切式，即,连杆大端沿着与杆身轴线垂直的方向切开。,二是斜切式, 切分面一般与杆身中线成45或,60夹角。斜切后会使连杆螺栓产生剪切应,力，为此，必须使连杆大端盖有可靠的定位,，其主要定位方法如图2-13所示。,图2-13 斜切口连杆大头的定位方式 a）-止口定位 b）-套筒定位 c）-锯齿定位,连杆大端是配对加工的，装配中没有互换,性，且必须按方向安装，故在其侧面打有配对,标记和重量分组标记。连杆螺栓或螺母
13、必须可,靠锁定。其锁定方法有：锁片法、开口销法、,锥螺纹法、螺母开槽法、变螺距法、螺纹胶法,、螺纹镀层法以及采用高强度精制螺栓等。为,防止连杆瓦转动和轴向窜动，在大端剖分面处,加工有定位舌槽与瓦片上的凸舌相配合。,第三节 曲轴飞轮组,曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振,器、皮带轮、正时齿轮（齿型带或链条）等组,成如图2-14所示。,1-曲轴挡油片 2-减震器总成 3-启动爪 4-前皮带轮 5-弹簧垫圈 6-六角头螺 7-减震器螺栓 8-减震器螺栓垫圈 9-定位销10-曲轴 11-下主轴瓦 12-上主轴瓦 13-止推轴承片 14-正时齿轮定位销 15-飞轮定位销 16-曲轴齿轮 17-飞轮齿环
14、 18-飞轮 19-滚动轴承 20-飞轮螺栓,图2-14 曲轴飞轮组,一、曲轴,曲轴的功用是承受连杆传来的力，并,将此力转化成曲轴旋转的力矩，然后通过,发动机的配气机构及其他辅助装置（如发,电机、风扇、机油泵、等）。,曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄,、平衡重(目前生产的曲轴将曲柄和平衡重,均成为一体)，前端轴和后端法兰部分组成,。一个连杆轴颈和它两端的曲柄及相邻两,个主轴颈构成一个曲拐。,按照曲轴的主轴颈数，曲轴分为全,支承曲轴和非全支承曲轴两种。直列式,发动机的全支承曲轴，其主轴颈总数等,于气缸数加一；V型发动机的全支承曲,轴，其主轴颈总数等于二分之一气缸数,加一。如图2-15所示。,图2
15、-15 曲轴支承型式示意图 a）全支承式 b）非全支承式,曲轴后端是最后一道主轴颈之后的部分,，即安装飞轮用的法兰。为防止机油泄漏，,有些曲轴后端加工有回油螺纹或其他封油装,置。以增加密封性，回油螺纹可以是梯形或,矩形的，其螺旋方向应为右旋，回油螺纹的,工作原理如图2-16所示。,曲轴作为转动件，必须与其固定件之间,有一定的轴向间隙。而在发动机工作时，曲,轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用,。因此曲轴必须有轴向定位装置。曲轴推力,轴承的型式有两种：翻边轴承的翻边部分和,单制的具有减摩合金层的推力片，如图所示。,图2-16 回油螺纹的封油原理,图2-17 曲轴推力轴承 a）组合翻边轴承 b）
16、片式推力轴承 1-轴瓦 2-推力片,二、曲轴扭转减振器,在发动机工作过程中，连杆作用于连杆,轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化,的，为了消减曲轴的扭转震动，在曲轴的前,端装有扭转减震器。最常用的曲轴扭转减震,器是摩擦式扭转减震器，多为橡胶式扭转减,振器。如图2-18所示。,图2-18 橡胶摩擦式曲轴扭转减振器 1-平键 2- 甩油圈 3-曲轴 4-皮带轮（惯性盘）5-减震器固定螺栓 6-锥型套7-惯性圆盘（主动毂） 8-橡胶垫,三、飞轮,飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主,要的功用是在发动机做功行程中贮存能量，,用以在其他行程中克服阻力。保证曲轴的旋,转角速度和输出扭矩尽可能的均匀，并使发,动机有可能克服短时间的超负荷，此外，飞,轮又往往用作摩擦式离合器的主动件。,飞轮外缘上压有一个齿圈，可与启动机,的驱动齿轮啮合，供发动机启动用。飞轮上,通常
