第二章曲柄连杆机构

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1、第二章 曲柄连杆机构第二章曲柄连杆机构第 一 节 概述1.曲柄连杆机构是往复活塞式发动机的重要工作 机构。其功用是将燃料燃烧后作用在活塞顶上的 气体膨胀压力转变为推 动曲轴旋转的转矩，向工 作机械输出机械能。2.第二节1.曲柄连杆机构的零部件 主要有以下三部分组成： 机体组、活塞连杆组和曲 轴飞轮组。机体组机体组主要由气缸体、气 缸盖、曲轴箱、油底壳和 气缸垫等组成，它的作用 是发动机各机构、各系统的装载基体。(-)1.气缸体汽缸体上半部分有一个2.3.4.或若干个为活塞在其中 运动导向的圆形空腔，称 为气缸；下半部为支撑曲 轴的曲轴箱。水冷式发动机气缸体中， 布置有许多的水套，通过 冷却液在

2、其中循环流动， 逮走由活塞，活塞环传给 气缸，再传给冷却液的大 量热量，从而保证发动机 连续工作的正常温度。气缸体材料要有足够的 强度和刚度，导热性、耐 磨性要好，质量要轻，同 时从气缸体的加工工艺 上也应采取措施满足发 动机的要求。气缸体根据汽车发动机 不同的要求，结构形式也 不同，主要分为三种：一般是气缸体：特点是高 度低，重量轻，便于机械加工。龙门式气缸体：刚度和强度较好，与油底壳的安装 配合简单，缺点是重量较大工艺性较差。隧道式气缸体：结构刚度最好，但比较笨重。5.汽车发动机气缸套有干式和湿式两种: 与气缸孔配合紧密，不易 漏水、漏气，但此种缸套 的冷却效果较差。干式气缸套:此种气缸套

3、湿式气缸套：此种气缸套 铸造方便，易拆卸更换， 冷却效果较好；但是气缸 体刚度较差，容易漏水、 漏气。多用于汽车柴油机 上。轿车发动机大多采用刚 度高的不镶缸套或镶干 式缸套的形式。发动机气缸排列形式基 本上有单列式和双列式。6.双列式发动机左右两列 气缸中心线的夹角Y V 180。，为V形。其优点 是大大缩短了发动机的长度，降低了发动机的高度，增加了气缸体的刚 度，结构十分紧凑，重量尺寸小，多用在大排量高功率的高级轿车上。缺点是形状复杂，加工较 为困难，发动机的宽度有 所增加。双列式发动机左 右两列气缸中心线的夹 角Y = 180时为对置式。它的优点是高度更低，轿车整体布置更为方便，缺点是发

4、动机的宽度 大大增加。（一）气缸盖和汽缸衬垫一、气缸盖L气缸盖简称缸盖，主要作用是封闭 气缸体上部，并与活塞顶 和气缸壁一起构成燃烧室。2.缸盖的结构取决于发动机的冷却 方式、燃烧室形状以及配 气机构的布置形式等因 素。3 .在气缸盖上布置的零部件主要由气门组、气门传动组、进排气道、火花塞（汽油机）或者喷 油器（柴油机）、各种传感器等。4 .根据气缸盖的工作条件,气缸盖一般采用铸铁或铝合金制造,它的优点是强度高,不易变形,缺点是导热性差。5 .气缸盖的结构形式有三种：单体式、块状式和整体式。前二者由于缸盖较短，所以缸盖的密 封性、刚度较好，制造和维修方便，但发动机长度增加，多用于缸径较大、气缸

5、数较多的发动机。整体式缸盖则可以缩短发动机长度，减 少缸盖零件数目。风冷发动机为了便于铸造和加工，大多采用整体式气缸盖。二、燃烧室1 .发动机燃烧室由活塞顶、气缸壁及气缸盖上相应的 凹部空间组成。2 .常见的燃烧室形状有以下几种： 浴盆形燃烧室：优点是结构比较简单、紧凑; 能形成挤气涡流；工作柔和。缺点是只布置较小直径的气门，进排气阻力较大，充气效率低。楔形燃烧室：结构比较简单；能产生强烈的 挤气涡流；气流流动阻力小，充气效率浴盆 形燃烧室高。缺点是散热面积达，热损失大。半球形燃烧室：优点是燃烧室结构紧凑，可 以通过增大气门直径来提高发动机的充气效 率；火花塞多位于燃烧室中部，火焰行程短,燃烧

6、速度快，不易产生爆燃；动力性、经济性较好。缺点是配气机构复杂。双球形燃烧室：它可布置较大直径的气门或 采用多气门形式，很容易获得压缩涡流。缺 点是燃烧室形状复杂，散热面积较大，经济 性差。多气门蓬形燃烧室：优点是燃烧室结构紧凑,能通过采用布置形式提高发动机的充气效率；火花塞布置在燃烧室中央，缩短了火焰传播距离, 压缩比。降低了爆燃倾向，可以采用较高三、气缸垫1.气缸垫安装在气缸盖和 气缸体的结合面之间。它 主要功用是弥补加工误差，保证缸体与气缸盖结合面的密封性，防止燃气、冷却液、润滑油互。2.目前在汽车上使用的汽 缸垫主要有以下几种： 金属-石棉衬垫纯金属气缸垫四、加强型无石棉气缸垫 油底壳油

7、底壳的主要功用是贮存润滑油 并封闭曲轴箱。第三节活塞连杆组主要由活塞、活 塞、活塞、连杆、卡环等 零部件组成。1.2.3.活塞活塞的主要功能是在做 功行程承受气体作用力， 并将此力通过活塞销传 给连杆，再由连杆传给曲 轴，以推动曲轴旋转。活塞顶与气缸盖、气缸壁 共同组成燃烧室。汽油机广泛采用铝合金活塞，它具有质量轻、导 热性好的优点。缺点是热 膨胀系数较大，高温下强 度和硬度下降较快。4.活塞用铝合金材料根据 不同的元素或成分，分为 共晶铝硅合金和铝铜合金两大类。前者具有耐磨性好，热膨胀系数较小， 耐腐蚀，硬度刚度和疲劳 强度好的优点，应用较为 广泛。后者则由于密度大、热膨胀系数大，在轿车发动

8、机中已基本不采 用。5.强化发动机活塞为了达 到高强度、耐热性好的要 求，常采用高级铸铁和耐热钢作为。6.对于转速较高的发动机,需采用质量较轻的活塞 材料，如铝合金；对于低 速发动机，现多用耐磨、 耐腐蚀、加工容易、价格 便宜的灰铸铁作为活塞 的材料。7. 活塞的基本结构由顶部、头部、裙部三部分组成。8. 活塞顶部的形状与发动机燃烧室结构形式有关， 通常有平顶凹顶和凸顶 等： 平顶：结构简单，加工容易，受热面积小。 凹顶：改善混合气的形成9.10.11.和燃烧而采用凹顶。在活塞顶部除有燃烧室 凹坑外，为了避免气门和 活塞顶部发生碰撞，有的 活塞顶还加工有让气门 坑。活塞头部是指活塞最后 一个环

9、槽以上的部分。头 部的主要作用是承受气 体压力，与活塞环一起实 现对高温、高压燃气的密 封，将活塞顶所吸收的热 量通过活塞环传给气缸 壁，再传给冷却液，所以 头部又叫防漏部。头部加工有安装活塞环 的环槽，有径向油孔的为油环槽，其余为气环槽。环槽不应太多。环槽的形状应与活塞环的断面形 状一致。12.为了尽量减缓高温燃气对第一环槽的热传递，常 在第一环槽上面切出一 道较环槽窄的隔热槽。13.活塞裙部是指从最后一 道油环槽下缘起至活塞 底面的部分。它主要作用 是引导活塞在气缸内上 下往复运动，同时承受气 缸壁施加给活塞的侧压 力，并将头部传下来的气 体力通过活塞销座、活塞 销传给连杆。14.现短行程

10、的轿车发动机多采用拖板式或半拖板15.式活塞。活塞工作时，裙部会产生椭圆变形，主要原因:1)在气缸内燃气压力的作用下，活塞顶部在销座跨 度内发生弯曲变形，使销 座在轴线方向有向外扩 张的趋势，从而在沿销的轴线方向引起较大的变形。2)在气缸壁对活塞的侧压3)力作用下，使活塞沿活塞 销的轴线方向发生变形。 在活塞销做空出，金属量 堆积越多，所以在受热后 产生的膨胀量很大，由此 引起椭圆变形。16.预防和控制裙部的椭圆变形:1)2)3)尽量减少活塞的受热采用椭圆锥裙对汽油机活塞，在裙部开 T形槽或“II”形槽, 达到“横槽隔热，纵槽防 胀”的目的4)在铝合金活塞上镶铸恒范钢片或筒形钢片等，限制活塞的

11、变形量，钢片的 材料用含银33%36%的 低碳钢制成，受热后的线5）膨胀系数约为铸铝合金 的 l/10o在保证活塞强度的前提下，削掉销座周围的一些二、1.金属，或者采用“拖板式活塞活塞环2.（一）1.活塞环按照用途分为气 环和油环两种。柴油机与汽油机的压缩 比和活塞等零件的结构 不同，所要求的活塞环数目也各不相同，一般汽油机的气环为23道，油环 为1道；柴油机的气环为 34道，油环为12道.气环气环也叫压缩环，它的功 用是与活塞一起密封高温高压的燃气，防止燃气 窜入曲轴箱，并将活塞头 部的热量通过气缸壁传给冷却液或者空气，同时辅助油环控制气缸壁上2.3.的润滑油。其中密封是主 要作用，是传热的

12、前提。 气环是发动机中磨损最 快的零件之一。对于工作条件最恶劣的第一环，则进行表面镀 铭，镀铭后的环硬度高、 熔点高、摩擦因数小、耐 腐蚀、导热性好，环的寿 命可提高达展3倍。另外,喷铝也可以提高其耐磨性，4.5.从气环漏气的通道只有 三条：环面与气缸壁之 间、环与环槽的侧面之 间、切口间隙处。气环有直切口、斜切口、 搭切口、封闭切口四种切 口形状，前三者均用于四 冲程发动机，后者主要用于二冲程汽油机，也叫带 防转销钉切口。（二）1.油环油环的主要作用是刮掉缸壁上多余的润滑油，将缸壁上的润滑油均匀分 布；辅助气环密封。2.油环的控油原理:当活塞下行时,油环在摩擦力和惯性力的作用下紧靠环槽上缘,

13、此时由油环刮下的润滑油 通过环的下侧隙挤入背隙,在一定压力的作 用下，润滑油从背隙通过回油槽流出，最后滴回油底壳。当活塞上行时，由气环和油环刮下的润滑油从环的上册隙进入背隙,再从（三）活塞销1.背隙通过回油槽流出回到油底壳。活塞销的功用是连接活 塞和连杆小头，并将活塞 承受的气体作用力传给 连杆。2.活塞工作时，在高温下承受很大的周期性冲击载3.4.荷，并与连杆小头的配合 表面之间润滑条件较差。 活塞销与销座、连杆小头 的连接主要有全浮式和 半浮式两种类型。全浮式：即在发动机工作 时，活塞销不仅可以在连杆小头的衬套孔内自由 转动，而且在销座孔内也可以缓慢转动。5.半浮式：指的是销与销座 孔和连

14、杆小头两处，一处固定，一处浮动，销座孔（四）连杆1.内无卡环，连杆小头处无 衬套。连杆的功用是将活塞承 受的气体作用力传给曲 轴，把活塞的往复运动转 变为曲轴的旋转运动。2.连杆由连杆体、连杆盖、 连杆螺栓、连杆轴瓦等组成。3.连杆在运动时主要承受 活塞传来的气体作用力 及活塞往复运动时的惯 性力，力的大小和方向均 作周期性变化。因此，要 求连杆在质量尽可能小 的条件下，具有足够的强 度和刚度。4.连杆由小头。杆身、大头 三部分组成。5.连杆小头通过活塞销与 活塞相连接，起着传力的 作用，同时相对与活塞销 座往复摆动。小头孔内以 一定的过盈量压入减摩 青铜衬套或钢背加青铜 镀层的双金属衬套。在

15、销 头和衬套上加工有集油 孔或机油槽，用来收集通 过曲轴飞溅上来的润滑 油以活塞销和连杆衬套。此种润滑方式成为飞溅 润滑。6.连杆大头与连杆盖必须 配对加工，配对安装，各 气缸之间连杆盖不能互 换。7.第三节 1.曲轴飞轮组连杆大头的部分可分为 平剖喝斜剖两种形式。曲轴曲轴的功用是将活塞连 杆组传来的气体作用力 转变成曲轴的旋转力矩,再通过飞轮、离合器和汽 车传动系统来驱动汽车 行驶；同时驱动发动机的 辅助装置工作。2.为提高曲轴的疲劳强度,消除应力集中，轴颈表面 应进行喷丸处理，圆角处要经滚压强化处理。3.汽车发动机曲轴有整体式和组合式两种结构形 式。4.曲轴主要由前端轴、主轴5.6.7.颈

16、。连杆轴颈和后凸缘等 组成。主轴颈是曲轴的支撑部 分。根据主轴颈的设置和 数目的多少，可以把曲轴 分为全支撑曲轴和非全 分曲轴两种。连杆轴颈也叫曲柄销，与 连杆大头装配在一起。在直列式发动机上，连杆轴颈数与气缸数相同。在V形发动机上，连杆轴颈 数为气缸数的一半。8.主轴颈和连杆轴颈是发动机中最关键的滑动配合副，均需良好润滑。9.曲柄是连杆主轴颈和连杆轴颈的部分10.平衡重的功用是平衡发动机不平衡的旋转惯性 力及其力矩，有时也用来 平衡一部分往复惯性力，使发动机运转平衡。11.平衡中形状多呈扇形，为了在较小的质量下获得 较大的离心力，应尽量使平衡重的重心远离曲轴 旋转中心。12.曲轴后端有安装飞

17、轮用 的凸缘。为了防止润滑油沿轴颈流出油底壳，在曲轴后端设有防漏装置。常用的防漏装置有回油或 栓、填料油封、挡油环、 自紧油封。13.为了控制发动机在工作时曲轴的轴向窜动，在曲 轴上设置有轴向定位装置。14. 曲轴的形状和曲拐之间得想对为止取决于发动 机的缸数、气缸排列方式和做功顺序。15.在确定多缸发动机的做功顺序，应遵循以下原1)2）3）4)则：连续做功的两缸应尽可 能的远。三缸以上发动机的做功 间隔脚应力求均匀。V形发动机左右两列气缸 应交替做功。曲拐布置应尽可能对称、均衡（二）主轴承和主轴承瓦主轴承瓦（俗称达瓦）的基本结构与连杆轴承相同。不同之处在 于主轴承一般开有轴向油槽和主 油孔，对于负荷不太大的发动机, 为了通用化，上下两片轴瓦都加工 有油槽，而有些负荷大的发动机只 在上挖开油槽或油孔，这种瓦上下不能装反。在拆装时，使用过的主 轴承不能互换。（三）扭转减震器发动机为了消除或降低曲轴的扭转振动，一般在曲轴前端安装 扭转减振器。（四）飞轮1.飞轮是转动惯量的盘形 零件，主要功用是存储做功行程的能量，保证发动机运转平稳。2.飞轮与曲轴完成动平衡之后不能互换。若发生变 化，应对曲轴和飞轮重新 进行动平衡。