搜索
第二章曲柄连杆机构概述机体组活塞连杆组曲轴飞轮组§2.1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。二、组成：1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组§2.2机体组机体组组成：曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳一、气缸体：1、气缸体:2、气缸体的分类：名称性能应用一般式（平分式）机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴油机上。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）根据冷却方式不同A、水冷B、风冷（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，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便对置气缸式发动机（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体A、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。B、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型构造性能及应用整体式气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。（5）干式和湿式：名称特点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。性能如何？三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩：功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。工作条件：因接触高温燃气，所以承受的热负荷很大。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。气缸垫气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪气缸垫A、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。B、材料：有弹性、耐热性、耐压性C、安装时注意方向:对于铸铁缸盖把光滑一面朝向缸体；对于铸铝缸盖则把卷边的一面朝向缸体。一般标Top一面朝上。三、油底壳：1、概念：气缸体下部用来安装曲轴的部分。2、作用：贮存机油并封闭曲轴箱。3、材料：薄钢板冲压桑塔纳发动机油底壳四、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。§2.3活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖一、活塞：1、功用：承受气体压力并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转；此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。2、工作环境：活塞顶部直接与高温燃气相接触，活塞受周期性变化的气体压力和惯性力的作用且散热及润滑条件差。3、要求：（1）足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要求有较大的强度，以免活塞被击碎。（2）较小的质量，以保持较小的惯性力。（3）耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。（4）良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙。（5）活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。4、材料：铝合金、灰铸铁。4、材料：（1）铝硅合金：质量小导热性好；（2）灰铸铁5、结构：分为活塞顶部、头部和裙部三部分。（1）活塞顶部:是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。活塞顶分类形状示意图平顶凸顶凹顶结构简单、制造容易、受热面积小、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。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。（2）活塞头部：由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、承受气体作用力，并通过活塞销传给连杆。2、安装活塞环，并与活塞环共同起密封作用。3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：活塞销孔活塞头部一般做得较厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角R应足够大。有的发动机活塞在第一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽。为了保护和加强活塞环槽可在铝合金活塞环槽部位铸入由耐热合金钢制造的环槽护圈。（3）活塞裙部：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，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。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，制造活塞时通常采取下列措施：A、沿活塞裙部高度方向上制成近似的圆锥形。B、将活塞裙部制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于销座孔轴线的方向上。C、活塞裙部开绝热槽和膨胀槽。D、采用双金属活塞。其他保护措施：在活塞裙部表面涂以保护层，可以改善铝合金活塞的磨合性：主要有铅保护层、锡保护层、石墨保护层、磷化保护层等。变形：受热后裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆形。防止措施：必须预先在冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。具体的方法：①头部加工成阶梯形、截锥形；裙部加工成截锥形。②加工“T”、“П”膨胀槽、隔热槽；③双金属活塞。活塞裙部的椭圆变形活塞头部形状及锥形裙部1、气体作用力在每个工作循环中，气体压力始终存在并不断变化。这里主要研究作功和压缩行程中气体作用力。作功行程：气体压力是推动活塞向下运动的力。如图2-2a所示。活塞受力分析压缩行程压缩行程：气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。图b结论：在工作循环的任何行程中，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的。沿气缸方向上个处的磨损是不均匀的；同样，气缸壁沿圆周方向的磨损也是不均匀的。2、往复惯性力与离心力1）、往复惯性力指活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动所产生的惯性力。其大小：与机件的质量及加速度成正比；其方向：总是与加速度的方向相反。规律：当活塞向下运动时，前半程是加速运动，惯性力向上图a；后半程是减速运动，惯性力向下图b。图2-3a图2-3b同理，活塞向上做压缩运动时，前半程是加速运动，惯性力向下；后半程是减速运动，惯性力向上。活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但有些高速发动机将活塞销座中心线向在做功行程承受侧压力的一面偏移ｅ＝1-2ｍｍ。作业2-2气缸体按结构可分为哪几种？各有何特点？防止活塞工作时变形的影响，在活塞结构上采取了哪些措施？（二）活塞环1、类型：气环、油环。2、功用：气环：密封、导热；油环：刮油、布油和辅助密封。3、工作条件：高温、高压、高速以及润滑困难。4、材料：灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。目前汽车上广泛应用合金铸铁。对活塞环材料的要求：好的耐磨性、耐热性、磨合性、导热性；高的强度、冲击韧性和足够的弹性。5、活塞环的间隙：为了保证气缸的密封性，又防止环卡死或胀死在环槽中，按照时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。端隙：△1一般为：0.25--0.50mm侧隙：△2一般为：第一环：0.04--0.10mm；其他环：0.03--0.07mm；油环：0.025--0.07mm。背隙：△3一般为：0.5--1mm。其作用：增大存油间隙，以利于减压泄油。6、气环的密封原理：⑴第一密封面：活塞环因弹力而压紧在气缸壁上，形成第一密封面。⑵第二密封面：活塞环在燃气压力作用下，压紧在环槽的下端面上，形成第二密封面。⑶第一密封面的第二次密封：燃气绕流到环的背面，并引发膨胀，使环更紧地贴在气缸壁上，形成第一密封面的第二次密封。气环的密封原理6、气环的切口形状：气环的切口间隙过大，则漏气严重，使发动机功率减小；气环的切口间隙过小，活塞环受热膨胀后就可能卡死或折断。a）、直角口；b）、阶梯形；c）、斜口；d）、带防转销钉槽7、气环断面形状：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）、桶形环扭曲环密封性、磨合性好，结构复杂扭曲原理：外层拉应力，内层压应力，由于截面不对称，产生一力偶，使环发生扭曲安装:内上，外下气环的泵油作用气环的泵油作用演示气环断面形状：形状特点示意图矩形环结构简单、制造方便、易于生产、应用面广扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。梯形环加工困难，精度要求高桶面环外圆为凸圆弧形（2）油环种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片油环的刮油作用（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。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。活塞销的连接方式连杆活塞销全浮式半浮式全浮式：在正常工作状态下，活塞销与连杆小头衬套孔、与活塞销座孔均有间隙；半浮式：在正常工作状态下，活塞销与连杆小头衬套孔无间隙，仅与活塞销座孔有间隙；活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。（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。材料：中碳钢、中碳合金钢。结构、组成：小头、杆身、大头连杆组件分解图连杆小头和衬套上加工有集聚飞溅机油的油槽或油孔，对衬套和活塞销润滑。有的连杆小头采用压力润滑，连杆杆身内加工有油道，通过连杆轴承把机油输往连杆小头。个别柴油机，还用来冷却活塞顶。V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式连杆轴瓦定位凸键油槽润滑减磨合金层连杆轴承：①结构：钢背和减摩层组成的分开式薄壁轴承。②要求：足够的疲劳强度、良好的抗咬性、顺应性、嵌藏性，足够的结合强度和良好的耐磨性。③材料：白合金、铜铅合金和铝基合金。④锁止：在轴承的剖分面上，分别冲压出高于钢背的两个定位凸唇，装配时，这两个凸唇分别嵌入在连杆大头和连杆盖的相应的凹槽中。为保证连杆轴承孔的圆度和定位可靠，连杆盖安装时有方向性，不得随意安装。连杆大头的连接形式平分式斜分式§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飞轮螺栓曲轴二、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、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。3、材料：优质中碳钢、中碳合金钢、球墨铸铁。图③曲轴平衡重作用示意图，图2-51；④装配式平衡曲轴，图2-52；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。曲柄曲轴的分类：整体式和组合式。优点缺点应用全支承曲轴提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长柴油机一般多采用此种支撑方式非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小主轴承载荷较大承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式曲轴的支承方式：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组曲轴前端的结构，图2-39；1,2——滑动轴承3——止推垫片；4——正时齿轮；5——甩油盘；6——油封；7——皮带轮；8——起动爪；回油螺纹多为矩形或梯形，均为右旋螺纹，其密封原理如图；三、曲拐的布置（1）一般规律1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。（2）常见曲轴曲拐的布置1）四冲程四缸发动机曲拐布置1-2-4-3或1-3-4-22）四冲程四缸发动机点火顺序点火顺序：各缸完成同名行程的次序。3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置四冲程六缸发动机点火顺序NEXT四、曲轴扭转减振器（