汽车构造 曲柄连杆机构

Chap2曲柄连杆机构李书伟Tel:[e-mail]Ⅰ、教学目的及教学要求：了解曲柄连杆机构的功用和受力情况；掌握机体组中各个零件的构造特点和功用；掌握连杆组中各个部件的作用、材料、构造特点；掌握曲轴飞轮组中的曲轴、飞轮的作用、材料、结构特点。Ⅱ、教学内容：曲柄连杆机构的功用与组成、工作条件及受力分析，缸体与曲轴箱，气缸与气缸套，气缸盖与气缸垫，油底壳、发动机的支承、活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴、飞轮、扭转减振器。Ⅲ、重点和难点：重点：是气缸套、气缸盖、活塞、活塞环、曲轴构造；难点：是缸体结构形式。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、曲轴飞轮组三、工作条件承受机械载荷：1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力2、汽车行驶中产生的冲击力。2.2机体组机体组组成：由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫等不动件组成。曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸一、气缸体与曲轴箱一汽奥迪100汽车发动机气缸体1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱。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、气缸体的分类：（2）根据冷却方式不同1、水冷2、风冷散热片风冷气缸体和气缸盖2、气缸体的分类：（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。2、气缸体的分类：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1、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。2、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。2、气缸体的分类：（5）干缸套和湿缸套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。2、气缸体的分类：二、曲轴箱1、概念：曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。2、结构：上轴箱与气缸体铸成一体下轴箱贮存润滑油（油底壳）3、材料：薄钢板冲压桑塔纳发动机油底壳三、气缸盖功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。气缸垫气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞二、燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、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（九）气缸垫1、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。2、材料：有弹性、耐热性、耐压性3、安装时注意方向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。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600~700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3~5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3、材料：铝合金：质量小导热性好；灰铸铁活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力3、活塞的结构（1）活塞顶部功用：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位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，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（3）活塞裙部位置：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，防治破坏油膜。裙部表面的保护1）镀锡油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油机）易脆断可加速磨合，自润滑。3）表面粗糙化有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。（4）活塞形状工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。销座方向裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形工作时向里变形桶形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。开槽活塞（汽油机）绝热槽膨胀槽圆槽（二）活塞环活塞环：是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里（1）气环作用：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，再由冷却水将其带走。切口气环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活塞销的偏置偏置的目的：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。连杆组件分解图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大头的连接形式平分式斜分式桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组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、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。曲柄曲轴的支承方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概念：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。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。发火间隔角=720/ii:为多缸发动机的缸数（2）常见曲轴曲拐的布置1）四冲程四缸发动机曲拐布置发火间隔角=720/4=180°2）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。发火次序也可是1-2-4-33）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置发火间隔角=720/6=120°四冲程六缸发动机点火顺序四、曲轴扭转减振器（一）扭转振动自由扭转振动强迫扭转振动共振功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声等临界转速：发生共振时的转速（二）扭转减振器皮带盘惯性盘橡胶垫减振器圆盘皮带轮毂曲轴前端功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。橡胶摩擦式扭转减振器四、飞轮（一）功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。（二）构造飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。一缸上止点记号本章小结曲柄连杆机构的功用与组成，机体组中各个零件的构造特点和功用，连杆组中各个部件的作用、材料、构造特点，曲轴飞轮组中的曲轴、飞轮的作用、材料、结构特点。发动机如何进行配气？其工作条件、机构组成、工作原理、结构特点和要求。预习思考1．安排多缸发动机发火顺序时应注意哪些？2．飞轮的作用是什么？3．气缸垫有何作用？安装时应注意哪些事项?4．活塞的作用是什么?由哪几部分组成？5．一般活塞的形状有何特点?为什么？6．活塞环分为几种，作用如何?7．试述连杆的作用及构造。8．试述曲轴的作用，曲拐的布置与哪些因素有关？9.汽油机的燃烧室有哪几种？其特点如何？10.何谓发动机发火间隔角?思考题