第二章 曲柄连杆机构

第二章曲柄连杆机构机体组活塞连杆组曲轴飞轮组概述§2.1概述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。1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用二、组成多缸发动机的曲柄连杆机构演示§3.2机体组机体组组成：曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩一、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、气缸体分类一般式龙门式隧道式名称性能应用一般式机体高度小、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。性能与应用比较（2）根据冷却方式不同分：水冷、风冷散热片冷却水（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，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。（4）干式气缸套和湿式气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。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。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。1、气缸盖气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞2、气缸盖罩和气缸垫3、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汽油机燃烧室形状三、油底壳1、概念：贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、使用特点：油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损3、材料：薄钢板冲压T716镗床§3.3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,柴油机10MPa）的压力，高压导致侧压力增大使之变形，破坏配合联结。3、材料：铝合金：质量小导热性好，但热膨胀系数较大；柴油机采用灰铸铁，成本低，耐热性好，膨胀系数小。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D温度变化时，尺寸和形状变化小E活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、活塞活塞组成：分为顶部，环槽部，群部，活塞销座四部分，其中顶部和环槽部统称为头部。4、结构活塞头部活塞裙部活塞销座（1）活塞顶部顶部是燃烧室的组成部分，承受压力，为了提高强度加强散热能力，背面制有加强筋结构简单、制造容易、受热面积小、温度低，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，组成半球形燃烧室。调整压缩比，用于高压缩比发动机，防止活塞碰撞气门。环槽部（2）活塞环槽部活塞的防漏部分，两环槽之间为环岸。环槽形状与活塞环断面形状相适应，一般为矩形或梯形。气环一般2~3道，油环1~2道泄油孔，油环刮下的多余润滑油从此流回油底壳（3）活塞裙部作用：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。特点：有一定的长度，足够的面积，保证导向，防止活塞对汽缸壁单位面积压力过大，造成油膜破坏，加大磨损。全裙式，半拖板式，拖板式。裙部（4）活塞销座作用：是活塞与活塞销的连接部分。结构：大部分销座孔内接近外端面有卡环槽，限制活塞销的轴向窜动。与活塞销端面留有足够间隙，防止因冷却活塞的收缩大于活塞销收缩把卡环顶出。活塞销的选配：销座孔加工精度很高，需要与活塞销选配才能达到高精度的使用要求，红色漆把销座孔尺寸标与销座下方外表面。活塞销座活塞裙部的椭圆变形演示为什么这辆车排出的尾气是蓝色的呢？（二）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：6万公里材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）切口气环（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，辅助刮油和布油。一般2~3道。（2）油环刮走汽缸壁上多余机油，并涂一层均匀的机油膜，防止机油窜入燃烧室，减小阻力，辅助密封，一般1-2道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三环短活塞2个气环（压缩环）第一道气环第二道气环1个油环组合油环整体油环活塞环认识活塞环安装★1.活塞环钳2.手动安装检查活塞环槽安装油环衬环安装油环上下刮片安装第二道气环安装第一道气环检查安装情况活塞环安装顺序1.油环衬环不能有重叠。2.气环TOP标记朝上。3.安装完成检测，判断活塞环能否正常旋转。4.各环之间开口错开一定角度。活塞环安装注意事项★（2）活塞环检测检查内容：活塞环与环槽的侧隙。方法：用塞尺检查。正常间隙值：气环0.20mm—0.40mm两件式组合油环0.20mm—0.40mm三件式组合油环0.25mm—0.50mm活塞环侧隙检查（2）活塞环检测检查内容：活塞环端隙（开口间隙）。方法：用塞尺检查。正常间隙值：气环0.05mm—0.09mm两件及三件式组合油环0.03mm—0.06mm活塞环端隙检查（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。承受方向大小都不断变化的冲击载荷。做低速摆动运动，不易建立油膜，润滑条件极为不良。材料与工艺:优质低碳钢，表面渗碳或氰化处理。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。活塞销圆柱形两段截锥与一段圆柱结合两段截锥形连杆活塞销全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。半浮式：常用活塞销与连杆小头固定，活塞销与销座孔之间有一定间隙形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。（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。连杆组件分解图连杆小头杆身连杆大头连杆大头的连接形式平切式汽油机采用斜切式与连杆大头轴线成30°～60°柴油机两样都有使用连杆轴瓦连杆轴瓦包括连杆上瓦和连杆下瓦，安装在连杆和曲轴的连接部位，起耐磨、连接、支撑、传动作用。连杆轴瓦轴瓦（bush）轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下,可以用木材、塑料或橡皮制成。也叫“轴衬”，形状为瓦状的半圆柱面。滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用。如果由于润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足于将器烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。烧瓦后滑动轴承就损坏了烧瓦原因：1.机油问题。2.轴瓦本身质量问题。3.轴瓦安装问题。V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式§3.4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（发电机，风扇，水泵等）。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。平衡块曲柄后凸缘盘4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）。5、分类：整体式（常用）组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）6、组成：（1）主轴颈曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。全支承：非全支承：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。——用于支撑曲轴。全支撑非全支撑曲轴全支撑曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。非全支撑曲轴：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。连杆轴颈曲轴轴颈（2）连杆轴颈（3）曲柄——曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈（4）平衡块平衡离心力偶减轻或消除弯曲变形部分中空兼作油道安装连杆大头中空连杆轴径平衡块曲柄发动机点火顺序（即各个气缸做功行程的交替次序）四行程发动机的点火间隔角为720°/i，(i为气缸数目)，点火间隔角四冲程发动机的工作原理，在曲轴旋转两圈720°范围内每个缸都应该做功一次。四缸发动机发火顺序180°四缸四行程发动机的曲拐布置四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4＝180°，曲轴每转半圈(180°)作功一次，四个缸的作功行程是交替进行的，并在720°内完成，因此，可使曲轴获得均匀的转速，工作平稳柔和。对于每一个气缸来说，其工作过程和单缸机的工作过程完全相同，只不过是要求它按照一定的顺序工作，即为发动机的工作顺序，也叫作发动机的发火顺序。可见，多缸发动机的工作顺序(发火顺序)就是各缸完成同名行程的次序。四缸发动机四个曲拐布置在同一平面内。1，4缸在上，2，3缸在下，互相错开180°，其发火顺序的排列只有两种可能，即为1-3-4-2或为1-2-4-3，发动机工作循环表分别见表。六缸四行程发动机的曲拐布置四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置四行程直列六缸发动机发火间隔角为720°/6=120°，六个曲拐分别布置在三个平面内，一种发火顺序是1-5-3-6-2-4，国产汽车的六缸直列发动机都用这种，其工作循环表见表。另一种发火顺序是1-4-2-6-3-5。六缸发动机工作循环表八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）四行程V型八缸发动机的发火间隔角为720°/8=90°，V型发动机左右两列中对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V型八缸发动机只有四个曲拐。曲拐布置可以与四缸发动机相同，四个曲拐布置在同一平面内，也可以布置在两个互相错开90°的平面内，使发动机得到更好地平衡。发火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2。皮带盘惯性盘橡胶垫减振器圆盘皮带轮毂曲轴前端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。橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图五、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。飞轮上的标记符号：在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。解放CA6102型发动机的记号是：上止点———1—6奥迪100飞轮上有－“0”标记。例如：标记桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组小结活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆：（铝合金）防冷敲热拉措施活塞制成上小下大的锥形活塞裙部呈椭圆形活塞裙部开槽销座孔处铸入防胀钢片油环气环作用及组成曲轴飞轮组曲轴带轮正时齿轮扭转减震器