汽车构造课件曲柄连杆机构

AUTOMOBILESTRUCTURE汽车构造AUTOMOBILESTRUCTURE机械与汽车工程学院汽车工程系主讲人：孔胜利[e-mail]2020/3/32第2章机体组与曲柄连杆机构机体组活塞连杆组曲轴飞轮组AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/33机体组与曲柄连杆机构功用：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。活塞连杆组及曲轴飞轮组结构示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/342.1机体组机体是发动机的骨架，是发动机各机构和系统的装配机体。主要包括汽缸体、汽缸盖、汽缸垫和油底壳。1、汽缸体水冷发动机的汽缸体与上曲轴箱制成一体，一般用灰铸铁制成，上部为圆柱形空腔（气缸），下半部为支承曲轴的曲轴箱。汽缸体内部有水套、润滑油道和加强筋。汽缸体结构示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/35汽缸体结构形式示意图（a）一般式（b）龙门式（c）隧道式机体组（1）汽缸体的分类按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为：一般式汽缸体、龙门式汽缸体和隧道式汽缸体。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/36机体组AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/37机体组（2）汽缸体的冷却：为保证发动机在高温下能正常工作。汽缸体与汽缸盖结构示意图a.水冷b.风冷1汽缸体2水套3汽缸盖4燃烧室5汽缸垫6散热片AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/38机体组（3）汽缸的排列方式气缸排列方式示意图(a)直列式(b)V型(c)对置式(a)(b)(c)AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/39机体组AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/310机体组（4）汽缸套汽缸套示意图(a)干式(b)湿式密封圈4汽缸体3水套2汽缸套1AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/311机体组干式缸套特点是外表面不与冷却水接触。它是一个耐磨性能良好的薄壁套筒，壁厚一般为1～3.5mm，干缸套上端通常有凸肩用作轴向定位，轴垫卷边压在凸肩上，凸肩的圆角必须适当，以免应力集中损坏缸。湿式缸套湿缸套是一个与冷却水直接接触的厚壁套筒，壁厚应保证缸套有足够的强度和刚度，一般为缸径的5%～10%。湿缸套的优点是导热性好，便于更换，缸体铸造简单，材料可按需要选择。缺点是缸体刚度差，容易漏水。故广泛应用于柴油机和铸铝缸体上。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/312机体组2、汽缸盖（1）汽缸盖用来封闭气缸的上部，并与活塞顶、汽缸壁共同构成燃烧室。材料常为优质灰铸铁、合金铸铁或铝合金。汽缸盖的分解图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/313机体组汽缸盖内有与汽缸体相通的冷却水套、燃烧室、火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机）、进排气道等。为制造维修方便，减小变形对密封的影响，功率较大的柴油机多采用分开式汽缸盖；而汽油机因缸径较小，负荷较轻，多采用整体式缸盖。分开式汽缸盖实例AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/314机体组汽缸盖的分解图实例AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/315机体组（2）汽油机的燃烧室由活塞顶部及汽缸盖上的相应凹部空间组成。汽油机燃烧室常见的形状有如下三种：汽油机燃烧室(a)楔形(b)盆形(c)半球形AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/316机体组3、汽缸垫汽缸垫用来保证汽缸体与汽缸盖结合面间的密封。要求耐热、耐腐蚀，有足够的强度和一定的弹性，且拆装方便，能重复使用，寿命长。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/317机体组目前常用的2种分别是金属—石棉汽缸垫和纯金属汽缸垫。汽缸垫横截面示意图(a)--(d)金属—石棉汽缸垫(e)纯金属汽缸垫AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/318机体组4、油底壳油底壳的作用是储存机油并封闭曲轴箱。一般用薄钢板冲压而成，也有采用带散热片的铝合金铸造的轻金属油底壳。油底壳结构示意图(a)薄钢板油底壳(b)轻金属油底壳AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/319机体组5、发动机的支承发动机一般采用三点支承和四点支承两种方式，通过汽缸体和飞轮壳或变速器壳体上的支承点，弹性支承在车架上。发动机的支承(a)三点支承(b)四点支承1--前支承2--后支承3--橡胶支承4--纵向拉杆AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/3202.2活塞连杆组活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。活塞连杆组示意图1活塞环7锁紧螺母2S卡环8连杆轴承3连杆衬套9弹簧垫片4连杆10活塞销5连杆螺栓11活塞6连杆盖AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/321活塞连杆组1、活塞活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与汽缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞是发动机中工作条件最严酷的零件：作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。（1）活塞常用材料：常用的是铝合金；新材料（发泡石墨活塞、铝基复合材料、合金铸铁、耐热钢、金属陶瓷等）。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/322活塞连杆组（2）活塞结构：活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。活塞结构剖视图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/323活塞连杆组(a).活塞顶汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。活塞顶的形状：平顶、凸顶和凹顶。大多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凹顶活塞可通过改变凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。活塞顶的形状(a)平顶(b)凹顶(c)凸顶AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/324活塞连杆组(b).活塞头：由活塞顶至油环槽下端面之间的部分。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。活塞结构实例AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/325活塞连杆组(c)活塞裙：活塞环槽以下的所有部分，其作用是引导活塞在汽缸中作往复运动并承受侧压力。活塞裙部的椭圆变形(a)气体压力产生的弯曲变形(b)受热后膨胀变形(c)侧压力作用下的挤压变形(d)裙部的综合变形AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/326活塞连杆组为使活塞在各种工况下均能与汽缸壁间保持均匀的间隙，活塞裙通常采用下列结构措施：椭圆锥裙：裙部断面制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直活塞销的方向，即在连杆摆动平面内或承受侧压力导向平面内，椭圆的短轴在活塞销的方向。裙部轴向呈锥形，上小下大。这样活塞工作过程中，受力受热膨胀变形时，形成圆柱形，不致在气缸内卡住。采用双金属活塞。在活塞裙部销座处铸入膨胀系数小的钢片,限制活塞裙部的变形，使变形量减小。裙部开有绝热—膨胀槽。在裙部受侧向力较小的面，开有“T”形或“Π”形槽。其中横槽叫绝热槽，可减少头部热量向裙部传导，从而减少裙部的热膨胀。竖槽叫膨胀槽，可使裙部具有一定的弹性和热态起补偿作用，使活塞在装配较小的情况下热膨胀时不致卡缸。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/327(a)(b)(c)(d)活塞裙部的不同形状和结构(a)椭圆锥裙(b)活塞的膨胀槽和绝热槽(c)恒范钢片式(d)自动调节式活塞连杆组AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/328活塞连杆组为改善铝合金活塞的磨合性，可对活塞裙部表面涂以保护层，材料可为铅、锡、石墨或塑料等。为了减轻活塞在越过上止点时因侧压力瞬时换向而产生的“敲缸”现象，减小噪声，改善发动机工作的平顺性，有些高速发动机将活塞销座向承受做功行程侧压力一面偏移1~2mm。活塞销偏置与活塞的换向过程(左)对中布置(右)偏移布置AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/329活塞连杆组2、活塞环：按功用的不同分为气环和油环。气环（1）作用密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；传热：将活塞头部70~80%的热量传给气缸壁。气环的密封原理P--气体压力AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/330活塞连杆组（2）结构形式气环常见的截面形状有如下几种：矩形环、锥面环、扭曲环、梯形环、桶面环。气环的断面形状a矩形环b锥面环c正扭曲内切环d反扭曲锥面环e梯形环f桶面环AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/331活塞连杆组油环（1）作用刮除汽缸壁上多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜，即可防止机油窜入燃烧室，又能减少活塞及活塞环与气缸的磨损。（2）油环的刮油过程油环的刮油过程示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/332活塞连杆组3活塞销：连接活塞和连杆，将活塞所承受的气体压力传给连杆。（1）材料活塞销在高温下承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差。要求活塞销具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量要小。一般为低合金渗碳钢。对高负荷发动机则采用渗氮钢。（2）结构活塞销形状(a)圆柱形孔(b)端部锥形扩展(c)中间封闭式(d)单侧封闭式(e)内有塑料芯的钢套销(f)成形销AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/333活塞连杆组4、连杆将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。（1）材料一般采用45、40Cr等中碳钢或中碳合金钢经模锻或辊压制成，少数用球墨铸铁制成。为提高疲劳强度，连杆常进行表面喷丸处理。小型发动机的连杆常用高强度铝合金制造。（2）结构连杆主要分为连杆小头、杆身和连杆大头3个部分。连杆零件分解图1—连杆大头2—连杆轴承3—止推凸肩4—连杆小头衬套5—连杆小头6—杆身7—连杆螺栓8—连杆盖AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/334活塞连杆组(a)连杆小头连杆小头与活塞销的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。连接小头与活塞销的连接方式全浮式活塞销工作时，在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。为防止活塞销两端刮伤气缸壁，在活塞销孔外侧装置活塞销挡圈。半浮式活塞销是用螺栓将活塞销夹紧在连杆小头孔内，这时活塞销只在活塞销孔内转动，在小头孔内不转动。小头孔不装衬套，销孔中也不装活塞销挡圈。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/335活塞连杆组(b)连杆杆身杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模锻。工字形断面的Y-Y轴在连杆运动平面内。有的连杆在杆身内加工有油道，用来润滑小头衬套或冷却活塞。如果是后者，须在小头顶部加工出喷油孔。连杆杆身(a)无油道的(b)有油道的AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/336活塞连杆组(c)连杆大头连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。通常是剖分式的，上半部分与杆身为一体，下半部即连杆盖，二者通过连杆螺栓装合。连杆大头的切口形式有直切口和斜切口2种。斜切口连杆大头定位方式(a)止口定位(b)套筒定位(c)锯齿定位AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/337活塞连杆组康明斯发动机连杆配件图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/338活塞连杆组连杆总成结构图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/339活塞连杆组AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/340活塞连杆组(d)连杆轴承连杆轴承装在连杆大头孔内，用以保护连杆轴颈及连杆大头孔。轴瓦是在厚1～3mm的薄钢背的内圆面上浇铸0.3～0.7mm厚的减磨合金膜，起到减小摩擦阻力和加速磨合的作用。连杆轴承减磨合金层4定位凸键3油槽2钢背1目前主要的轴承减磨合金有：巴氏合金、铜铅合金和高锡