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1第二章曲柄连杆机构2概述一、功用：作功冲程：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力其他冲程：把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动（依靠曲轴与飞轮的惯性）3二、组成：1、机体组：气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫---不动件曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳42、活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销和连杆------运动件气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖53、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮减振器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6三、工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。工作条件:高温,高压,高速,化学腐蚀受力分析:气体作用力,往复慣性力,离心力，摩擦力7三、受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。PPjPCF81、气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPSPPRPTP9(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPPSPRPTP102、往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。Pj113、离心惯性力PC：旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。Pc124、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。F132.1机体组机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳141、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，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。15气缸体的分类1）根据气缸的排列方式（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V型式：缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上发动机。（3）对置式：是V型的特殊形式。16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。17高度小，总体布置方便。对置气缸式发动机18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。（中小型）龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。（大中型发动机）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。主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承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。气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。2）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。193）根据冷却方式不同(1)、水冷(2)、风冷204）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。21气缸套目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。22性能如何？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。1）壁厚较薄（1mm～3mm）；2）与刚体承孔过盈配合；3）不易漏水漏气。湿缸套外壁直接与冷却水接触。1）壁厚较厚（5mm～9mm）；2）散热效果好；3）易漏水漏气；4）易穴蚀。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。232.型式（1）干式缸套1~3mm定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较薄（1mm～3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。1~3mm24（2）湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm～9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀5~9mm0.05~0.15mm25定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。0.05~0.15mmAB26密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm～0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。0.05~0.15mm271）下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。282、气缸盖与燃烧室1)、气缸盖（汽油机多为整体式；柴油机多为分开式）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：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分2～3次。拆卸相反顺序。铝合金缸盖冷机拧紧即可；铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次292）、汽油机燃烧室要求：结构紧凑，冷却面积小；能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动类型名称特点示意图应用半球形结构紧凑、排气效果好火焰行程短、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,燃烧速度较快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,燃烧速度较低捷达奥迪302）、汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气—冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。31（2）楔形燃烧室：其特点为1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气—冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。32（3）半球形燃烧室：其特点为1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。333、气缸垫1）.作用：保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气、窜油。2）.材料：有弹性、耐热性、耐压性3）.安装时注意方向344）.构造（1）金属—石棉垫：（见a、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。（2）金属骨架—石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图e）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。（3）纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。（4）安装注意：金属皮的金属—石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。354、油底壳1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2).构造：（1）用薄钢板冲压而成。(2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。(3)最低处有放油塞(磁性)(4)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。362.2活塞连杆组37381活塞1）功用：(1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；(2)承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。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（约为铸铁活塞的50%～70%）；导热性好（约为铸铁的三倍）；3.热膨胀系数大。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394）构造：活塞可分为顶部、头部、裙部销座40(1)、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。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。（高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比)412）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423）活塞裙部(1)位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。(2)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。43（3）活塞的变形及采取的相应措施a、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。44b、变形规律（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。45c.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。46（2）活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm～1.0mm。47（3）裙部开隔热—膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。(柴油机一般不开)48（4）偏置销座1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm～2mm。2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。493、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。50二、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1气环1）.作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；（3）辅助刮油、布油。气环尽量少（2-3）；安装时切口错开（迷宫）51活塞环的间隙（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；2）.结构与密封原理：52（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm；（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm；Δ2Δ353气环的密封原理（1）第一密封