第2章曲柄连杆机构讲义gai

n 本章讲述内容：2.1 概述2.2 机体组2.3 活塞连杆组2.4 曲轴飞轮组第二章 曲柄连杆机构(5h)2.1 概 述一、曲柄连杆机构的功用及组成(一） 功用：q 将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，向工作机械输出机械能。(二） 组成：q 机体组 ：主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫和油底壳等；q 活塞连杆组 ：主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等；q 曲轴飞轮组 ：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。(三）工作条件q 高温 ： 最高可达 2500K以上q 高压 ：最高可达 5MPa9MPaq 高速 ：最高可达 3000 r/min6000 r/minq 化学腐蚀 ：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。 （四）受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力 Fp，往复惯性力 Fj ，旋转离心力 FC 和摩擦力 F。FpFjFCF1、 气压力：气压力 的集中力 Fp分解为侧压力 Fp1和 Fp2， Fp1分解为 FR和 FS， FR 使曲轴主轴颈处受压， FS为周向产生转矩的力。(1)作功行程：侧压力 Fp1向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重 Fp2Fp1 FpFRFSFp1 (2)压缩行程：侧压力 FP2向右，活塞的右侧面压向气缸壁，右侧磨损严重。FP2FPFP1FRFS2、 往复惯性力 Pj：从上止点向下止点运动，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。Pj3、 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。Pc3、 离心惯性力 PC：4、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。F4、摩擦力 F：五、总结：偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径向外。曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。 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气缸盖罩2.2 机 体 组气缸盖罩垫圈q 气缸体 ：发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴箱，简称气缸体。（一）功用 ：气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔。 1、内腔 （ 1）形成气缸工作容积；（ 2）活塞运动导向。2、外腔 （ 1）各机构和系统的装配基体；（ 2）散热。一、 气缸体（三）材料和工艺：1、材料 （ 1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢（ 2）气缸体：灰铸铁或铝合金2、气缸工作表面制造工艺（ 2级加工精度） （ 1）精镗（ 2）珩磨（网纹状） 1、 改善磨合条件，磨合2、 避免拉缸（金属熔着磨损）时间短 （ 二）要求： 1、耐高温、高压2、耐磨损3、耐腐蚀4、足够的刚度和强度（三） 气缸体结构分类： （ a） 一般式 （ b） 龙门式 （ c） 隧道式（ a ） 曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上 。 优点是制造方便，质量轻，高度低，但刚度低，适用于汽油机。(b)油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心(c)气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式1、 按气缸体结构形式分为：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、按冷却方式分：（ 1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套（ 2）风冷式：气缸体外铸有散热片水冷发动机和气缸盖 风冷发动机的气缸体和气缸盖散热片冷却水冷却水3、按镶缸套方式分：（ 1）干式缸套： 图（ a） 所示， 不直接与冷却水接触，薄壁（ 1-3mm）， 过盈压配在气缸体内孔中。 优点 ：密封性好，气缸体刚性好，缸心距小，曲轴不易变形。缺点： a 、 制造成本增加： 气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变形。b、 热负荷增加： 缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。c、 气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。气缸套水套气缸体图 2-6 （ a） 干式 气缸套（ 2）湿式缸套： 气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接触，薄厚（ 5-9mm）， 缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下端带 1-3道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面 0.05-0.15 mm， 这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。优点： 气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造工艺性好。缺 点： 气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；缸心距增加，曲轴易变形；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆。 0.050.15mm气缸套水套气缸体橡胶封水圈图 2-6 （ b） 湿式 气缸套（轴向定位）（径向定位）（径向定位）干式气缸套和湿式气缸套比较名称 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。4、 根据气缸的排列方式分 ：q 直列式： 结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。q V型： 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。q 对置式： 高度小，总体布置方便。直列式V型 对置式5、整体式气缸体和镶嵌式气缸体n (1)、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。n (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。气缸盖罩气缸盖气缸垫衬垫安装火花塞二、气缸盖与气缸垫（ 一）气缸盖一）气缸盖1、组成： 气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。2、作用： （ 1）密封气缸上部；（ 2）构成燃烧室（与气缸壁、气缸垫和活塞顶一起）；（ 3） 构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）。3、要求： （ 1）耐高温、高压；（ 2）耐腐蚀；（ 3） 足够的刚度和强度。（ 2）灰铸铁或合金铸铁： （大部分柴油机） a 、 刚度、强度高；b 、 耐高温；c 、 导热性差 :缸盖底面鼻梁区易开裂；d 、 质量重。4、材料：（ 1）铝合金压铸： （汽油机及少数柴油机） a、 质量轻、导热性好；b、 铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）；c、 刚度低 :易变形 导致漏气漏水； d、 强度低 :气缸盖螺栓孔易拉毛；e、 不耐高温 :超过 350C，强度急剧降低。5、燃烧室v结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程。v使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧。燃烧室 形状对发动机的工作影响很大 。(1)要求：汽油机燃烧室形状燃烧室比较名称 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492（二）气缸垫1、作用： 密封 燃气冷却水、机油2、要求 ：（ 1）一定的强度要求（ 2）耐热、耐腐蚀（ 3）一定的弹性a、 密封（变形以补偿结合面的不平度）b、 能重复使用（ 在一定公差内）3、材料与结构： 金属 -石棉气缸垫； 实心金属片气缸垫； 加强型无石棉气缸垫。 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。光滑面朝向气缸体。4、气缸盖螺栓的拧紧次序：必须由中央对称地向四周扩展的顺序分