汽车 曲柄连杆机构.ppt

28.05.2020,1,第二节机体组,第三节活塞连杆组,第四节曲轴飞轮组,第一节概述,28.05.2020,2,28.05.2020,3,第一节概述,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,28.05.2020,4,1、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,28.05.2020,5,2、活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件,28.05.2020,6,3、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,28.05.2020,7,三、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,侧压力,28.05.2020,8,第二节机体组,组织教学:（1）考勤：（2）复习与提问：发动机的总体构造有哪几部分组成？课程内容：（1）重点：机体零件的结构特点及应用；（2）难点：结构、特点的掌握及应用。,28.05.2020,9,组成：一组：机体组；两机构：曲柄连杆机构、配气机构；五系统：进排气系统、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、起动系统、点火系（汽油机）；一装置：有害物质控制装置。,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,机体组的功用：装配的基体；燃烧室组成部分；冷却、润滑系组成部分,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,1、机体:作用：发动机的基体和骨架，安装零件；要求：具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力)气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量)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,材料：高强度灰铸铁、铝合金铸造。,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,12,机体组：缸体示意图,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,机体组：气缸盖示意图,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,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,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,性能与应用比较,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,（2）根据冷却方式不同分：,水冷、风冷,散热片,冷却水,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,（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；但宽度增加，形状复杂，加工困难。,高度小，总体布置方便。,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,单列式：一般6缸以下的发动机采用直列式，如解放CA1091型、CA1040型、红旗CA7220型和北京BJ2023型等V型：一般用于6缸以上的大功率发动机对置式：适用于摩托车及发动机中置的大客车,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,气缸：作用：气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔。要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化学腐蚀气缸套：提高气缸的耐磨性：(1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表面淬火、镀铬)-成本高(2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨性好、检修方便及费用低,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,（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。,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,（5）干式气缸套和湿式气缸套,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、易制造、易拆卸。强度和刚度不如干缸套，易漏水、漏气广泛应用于汽车柴油机上。,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,27,三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,功用：密封气缸的上部，与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。注：铝合金的气缸盖：有利于提高散热性能和压缩比工作条件：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,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,分类：整体式(直径小于105mm)：汽油机因缸径较小、缸盖负荷较轻，一般采用整体式气缸盖(CA6102)；分开式(105-140,大于140mm)：功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式气缸盖，即一缸、二缸或三缸一盖。P48页优点：制造和维修方便、减小变形对密封的影响结构：内有与气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,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,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,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,2.气缸垫：(1)作用：气缸盖与气缸体之间的密封件，保证燃烧室不漏气。(2)要求：在高温、高压燃气作用下具有足够的强度，不宜损坏。耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气下或有压力的机油和冷却液的作用下不烧损、不变质具有一定弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、不平度以及发动机工作时反复出现的变形，以保证密封。拆装方便，能重复使用，寿命长,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,(3)材料：金属石棉气缸垫纯金属气缸垫:由单层或多层金属片制成国外有些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫，要求气缸盖和气缸体的接合面有更高的加工精度气缸盖罩：起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压而成，上设机油加注口和曲轴箱通风口,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,3、燃烧室形状对发动机的工作影响很大(1)要求：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(2)形状分类,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,汽油机燃烧室形状,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,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：(1)设有挡油板减轻油面的波动。(2)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：(1)薄钢板冲压(2)采用带有散热肋片的铝合金铸造而成的轻金属油底壳,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,四、发动机的支承：1、三点支承：可布置成前一后二（CA6102、EA6100Q-1）或前二后一（北京492QA）。2、四点支承：前后各有两个支承点。跃进1061A,28.05.2020,汽车工程系,第二章曲柄连杆机构,28.05.2020,40,观摩实物：思考题：1.机体组有哪些零件组成？各起和作用？2.机体、缸盖上结构如何让适应工作需要？,28.05.2020,41,第三节曲柄连杆机构_活塞连杆组,组织教学:（1）考勤：（2）复习与提问：哪门课程学过曲柄连杆（滑块）机构？有几个部件组成？元件运动都有哪些特点？课程内容：曲柄连杆机构（活塞、活塞环、活塞销、连杆）（1）重点：曲柄连杆机构特点及应用；（2）难点：结构、特点的掌握及应用。,28.05.2020,42,28.05.2020,43,28.05.2020,44,28.05.2020,45,一、曲柄连杆的作用及组成,1.曲柄连杆的作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。2.曲柄连杆的组成（1）活塞连杆组（2）曲轴飞轮组,28.05.2020,46,二、活塞连杆组,由活塞、活塞环、活塞销连杆-运动件,28.05.2020,47,28.05.2020,48,1、功用：构成燃烧室、承压、传力、密封、散热2、工作条件及要求：高温（600-700K）-刚度好，导热性好高压（3-5MPa）-强度好润滑条件差-耐磨高速往复运动（10m/s）-重量轻、惯性小耐热的活塞顶及弹性的活塞裙,（一）活塞,28.05.2020,49,3、材料：(1)汽油机：铝硅合金，硅的成分越多，热膨胀系数越小，磨损越小，但制造工艺性较差。(2)柴油机：合金铸铁和耐热钢制造(热、机械负荷大),28.05.2020,50,4、结构,28.05.2020,51,结构简单、制造容易、散热面积小、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。常用于二冲程汽油机,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的形成与燃烧；提高压缩比，防止碰气门。也可用凹坑的深度来调整压缩比,（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。,28.05.2020,52,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,（2）活塞头部,位置：活塞顶到油环下端面之间的部分。,1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止混合气泄漏到曲轴箱内；3、导热；4、承压，传力。,作用：,28.05.2020,53,头部用于安装活塞环改善散热结构措施:a.热流形变截面b.火力岸处开绝热槽c.第一道环槽镶嵌耐热护圈d.头部加工多道环形沟槽,28.05.2020,54,（3）活塞裙部,位置：活塞环槽以下的所有部分，包括销座孔。作用：导向，承受侧压力，防止破坏油膜。,28.05.2020,55,活塞裙部的椭圆变形演示,28.05.2020,56,（1）预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。,5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：,（2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一小部分。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。,28.05.2020,57,（3）活塞裙部开槽,绝热槽,膨胀槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,28.05.2020,58,（4）采用双金属活塞：为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸入或嵌入膨胀系数低的钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。,28.05.2020,59,28.05.2020,60,(5)有些活塞为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一部分，以减小惯性力，减小销座附近的热变形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，适用于高速发动机。,28.05.2020,61,6、活塞在工作时的保护措施,（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性；主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。,28.05.2020,62,（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向时的敲击声，且使裙部减小磨损；有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。,28.05.2020,63,观摩实物：活塞材料；结构特点（顶部、头部、裙部）；冷却方法；,28.05.2020,64,二、活塞环,是具有弹性的开口环，分为气环和油环。功用：气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。油环起布油和刮油的作用，还能起到封气的辅助作用。,28.05.2020,65,工作条件：工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。高温、高压、高速、润滑条件差(第一道气环)。平均寿命：6万公里要求：活塞环弹性好，强度高、耐磨损。,28.05.2020,66,材料：合金铸铁或球墨铸铁；目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。注意点：1、有时表面涂有保护层：改善活塞环的滑动性能、耐磨性能2、第一道气环(承受压力最大)：表面常镀上多孔性铬，硬度高，能贮存少量的润滑油，改善润滑条件，延长活塞环的使用寿命。,28.05.2020,67,（1）气环作用：密封和传导热量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。,气环,切口,28.05.2020,68,气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，被封闭的气体不能通过环周与气缸之间，便进入了环与环槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面；同时，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用。气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。,28.05.2020,69,气环的密封原理：,将23道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。,气环的泵油原理：,动态演示,28.05.2020,70,气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。,28.05.2020,71,气环断面形状：,28.05.2020,72,（2）油环,作用：布油(活塞上行)刮油润滑油密封(辅助作用),28.05.2020,73,油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,28.05.2020,74,油环的刮油作用,油环的刮油作用,28.05.2020,75,三、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。要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差),材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。,28.05.2020,76,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。,28.05.2020,77,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：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车,形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。,28.05.2020,78,四、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,28.05.2020,79,要求：有足够的强度和刚度，质量要尽量小(承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个较长的杆件),材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用球墨铸铁。小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。组成：连杆小头、杆身、大头,28.05.2020,80,连杆大头的连接形式,平切式,斜切式,28.05.2020,81,连杆轴瓦,28.05.2020,82,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉型式,28.05.2020,83,第四节曲轴飞轮组,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,28.05.2020,84,二、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。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润滑和耐磨性、较高的动平衡精度,28.05.2020,85,3、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,28.05.2020,86,曲拐数决定因素：,1、发动机的气缸数2、发动机的排列方式故：1、直列发动机的曲拐数等于气缸数2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半,28.05.2020,87,4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。,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,相邻两个曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴,用于支撑曲轴。按曲轴主轴颈的数目可分为：,否则,28.05.2020,88,全支承曲轴：(1)直列式：主轴颈数比气缸数多一个；V型：主轴颈数比气缸数的一半多一个。(2)特点：刚度较好、负荷相对较小，但曲轴和发动机机体长度增加(3)应用：多用于柴油机和负荷较大的汽油机非全支承曲轴特点：长度短，结构和制造工艺简单应用：中小负荷的汽油机,28.05.2020,89,（2）连杆轴颈(曲柄销),（3）曲柄,曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,28.05.2020,90,（5）前端轴和后端轴,前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）,曲轴的前端,7,两止推轴承白金合面相背,曲轴向前移,动，后止推轴承,与曲轴臂端面摩,擦；轴向后移动，,前止推轴承与正,时齿轮端面摩擦。,5,28.05.2020,91,后端轴：安装飞轮,前后端轴都设有防漏装置：,挡油盘、回油螺纹、油封等。,曲轴后端,回油螺纹,28.05.2020,92,（6）曲轴的轴向限位,通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。,28.05.2020,93,三、曲拐的布置,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。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3六缸机：1-5-3-6-2-4；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。,（1）一般规律,28.05.2020,94,（2）常见曲轴曲拐的布置,对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为：四行