第 3 章 曲柄连杆机构

1、12021-7-18 第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 车用发动机构造与原理车用发动机构造与原理 2021-7-182 本章基本内容本章基本内容 3.1 3.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述 3.2 3.2 机体组机体组 3.3 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 3.4 3.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 3.5 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 2021-7-183 3.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述 1.1.功能功能 2.2.组成组成 将热能转变为机械能将热能转变为机械能 将往复运动转变成旋转运动，对外输出扭矩。将往复运动转变成旋转运动，对外输出扭矩。 机体组、活

2、塞连杆组、曲轴飞轮组机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组 1.1.机械负荷机械负荷 （1 1）气体作用力；）气体作用力； 一一. . 曲柄连杆机构的功用和组成曲柄连杆机构的功用和组成 二二. . 曲柄连杆机构的工作条件曲柄连杆机构的工作条件 2 4 pp D F gp 2021-7-184 3.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述 2.2.热负荷热负荷 3.3.高速运转高速运转 4.4.摩擦磨损摩擦磨损 （2 2）惯性力；）惯性力； （3 3）侧作用力。）侧作用力。 2coscos 22 RRmF jj 2 RmF rr u 往复惯性力 往复惯性力 u 旋转惯性力 旋转惯性力 30 sn cmm/s

3、 u 活塞平均速度： 活塞平均速度： 2021-7-185 3.2 机体组机体组 2.2.组成：组成： （1 1）气缸盖；（）气缸盖；（2 2）气缸体；）气缸体； （3 3）上、下曲轴箱；（）上、下曲轴箱；（3 3）气缸套；）气缸套； （4 4）主轴承盖；（）主轴承盖；（5 5）飞轮壳及各个连接件。）飞轮壳及各个连接件。 u 发动机的支架，各系统主要零部件的装配基体。发动机的支架，各系统主要零部件的装配基体。 u 气缸盖与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。 u 水套和油道以及油底壳组成冷却系统和润滑系统。水套和油道以及油底壳组成冷却系统和润滑系统。 1.1.功

4、能：功能： 一一. . 机体组的功能和组成机体组的功能和组成 2021-7-186 1.1.功用：功用： 2.2.分类：分类： u 支承曲柄连杆机构的运动件，保证其相互位置的正确性；支承曲柄连杆机构的运动件，保证其相互位置的正确性； u 形成水道、油道；形成水道、油道； u 安装附件；安装附件； u 承受内燃机工作时所产生的作用力；承受内燃机工作时所产生的作用力； u 安装于车辆底盘上的支承点。安装于车辆底盘上的支承点。 u 缸体缸体- -曲轴箱：普通式、龙门式、隧道式曲轴箱：普通式、龙门式、隧道式 u 下曲轴箱：油底壳（干式、湿式）下曲轴箱：油底壳（干式、湿式） 3.3.材料和制造：材料和制

5、造： 3.2 机体组机体组 二二. . 气缸体与曲轴箱气缸体与曲轴箱 2021-7-187 1.1.功用：功用： 2.2.分类：分类： u 对活塞起导向作用；对活塞起导向作用； u 组成气体的工作空间。组成气体的工作空间。 u 干式气缸套：干式气缸套：1 13mm3mm u 湿式气缸套：湿式气缸套：5 59mm9mm 3.3.材料和制造：材料和制造： 3.2 机体组机体组 u 球墨铸铁、合金铸铁、高磷铸铁球墨铸铁、合金铸铁、高磷铸铁 三三. . 气缸套气缸套 2021-7-188 1.1.功用：功用： 3.3.分类：分类： u 封闭气缸，与活塞共同组成燃烧室；封闭气缸，与活塞共同组成燃烧室；

6、u 为其他机构和零部件提供安装位置；为其他机构和零部件提供安装位置； u 整体式、分体式整体式、分体式 4.4.材料和制造：材料和制造： 3.2 机体组机体组 u 铸铁、铝合金铸铁、铝合金 2.2.特点：特点： u 结构复杂、承受高强度的机械负荷和热负荷结构复杂、承受高强度的机械负荷和热负荷 四四. . 气缸盖气缸盖 2021-7-189 1.1.功用：功用： 3.3.分类：分类： u 保持气缸密封；保持气缸密封； u 保证冷却液和机油不泄漏。保证冷却液和机油不泄漏。 u 金属石棉衬垫；金属石棉衬垫； u 金属复合材料衬垫；金属复合材料衬垫； u 全金属衬垫。全金属衬垫。 3.2 机体组机体组

7、 2.2.要求：要求： u 一定的强度和良好的弹性；一定的强度和良好的弹性； u 耐压、耐热、耐腐蚀性。耐压、耐热、耐腐蚀性。 五五. . 气缸垫气缸垫 2021-7-1810 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 2.2.组成：组成： u 组成可变的工作容积；组成可变的工作容积； u 承受燃气压力；承受燃气压力； u 完成力的传递和运动转换。完成力的传递和运动转换。 1.1.功能：功能： （1 1）活塞组）活塞组 （2 2）连杆组）连杆组 u 连杆体、连杆盖、连杆衬套、连杆连杆体、连杆盖、连杆衬套、连杆 轴瓦和连杆螺栓等轴瓦和连杆螺栓等 一一. . 活塞连杆组的功能和组成活塞连杆组的功能和组成 u

8、活塞、活塞环、活塞销和活塞销挡活塞、活塞环、活塞销和活塞销挡 2021-7-1811 1.1.功用：功用： 2.2.结构：结构： u 头部、裙部头部、裙部 3.3.变形：变形： 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 4.4.冷却：冷却： u 金属受热膨胀不均匀；金属受热膨胀不均匀； u 活塞顶部承受燃气压力；活塞顶部承受燃气压力； u 裙部承受侧作用力。裙部承受侧作用力。 二二. . 活塞活塞 u 承受燃烧气体压力；承受燃烧气体压力； u 将压力通过活塞销传递给连杆；将压力通过活塞销传递给连杆； u 顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 2021-7-1812 1.

9、1.功用功用 u 密封高温高压燃气；密封高温高压燃气； u 向气缸壁面传热；向气缸壁面传热； u 对气缸壁面进行布油和刮油。对气缸壁面进行布油和刮油。 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 三三. . 活塞环活塞环 2.2.分类分类 u 气环气环密封、传热；密封、传热； u 油环油环布油、刮油；布油、刮油； 3.3.气环气环 u 矩形环、锥形环、扭曲环、梯形环、桶形环矩形环、锥形环、扭曲环、梯形环、桶形环 u 矩形环的泵油现象矩形环的泵油现象 4.4.油环油环 u 整体式油环；整体式油环； u 钢片组合式油环。钢片组合式油环。 2021-7-1813 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 1.1.功用：功用：

10、 u 连接活塞和连杆；连接活塞和连杆； u 在活塞和连杆之间传递力。在活塞和连杆之间传递力。 2.2.要求：要求： 四四. . 活塞销活塞销 3.3.配合方式配合方式 u 与连杆小头衬套为动配合与连杆小头衬套为动配合“全浮全浮 式式”； u 与活塞为过渡配合或者小过盈配合。与活塞为过渡配合或者小过盈配合。 u 足够的刚度、强度和耐磨性；足够的刚度、强度和耐磨性； u 质量轻、适当的配合间隙和良好的质量轻、适当的配合间隙和良好的 表面质量。表面质量。 2021-7-1814 1.1.功用：功用： u 将活塞受力传递给曲轴；将活塞受力传递给曲轴； u 将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。将活塞的往

11、复运动变为曲轴的旋转运动。 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 2.2.结构：结构： 3.V3.V型发动机连杆：型发动机连杆： u 连杆小头连杆小头 u 杆身杆身 u 连杆大头连杆大头 u 定位方式：圆销定位、锯齿定位、止口定位、套筒定位定位方式：圆销定位、锯齿定位、止口定位、套筒定位 u 并列连杆、差型连杆、主附连杆。并列连杆、差型连杆、主附连杆。 五五. . 连杆连杆 2021-7-1815 3.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 1.1.组成：组成： u 将力转换为扭矩对外做功；将力转换为扭矩对外做功； u 驱动配气机构和其它机构。驱动配气机构和其它机构。 1.1.功能：功能： u 曲轴、飞轮、平衡重、

12、减震器、传动齿轮等。曲轴、飞轮、平衡重、减震器、传动齿轮等。 2.2.组成：组成： 2.2.类型：类型： 一一. . 曲轴飞轮组的功用和组成曲轴飞轮组的功用和组成 二二. . 曲轴结构曲轴结构 u 前端（自由端）、后端（功率输出端）、曲柄。前端（自由端）、后端（功率输出端）、曲柄。 u 整体式、组合式整体式、组合式 2021-7-1816 3.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 u 全支承、非全支承。全支承、非全支承。 2.2.轴向定位轴向定位 1.1.曲轴的支承曲轴的支承 三三. . 曲轴的支撑和轴向定位曲轴的支撑和轴向定位 u 传动齿轮为斜齿轮，产生轴向力；传动齿轮为斜齿轮，产生轴向力； u 离合器

13、分离时对曲轴产生轴向力；离合器分离时对曲轴产生轴向力； u 车辆上下坡重力的作用产生轴向力。车辆上下坡重力的作用产生轴向力。 2021-7-1817 3.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 1.1.曲柄夹角曲柄夹角 i 与气缸数、气缸排列、冲程数有关与气缸数、气缸排列、冲程数有关 2.2.发火顺序发火顺序 u 点火均匀性点火均匀性 u 平衡性平衡性 u 发火均匀，相邻两缸不要连续发火；发火均匀，相邻两缸不要连续发火； u V V型机点火顺序应尽量安排成左、右气缸交替点火。型机点火顺序应尽量安排成左、右气缸交替点火。 原则：原则： 四四. . 曲曲柄夹角与发火顺序曲曲柄夹角与发火顺序 2021-7-181

14、8 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 1.1.燃气作用力燃气作用力 3.3.活塞上总作用力活塞上总作用力P P 的分解与传递 的分解与传递 一一. . 曲柄连杆机构中的作用力与力矩曲柄连杆机构中的作用力与力矩 2 4 pp D F gp 2.2.惯性力惯性力 2coscos 22 RRmF jj 2 RmF rr u 往复惯性力 往复惯性力 u 旋转惯性力 旋转惯性力 2021-7-1819 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 一一. . 曲柄连杆机构中的作用力与力矩曲柄连杆机构中的作用力与力矩 F F N N K K T T Z Z T”T” TT KK

15、 F F N”N” NN ZZ 2021-7-1820 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 1.1.直列发动机的平衡直列发动机的平衡 2.V2.V型发动机的平衡型发动机的平衡 二二. . 内燃机的平衡内燃机的平衡 21 22 22 2coscos 2coscos jj jj jj FF RmRm RRmF 2 RmF rr Pj1Pj2PrMj1Mj2Mr Fj1Fj2FrMj1Mj2Mr 一次往复一次往复 惯性力惯性力 二次往复二次往复 惯性力惯性力 旋转惯性旋转惯性 力力 一次往复一次往复 惯性力距惯性力距 二次往复二次往复 惯性力矩惯性力矩 旋转惯性旋转惯性 力矩力矩

16、2021-7-1821 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 3.3.平衡的措施平衡的措施 二二. . 内燃机的平衡内燃机的平衡 u 平衡重；平衡重； u 平衡轴。平衡轴。 三三. . 内燃机的扭转振动内燃机的扭转振动 1.1.单质量的扭转振动系统单质量的扭转振动系统 0tktI I k ttsin tMtktctI （1 1）无阻尼自由振动）无阻尼自由振动 （2 2）有阻尼的强迫振动）有阻尼的强迫振动 ； 2021-7-1822 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 2.2.多质量无阻尼自由振动多质量无阻尼自由振动 0 0 0 1, 1 323 , 2212,

17、 122 212, 111 ttktI ttkttktI ttktI nnnnnn 0KI 2021-7-1823 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 3.3.干扰力矩的分解干扰力矩的分解 tMMM g sin 0 , 3 , 2 , 1 , 2 , 2 3 , 1 , 2 1 干扰力矩的谐次干扰力矩的谐次 二冲程机：二冲程机： 四冲程机：四冲程机： 2021-7-1824 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 4.4.强迫振动强迫振动与与共振共振 （1 1）强迫振动强迫振动 （2 2）共振）共振 tMKCI 60 2 ci i n i ci n 30 202

18、1-7-1825 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动 5.5.减振措施减振措施 （1 1）调频法）调频法 （2 2）降幅法）降幅法 A nn2n1 A nn2n1 A nn2n1 （3 3）减振器）减振器 2021-7-1826 a）做功行程 b）压缩行程 2021-7-1827 a）活塞在上半行程时 b）活塞在下半行程时 2021-7-1828 1.曲轴箱通风管盖；2.螺母；3.垫片；4.螺柱；5.气缸盖罩；6.密封垫；7.气缸盖；8(23).水堵（碗形 塞）；9.气缸衬垫；10.干式气缸套；11.机体；12(14).密封条；13.后主轴承盖；15.主轴承螺栓；16 中间主

19、轴承盖；17.前主轴承盖；18.定时齿轮室盖；19曲轴前油封；20(22).衬垫；21.垫板 机体组的组成（机体组的组成（EQ6100-1） 2021-7-1829 1机体和曲轴箱；2、7碗型塞；3凸轮轴衬套；4、5、22主轴承螺栓；6气缸套；8左侧面碗型塞；9通风 弯管；10、30圆柱销；11油道碗型塞；12后端面碗型塞；14、15密封圈、套管；16圆柱销；17弹性圆柱 销；18后油封；19、20螺塞、垫圈；21、23内六角圆柱螺钉、垫圈；24、25碗型塞、回油短管；26螺塞； 27、29双头螺栓；28飞轮壳；31飞轮壳螺塞；32、33弹簧垫圈、六角螺母；35、36双头螺柱；37螺母； 38

20、观察孔盖；39六角螺栓；41碗型盖；42气缸盖螺塞 直列发动机机体（直列发动机机体（WD615） 2021-7-1830 1.机体顶面；2.气缸；3.水套；4.主油道；5.横隔板上的加强肋； 6.机体底面； 7.主轴承座；8.缸间横隔板；9.机体侧臂；10侧壁上的加强肋 水冷发动机的机体水冷发动机的机体 2021-7-1831 2021-7-1832 图图2 213 13 风冷发动机的汽缸体风冷发动机的汽缸体 1.气缸；2.散热片；3.凸轮轴孔；4.主轴承孔；5.主轴承盖横向紧固螺栓；6.气缸体安装孔；7.定时传动室 图图2-72-7 风冷发动机的气缸体与曲轴箱风冷发动机的气缸体与曲轴箱 20

21、21-7-1833 a）普通式 b）龙门式 c）隧道式 2021-7-1834 1.密封垫；2.油底壳；3.密封圈；4.雌性放油螺塞 油底壳油底壳 2021-7-1835 2021-7-1836 无气缸套缸体曲轴箱无气缸套缸体曲轴箱 2021-7-1837 b)b) a ) 干式气缸套 b）湿式气缸套 有气缸套的缸体曲轴箱有气缸套的缸体曲轴箱 2021-7-1838 各种形式的气缸盖各种形式的气缸盖 2021-7-1839 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室 (a)楔形燃烧室 (b) 浴盆形燃烧室 (c)半球形燃烧室 柴油机分隔式燃烧室柴油机分隔式燃烧室 （a）涡流室式燃烧室 （b）预燃室式燃烧室

22、2021-7-1840 金属石棉衬垫金属石棉衬垫 2021-7-1841 （a）硬铝板；（b）冲压钢片；（a）一叠薄钢片 金属衬垫金属衬垫 2021-7-1842 活塞组；活塞组；连杆组；连杆组；曲轴飞轮组曲轴飞轮组 1曲轴定时齿轮；2下止推片；3平衡重；4曲轴；5定位销；6飞轮；7飞轮螺栓； 8变速器第一轴承；9、16挡圈；10上止推片；11上气环；12下气环；13油环； 14活塞；15活塞销；17连杆螺栓；18连杆体；19连杆盖；20连杆轴承；21连杆螺母 2021-7-1843 1活塞顶；2活塞头部；3活塞裙部；4活塞销孔；5燃烧室凹坑； 6气门凹坑；7活塞顶岸；8活塞环岸；9挡圈槽；1

23、0活塞销座； 11回油孔；12油环槽；13气环槽；14加强肋 活塞各部名称活塞各部名称 2021-7-1844 a）平顶活塞；b）凹顶活塞；c）凸顶活塞； d）、e)、f) 直喷式柴油机活塞 活塞顶部形状活塞顶部形状 2021-7-1845 2021-7-1846 1喷油孔；2喷油嘴；3环形油槽；4冷却油道 油冷活塞油冷活塞 2021-7-1847 a）气环； b）槽孔整体式油环； c）钢带组合式油环 1外圆面；2侧面；3内圆面；4径向厚度；5环高；6开口； 7开口端面；8端隙；9侧隙；10径向间隙；11回油孔； 12上刮油唇；13下刮油唇；14上刮片；15撑簧；16下刮片 活塞环各部名称活塞

24、环各部名称 2021-7-1848 气环的开口形状气环的开口形状 气环的密封原理气环的密封原理 a)平切口平切口 b)阶梯切口阶梯切口 c)斜切口斜切口 2021-7-1849 a）矩形环；b）锥面环；c）、d）上侧面内切正扭曲环；e)下侧面外切正扭曲环； f）下侧面内切反扭曲环；g）梯形环；h）楔形环；i）桶面环；j）开槽环；k）、l)顶岸环 气环的断面形状气环的断面形状 2021-7-1850 矩形环的泵油作用矩形环的泵油作用 2021-7-1851 a）进气、压缩、排气行程；b）作功行程 扭曲环工作原理扭曲环工作原理 梯形环侧隙的变化梯形环侧隙的变化 2021-7-1852 a）圆柱形内孔；b）截锥形内孔；c）组合形内孔 活塞销的结构活塞销的结构 2021-7-1