曲柄连杆机构--曲柄连杆组

1、n本章讲述内容：本章讲述内容： 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 机体组机体组 2.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组 2.4 2.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 2.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组 连杆衬套 定位套筒 活塞销卡簧 2-18 组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆 1 1、作用：、作用： （1 1）构成燃烧室；）构成燃烧室； （2 2）传递动力。）传递动力。 2 2、要求：、要求： 铝合金铝合金(质量小质量小,导热性好导热性好);灰铸铁灰铸铁 一、活塞

2、一、活塞 活塞应具备的特点活塞应具备的特点 A A、刚度和强度应足够大，传力可靠。、刚度和强度应足够大，传力可靠。 B B、导热性能好，耐高压、高温、磨损。、导热性能好，耐高压、高温、磨损。 C C、质量较小，尽可能减少往复惯性力。、质量较小，尽可能减少往复惯性力。 3 3、材料与工艺：、材料与工艺： （1 1）材料：）材料： a a、共晶共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；铝硅合金（铸铝、锻铝）； 特点：质量小，导热性好。特点：质量小，导热性好。 b b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺 栓连接。栓连接。 特点：特点： 1 1、刚度好，高温强度高；

3、刚度好，高温强度高； 2 2、耐磨（环槽）。、耐磨（环槽）。 （2 2）工艺：）工艺： a a、铸造：、铸造：质量大，加工工序多；质量大，加工工序多； b b、锻造：、锻造：居中；居中； c c、模锻：、模锻：质量小，加工少。质量小，加工少。 4 4、结构特点：、结构特点： （1 1）基本结构：）基本结构：由顶部、头部、裙部组成。由顶部、头部、裙部组成。 1活塞顶部活塞顶部 2活塞头部活塞头部 3活塞裙部活塞裙部 结构简单、制造结构简单、制造 容易、受热面积容易、受热面积 小、应力分布较小、应力分布较 均匀，多用在汽均匀，多用在汽 油机上。油机上。 凸起呈球状、顶凸起呈球状、顶 部强度高，起导

4、部强度高，起导 向作用、有利于向作用、有利于 改善换气过程。改善换气过程。 凹坑的形状、位置必凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气须有利于可燃混合气 的燃烧；提高压缩比，的燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。防止碰气门。 a a、顶部：、顶部： 组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。 活塞头部活塞头部 n位置：位置： n 第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 n作用：作用： 安装活塞环；安装活塞环； 密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内；密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内； 将顶部吸收的热量通

5、过活塞环传给气缸壁。将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 气环槽气环槽 油环槽油环槽 工作条件最工作条件最 恶劣，应离恶劣，应离 顶部远些。顶部远些。 活塞销孔活塞销孔 活塞裙部活塞裙部 n位置：位置： 从油环槽下端面从油环槽下端面 起至活塞最下端的部起至活塞最下端的部 分，包括销座孔。分，包括销座孔。 n作用：作用： 导向作用导向作用; 承受侧压力。承受侧压力。 （1 1）预先做成阶梯形、锥形）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很活塞沿高度方向的温度很 不均匀，活塞的温度是上部高、不均匀，活塞的温度是上部高、 下部低，膨胀量也相应是上部下部低，膨胀量也相应是上部 大、下部小。为了使

6、工作时活大、下部小。为了使工作时活 塞上下直径趋于相等，即为圆塞上下直径趋于相等，即为圆 柱形，就必须预先把活塞制成柱形，就必须预先把活塞制成 上小下大的阶梯形、锥形。上小下大的阶梯形、锥形。 为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密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封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：结构措施： （2 2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸 造时凹陷造时凹陷0.5-1mm0.5-1mm，或截去一小部分。，或截去一小部分。 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方椭圆的长轴方向与销座垂直，

7、短轴方 向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。 （3 3）活塞裙部开槽）活塞裙部开槽（汽油机）（汽油机） 横向绝热槽横向绝热槽 减少活塞头的热量向裙部扩散减少活塞头的热量向裙部扩散 有的兼作油环回油孔有的兼作油环回油孔 纵向膨胀槽纵向膨胀槽 留有膨胀余地留有膨胀余地 活塞强度降低活塞强度降低 绝热槽 膨胀槽 （4 4）采用双金属活塞：）采用双金属活塞： 为了减小铝合金活塞裙为了减小铝合金活塞裙 部的热膨胀量，有些汽油机部的热膨胀量，有些汽油机 活塞在活塞裙部或销座内铸活塞在活塞裙部或销座内铸 入或嵌入膨胀系数低的钢片。入或嵌入膨胀系数低的钢片。 恒范钢片式

8、活塞的结构恒范钢片式活塞的结构 特点就是这样的，由于恒范特点就是这样的，由于恒范 钢为含镍钢为含镍33%33%36%36%的低碳铁的低碳铁 镍合金，其膨胀系数仅为铝镍合金，其膨胀系数仅为铝 合金的合金的1/101/10，而销座通过恒，而销座通过恒 范钢片与裙部相连，牵制了范钢片与裙部相连，牵制了 裙部的热膨胀变形量。裙部的热膨胀变形量。 二、活塞环二、活塞环： （一）作用：（一）作用： 2 2、油环：、油环： 1 1、气环：、气环： 平均寿命：平均寿命： 6 6万公里万公里 图图2-25 活塞环活塞环 （1 1）密封（防止燃气漏入曲轴箱）；密封（防止燃气漏入曲轴箱）； 是是主要作用，是传热作用

9、的前提。主要作用，是传热作用的前提。 （2 2）传热（将活塞头部吸收的）传热（将活塞头部吸收的70%80%70%80%的热量传导给气缸壁）。的热量传导给气缸壁）。 （1 1）润滑（气缸壁上铺油膜）；）润滑（气缸壁上铺油膜）； （2 2）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）； （3 3）辅助密封。）辅助密封。 （二）工作环境：（二）工作环境： （1 1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重； （2 2）交变的弯曲应力。）交变的弯曲应力。 （三）要求：（三）要求： （四）材料（四）材料： （1 1）足够的强度、冲击韧性

10、；）足够的强度、冲击韧性； （2 2）耐高温（第）耐高温（第1 1道气环）、耐磨。道气环）、耐磨。 （1 1）一般用）一般用合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环以提高合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环以提高 弹力和冲击韧性）；弹力和冲击韧性）； （2 2）第第1 1道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并 能储存少量机油，以改善润滑条件）；能储存少量机油，以改善润滑条件）； （3 3）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞） （以改善磨合性能）。（以改善磨合性能）。 气环的泵油作用气环的泵

11、油作用 矩形断面的气环矩形断面的气环 随活塞作往复运动时，随活塞作往复运动时， 会把气缸壁上的机油会把气缸壁上的机油 不断送人气缸中。这不断送人气缸中。这 种现象称为种现象称为“气环的气环的 泵油作用泵油作用”。 （1 1）增加了润滑油的消耗；）增加了润滑油的消耗； （2 2）火花塞沾油不跳火；）火花塞沾油不跳火； （3 3）燃烧室积炭增多，燃烧）燃烧室积炭增多，燃烧 性能变坏；性能变坏； （4 4）环槽内形成积炭，挤压）环槽内形成积炭，挤压 活塞环而失去密封性；活塞环而失去密封性； （5 5）加剧了气缸的磨损。）加剧了气缸的磨损。 活塞环泵油作用的危害活塞环泵油作用的危害 （2）气环断面形状

12、：气环断面形状： 形状形状特点特点示意图示意图 矩形环矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应用面结构简单、制造方便、易于生产、应用面 广广 扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲 锥面环锥面环 减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面 接触压力，有利于磨合和密封。接触压力，有利于磨合和密封。 梯形环梯形环加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高 桶面环桶面环外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形 1 1）扭曲环：扭曲环： （ a）正扭曲内切环）正扭曲内切环（b）反扭曲内切环）反扭曲内切环 环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成

13、的楔形尖角向下。环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下。 这样，活塞向上运动时，因这样，活塞向上运动时，因“油楔油楔”作用使环悬浮于气缸作用使环悬浮于气缸 壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮 油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮 油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。 扭曲环的优点：扭曲环的优点：a)a)密封性、磨合性好（线接触）；密封性、磨合性好（线接触）； b)b)防止防止“泵油泵油”现象；现象； c)c)形成油楔，改善润滑

14、；形成油楔，改善润滑； d)d)提高刮油能力。提高刮油能力。 2 2）锥面）锥面环：环：小锥角，不超过小锥角，不超过2 2 ，方，方 向不可装反。向不可装反。 优缺点同扭曲环，但仍有优缺点同扭曲环，但仍有“泵油泵油” 现象。现象。 （d）锥面环）锥面环 a)a)工艺性差（凸圆弧面难加工）；工艺性差（凸圆弧面难加工）； b)b)仍有仍有“泵油泵油”现象。现象。 优点：优点： 缺缺点：点： a)a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑； b)b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面； c)c)密封性

15、改善。密封性改善。 3 3）桶面环：桶面环： 与气缸壁凸圆弧面接触。与气缸壁凸圆弧面接触。 （f）桶面环）桶面环 缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油泵油” 现象。现象。 4）梯形）梯形环环： 如图所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时如图所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时 而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环 因粘结而折断，常做第一道气环。因粘结而折断，常做第一道气环。 梯形环梯形环 间隙变化间隙变化 作用：作用： 布油布油( (活塞上行活塞上行) ) 刮油刮油( (活塞

16、下行活塞下行) ) 密封密封( (辅助作用辅助作用) ) （七）（七）油环油环 油环的结构特点：油环的结构特点： 油环：油环： 置于最后一道环槽，置于最后一道环槽， 背隙内气体压力极低，因此，背隙内气体压力极低，因此， 油环置于气缸内时，必须具有油环置于气缸内时，必须具有 较大的初始弹力。较大的初始弹力。 刮油片刮油片 轴向衬簧轴向衬簧 刮油片刮油片 径向衬簧径向衬簧 普通油环普通油环 组合油环组合油环 （3 3）油环分为两种类型：）油环分为两种类型： 油环的刮油作用油环的刮油作用 油环的刮油作用油环的刮油作用 将气缸壁上多将气缸壁上多 余的机油刮下来经余的机油刮下来经 活塞上的回油孔流活塞上

17、的回油孔流 回油底壳。回油底壳。 三、活塞销与销座三、活塞销与销座 （一）活塞销（一）活塞销 1 1、作用：、作用： 连接活塞和连杆小头，传递动力。连接活塞和连杆小头，传递动力。 2 2、要求：、要求： 3 3、材料与工艺：、材料与工艺： 一般为低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳或渗氮热处理一般为低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳或渗氮热处理 以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研磨。以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研磨。 （1 1）足够的刚度、强度和冲击韧性；）足够的刚度、强度和冲击韧性； （2 2）表面耐磨；）表面耐磨； （3 3）质量小。）质量小。 活 塞 销 圆柱形两段截锥

18、与一段圆柱结合两段截锥形 4 4、结构特点：、结构特点：管状管状 （1 1）等截面圆柱形）等截面圆柱形：易加工，但质量大；：易加工，但质量大； （2 2）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工；）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工； （3 3）组合形：居中。）组合形：居中。 连杆连杆 活塞销活塞销 全浮式：全浮式： 活塞销能活塞销能 在连杆衬在连杆衬 套和活塞套和活塞 销座中自销座中自 由摆动，由摆动， 使磨损均使磨损均 匀。匀。 半浮式：活半浮式：活 塞中部与连塞中部与连 杆小头采用杆小头采用 紧固螺栓连紧固螺栓连 接，活塞销接，活塞销 只能在两端只能在两端 销座内作自销座内作自 由摆动

19、。多由摆动。多 用于小轿车用于小轿车 形式形式: :全浮式（工作时自由转动）、半浮式。全浮式（工作时自由转动）、半浮式。 5 5、活塞销连接方式：活塞销连接方式： 四、连杆四、连杆 1、作用：、作用： 连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给连接活塞与曲轴，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。曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。 连杆小头连杆小头 杆身杆身 连杆连杆 大头大头 3 3、要求：、要求： 在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。 （1 1）连杆小头连杆小头：一般压入减磨的锡青铜衬套，小头顶部铸有：

20、一般压入减磨的锡青铜衬套，小头顶部铸有 工艺凸台，减重用；工艺凸台，减重用；小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油 雾，润滑活塞销。雾，润滑活塞销。 （2 2）杆身：通常做成杆身：通常做成“工工”字形断面，以求在刚度足够的前提字形断面，以求在刚度足够的前提 下下 尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。 2 2、工作特点：工作特点： 复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等交变载荷。复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等交变载荷。 4 4、材料与工艺：、材料与工艺：中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。

21、5 5、结构特点：、结构特点： 由连杆小头、杆身、连杆大头（包括连杆盖）三部分组成。由连杆小头、杆身、连杆大头（包括连杆盖）三部分组成。 通常做成分开式的，以便于拆通常做成分开式的，以便于拆 装活塞连杆组，被分开的部分叫连装活塞连杆组，被分开的部分叫连 杆盖，两者之间用连杆螺栓连接。杆盖，两者之间用连杆螺栓连接。 连杆与连杆盖之间有配对记号，拆连杆与连杆盖之间有配对记号，拆 装时应注意一致。装时应注意一致。 （3 3）连杆大头：）连杆大头： 连杆大头具有保持油膜、减连杆大头具有保持油膜、减 少摩擦阻力和易于磨合的作用，少摩擦阻力和易于磨合的作用， 主要有巴氏合金、铜铝合金、高主要有巴氏合金、铜铝合金、高 锡铝合金