曲柄连杆机构PPT课件

1、2021-11-2312.1 概述 曲柄连杆机构的功用，是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，对外输出机械能。 曲柄连杆机构的工作特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。 曲柄连杆机构在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂，其中有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力等。 第1页/共92页2021-11-232对曲柄连杆机构进行受力分析1. 气体作用力2. 往复惯性力与离心力3. 摩擦力（摩擦力主要取决于运动零件的制造质量与润滑情况，其数值相对较小，在对机构进行受力分析时可忽略。）第2页/共92页2021-11-2332.2 机体组第3页/共92页2021-11-2341

2、1、功用：装配基体；构成气缸；冷却、润滑系统组成部分2 2、工作条件要求：刚度、强度、耐磨、耐腐蚀3、材料：铸铁或铝合金一、机体第4页/共92页2021-11-235第5页/共92页2021-11-2364 4、构造：（1 1）机体的结构形式： 平底式：曲轴中心线与曲轴箱上下结合面一致 龙门式：曲轴箱上下结合面低于曲轴中心线 隧道式：主轴承座、盖一体第6页/共92页2021-11-237（2 2）气缸的排列型式：直列式、V V型式、水平对置式第7页/共92页2021-11-238（3 3）气缸的结构形式气缸是燃料燃烧作功的场所，活塞在其间高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。其结构形式

3、有无气缸套、干式气缸套和湿式气缸套3 3种。第8页/共92页2021-11-239无气缸套： 气缸体为铸铁材料 气缸体为铝合金材料：进行多孔镀铬。第9页/共92页2021-11-2310 干缸套：不直接与冷却水接触，壁厚一般为13mm。第10页/共92页2021-11-2311 湿缸套：与冷却水直接接触，壁厚一般为58mm。第11页/共92页2021-11-2312二、气缸盖 1 1、功用： 气缸盖的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。第12页/共92页2021-11-23132 2、气缸盖的工作条件和材料：工作条件： 机械负荷、热负荷材料： 要求导热性好、机械强度与热

4、强度高、铸造性能好，因此，一般采用铝合金、灰铸铁、合金铸铁。第13页/共92页2021-11-23143 3、气缸盖的结构型式：整体式、分块式、单体式第14页/共92页2021-11-23154、燃烧室 汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。燃烧室形状对发动机的工作影响很大。 对燃烧室的基本要求汽油机常用燃烧室形状的分类第15页/共92页2021-11-2316对燃烧室的基本要求1. 结构尽可能紧凑，表面积要小，以减少热量损失，提高发动机的热效率；2.增大进气门直径或进气道通过面积，以增加进气量，进而提高发动机转矩和功率；3. 要使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混

5、合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分的燃烧。4.汽油机保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧；柴油机燃烧室形状应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好的配合。第16页/共92页2021-11-2317汽油机燃烧室的形状第17页/共92页2021-11-23185、柴油机燃烧室（1 1）直喷式燃烧室：型、球形第18页/共92页2021-11-2319（2）分隔式燃烧室：涡流室燃烧室、预燃室燃烧室第19页/共92页2021-11-2320三、气缸衬垫1 1、功用：密封，防止三漏：漏水、漏油、漏气2 2、要求：足够的强度；耐高温、耐高压、耐腐蚀；有一定的弹性第20页/共92页2021-11-2321

6、3 3、种类：（1 1）金属- -石棉衬垫（2 2）金属- -复合材料衬垫（3 3）全金属衬垫第21页/共92页2021-11-2322四、油底壳 主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。 材料：薄钢板冲压而成。 外形：其形状决定于发动机总体布置和机油的容量，内部有隔板。 底部有放油螺塞。第22页/共92页2021-11-2323五、发动机的支承第23页/共92页2021-11-2324第24页/共92页2021-11-2325第三节 活塞连杆组第25页/共92页2021-11-2326一、功用及组成 曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。 其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞

7、上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。 曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。 第26页/共92页2021-11-2327二、活塞组 1、活塞活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞的工作条件：高温、高压、高速要求：活塞质量小，强度高，热膨胀系数小，导热性好和耐磨损。活塞的材料：铝合金第27页/共92页2021-11-2328活塞的基本构造第28页/共92页2021-11-2329活塞顶部汽油机： 1、平顶：汽油机多采用。 2、凸顶 3、凹顶第29页/共92页2021-11-23

8、30柴油机：各种型式凹坑第30页/共92页2021-11-2331活塞头部头部：活塞环槽以上部位。环槽：气环槽和油环槽。隔热槽：降低第一道环的温度。护圈：高锰奥氏体铸铁。第31页/共92页2021-11-2332活塞裙部活塞的工作条件对裙部产生的影活塞的工作条件对裙部产生的影响响第32页/共92页2021-11-2333采取的措施采取的措施预先将活塞裙部加工成椭圆形;预先将活塞裙部做成锥形、阶梯形或桶形;拖鞋式裙部;预先在活塞裙部开槽;裙部铸恒范钢;自动热补偿活塞;镶筒形钢片的活塞.第33页/共92页2021-11-2334第34页/共92页2021-11-2335活塞销座的偏置结构活塞销座的

9、偏置结构 在许多高速发动机中，活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线12mm（向做功行程中受侧压力的一方偏移1-2mm）。压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾斜，活塞在越过上止点时，将逐渐地由次推力面转变为由主推力面贴紧气缸壁，从而消减了活塞对气缸的拍击。 第35页/共92页2021-11-2336活塞的冷却活塞的冷却 自由喷射冷却法 振荡冷却法 强制冷却法第36页/共92页2021-11-2337活塞的表面处理活塞的表面处理 根据不同的目的和要求，进行不同的活塞表面处理，其方法有： 1)活塞顶进行硬模阳极氧化处理，形成高硬度的耐热层，增大热阻，减少活塞顶部的吸热量。 2)活塞裙部镀锡或镀锌，

10、可以避免在润滑不良的情况下运转时出现拉缸现象，也可以起到加速活塞与气缸的磨合作用。 3)在活塞裙部涂覆石墨，石墨涂层可以加速磨合过程，可使裙部磨损均匀，在润滑不良的情况下可以避免拉缸。第37页/共92页2021-11-23382、活塞环 活塞环包括气环和油环两种： 气环：密封、导热 油环：刮油，形成润滑油膜第38页/共92页2021-11-2339活塞环的工作条件活塞环的工作条件 在高温、高压、高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环，是发动机所有零件中工作寿命最短的。当活塞环磨损到失效时，将出现发动机起动困难，功率不足，曲轴箱压力升高，机油消耗增大，排气冒蓝烟，燃烧室、活塞等表面严重积碳等不良状

11、况。活塞环的材料活塞环的材料 目前广泛应用：合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素）。 第一道气环的工作表面一般都进行多孔镀铬。 其余气环一般镀锡或磷化，以改善磨合性能。第39页/共92页2021-11-2340气环的基本结构气环的基本结构第40页/共92页2021-11-2341气环的密封原理气环的密封原理最后漏入曲轴箱内的气体很少，一般仅为进气量的0.21.0 第41页/共92页2021-11-2342气环的切口气环的切口 切口间隙值一般为0.250.8mm。第一道气环的温度最高，因而其切口间隙值最大。 直开口 阶梯开口 斜开口第42页/共92页2021-11-2343气环的

12、断面气环的断面矩形环，其工艺性和导热效果较好；但会产生泵油作用。锥形环，环的外圆面为锥面，活塞下行时能刮油，上 行时由于油楔作用而浮起，减少磨损，不泵油。扭曲环 ,它可以防止活塞环在环槽内上下窜动而造成的 泵油作用.梯形环,常用在热负荷较高的柴油机上的第一环。桶面环开槽环顶岸环第43页/共92页2021-11-2344气环的泵油作用气环的泵油作用 泵油原理 危害 窜入气缸内的机油，会使燃烧室内形成积碳和增加机油消耗，并且还可能在环槽（尤其是温度较高的一道气环槽）中形成积碳，使环被卡死在环槽中，失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断。第44页/共92页2021-11-2345气环的泵油作用演示第

13、45页/共92页2021-11-2346第46页/共92页2021-11-2347油环（分为普通油环和组合油环两种）油环（分为普通油环和组合油环两种）第47页/共92页2021-11-2348普通油环普通油环 普通油环外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多排油小孔或狭缝。油环的刮油作用如图所示。 第48页/共92页2021-11-2349普通油环可以分为两类：1 1、槽孔式油环2 2、槽孔撑簧式油环第49页/共92页2021-11-2350组合式油环的优点组合式油环的优点片环很薄，对气缸壁的比压大，因而刮油作用强；质量小；回油通路大。组合油环在高速发动机上得到广泛应用。其缺点是制造成本

14、高。（片环的外表面必须镀铬，否则滑动性不好）第50页/共92页2021-11-2351活塞销活塞销 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。 活塞销的工作条件：承受冲击载荷，润滑条件差。 活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢制造，先进行表面渗碳处理以提高表面硬度，并保证心部有一定的冲击韧度，然后进行表面精磨和抛光。第51页/共92页2021-11-2352活塞销内孔：圆柱形、截锥形、组合形 活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，一般多采用“全浮式”，即在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢的转动，以使活塞销各部分的磨损比较均匀。活

15、塞销活塞销第52页/共92页2021-11-2353三、连杆组 连杆的功用和材料 连杆的工作条件 连杆的组成 连杆的定位 连杆的分类第53页/共92页2021-11-2354连杆的功用、工作条件及材料连杆的功用、工作条件及材料 连接活塞与曲轴，将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。 连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。 在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。 连杆体和连杆盖由优质中碳钢或中碳合金钢模锻或辊锻而成。一般均经喷丸处理以提高连杆组零件的强度。第54页/共92页2021-11-2355 连杆由小头、杆身和大头构成。连杆的构造连杆的构造由

16、小头、杆身和大头构由小头、杆身和大头构成成第55页/共92页2021-11-2356 连杆小头连杆小头 按照与活塞销连接方式可以分为：全浮式和半浮式两类。连杆的构造连杆的构造由小头、杆身和大头构成由小头、杆身和大头构成第56页/共92页2021-11-2357 为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时被激溅上来的机油，以便润滑。第57页/共92页2021-11-2358连杆杆身连杆杆身 连接连杆大头与连杆小头，连接处需要圆弧过渡，断面为工字形，刚度大，质量轻。 第58页/共92页2021-11-2359连杆大头连杆大头 连杆大头与曲轴的曲柄销相连，一般做

17、成剖分式的，被分开的部分称为连杆盖，通过连杆螺栓 紧固在连杆大头上。 第59页/共92页2021-11-2360按照连杆大头的剖分形式不同，可以分为：平切口和斜切口。第60页/共92页2021-11-2361连杆盖的定位： 平切口连杆：连杆螺栓圆柱面与连杆螺栓孔配合定位。 斜切口连杆： 止口定位； 锯齿定位； 套筒定位。第61页/共92页2021-11-2362 连杆盖与连杆大头是组合镗孔的，为了防止装配时配对错误，在同一侧刻有配对记号。大头孔表面有很小的表面粗糙度值，以便与连杆轴瓦 紧密贴合。连杆大头上还铣有连杆轴瓦的定位凹坑。连杆大头钻有油孔，以便对轴瓦与曲拐颈进行润滑。第62页/共92页

18、2021-11-2363连杆螺栓连杆螺栓 承受交变载荷； 采用韧性较高的优质合金钢或优质碳素钢材料，如40Cr40Cr、35CrMo35CrMo； 需要满足一定的拧紧力矩要求，分次拧紧。第63页/共92页2021-11-2364连杆轴瓦连杆轴瓦 材料：内圆表面覆有减磨合金层的钢背。 形状：非正半圆，在压紧到连杆大头孔内后具有一定的过盈量，结合牢固紧密。有定位凸起与连杆大头孔内的定位槽相配合。第64页/共92页2021-11-2365V V形发动机：左右两侧对应两气缸的连杆是共同连接在一个曲柄销上的。第65页/共92页2021-11-2366第四节 曲轴飞轮组 曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其它

19、不同功用的零件和附件组成。第66页/共92页2021-11-2367一、曲轴一、曲轴 功用及工作条件 构成 分类 材料 结构措施 定位 多缸发动机的发火次序第67页/共92页2021-11-2368功用： 通过回转运动来驱动汽车的传动系统、发动机的配气机构以及其他辅助装置。工作条件： 处于周期性变化的气体力、惯性力和力矩的作用下，承受弯曲和扭转交变载荷。一、曲轴一、曲轴第68页/共92页2021-11-2369曲轴的材料曲轴的材料 曲轴要求用强度、冲击韧度和耐磨性都比较好的材料制造，一般采用4545、40Cr40Cr、35Mn35Mn2 2等中碳钢或中碳合金钢模锻。为了提高曲轴的耐磨性，其主轴

20、颈和曲柄销表面上均需高频淬火或渗氮，再经过精磨，以达到高的精度和较小的表面粗糙度值。 另外，为了提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面进行喷丸处理，圆角处进行滚压。第69页/共92页2021-11-2370由若干单元曲拐构成。 一个曲柄销、两个曲柄臂和相临的两上主轴颈构成一个单元曲拐。 前端装有正时主动齿轮，后端安装飞轮。曲轴的构造曲轴的构造第70页/共92页2021-11-2371曲轴的分类曲轴的分类 按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为：（1）全支承曲轴 在相邻的两个曲拐之间，都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴；（2）非全支承曲轴 与全支承曲轴相对的即称为非全支承曲轴；第71页/共9

21、2页2021-11-2372 曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式，直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数； V V形发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 因此，直列发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数（包括曲轴前端和后端的主轴颈）比气缸数多一个；V V形发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数比气缸数的一半多一个。曲轴的分类曲轴的分类第72页/共92页2021-11-2373 按照单元曲拐连接方式，可以把曲轴分为：（1）整体式曲轴 各单元曲拐锻制成一个整体的曲轴；（2）组合式曲轴 由单元曲拐组合装配而成的曲轴。曲轴的分类曲轴的分类第73页/共92页2021-11-2374组合式曲轴- -主轴承为滚动轴

22、承第74页/共92页2021-11-2375采取的结构措施采取的结构措施 为了减小质量和离心力，不少曲柄销做成空心的。 为了平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，加平衡重。 曲轴前端装有驱动配气凸轮轴的定时齿轮，驱动风扇和水泵的带轮以及止推片等。 曲轴后端有安装飞轮用的凸缘。第75页/共92页2021-11-2376空心曲柄销空心曲柄销 曲柄销不少做成空心，减小质量和离心力。从主轴承经曲柄孔道输来的机油就贮存在此空腔中，曲柄销的轴瓦上钻有径向孔与此油腔相同。有的结构中，在此小孔内插入一个吸油管，管口位于油腔的中心。第76页/共92页2021-11-2377 有完全

23、平衡法与分段平衡法两种。第77页/共92页2021-11-2378曲轴前端曲轴前端 曲轴前端装有驱动配气凸轮轴的正时齿轮7,7,驱动风扇和水泵的带轮2 2以及止推片8 8等。为了防止机油沿曲轴颈外漏，在曲轴前端上有一个甩油盘6 6，压配在齿轮室盖上的油封5 5。第78页/共92页2021-11-2379曲轴后端曲轴后端 曲轴后端有安装飞轮的凸缘。第79页/共92页2021-11-2380曲轴的定位曲轴的定位 发动机工作时，曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势。曲轴窜动将破坏曲柄连杆机构各零件正确的相对位置，故必须用止推轴承（一般是滑动轴承）加以限制。而在曲轴受热膨胀时，又

24、应允许它能自由伸长，所以曲轴上只能有一处设置轴向定位装置。第80页/共92页2021-11-2381滑动止推轴承的形式 滑动止推轴承的形式有两种： 翻边轴瓦的翻边部分； 单制的具有减磨合金层的止推片。后者应用更为广泛。第81页/共92页2021-11-2382曲拐布置与发动机点火次序曲拐布置与发动机点火次序 曲轴的形状和各曲拐的相对位置，取决于缸数、气缸排列方式（单列或V V形等）和发火次序。在安排多缸发动机的发火次序时，应注意以下几点： 使连续作功的两缸相距尽可能远； 发火间隔时间应该相同； 对缸数为i i的四冲程发动机而言，发火间隔角为720720/i/i。即曲轴每转720720/i/i时，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。第82页/共92页2021-11-2383 发火间隔角应为720/4=180。 4个