机体零件与曲柄连杆机构

1、第二章 机体零件与曲柄连杆机构第一节 曲柄连杆机构的受力情况教学内容曲柄连杆机构的作用、工作条件和受力分析计划学时1教学目标1、了解曲柄连杆机构的作用2、掌握曲柄连杆机构的各组成部分3、熟悉曲柄连杆机构的项目内容解决措施教学重点曲柄连杆机构的各组成部分及受力分析举一些简单的例子教学难点曲柄连杆机构的受力分析详细讲解受力分析教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1动画曲柄连杆机构作用了解曲柄连杆机构位置，作用15m2投影曲柄连杆机构的组成掌握曲柄连杆机构的组成20m3动画工作条件了解工作条件35m4动画受力分析掌握受力情况20m板书设计 每节主题一、复习二、导入三、功用与组

2、成四、工作条件及受力分析五、巩固练习六、总结 教学过程结构设计 知识性练习1 曲柄连杆机构的作用是什么？ 2 曲柄连杆机构的由哪些零部件组成？3 分析曲柄连杆机构的受力情况。 形成性评价    以上练习贯穿于整节课，且每总结出一个知识点学习目标后，必给出相应的练习验证、巩固。学生基本上全能达到这节课的各项目标。但最后的总结性、综合性的习题练习，学生的反应就有快慢区分。本节课的内容大部分为基础概念，要牢记概念为以后的学习奠定基础。 第二节 机体组教学内容气缸体与曲轴箱组计划学时1教学目标1、了解气缸体与曲轴箱组的作用、气缸体结构形式2、掌握气缸体与曲轴箱组的各组成部

3、分、发动机气缸排列型式3、熟悉气缸盖与气缸衬垫、油底壳等零部件的特点项目内容解决措施教学重点气缸体与曲轴箱组的作用及零部件特点举一些简单的例子教学难点气缸盖与气缸衬垫、油底壳等零部件特点详细讲解其意义教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1动画气缸体与曲轴箱组组成了解气缸体与曲轴箱组作用15m2投影气缸体结构形式掌握气缸体结构形式20m3动画发动机气缸排列型式了解排列型式35m4动画缸盖与缸垫、油底壳等零部件的特点零部件的特点20m板书设计 每节主题引入：机体组的机件组成一、气缸体二、气缸盖与气缸衬垫三、油底壳四、巩固练习五、总结教学过程结构设计 知识性练习1气缸体与曲轴

4、箱组的作用是什么？ 2气缸体与曲轴箱组由哪些零部件组成？ 3气缸体结构形式对曲轴安装的影响？形成性评价    以上练习贯穿于整节课，且每总结出一个知识点学习目标后，必给出相应的练习验证、巩固。学生基本上全能达到这节课的各项目标。但最后的总结性、综合性的习题练习，学生的反应就有快慢区分。本节课的内容大部分为基础概念，要牢记概念为以后的学习奠定基础。 第三节 活塞连杆组教学内容活塞连杆组计划学时1.5教学目标1、了解活塞连杆组的组成2、掌握活塞、活塞环、活塞销、连杆等零部件的结构特点和工作原理3、熟悉活塞连杆组的作用 项目内容解决措施教学重点活塞、活塞环、活塞销、连杆

5、等零部件的结构特点和工作原理举一些简单的例子教学难点活塞的结构特点以及活塞环密封原理详细讲解其原理及对应措施教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1投影活塞连杆组的组成了解活塞连杆组的组成15m2投影活塞连杆组的作用熟悉活塞连杆组的作用20m3动画活塞、活塞环掌握活塞、活塞环的工作原理35m4动画活塞销、连杆掌握活塞销、连杆的特点20m板书设计 每节主题复习引入：活塞连杆组的机件组成一、活塞二、活塞销三、连杆四、巩固练习五、总结教学过程结构设计 知识性练习1活塞连杆组由哪些零部件组成？2活塞销的安装特点？3气环的密封原理？形成性评价    以

6、上练习贯穿于整节课，且每总结出一个知识点学习目标后，必给出相应的练习验证、巩固。学生基本上全能达到这节课的各项目标。但最后的总结性、综合性的习题练习，学生的反应就有快慢区分。本节课的内容大部分为基础概念，要牢记概念为以后的学习奠定基础。 第四节 曲轴飞轮组教学内容曲轴飞轮组计划学时0.5教学目标1、了解曲轴飞轮组的组成2、掌握曲轴的结构特点和曲拐的布置3、熟悉曲轴扭转减振器和飞轮的作用项目内容解决措施教学重点曲轴飞轮组的组成；曲拐的布置采用动画演示教学难点曲拐的布置详细讲解4、6、8缸发动机的曲拐布置教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1动画曲轴飞轮组的组成了解曲轴飞轮

7、组的组成15m2投影曲拐的布置熟悉并掌握曲拐布置的原理20m3动画曲轴扭转减振器了解曲轴扭转减振器的作用35m4投影飞轮掌握飞轮的特点、作用20m板书设计 每节主题引入：曲轴飞轮组的机件组成。一、曲轴二、曲轴扭转减振器三、飞轮四、巩固练习五、总结教学过程结构设计 知识性练习1曲轴飞轮组由哪些零部件组成？ 2六缸发动机曲拐的布置？ 3飞轮的作用与结构？4四缸、六缸、八缸发动机的曲拐的布置的做功重叠角计算。形成性评价以上练习贯穿于整节课，且每总结出一个知识点学习目标后，必给出相应的练习验证、巩固。学生基本上全能达到这节课的各项目标。但最后的总结性、综合性的习题练习，学生的反应就有快慢区分。本节课的

8、内容大部分为基础概念，要牢记概念为以后的学习奠定基础。 实训一、曲柄连杆机构拆装教学内容曲柄连杆机构拆装计划学时0.5教学目标1.熟悉曲柄连杆机构的组成及其各主要机件构造、作用与装配关系；2.熟悉发动机的工作顺序和连杆轴颈排列方式，掌握曲轴轴向定位和防漏方法；3.掌握曲柄连杆机构正确的分解顺序、要求、方法。 项目内容解决措施教学重点曲柄连杆机构正确的分解顺序、要求、方法。以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学难点曲柄连杆机构正确的分解顺序、要求、方法。以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1现场实物拆卸发动机外部零件了解发动机

9、外部零件装配位置15m2现场实物拆卸气缸盖熟悉气缸盖装配关系20m3现场实物拆卸油底壳、机油滤网、浮子和机油泵了解油底壳、机油滤网、浮子和机油泵装配位置35m4现场实物拆卸正时齿带轮和活塞连杆组掌握正时齿带轮和活塞连杆组件拆卸方法20m实训教学过程设计 一、实训准备1、桑塔纳发动机 3台2、EQ61001型或CA6102型发动机 2台3、用工具和专用工具 5套4、发动机拆装、翻转架或拆装工作台 5套5、其它（如清洗用料，油盆、搁架等） 若干二、实训组织 分成4组，每组8人，采用分组讲解，分组拆装。三、讲解1、曲柄连杆机构的拆卸（以桑塔纳轿车为例）    拆卸曲柄连

10、杆机构机件时，应先将发动机外部机件拆卸，如分电器，发电机及V带、水泵、化油器、汽油泵、起动机和机油滤清器等。对于AFE电控汽油喷射发动机应拆卸节气门体、怠速稳定阀及燃油分配器等。    然后分解正时齿形带机构。先拆下齿形带护罩，转动曲轴使第一缸活塞处于压缩行程上止点，检查正时记号，凸轮轴正时齿形皮带轮上标记须与气门罩盖平面对齐，最后拆下张紧装置，拆下齿形带。（1）拆下气缸盖（2）拆下并分解曲轴连杆机构2、曲柄连杆机构的装配    曲柄连杆机构的装配质量直接关系到发动机的工作性能，因此，装合时须注意下列事项。安装顺序一般和拆卸顺序相反。

11、四、演示    教师在进行曲柄连杆机构拆装前将拆装顺序和注意事项作以讲解，并对重点实训项目进行演示。五、学生操作    所有学生均动手操作，将发动机拆装部分分成几大部分，分别是附件拆装，曲轴飞轮组拆装，气缸盖拆装等。六、结束1.学生整理实训报告。2.教师整理实训现场，设备。 练习1.总结曲柄连杆机构拆卸的步骤。2.解释拆卸正时齿带轮的注意事项。3.阐述拆卸活塞连杆组时注意事项。4.总结曲柄连杆机构装配的步骤。5.解释装配正时齿带轮的注意事项。6.阐述装配活塞连杆组时注意事项。实训效果评价   本次实训能有效锻炼学生

12、的动手能力。通过该项目的实训，学生能掌握曲柄连杆机构拆装步骤以及注意事项。实训二、曲柄连杆机构的检查调整教学内容曲柄连杆机构的检查调整计划学时0.5教学目标1.理解曲柄连杆机构检查调整的重要性；2.掌握曲柄连杆机构检查调整的内容、方法、步骤和要求。 项目内容解决措施教学重点曲柄连杆机构检查调整以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学难点曲柄连杆机构检查调整以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1现场实物曲轴轴承径向间隙的检查与调整了解曲轴轴承径向间隙的检查与调整步骤15m2现场实物曲轴轴向间隙的检查熟悉曲轴轴向间隙的检查步骤20

13、m3现场实物曲轴轴向间隙的调整掌握曲轴轴向间隙的调整方法20m4现场实物活塞与气缸间隙的检查掌握活塞与气缸间隙的检查方法与步骤35m实训教学过程设计 一、实训准备1、待调整的各型发动机（半解体） 5台2、工作台 5台3、百分表连磁性表架 5套4、弹簧秤 5套5、厚薄规 5把6、撬棒及其它工具 5套二、实训组织分成4组，每组8人，采用分组讲解，分组拆装。三、讲解1、曲轴轴承径向间隙的检查与调整（1）检查方法：专用塑料线规检验法（如桑塔纳）    拆下曲轴主轴承盖，清洁轴承及曲轴轴颈，将塑料间隙测量片放在轴颈上或主轴承中，将轴承盖装好，并用65Nm力矩拧紧轴承盖螺栓，

14、但注意不要使曲轴转动。然后拆卸轴承盖，取出已压展的塑料间隙测量片，与附带有的不同宽度色标的量规相比对，测出轴承间隙值。测量范围 色别0.0250.076mm 绿0.0500.150mm 红0.1000.230mm 蓝通用量具检验法：    用内径千分尺和外径千分尺分别测量轴颈的外径和轴承的内径，测得的这两个尺寸的差，就是它们之间的间隙。    连杆轴承径向间隙的检查与曲轴轴承方法相似。（2）调整方法：    当检查中，如间隙值逾限时，则应重新选配轴承。轴承选配的基本原则为：根据色标选轴承；根据间隙选轴承。

15、2、曲轴轴向间隙的检查与调整（1）检查方法：把带磁力底座的百分表固定在发动机前面或者后面的缸体上；把百分表杆部平行于曲轴中心线放置，调整表针；前后撬动曲轴，观察百分表读数。其最大值与最小值之差即为此曲轴的。（2）调整方法：    曲轴轴向间隙一般为0.050.20mm。部分车型曲轴轴向间隙值见表28，如轴向间隙过小，会使机件膨胀而卡着；轴向间隙过大，易形成轴向窜动，则给活塞连杆组的机件带来不正常的磨损。因此，当轴向间隙值逾限时，则应用更换或修整止推轴瓦或止推垫圈来进行调整。3、活塞与气缸间隙的检查四、演示    教师在曲柄连杆机构的检

16、查调整前将检查调整步骤和注意事项作以详细讲解，并对重点实训项目进行演示。五、学生操作    所有学生均需动手操作，掌握检查调整步骤与方法。六、结束1.学生整理实训报告。2.教师整理实训现场，设备。练习1.总结曲柄连杆机构的检查调整步骤。2.解释曲柄连杆机构的检查调整步骤的注意事项。 实训效果评价   本次实训能有效锻炼学生的动手能力。通过该项目的实训，学生能掌握曲柄连杆机构的检查调整步骤以及注意事项。实训三、气缸体、气缸盖、曲轴的检验教学内容气缸体、气缸盖、曲轴的检验计划学时0.5教学目标1.掌握曲柄连杆机构的主要零件的耗损特点及规律，并能分析

17、其原因；2.熟悉常见测量仪器、量具的结构特点，并能正确掌握其使用方法；3.掌握零件的检验方法、步骤，并能实际操作；4.熟悉曲柄连杆机构主要零件的检验分类和维修技术标准。  项目内容解决措施教学重点气缸磨损、粗糙度、气缸盖平面度、曲轴轴颈磨损和曲轴裂纹的检验 以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学难点气缸体的水压试验和气缸盖燃烧室容积的测量以桑塔纳发动机或CA6102型发动机为例教学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1现场实物气缸磨损、粗糙度的检验了解气缸磨损、粗糙度的检验方法15m2现场实物曲轴轴颈磨损和曲轴裂纹的检验熟悉曲轴轴颈磨损和曲轴裂纹的检验步骤2

18、0m3现场实物气缸体的水压试验掌握气缸体的水压试验方法20m4现场实物气缸盖燃烧室容积的测量掌握气缸盖燃烧室容积的测量方法与步骤35m实训教学过程设计 一、实训准备1、气缸体（桑塔纳2个，CA6102或EQ6100 2个） 4个2、气缸盖（桑塔纳2个，CA6102或EQ6100 2个） 4个3、曲轴（桑塔纳2个，CA6102或EQ6100 2个） 4个4、游标卡尺 125×0.02mm 2把5、高度游标卡尺 0300×0.02mm 2把6、百分表 03×0.01mm 2把 010×0.01mm 2把7、磁性表架 3个8、外径千分表 25 50×

19、0.01mm 2把 5075×0.01mm 2把 75 100×0.01mm 2把 100 125×0.01mm 2把9、SSY10型缸体手动试压泵 2台10、CJS3型便携式磁力探伤仪 2台11、干磁粉 2瓶12、表面粗糙度样板 2组13、刀形平尺1000mm、O级 2把14、V型块或滚轮支架 2套15、放大镜510倍 2把16、可调支座 3个17、厚薄规 4把18、木制支持架，工作台 4组19、水平尺300mm 2把20、中间穿小孔的平板玻璃150×200mm 2块21、医用注射器 200ml 2只22、混合油（80%煤油和20%机油） 500ml二

20、、实训组织分成4组，每组8人，采用分组讲解，分组拆装。三、讲解1.气缸磨损的检验（1）测量前的准备工作（2）测量部位（3）圆度和圆柱度的计算（4）气缸的检验分类2.气缸体的水压试验3.表面粗糙度的检验4.气缸盖平面度的检验（1）刀形平尺法（2）平板磁性表座法（3）平面度检验仪法5.气缸盖燃烧室容积的测量6.曲轴轴颈磨损的检验7.曲轴裂纹的检验四、演示    教师在气缸体、气缸盖、曲轴的检验前将检验顺序和注意事项作以讲解，并对重点实训项目进行演示。五、学生操作    所有学生均动手操作，熟悉气缸体、气缸盖、曲轴的检验方法。六、结束1.学

21、生整理实训报告。2.教师整理实训现场，设备。练习1.总结曲柄连杆机构的主要零件的耗损特点及规律2.解释如何进行气缸体的检验 实训效果评价    本次实训能有效锻炼学生的动手能力。通过该项目的实训，学生能掌握气缸体、气缸盖、曲轴的检验步骤以及方法。实训四、活塞环的选配与偏缸检验教学内容活塞环的选配与偏缸检验计划学时0.5教学目标1.掌握活塞环选配的方法和技术要求，并能实际操作；2.掌握活塞偏缸的检查方法，理解活塞偏缸的原因。项目内容解决措施教学重点活塞环选配的方法和技术要求 以CA6102或EQ6100为例教学难点活塞偏缸的检查方法以CA6102或EQ6100为例教

22、学媒体的选择知识点编号媒体类型媒体内容要点教学目的所用时间1现场实物活塞环的耗损了解活塞环的耗损原因15m2现场实物活塞环的弹力及漏光度检验熟悉活塞环的弹力及漏光度检验方法与步骤20m3现场实物活塞环“三隙”的检验掌握活塞环“三隙”的检验方法与步骤20m4现场实物活塞偏缸检验熟悉活塞偏缸检验方法35m实训教学过程设计 一、实训准备1、气缸体（CA6102或EQ6100） 4台2、活塞环（与气缸同一修理尺寸） 4组3、活塞环漏光度检验仪 2套4、活塞环弹力检验仪 2 台5、内径量表50160×0.01mm 4个6、外径千分尺75100×0.01mm 4个100125×

23、;0.01mm7、厚薄规 4副8、其它清洗用料与工具 若干二、实训组织    分成4组，每组8人，采用分组讲解，分组拆装。三、讲解1、活塞环的选配2、活塞环的检验（1）活塞环弹力的检验（2）活塞环漏光度的检验（3）端面翘曲度检验（4）活塞环端隙的检验（5）活塞环侧隙的检验（6）活塞环背隙的检验3、活塞偏缸的检查（1）偏缸的检查将不带活塞环的活塞连杆组合件，按规定装入气缸中，并按规定扭矩拧紧各道螺栓，转动曲轴，使活塞处于上（或下）止点；检查连杆小端两侧与活塞销座孔内端两侧和活塞与缸壁的距离是否相同。如不同，则是气缸轴心线产生了偏移，或是活塞连杆组有了偏斜；转动曲轴，

24、检查活塞在上下止点和气缸中部各个位置，用厚薄规测量活塞头部在气缸前后两方向的间隙，其间隙差应不大于0.1mm，否则有“偏缸”现象，应查明原因，予以排除。（2）偏缸的原因四、演示    教师在进行活塞环的选配与偏缸检验前将实验过程和注意事项作以讲解，并对重点实训项目进行演示。五、学生操作    所有学生均动手操作。六、结束1.学生整理实训报告。2.教师整理实训现场，设备。 练习1归纳活塞环的耗损原因2阐述如何进行活塞环的弹力及漏光度检验3阐述如何进行活塞环“三隙”的检验方法4阐述如何进行活塞环的选配 实训效果评价  

25、  本次实训能有效锻炼学生的动手能力。通过该项目的实训，学生能掌握活塞环的选配与偏缸检验步骤以及方法。附讲义：第二章 机体与曲柄连杆机构第一节 概述功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。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

26、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。组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。第二节 曲柄连杆机构的受力分析与平衡一、曲柄连杆机构受力分析工作时，作用在曲柄连杆机构上的力和力矩主要有：(1) 气缸内作用于活塞顶部的气体压力。(2) 零件运动时的惯性力。(3) 各相对运动零件表面的摩擦力。(4) 作用于曲轴上的工作阻力矩。上述力和力矩中，摩擦力取决于结构、气体压力和惯性力对摩擦面形成的正压力以及摩擦表面的状况，作用于曲轴

27、上的工作阻力矩，则取决于外界负荷。（一）气体压力气缸内作用于活塞顶部的气体压力是随曲轴转角而变化的。当燃料在气缸中着火燃烧后，气缸内的气体压力便迅速增长，直至活塞处于上止点稍后位置时达到极大值。工作中作用于活塞顶上的总压力等于活塞上、下两面气体的压力差与活塞顶面积的乘积，即式中Pq作用在活塞顶上总的气体压力(N)，D气缸直径(mm)，Pz气缸内的气体压力，Po曲轴箱内的气体压力，一般可视为等于大气压力(Pa)。（二）惯性力曲柄连杆机构工作时，活塞组在气缸中往复运动，其速度和方向都是变化的，因而会产生往复运动惯性力；而曲轴旋转运动，又会使旋转运动的零件产生旋转运动惯性力离心力。以上两种惯性力与运

28、动部分的质量成正比，且随着加速度规律而变化，因此先分析它们的运动规律和运动零件的质量。1曲柄连杆机构的运动规律研究曲柄连杆机构的运动主要在于认识活塞的运动规律。如图，由于曲柄旋转角速度变化不大，在研究曲柄连杆机构的运动时，将曲柄看作是等角速度旋转。曲柄的瞬时位置则用曲柄与气缸中心线的夹角表示。当0时，曲柄与气缸中心线重合，曲柄销中心B处于B'点处，活塞销中心A处于A'点，这时活塞位于上止点，当=1800时，曲柄又与气缸中心线重合，曲柄销中心B处于B''点，活塞销中心相应地处于A''点，这时活塞处于下止点。而当曲柄销为某值时，连杆倾斜角为。（1）活

29、塞的位移。当曲柄转过角时，活塞的位移为。设曲柄半径为R，连杆长度为L，R / L称为连杆比。则=R+L-R cos -L cos因 R / Lsin / sin根据牛顿二项式定律，将上式展开一般1/3-1/4所以从第三项以后可略去不计。则代人后=R(1+2sin2 - cos）= R(1- cos)+(1- cos2)（2）活塞的速度。将位移对时间t求导数即可得活塞的速度（3）活塞的加速度。将速度对时间求导数，便得到活塞的加速度a。活塞的位移、速度和加速度如图。图中规定速度的方向是向着曲轴中心为正，相反为负，加速方向也是向着曲轴中心为正，相反为负。2曲柄连杆机构往复运动和旋转运动的质量曲柄连杆

30、机构各零件，按其运动规律可分为三组。（1）活塞组。包括活塞、活塞环、活寒销等，其质量用ma表示。（2）曲轴组。一般只考虑它的不平衡部分的质量并把它换算到曲轴半径R处，用mb表示。（3）连杆组。包括连杆，连杆轴承、连杆螺栓等，其质量用mc表示。它又可以用两个质量代替。即 mc=mca +mcb， mca(0.20.4）mc mcb（0.60.8）mc因此，我们便可以用两个集中质量（mj集中在活塞销中心，mr集中在曲柄销中心）来代替曲柄连杆机构的质量。mjmamca mrmbmcb3往复运动惯性力Pj集中在活塞销中心的质量作周期性不等速运动时产生往复运动惯性力。它的大小和方向都作周期性的变化。当它

31、用曲轴转角。的函数表示时Pj1的变化周期是3600（曲轴旋转一圈），称为第一级惯性力，而Pj2的变化周期是1800（曲轴旋转半圈），称为第二级惯性力。Pj1和 Pj2的变化曲线如图。4旋转运动惯性力PrPr是由集中在曲柄销中心的质量作旋转运动产生的。一般可认为曲柄以等角速度旋转，所以Pr的大小是不变的，而它的方向则与曲柄方向的变化一致。将惯性力Pr沿其作用线移至曲轴中心，并沿坐标轴分解成两个分力，这两个力也都是随曲轴转角而变化的，它加剧了内燃机的振动。旋转惯性力还使零件和轴承产生附加负荷，增加它们的磨损和交形。（三）作用在曲柄连杆机构上的合力作用在活塞销上的合力 Ph= Pq + Pj合力Ph

32、可分解为两个分力，即沿连杆轴线的分力PL和垂直于气缸轴线的分力N。N力是侧压力，它使活塞侧面压向气缸壁，增加了活塞与气缸壁的磨损。PL它将压缩或拉伸连杆，并传到曲柄销上。再将力PL分解为两个分力。沿曲柄半径的法向力PT ，与曲柄圆相切的切向力PR将法向力PT沿其作用线移至曲轴中心，同时在曲轴中心上加两个大小相等方向相反的PT力，则曲柄销上的PT力和曲轴中心的PT力形成转矩Me，用来克服曲轴的工作阻力矩。在曲轴中心的力PR和力PT的合力等于PL并作用于曲轴主轴承。该力又可分为两个力：垂直于气缸轴线的力N和沿气缸轴线的作用力Ph。曲轴中心的力N和气缸壁上的力N又组成力偶MF，其方向与Me相反，称为

33、反转矩或倾覆力矩。Me经过传动系统传到汽车的驱动轮上，而反转矩MF则通过曲柄连杆机构的机体传到发动机支承点上。作用在曲轴中心的力Ph经主轴承传给曲轴箱。但由于在气缸内气体工作压力不仅作用于活塞顶，还作用于气缸盖。作用在气缸盖上的力Pq和作用于曲轴箱的力Ph方向相反而大小相差往复惯性力Pj。综合以上情况，曲柄连杆机构工作时有下列未被平衡的自由力和力矩传到机架的支承点上，它们是一级往复惯性力Pj1。二级往复惯性力Pj2。不平衡部分旋转惯性力Pr离心力）。反转矩MF二、曲柄连杆机构的力平衡内燃机稳定工作时，传给其支承点的力大小和方向都不变，列认为是平衡的。但由子往复运动椒性力尸，和旋转倾性力尸，以及

34、反转矩Mr等都随曲轴转角而琦期性地变化，造成传给支承固定点的力也不断交化，引起内燃机工作不平衡，使它产生振动和未受附加载荷。讨论曲柄连杆机构的力平衡，就是尽可能使惯性力在内燃机内部得到平衡，以减少振动和减轻附加负荷。（一）惯性力（Pj与PR）的平衡1单缸内燃机对旋转惯性力往往是采用在曲柄销相反的一侧加平衡重而互相平衡。对往复惯性力的平衡比较主杂，需要平衡一级惯性力Pj1和二级惯性力Pj2。考感到二级惯性力的数值为一级惯性力的1/31/4，为了简化机构，多数不去平衡，而对一级惯性力可采用以下措施：（1）利用所加平衡重旋转惯性力沿气缸轴线方向的分力来平衡往复惯性力Pj1。它只能使不平衡力减小而不能

35、完全平衡，所以称为半平衡法。同时，还存在着垂直于气缸轴线的分力。（2）单轴平衡法。除了在曲轴上加平衡重外，再通过曲轴轴端的齿轮带动另一轴以相同的角速度旋转，该轴上也装有平衡重。利用两个平衡重的旋转惯性力沿气缸轴线的分力来平衡往复惯性力，而它们垂直于气缸轴线的分力又互相抵消。但由于该二力不在一直线上，所以还产生不平衡的力矩。（3）双轴平衡法。两根带平衡重的附加轴由曲轴齿轮通过惰轮带动，二者旋向相反而与曲轴角速度相等。两平衡重的旋转惯性力在气缸轴线上的合力正好与往复惯性力平衡，且不会产生不平衡力矩，效果较好。利用类似原理，如要平衡二级惯性力，也可以再配置两根加平衡重的附加轴，使它们的角速度为2，就

36、能平衡二级惯性力，但这种装置机构复杂，实际上很少彩用。2单列两缸内燃机。其曲柄互成1800，工作行程间隔1800或5400，它们的一、二级惯性力投影之和以及旋转惯性力投影之和等于：从力的平衡来看，只有二级惯性力没有获得平衡，从力矩平衡来看，在纵向平面内还存在一级惯性力产生的力矩Mj1和旋转惯性力的力矩Mr。如需要平衡这些残存的力和力矩，可采用单缸平衡的方法。一般除在曲柄上加平衡重外，为简化结构，不再采取其他措施。3单列四缸内燃机曲柄一般夹角为1800，工作顺序为1-3-4-2，可视为由对称的两个两缸内燃机曲轴组成。在分析两缸内燃机时，其Pj2、Mj1和Mr没有平衡。在四缸内燃机上由于对称布置，

37、Mj1和Mr得到了平衡，而二级惯性力却由于相加而更趋产重，。4单列六缸内燃机其曲轴曲柄夹角是1200，工作顺序是1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-3-5。由于是对称布置，从整体来看，它的惯性力和力矩可以认为是平衡的。（二）保证平衡的技术措施由于材料、加工和装配等原因引起曲柄连杆机构各零件的尺寸和重量存在着误差，因此实际平衡与理论设计的要求有矛盾。为了使二者接近，制造厂在生产零件和装配内燃机时，要对运动零件进行重量测定和精确的平衡。通常对曲轴和带有离合器的飞轮进行动平衡，测出不平衡的力矩大小和其作用平面，然后在零件较重的部位去掉一部分金属，使不平衡度达到允许值。在装配活塞连杆组时，必须对一

38、组活塞和连杆逐个测定，重量差要在规定范围内。否则会由于重量差过大而影响内燃机的平衡，引起较大的惯性力，加重曲轴和其他零件的磨损。严重时由于应力过大，会发生断轴等损坏事故。第三节 机体组功用：机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。要求：因此，机体必须要有足够的强度和刚度。组成：机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。1气缸体功用： 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，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间

39、。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。要求：气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。(1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧

40、凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成单列式，V型和对置式三种。(1) 直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是

41、垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。(2) V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角180°，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。(3) 对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 180

42、°，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式

43、气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。 2. 气缸盖与气缸垫气缸盖 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却

44、水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。构造：缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。材料：气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。组成：气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要

45、在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。汽油机燃烧室常见的有三种形式：(1) 半球形燃烧室 半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 (2) 楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传

46、播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。 (3) 盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其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。材料：气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮棉结构的气缸垫，由于铜皮棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及

47、橡胶粘结剂压成的气缸垫。 装配：安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分23次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。3油底壳气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。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

48、吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。 第三节 活塞连杆组活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。一活塞功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达35MPa，柴油机高达69MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧

49、压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(812m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。要求：(1) 要有足够的刚度和强度，传力可靠；(2) 导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损；(3) 质量小，重量轻，尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。1活塞顶部活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、

50、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。2活塞头部活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道

51、安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用，与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将(7080)%的热量通过活塞环传给气缸壁3活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于

52、侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。结构特点：(1）椭圆形 为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而安全的间隙，要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属厚，受热膨胀量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外，裙部承受气体侧压力的作用，导致沿活塞销轴向变形量较垂

53、直活塞销方向大。这样，如果活塞冷态时裙部为圆形，那么工作时活塞就会变成一个椭圆，使活塞与气缸之间圆周间隙不相等，造成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常工作。因此，在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。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。(2）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。(3）隔热槽与膨胀槽 为了减小活塞裙部的受热量，通常在裙部开横向的隔热槽，为了补偿裙部受热后的变形量，裙部开有纵向的膨胀槽。槽的形状有

54、"T"形或""形槽。横槽一般开在最下一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两侧(也有开在油环槽之中的)，以减小头部热量向裙部传递，故称为隔热槽。竖槽会使裙部具有一定的弹性，从而使活塞装配时与气缸间具有尽可能小的间隙，而在热态时又具有补偿作用，不致造成活塞在气缸中卡死，故将竖槽称为膨胀槽。裙部开竖槽后，会使其开槽的一侧刚度变小，在装配时应使其位于作功行程中承受侧压力较小的一侧。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。（4）减轻重量 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

55、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。（5）减小热膨胀 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嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点是，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。（6）减小敲缸有的汽油机上，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。这种结构可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。二活塞环活塞环包括气环和油环。功用：气环：密封、防漏、传热。油环：刮油、布油、密封。工作环境：高温、高压、 高速、润滑不良（加剧磨损）。要求：耐磨、耐热、具有高强度和高