第二章 曲柄连杆机构

1、第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构本章基本内容及要求本章基本内容及要求o掌握曲柄连杆机构的组成及其作用掌握曲柄连杆机构的组成及其作用n固定件组：气缸体、气缸套、气缸盖、气缸垫、固定件组：气缸体、气缸套、气缸盖、气缸垫、 下曲轴箱下曲轴箱n运动件组：活塞连杆组、曲轴飞轮组运动件组：活塞连杆组、曲轴飞轮组o掌握活塞的变形原因及其结构措施掌握活塞的变形原因及其结构措施o掌握曲轴的结构特点掌握曲轴的结构特点o掌握发火顺序及工作循环表掌握发火顺序及工作循环表o了解气缸盖、气缸体、气缸垫、气缸套、下曲了解气缸盖、气缸体、气缸垫、气缸套、下曲轴箱、连杆、飞轮的结构特点轴箱、连杆、飞轮的结构特点一一.概述

2、概述1.组成组成 机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组2.作用作用 将燃气作用在活塞顶上的力转变将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，对外输出机械能为曲轴的扭矩，对外输出机械能3.工作条件工作条件 n热负荷热负荷n机械负荷机械负荷o气体压力的作用气体压力的作用 o惯性力的作用惯性力的作用 o摩擦力摩擦力pfRTpgN一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )o气缸体气缸体（Cylinder Block）n作用作用气缸体是内燃机气缸体是内燃机的主体，它不但是其它零的主体，它不但是其它零部件和附件的支承骨架，部件和附件的支承骨架，本身也是一个职能部件本身也是一个职能

3、部件n要求要求应具有足够的强应具有足够的强度和刚度度和刚度 气气缸缸曲轴曲轴箱箱一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸体气缸体（Cylinder Block）n结构型式结构型式o一般式气缸体一般式气缸体 o龙门式气缸式龙门式气缸式 o隧道式气缸体隧道式气缸体 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸体气缸体（Cylinder Block）n气缸排列方式气缸排列方式o直列式直列式oV V型型 o对置式对置式 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸体气缸体（Cylinder Block）n气缸套与水套气缸套与水

4、套 o水套水套作用作用:冷却气缸和气缸盖，保证冷却气缸和气缸盖，保证气缸表面在高温下能正常工气缸表面在高温下能正常工作作 o气缸套气缸套(Cylinder Liner )n干式缸套干式缸套缸套外表面与冷缸套外表面与冷却水不直接接触却水不直接接触 n湿式缸套湿式缸套缸套外表面与冷缸套外表面与冷却水直接接触却水直接接触 密封圈密封圈壁薄壁薄13mm 壁薄壁薄59mm 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸盖气缸盖 （Cylinder head） n作用作用封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起组封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起组成燃烧室。气缸盖内冷却水套与气缸体

5、水套相通，使冷成燃烧室。气缸盖内冷却水套与气缸体水套相通，使冷却水循环。却水循环。n分类分类整体式整体式 块状式块状式 单体式单体式 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸盖气缸盖 （Cylinder head）n气缸盖变形气缸盖变形o危害危害：弯曲或凸凹不平，造成漏气、缸垫被冲破等弯曲或凸凹不平，造成漏气、缸垫被冲破等 o原因原因n拧紧缸盖螺栓的顺序不对拧紧缸盖螺栓的顺序不对缸盖螺栓的正确拧紧方法：应按分次由中央对称地缸盖螺栓的正确拧紧方法：应按分次由中央对称地向四周扩展的顺序拧紧（拆、卸的顺序相反），最向四周扩展的顺序拧紧（拆、卸的顺序相反），最后一次应按照厂

6、家规定的扭矩值拧紧。后一次应按照厂家规定的扭矩值拧紧。铸铁（铝合金）缸盖最好在热车（冷车）下最后拧铸铁（铝合金）缸盖最好在热车（冷车）下最后拧紧紧n 高温时拆卸缸盖引起变形高温时拆卸缸盖引起变形 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸盖气缸盖 （Cylinder head）n汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室o汽油机的燃烧室主要在气缸盖上汽油机的燃烧室主要在气缸盖上 o对燃烧室的要求：对燃烧室的要求：n结构紧凑，冷却面积小（表面积小）。以减少热损失，缩短结构紧凑，冷却面积小（表面积小）。以减少热损失，缩短火焰传播距离。火焰传播距离。n应让混合气在压缩终了时具有一定的涡流

7、运动。应让混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动。燃烧速度。燃烧速度。o燃烧室常见的三种形式燃烧室常见的三种形式 一一.机体组机体组( (固定件组固定件组) )( (续续) )o气缸垫气缸垫n装在气缸盖和气缸体之装在气缸盖和气缸体之间，间，n作用：保证气缸盖与气作用：保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油止漏气、漏水和漏油（“三漏三漏”）o下曲轴箱下曲轴箱(Crankcase)n装在气缸体下方装在气缸体下方n作用：贮存机油、封闭作用：贮存机油、封闭曲轴箱曲轴箱 二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) )组成组成: 活塞活塞 活塞环活塞环 活塞销活塞

8、销 连杆连杆 连杆轴瓦连杆轴瓦 等等二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞活塞（Piston） n作用作用o承受燃气的压力并通过活塞销承受燃气的压力并通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。传给连杆以推动曲轴旋转。o顶部是组成燃烧室的一部分。顶部是组成燃烧室的一部分。n工作条件工作条件o高温（高温（2500 K以上）以上）o高压高压（p=35 N/mm2； p=69 N/mm2）o高速高速（V=812 m/s）o腐蚀腐蚀 活塞是发动机中工作强度最高的机件之一活塞是发动机中工作强度最高的机件之一二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续

9、续) )o活塞活塞（Piston） （续）（续）n要求要求o要有足够的刚度和强要有足够的刚度和强度，传力可靠；度，传力可靠； o导热性能好，要耐高导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；压、耐高温、耐磨损； o质量小，重量轻，尽质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性可能地减小往复惯性力力n结构结构顶部、头部、裙部顶部、头部、裙部 顶部顶部头部头部裙裙部部冷态下，活塞的纵、横截面分别应该是什么形状？冷态下，活塞的纵、横截面分别应该是什么形状？二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞活塞（Piston） （续）（续）n活塞的变形原因及特点活塞的变形原因及特点 o

10、热膨胀引起变形热膨胀引起变形o侧压力引起变形侧压力引起变形 o弯曲引起变形弯曲引起变形 总的变形结果是：总的变形结果是：（上大下小）（上大下小）锥形锥形（长轴沿销轴方向的）（长轴沿销轴方向的）椭圆形椭圆形这样的活塞在工作中会存在什么问题？这样的活塞在工作中会存在什么问题？二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞活塞（Piston） （续）（续）n相应的技术措施相应的技术措施 o事先将活塞做成事先将活塞做成“上小下大上小下大”的锥形或梯形的锥形或梯形 o事先将裙部做成椭圆形，且事先将裙部做成椭圆形，且长轴垂直于活塞销轴线长轴垂直于活塞销轴线o活塞裙部开槽活

11、塞裙部开槽n横槽（隔热槽）横槽（隔热槽）开在油环开在油环槽内槽内隔热（切断热量从头隔热（切断热量从头部向裙部传部向裙部传n直槽（膨胀槽）直槽（膨胀槽）开在裙部开在裙部可使冷态下活塞与气缸的可使冷态下活塞与气缸的装配间隙尽可能小。受热膨装配间隙尽可能小。受热膨胀后，由于直槽的补偿，活胀后，由于直槽的补偿，活塞不致于被卡死而拉缸。塞不致于被卡死而拉缸。 直槽并不垂直开切直槽并不垂直开切 安装活塞时，应使直槽落在侧压力小的一面安装活塞时，应使直槽落在侧压力小的一面 柴油机活塞不开直槽柴油机活塞不开直槽EQ6100斜度为0.0450.075mm EQ6100的长短轴之差0.6mm 二二.活塞连杆组活塞

12、连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞活塞（Piston） （续）（续）n相应的技术措施相应的技术措施 （续）o活塞销座处，挖去一活塞销座处，挖去一部分金属或截去一部部分金属或截去一部分分 o在活塞销座里面铸入在活塞销座里面铸入“恒范钢片恒范钢片”o将汽油机活塞（尤其将汽油机活塞（尤其是高速汽油机）销轴是高速汽油机）销轴偏心偏心(12mm )布置，布置，且偏心方向是靠近侧且偏心方向是靠近侧压力大的一面。压力大的一面。二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞环活塞环（Piston Ring）n分类与作用分类与作用o气环：气环：活塞上面

13、的活塞上面的2 23 3道道环环密封、传热、辅助刮密封、传热、辅助刮油油o油环：油环：活塞最下面的活塞最下面的（1 12 2）一道环）一道环刮油、刮油、布油布油n工作条件工作条件：高温、高压、高高温、高压、高速、润滑极其困难速、润滑极其困难 n要求要求弹性好、强度高、耐磨损弹性好、强度高、耐磨损 二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞环活塞环（Piston Ring） （续）（续）n气环的切口与断面形状气环的切口与断面形状o切口形状：切口形状：直角口、阶梯直角口、阶梯口口 、斜口、斜口o断面形状：断面形状：矩形环、扭曲矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶

14、环、锥面环、梯形环和桶面环面环 n工作（密封）原理工作（密封）原理o活塞环自身的弹力活塞环自身的弹力 p0 o燃气在背隙里对环产生径燃气在背隙里对环产生径向压力向压力 p1 （主要）（主要）装配好的活塞环有装配好的活塞环有“三隙三隙”？安装？安装？活塞活塞背隙背隙侧隙侧隙p1p0气缸壁气缸壁二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞环活塞环（Piston Ring）（续）n油环油环o普通油环普通油环o组合环组合环n接触压力高接触压力高n刮油作用强刮油作用强 使用广泛！使用广泛！二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞

15、销活塞销（piston pin）n作用作用 连接活塞和连杆小头并将活塞所受连接活塞和连杆小头并将活塞所受的燃气压力传给连杆的燃气压力传给连杆n结构特点结构特点o圆柱形圆柱形n结构简单，加工容易结构简单，加工容易 n中间部分应力最大中间部分应力最大 o两段截锥形两段截锥形n应力均匀，接近等强度梁应力均匀，接近等强度梁n加工较复杂加工较复杂o两段截锥与一段圆柱组合两段截锥与一段圆柱组合二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o活塞销活塞销（piston pin）（续）n活塞销的安装活塞销的安装o全浮式全浮式n活塞销、连杆小头和活活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运

16、动塞销座都有相对运动 n磨损均匀磨损均匀 n有轴向位移，需定位！有轴向位移，需定位！o半浮式半浮式n活塞销只能在两端销座活塞销只能在两端销座内作自由摆动内作自由摆动 n不需定位！不需定位！ 多用于轿车多用于轿车发动机发动机二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o连杆连杆（Connecting rod）n作用作用 将活塞承受的力传给曲轴，从将活塞承受的力传给曲轴，从而将活塞的往复运动转变为曲轴而将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动的旋转运动n工作条件工作条件 同时承受拉、压、弯曲等交变同时承受拉、压、弯曲等交变载荷载荷 n结构特点结构特点 连杆体（连杆小头、杆

17、身、连连杆体（连杆小头、杆身、连杆大头）、连杆盖、连杆轴瓦、杆大头）、连杆盖、连杆轴瓦、连杆衬套、连杆螺栓连杆衬套、连杆螺栓二二.活塞连杆组活塞连杆组 ( (运动件组运动件组) ) ( (续续) )o连杆连杆（Connecting rod）n结构特点（续）结构特点（续）o连杆大头连杆大头n平切口（平分式）平切口（平分式）一般用于汽油机一般用于汽油机 n斜切口（斜分式）斜切口（斜分式）连杆大头与连杆盖之间连杆大头与连杆盖之间需要定位需要定位 多用于柴油机多用于柴油机o连杆轴瓦连杆轴瓦o连杆螺栓连杆螺栓n紧固该螺栓时，必须按工紧固该螺栓时，必须按工厂规定的扭矩分厂规定的扭矩分23次均次均匀地拧紧匀

18、地拧紧 三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组组成：组成： 曲轴、飞轮、附件曲轴、飞轮、附件 等等三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组( (续续) )o曲轴曲轴( (Crank ) ) n曲轴的作用、工作条件、材料曲轴的作用、工作条件、材料o作用作用：将连杆传来的力转变成扭矩对外输出并驱动将连杆传来的力转变成扭矩对外输出并驱动配气机构、风扇、水泵等附属机件配气机构、风扇、水泵等附属机件 o工作条件工作条件：高速、承受弯曲和扭转载荷高速、承受弯曲和扭转载荷 o材料材料：4545# #中中C C钢（常用）钢（常用）模锻模锻表面淬火或氮化表面淬火或氮化 三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组( (续续) )o曲轴曲轴 （续）（续）n

19、曲轴的结构特点曲轴的结构特点自由端自由端+ +若干个曲拐若干个曲拐+ +功率输出端功率输出端o自由端（曲轴前端）自由端（曲轴前端）安装有：正时齿轮、挡油片、皮带盘、安装有：正时齿轮、挡油片、皮带盘、起动瓜等起动瓜等o曲拐曲拐n单位曲拐单位曲拐= =主轴颈主轴颈+ +连杆轴颈（曲柄连杆轴颈（曲柄销）销）+ +曲柄曲柄+ +平衡重平衡重n曲拐数量曲拐数量直列式发动机：曲拐数目直列式发动机：曲拐数目= =气缸气缸数数V V型发动机：曲拐数型发动机：曲拐数= =气缸数的气缸数的一半一半 n曲轴的支承曲轴的支承全支承曲轴全支承曲轴/ /非全支承曲轴非全支承曲轴 单位曲拐单位曲拐三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组

20、( (续续) )o曲轴曲轴 （续）（续）n气缸数、气缸排列方式、发火顺序气缸数、气缸排列方式、发火顺序 曲轴的形状和曲拐的相对位置曲轴的形状和曲拐的相对位置o关于关于“发火顺序发火顺序”n确定原则确定原则连续工作的两缸相距应尽可能远些连续工作的两缸相距应尽可能远些 多缸发动机的做功间隔应求均匀多缸发动机的做功间隔应求均匀尽可能避免尽可能避免“抢气抢气”现象现象n常采用的发火顺序常采用的发火顺序直列六缸机：直列六缸机：1-5-3-6-2-4 1-5-3-6-2-4 或或1-4-2-6-3-5 1-4-2-6-3-5 直列四缸机：直列四缸机：1-2-4-31-2-4-3或或1-3-4-21-3-4

21、-2V V型八缸机：型八缸机：1-8-4-3-6-5-7-2 1-8-4-3-6-5-7-2 三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组( (续续) )o曲轴曲轴 （续）（续）n发动机工作循环表发动机工作循环表 四缸、直列发火顺序：四缸、直列发火顺序：1-3-4-21-3-4-2作功作功作功作功排气排气排气排气进气进气进气进气压缩压缩压缩压缩三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组( (续续) )o曲轴曲轴 （续）（续）n发动机工作循环表发动机工作循环表 （续）（续） 直列、六缸直列、六缸发火顺序：发火顺序：1-5-3-6-2-41-5-3-6-2-4做功做功做功做功做功排气排气排气排气进气排气进气进气进气进气压缩压缩压缩压缩压缩排气压缩进气做功做功进气压缩排气三三.曲轴飞轮组曲轴飞轮组( (续续) )o飞轮飞轮(Flywheel )n作用作用o部分贮存做功行程中能量，部分贮存做功行程中能量，释放给其它行程。克服内释放给其它行程。克服内外阻力，使发动机运转均外阻力，使发动机运转均匀匀o作为离合器的驱动盘，进作为离合器的驱动盘，进一步对低盘输入动力一步对低盘输入动力n结构特点结构特点o轮缘宽而厚轮缘宽而厚 o轮缘上有一齿圈轮缘上有一齿圈o飞轮上还刻有第一缸的压飞轮上还刻有第一