第二章 曲柄连杆机构

1、第二章第二章 机体组和曲柄连杆机构机体组和曲柄连杆机构一、概述一、概述 1 、曲柄连杆机构的作用、曲柄连杆机构的作用 把燃气作用在活塞顶的力转变为曲轴的转矩。把燃气作用在活塞顶的力转变为曲轴的转矩。 2 、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 3 、气体作用力、气体作用力 进气、排气气体压力较小，对机件影响不大。进气、排气气体压力较小，对机件影响不大。 气体作用力随活塞位移而变化，造成曲轴轴径等处磨损不均气体作用力随活塞位移而变化，造成曲轴轴径等处磨损不均 匀和气缸壁磨损不均匀。匀和气缸壁磨损不均匀。4 、往复惯性力和离心力、往复惯性力和离心力 （1）往复惯

2、性力与活塞、活塞销、连杆小头质量及曲轴转速有关；）往复惯性力与活塞、活塞销、连杆小头质量及曲轴转速有关； （2）离心力与曲柄半径、旋转部分质量及曲轴转速有关。）离心力与曲柄半径、旋转部分质量及曲轴转速有关。二、机体组二、机体组 1 、机体组的功用及组成、机体组的功用及组成 主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。 机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。2 、机体结构、机体结构 （1）曲轴箱与气缸体的结构形式）曲轴箱与气缸体的结构形式 a 平底式（一般式）平底式（

3、一般式） b 龙门式龙门式 c 隧道式隧道式（2）气缸排列形式）气缸排列形式 单列式、单列式、V型、对置式型、对置式（3）气缸套形式）气缸套形式 无缸套、干缸套、湿缸套无缸套、干缸套、湿缸套3、气缸盖、气缸盖（1） 作用及组成作用及组成 封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。 对顶置式发动机，一般应有进排气门座、气门导管、冷却水套、火对顶置式发动机，一般应有进排气门座、气门导管、冷却水套、火花塞或喷油泵安装孔等。花塞或喷油泵安装孔等。（2） 气缸盖的结构形式气缸盖的结构形式 单体气缸盖：只覆盖一个气缸单体气缸盖：只覆盖一个气缸 块状

4、气缸盖：覆盖两个以上气缸块状气缸盖：覆盖两个以上气缸 整体气缸盖：覆盖所有的一列气缸整体气缸盖：覆盖所有的一列气缸（3） 燃烧室种类燃烧室种类 对燃烧室的要求：对燃烧室的要求： a 结构尽可能紧凑，冷却面积小；结构尽可能紧凑，冷却面积小； b 压缩终了气体具有一定涡流运动；压缩终了气体具有一定涡流运动； c 增大进气门面积。增大进气门面积。燃烧室种类：燃烧室种类： 楔形：充气效率高，燃烧速度快，动力性和经济性好，但工作粗暴。楔形：充气效率高，燃烧速度快，动力性和经济性好，但工作粗暴。 倒盆形：结构简单，进气阻力大。倒盆形：结构简单，进气阻力大。 半球形：充气效率高，散热损失小。半球形：充气效率

5、高，散热损失小。 蓬形：与半球形相仿，高速性好。蓬形：与半球形相仿，高速性好。 多球形：结构紧凑，气道平直，可产生挤气涡流。多球形：结构紧凑，气道平直，可产生挤气涡流。（4） 气缸盖冷却气缸盖冷却 气缸盖的冷却水套与气缸体相通，利用循环水冷却燃烧室等高温部分。气缸盖的冷却水套与气缸体相通，利用循环水冷却燃烧室等高温部分。4、气缸衬垫、气缸衬垫 保持气缸密封不漏气，保证机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。保持气缸密封不漏气，保证机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。 （1）工作条件：高温、高压、一定的腐蚀。）工作条件：高温、高压、一定的腐蚀。 （2）要求：足够强度；耐热耐腐蚀；具有一定弹性；拆装方

6、便。）要求：足够强度；耐热耐腐蚀；具有一定弹性；拆装方便。 （3）种类：）种类： a 金属石棉衬垫：金属石棉衬垫： 使用最多使用最多 b 金属复合材料衬垫金属复合材料衬垫 c 全金属衬垫全金属衬垫5、油底壳、油底壳 （1）作用：储存机油并封闭曲轴箱）作用：储存机油并封闭曲轴箱 （2）特点：）特点：a 局部做的较深；局部做的较深； b 内设挡板；内设挡板； c 下设放油塞。下设放油塞。6、发动机支承、发动机支承 （1）形式：三点或四点支承）形式：三点或四点支承 （2）特点：支承必须是弹性）特点：支承必须是弹性三、活塞连杆组三、活塞连杆组 活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等。活塞连杆组包括

7、活塞、活塞环、活塞销、连杆等。 1、 活塞活塞 （1）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。 （2）工作条件：高温、高压、高速。）工作条件：高温、高压、高速。 要求：质量小，具有一定强度和刚度；要求：质量小，具有一定强度和刚度； 热膨胀系数小；热膨胀系数小； 导热性好；耐磨。导热性好；耐磨。 （3）材料：广泛采用铝合金）材料：广泛采用铝合金（4）构造：活塞包括顶部、头部和裙部）构造：活塞包括顶部、头部和裙部a 顶部顶部 顶部形状与选用的燃烧室形式有关。顶部形状与选用的燃烧室形式有关。b 头部：头部： 活塞环槽以上的部分。活塞环槽以上的部分。 作用：承受气

8、体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶作用：承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶吸收的热量通过环传到气缸壁。吸收的热量通过环传到气缸壁。c 裙部：裙部： 油环槽下端面至活塞底面油环槽下端面至活塞底面的部分，为活塞在气缸内作往的部分，为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。复运动导向和承受侧压力。 由于活塞裙部在受热后会由于活塞裙部在受热后会产生变形，因此，为保证活塞产生变形，因此，为保证活塞与气缸壁之间适当的间隙，活与气缸壁之间适当的间隙，活塞裙部在冷态下具有一定的形塞裙部在冷态下具有一定的形状。状。 另一方面，为减小裙部的另一方面，为减小裙部的热变形，可采取

9、一些措施。热变形，可采取一些措施。在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。 优点：优点：质量轻，比全裙式活塞轻质量轻，比全裙式活塞轻1020，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。适应高速发动机减小往复惯性力的需要。裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。合间隙。能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。 为减少敲缸，活塞销座轴线向在作功行程中受侧压力的一面偏为减少敲缸，活塞销座轴线向在作功行程中受侧压力的一面偏12mm。 为减小活塞头部和顶部的热负荷，对活塞

10、可进行油冷却。主要有自由喷为减小活塞头部和顶部的热负荷，对活塞可进行油冷却。主要有自由喷射冷却、振荡冷却法和强制冷却法。射冷却、振荡冷却法和强制冷却法。2、 活塞环活塞环 活塞环包括气环和油环。活塞环包括气环和油环。 活塞环的工作条件是高温、高压、高速和交变应力。活塞环的工作条件是高温、高压、高速和交变应力。 广泛应用的活塞环材料是合金铸铁。广泛应用的活塞环材料是合金铸铁。（1）气环）气环 A 作用：密封和传热作用：密封和传热 B 密封原理：在环的弹力和燃气压力的作用下，使燃气不能通过环与缸密封原理：在环的弹力和燃气压力的作用下，使燃气不能通过环与缸壁接触面及环与槽的接触面窜到曲轴箱。壁接触面

11、及环与槽的接触面窜到曲轴箱。 C 开口形状：直开口、阶梯形和斜开口开口形状：直开口、阶梯形和斜开口D 断面形状：断面形状：矩形环，工艺和导热性好，但会产生泵油现象；矩形环，工艺和导热性好，但会产生泵油现象；锥面环，磨合性好，但传热差；锥面环，磨合性好，但传热差；扭曲环，不泵油，易磨合，广泛应用；扭曲环，不泵油，易磨合，广泛应用；梯形环，可将环槽中杂质挤出，用于柴油机；梯形环，可将环槽中杂质挤出，用于柴油机；桶面环，密封好，但工艺复杂；桶面环，密封好，但工艺复杂；顶岸环，密封性好。顶岸环，密封性好。（2） 油环油环 A 作用：刮油作用：刮油 B 类型：槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合类型：槽孔式、槽

12、孔撑簧式、钢带组合（3）活塞环组合）活塞环组合 依各环的特点，从提高密封性、刮油能力和润滑性角度出发，可选依各环的特点，从提高密封性、刮油能力和润滑性角度出发，可选择不同的组合方式。择不同的组合方式。3、 活塞销活塞销 用于连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的用于连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的气体作用力传给连杆。气体作用力传给连杆。 要有足够强度、刚度和耐磨性，质量要轻。要有足够强度、刚度和耐磨性，质量要轻。 一般用低碳钢或低碳合金钢制造。一般用低碳钢或低碳合金钢制造。 内孔形状有圆柱形、两段截锥形、组合形。内孔形状有圆柱形、两段截锥形、组合形。4、 连杆连杆（1）作用：将活塞承受的力传给曲

13、轴。）作用：将活塞承受的力传给曲轴。（2）受力：承受压缩、拉伸和弯曲等的交）受力：承受压缩、拉伸和弯曲等的交变载荷，要求足够强度、刚度，质量小。变载荷，要求足够强度、刚度，质量小。 一般用中碳钢或合金钢模锻而成。一般用中碳钢或合金钢模锻而成。（3）构造：一般包括连杆衬套、连杆小头、）构造：一般包括连杆衬套、连杆小头、杆身、连杆大头、连杆轴瓦、连杆盖和螺杆身、连杆大头、连杆轴瓦、连杆盖和螺栓组成。栓组成。A 连杆小头连杆小头 与活塞销连接，有全浮和半浮两种连接方式。与活塞销连接，有全浮和半浮两种连接方式。B 杆身杆身 做成工字形，有些加工有油道。做成工字形，有些加工有油道。C 连杆大头连杆大头

14、与曲轴的曲柄销连接。与曲轴的曲柄销连接。 一般做成剖分式的：平切口和斜切口。一般做成剖分式的：平切口和斜切口。 两种切口方式有不同的定位。两种切口方式有不同的定位。D 连杆轴瓦连杆轴瓦 是装在连杆大头的分成两半的滑动轴承。一般厚是装在连杆大头的分成两半的滑动轴承。一般厚13mm。 轴瓦背面冲出凸台，以防止轴向移动或转动。轴瓦背面冲出凸台，以防止轴向移动或转动。 有些内表面加工油槽。有些内表面加工油槽。E V型发动机连杆型发动机连杆 左右两列气缸连杆支于同一个曲柄销上。左右两列气缸连杆支于同一个曲柄销上。 a 并列连杆式：可通用，活塞运动规律相同，但增加发动机长度；并列连杆式：可通用，活塞运动规

15、律相同，但增加发动机长度； b 主副连杆式：不能互换，运动规律及受力不同。主副连杆式：不能互换，运动规律及受力不同。 c 叉形连杆：运动规律相同，但刚度不高，工艺复杂。叉形连杆：运动规律相同，但刚度不高，工艺复杂。四、曲轴飞轮组四、曲轴飞轮组 主要由曲轴和飞轮及其他不同作用的零件和附件组成。主要由曲轴和飞轮及其他不同作用的零件和附件组成。1、 曲轴曲轴 （1）作用、工作条件和材料）作用、工作条件和材料 作用：曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。作用：曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。 工作条件：承受周期性的弯曲和扭转载荷。工作条件：承受周期性的弯曲和扭转载荷。

16、 材料：一般用中碳钢或中碳合金钢模锻。材料：一般用中碳钢或中碳合金钢模锻。（2） 构造构造 曲轴由曲柄销、曲柄臂曲轴由曲柄销、曲柄臂及主轴颈构成的单元曲拐组成。及主轴颈构成的单元曲拐组成。 A 、按曲拐连接方式：整体式和组合式、按曲拐连接方式：整体式和组合式 B 、按支承方式：全支承和非全支承、按支承方式：全支承和非全支承（3）润滑性：对实心结构，其润滑靠内部油道，对空心，靠其中油管。）润滑性：对实心结构，其润滑靠内部油道，对空心，靠其中油管。（4）发动机工作顺序和曲拐的布置）发动机工作顺序和曲拐的布置 在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点：在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点： 1) 应

17、该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象。在进气行程中发生抢气现象。 2) 各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次。对于气缸数为作功一次。对于气缸数为 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为的四冲程发动机，其发火间隔角应为720/i，即曲轴每转即曲轴每转720/i 时，就有

18、一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。时，就有一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。 3) V型发动机左右两列气缸应交替发火。型发动机左右两列气缸应交替发火。 发动机曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。发动机曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。（5） 曲轴的密封性曲轴的密封性 A、曲轴前端：借甩油盘和橡胶油封密封。、曲轴前端：借甩油盘和橡胶油封密封。 B、曲轴后端：有多种形式。、曲轴后端：有多种形式。2、 曲轴扭转减震器曲轴扭转减震器 在发动机前端装扭转减震器衰减曲轴扭矩。在发动机前端装扭转减震器衰减曲轴扭矩。（1） 橡胶扭转减震器橡胶扭转减震器（2）硅油扭转减震器）硅油扭转减震器（3）硅油）硅油橡胶扭转减震器橡胶扭转减震器3、 飞轮飞轮 用于储存发动机的能量。用于储存发动机的能量。 要求转动惯量尽量大。要求转动惯量尽量大。 是离合器的主动件。是离合器的主动件。 有用于起动的飞轮齿圈。有用于起动的飞轮齿圈。 飞轮上刻有上止点记号。飞轮上刻有上止点记号。4、 曲轴的止推轴承曲轴的止推轴承 用于保证曲轴的轴向定位。用于保证曲轴的轴向定位。 （1）翻边轴瓦）翻边轴瓦 （2）半圆环止推片）半圆环止推片 （3）止推轴承环