情境二 曲柄连杆机构的认知1

1、情境二情境二 曲柄连杆机构的认知曲柄连杆机构的认知专业能力目标专业能力目标任务书：任务书：任务1了解曲柄连杆机构的运动与受力了解曲柄连杆机构的运动与受力气缸体曲轴箱气缸盖气缸套气缸衬垫油底壳气缸体与曲轴箱组活塞活塞环活塞销连杆活塞连杆组曲轴飞轮扭转减振曲轴飞轮组 曲柄连杆机构工作条件工作条件承受机械载荷：承受机械载荷： 1、气体压力、往复惯性力、离心力、摩擦力、气体压力、往复惯性力、离心力、摩擦力 2、汽车行驶中产生的冲击力。、汽车行驶中产生的冲击力。 以上各种力，使曲以上各种力，使曲柄连杆机构和机体的柄连杆机构和机体的各零件承受了不同形各零件承受了不同形式的载荷，为保证工式的载荷，为保证工作

2、可靠，需要采取相作可靠，需要采取相应结构措施。应结构措施。任务2 认识机体组曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸气缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳三大组成一、气缸体1、气缸体、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体称为气缸体曲轴箱。曲轴箱。气缸体的工作特点：高温高压、高速运动摩擦气缸体的工作特点：高温高压、高速运动摩擦气缸体的结构特点：足够的强度和刚度，高精度内表面气缸体的结构特点：足够的强度和刚度，高精度内表面曲轴箱（1）平分式（一般式） 定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。 特点：刚度小，前后端呈半圆形，与

3、油底壳接合面的密封较困难，便于机械加工。 应用：中小型发动机。曲轴箱的型式（2）龙门式 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。 特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠,公益性差。 应用：大中型发动机。 直列龙门式汽缸体直列龙门式汽缸体V型龙门式汽缸体型龙门式汽缸体V型龙门式型龙门式（3）隧道式 定义：主轴承座孔不分开。 特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。 应用：负荷较大的柴油机。 直列隧道式直列隧道式2、分类油底壳安装平油底壳安装平面和曲轴旋转面和曲轴旋转中心在同一高中心在同一高度。度。油底壳安装平油底壳安装平面低于曲轴的面低于曲轴的旋转中心。旋转中心。 气缸

4、体上曲轴气缸体上曲轴的主轴承孔为的主轴承孔为整体式。整体式。1、水冷、水冷 2、风冷、风冷细节细节水道水套水冷水冷结构简单、加工结构简单、加工容易，但发动机容易，但发动机长度和高度较大。长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加机的重量；形状复杂，加工困难。六缸以上发动机工困难。六缸以上发动机使用使用高度小，总体布置方便。轿车中应用不多对置气缸式发动机对置气缸式发动机（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体（5）干缸套和湿缸套强度和刚强度和刚度都较好，度都较好，加工复杂，加工复杂，拆装不便，拆装不便，散热不良。散热

5、不良。散热良好、散热良好、冷却均匀、冷却均匀、加工容易。加工容易。 强度和刚度强度和刚度不如干缸套，不如干缸套，易漏水。易漏水。性能如性能如何？何？干缸套和湿缸套二、曲轴箱二、曲轴箱油底壳（机油盘）油底壳（机油盘）三、气缸盖上置式凸轮轴铝合金与铸铝合金与铸铁相比有何铁相比有何优越性？优越性？导热性好、利于提高压缩比，适用与高速高强化汽油机汽缸盖与汽缸盖罩汽缸盖与汽缸盖罩汽缸盖罩衬垫压条汽缸盖汽缸垫安装火花塞安装凸轮轴汽缸盖汽缸盖水冷式汽缸盖水冷式汽缸盖风冷式汽缸盖风冷式汽缸盖四、燃烧室燃烧室的要求？燃烧室的要求？燃烧室燃烧室五、气缸垫汽缸盖衬垫汽缸盖衬垫任务任务3 认识活塞连杆组认识活塞连杆组

6、气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖（一）活塞（一）活塞活塞的结构活塞的结构活塞顶分类活塞顶分类结构简单、制造容结构简单、制造容易、受热面积小、易、受热面积小、应力分布较均匀，应力分布较均匀，多用在汽油机上。多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部凸起呈球状、顶部强度高，起导向作强度高，起导向作用、有利于改善换用、有利于改善换气过程。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。各类活塞顶各类活塞顶（2）活塞头部）活塞头部气环槽气环槽油环槽油环槽工作条件

7、最工作条件最恶劣，应离恶劣，应离顶部远些。顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸；、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸； 2、承受气体压力并传给连杆；、承受气体压力并传给连杆； 3、将顶部吸收的热量通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。作用：作用：活塞活塞销孔活塞组分解图活塞组分解图活塞环活塞环活塞环活塞环,活塞活塞,缸套缸套,活塞销活塞销（3）活塞裙部）活塞裙部裙部表面的保护裙部表面的保护活塞的变形及采取的相应措活塞的变形及采取的相应措施施1. 变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。2. 变形规律（1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高

8、于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2） 活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3） 裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。 活塞变形活塞变形销座方向销座方向裙部受侧压力的作用，裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形导致活塞发生变形工作时向里变形工作时向里变形桶形桶形不受压力的不受压力的部分，去掉部分，去掉后可以减轻后可以减轻质量。质量。活塞变形活塞变形3. 结构措施结构措施（1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 锥形裙部活塞示意图 活塞头部形状示意图 结构措施结构措施（2） 活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销

9、座孔轴线方向，即侧压力方向。结构措施结构措施（3） 销座处凹陷0.5mm1.0mm。（4） 裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽（5） 采用双金属活塞采用双金属活塞即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。1） 恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。2） 自动调节式膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。 1)2)（5） 采用双金属活塞采用双金属活塞3） 筒形

10、钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中（图227），冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。 活塞销座活塞销座A、作用：、作用：支承活塞销，将活塞顶部气体作用支承活塞销，将活塞顶部气体作用 力经过活塞销传给连杆。力经过活塞销传给连杆。B、活塞销偏移布置、活塞销偏移布置目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击 气缸的噪音与磨损。气缸的噪音与磨损。1. 定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移1mm2mm。2. 作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。作用：减

11、轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。3. 原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第（不是平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步一步是在气体压力较小时进行

12、，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。为减弱。 活塞销偏移布置活塞销偏移布置销座位置与活塞的换向过程销座位置与活塞的换向过程 拖板式活塞拖板式活塞 半拖板式活塞：半拖板式：将非承压面的裙部去掉一部分，以减少质量和防碰曲轴平衡重 拖板式：将非承压面的裙部全部去掉。质量更轻，裙部弹性大，可使裙部与汽缸装配间隙减小很多，也不会卡死。蛇形管蛇形管小结：小结：（二）活塞环（二）活塞环切口切口气环气环， 气环结构气环结构气环的密封作用：气环的密封作用：第一密封面：活塞环直径大于气缸直

13、径，装入后产生弹性贴紧在气缸第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；壁上而形成；加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密封面作用；第一密封面作用；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；气环的泵油作用气环的泵油作用气环的泵油作用演示气环的泵油作用演示气环断面形状：气环断面形状：（2）油环）油环刮油片轴向衬环径向衬环刮油片回油孔回油孔油环的刮油作用油环的刮油作用（三）活塞销（三）活塞销活塞销的连接

14、方式活塞销的连接方式连杆活塞销全浮式半浮式全浮连接的特点：活塞销能在连杆小头、销座孔中自由转动，三者间可相对运动，减少了磨损并使磨损均匀活塞销的偏置活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。边过渡到另一边，减少敲缸的声音。（四）连杆（四）连杆连杆组件分解图连杆组件分解图要求要求：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。刚度不足的后果：刚度不足的后果：（1 1）大头孔失圆：）大头孔失圆：烧烧轴瓦，甚至咬死。轴瓦，甚至咬死。.（2 2）杆身弯曲：偏磨，）杆身弯曲：偏磨，

15、漏气，窜机油。漏气，窜机油。.结构特点：结构特点：由连杆小头由连杆小头1 1、杆身、杆身2 2、连杆大头、连杆大头3 3（包括连杆盖（包括连杆盖9 9）三部分组）三部分组成。成。（1 1）连杆小头连杆小头：全浮式的连杆小头孔内，全浮式的连杆小头孔内，一般压入减磨的青铜衬套或一般压入减磨的青铜衬套或铁基粉铁基粉末冶金衬套。末冶金衬套。.小头顶部开有润滑油槽或油孔，收集飞溅油雾，润滑活塞销。小头顶部开有润滑油槽或油孔，收集飞溅油雾，润滑活塞销。.半浮式连接就是用螺栓将活塞销加紧在连杆小头孔内，活塞销只在活塞销孔内半浮式连接就是用螺栓将活塞销加紧在连杆小头孔内，活塞销只在活塞销孔内转动，在连杆小头内

16、不转动。转动，在连杆小头内不转动。（2 2）杆身：通常做成杆身：通常做成“工工”字形断面，以求在刚度足够字形断面，以求在刚度足够的前提下尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。的前提下尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。（3 3）连杆大头：）连杆大头： 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连杆盖，两者之间用连杆螺栓连接。连杆与连杆盖之间有配对记号，拆装时应注意一致。号，拆装时应注意一致。. 连杆大头孔内过盈压入上、下两半薄壁钢轴瓦，在其内表面上连杆大头孔内过盈

17、压入上、下两半薄壁钢轴瓦，在其内表面上涂有涂有0.3-0.7mm0.3-0.7mm厚的减磨合金层，具有保持油膜、减少摩擦阻力和厚的减磨合金层，具有保持油膜、减少摩擦阻力和易于磨合的作用，主要有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。轴瓦易于磨合的作用，主要有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。轴瓦背面制有定位凸肩，防止轴瓦转动；轴瓦内表面开有油槽用以储油背面制有定位凸肩，防止轴瓦转动；轴瓦内表面开有油槽用以储油和作垃圾槽用。和作垃圾槽用。汽车发动机汽车发动机连杆分类：连杆分类：（1 1）平切口）平切口： 连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，汽油机和较小功率柴油机用。

18、汽油机和较小功率柴油机用。优点：定位可靠，结构简单（利用连杆螺栓上经过精加工的圆柱凸台或光圆柱优点：定位可靠，结构简单（利用连杆螺栓上经过精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的连杆螺栓孔来保证）；部分与精加工的连杆螺栓孔来保证）；.（2 2）斜切口：）斜切口： 连杆大头沿着与杆身轴线成连杆大头沿着与杆身轴线成3060 3060 夹角切开，常用于曲夹角切开，常用于曲柄销直径较粗的较大功率柴油机，否则，连杆大头尺寸太大，无柄销直径较粗的较大功率柴油机，否则，连杆大头尺寸太大，无法从气缸中拆下活塞连杆组。法从气缸中拆下活塞连杆组。.缺点缺点：定位不可靠（切口方向受到附加剪切力，连杆螺栓易剪：定位不可

19、靠（切口方向受到附加剪切力，连杆螺栓易剪断，连杆盖脱落会击穿气缸体）。断，连杆盖脱落会击穿气缸体）。斜切口定位方式：斜切口定位方式：1 1）止口定位：止口定位：工艺简单，但定位不可靠（径向脱离无法阻止）工艺简单，但定位不可靠（径向脱离无法阻止）2 2）套筒或套筒或圆销圆销定位：定位：定位精度较高，但工艺要求高（若孔距不准确，定位精度较高，但工艺要求高（若孔距不准确， 则可能则可能因过定位而造成大头孔严重失圆）。因过定位而造成大头孔严重失圆）。3 3）锯齿定位：）锯齿定位：定位可靠（锯齿接触面大，贴合紧密），结构紧凑，但齿定位可靠（锯齿接触面大，贴合紧密），结构紧凑，但齿距公差要求高，否则，会因

20、个别齿脱空影响连杆组件的刚距公差要求高，否则，会因个别齿脱空影响连杆组件的刚度，也会造成连杆大头孔失圆。度，也会造成连杆大头孔失圆。叉形连杆叉形连杆V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式V V型发动机连杆分类型发动机连杆分类：（1 1）并列连杆并列连杆：左右两缸的连杆一前一后左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，地装在同一个曲柄销上，连杆可以通用，两缸活塞连杆可以通用，两缸活塞连杆组的运动规律相同，连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度降低。但曲轴加长，刚度降低。常用于常用于V6V6、V8V8汽车发动机。汽车发动机。（2 2）主副连杆主副连杆：副连杆通过销轴铰接在主连副连杆通过销轴铰接

21、在主连杆体或主连杆盖上，一列气杆体或主连杆盖上，一列气缸装主连杆，另一列装副连缸装主连杆，另一列装副连杆，主连杆大头安装在曲轴杆，主连杆大头安装在曲轴的曲柄销上。曲轴不加长，的曲柄销上。曲轴不加长，但相邻两缸活塞连杆组运动但相邻两缸活塞连杆组运动规律和受力不相同。规律和受力不相同。.（3 3）叉形连杆：叉形连杆：一列气缸中的连杆大头做一列气缸中的连杆大头做成叉形，另一列连杆大头成叉形，另一列连杆大头套于其叉形中。两缸活塞套于其叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同，连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线不需错位，左右两缸中心线不需错位，但叉形连杆大头结构和制但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而

22、且连造工艺比较复杂，而且连杆大头的刚度也不高。杆大头的刚度也不高。连杆的安装小小 结结活塞连杆组活塞连杆组活塞活塞活塞环活塞环活塞销活塞销连杆：连杆：（铝合金）铝合金）防冷敲热拉措施防冷敲热拉措施活塞制成上小下大的锥形活塞制成上小下大的锥形 活塞裙部呈椭圆形活塞裙部呈椭圆形 活塞裙部开槽活塞裙部开槽 销座孔处铸入防胀钢片销座孔处铸入防胀钢片气环气环油环油环作用及组成作用及组成 1、活塞的功用是什么？、活塞的功用是什么？ 2、扭曲环的有何优缺点？、扭曲环的有何优缺点？3、为什么活塞裙部要做成椭圆形？、为什么活塞裙部要做成椭圆形？选讲：活塞连杆组的检修选讲：活塞连杆组的检修1-重锤 ；2-支承销

23、；3-滚动轮；4-秤杆；5-活动量块；6-底座；7-底板1-灯泡；2-环规；3-活塞环；4-挡盘；5-滚轮；6-底座；7-芯轴1灯泡；2环规；3活塞环；4挡盘； 5活动量块；6底座；7底板1灯泡；2环规；3活塞环；4挡盘； 5活动量块；6底座；7底板1-调整螺钉；2-棱形支承轴；3-量规；4-检验平板；5-锁紧支承轴扳杆 通用量具检验：在连杆大头和连杆小头内装入标准心轴，置于平板上的V形块上，用百分表测量，通过测定活塞销两端高度差，即可计算出连杆弯曲值。 将连杆按图放置，通过百分表测量活塞销两端的高度差，从而计算出连杆的扭曲值。起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮飞轮飞轮螺栓曲轴挡油片离心力、气体压力、

24、往复惯性力离心力、气体压力、往复惯性力弯曲载荷弯曲载荷 转矩转矩扭转载荷。扭转载荷。 冲击载荷、高速旋转、磨损。冲击载荷、高速旋转、磨损。 前端轴前端轴连杆轴颈连杆轴颈曲轴轴颈曲轴轴颈后端轴后端轴平衡重平衡重曲拐曲拐曲轴：由曲轴：由自由端自由端、曲拐曲拐、功率输出端功率输出端组成组成曲拐：由曲拐：由主轴颈主轴颈、曲柄曲柄、连杆轴颈连杆轴颈构成。构成。曲柄曲柄1. .2止推轴承止推轴承3. .止推片止推片4. .正时齿轮正时齿轮5. .甩油盘甩油盘6. .油封油封7. .皮带轮皮带轮8. .起动爪起动爪74186325主轴颈主轴颈止推垫片止推垫片止推垫片止推垫片连杆轴颈连杆轴颈主轴承盖主轴承盖对

25、缸数为对缸数为i i的发动机而言，其发火顺序为：的发动机而言，其发火顺序为： 四行程：四行程：720720/i/i 二行程：二行程：360360/i/i1 1） 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置曲轴转角曲轴转角（度（度） 一一 缸缸二二 缸缸三三 缸缸四四 缸缸0180180360360540540720功功功功功功功功排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压1 13 34 42 2曲轴转角曲轴转角（度）（度）601201802403003604204805406006607200180180360360540540720一一 缸缸二二 缸缸三三

26、 缸缸 四四 缸缸 五五 缸缸 六六 缸缸排排进进压压进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排发火顺序：发火顺序：1-5-3-6-2-4功功功功功功功功功功功功八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100SV100型发动机）型发动机）1-8-4-3-6-5-7-21-8-4-3-6-5-7-2共振共振功率损失、曲轴扭功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击正时齿轮产生冲击噪声、磨损严重等噪声、磨损严重等临界转速：发生共振时的转速临界转速：发生共振时的转速作用：作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转吸收曲轴扭转振动

27、的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。动平稳，可靠工作。种类：种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。 橡胶式橡胶式摩擦片式摩擦片式硅油式硅油式皮带盘皮带盘惯性盘惯性盘橡胶垫橡胶垫减振器圆盘减振器圆盘皮带轮毂皮带轮毂曲轴前端曲轴前端当曲轴发生扭转振动当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。能量，消减了扭振。橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图 将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越