活塞连杆机构与工作原理说课讲解

1、活塞连杆机构与工作原理二、活塞概述 主要是承受气缸中燃烧气体的压力，并将力通过活塞销传给连杆促使曲轴旋转产生扭力对外作功。活塞的要求v1)有足够的强度和刚度v2)须有尽可能小的质量v3)要求 活塞的材有较好的导热率，膨胀系数v4)要求活塞工作时与气缸有较小的摩擦且耐磨损三、活塞连杆组组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；导热性好（约为铸铁的三倍）；热膨胀系数大。 活塞一般结构：活塞顶、活塞头、活塞裙等三部分组成，还有环槽部、活塞销座二部分。销座（一）顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部

2、形状有：1、平顶：受热面积小，广泛采用。2、凸顶：与半球形燃烧室配用。3、凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。 形状目的是：形状目的是：v能够使气体产生涡流和有利于燃烧v尽可能减少炭渣堆积有足够的强度和刚度，并且减少质量v有利于散热 （二）活塞头v活塞头部活塞头部：安装活塞环的部分,它的作用是防止活塞环上部气体下漏或润滑油进入燃室. 活塞头部开有活塞环,活塞环的数目与防漏的关系:活塞环越多防漏越好导热越好,但是磨擦损失加大,造成气缸磨损快。（三）活塞裙部（三）活塞裙部v作用：是导向部分,引导活塞在气缸中作往复运动,并将连杆的侧向力传给气缸壁。v 活塞裙部的结构：

3、膨胀槽、绝热槽v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。活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。 活塞的变形及采取的相应措施变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 (四)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。 点击观看活塞变形动画冷态时正常工作时头部椭圆裙部截锥体（五）结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2

4、）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。 （3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。（5）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。3)筒形钢片式： 浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，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

5、量减小。 四、活塞环四、活塞环v活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。（一）、作用v封闭活塞与气缸壁的间隙，使气缸体不致于从气缸漏入曲轴箱内而降低内燃机的功率。v将气缸壁上涂上一层润滑油，减少磨擦，并且将气缸壁上多的润滑油刮回曲轴箱内以防止润滑油窜入燃室内。v导热作用将活塞的热量传导气缸壁上，从而保证发动机正常温度。高温燃气接触，散热差，为了内燃机的正常工作，所以材料应做到导热率好膨胀系数小）。（二）活塞环（二）活塞环 （气环和油环）（气环和油环）v1、气环和油环、气环和油环v 气环也称压缩环：内燃机常采用2道3道气环。v 2、常用的形状的有：矩形环、锥形环、扭矩形环、锥形环、扭曲环、梯

6、形环曲环、梯形环（1）矩形环结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。矩形断面（2）锥形环 1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。 2）安装注意： 锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）； 锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。（3）扭曲环 将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。 扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使拉力和压力不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。 e1）特点具有锥形环的特点；

7、减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。2）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。 （4）桶形环其特点为：1）环的外圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；环上下运动时，均能形成楔形油膜。 （5）梯形环当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。 2、油环：也称刮油环、油环：也称刮油环v油环的主要作用于是将气缸内壁多余的润滑油刮回油底壳，防止润滑油窜入燃烧室内，并且给气缸壁上涂上一层均匀的润滑油。v油环的刮油特点：图示讲解。v活塞环的材

8、料：采用耐磨性、耐热性、导热性、冲击韧生及与气缸材料磨合性均好，并具有适当的弹性病的材料制成。合金铸铁加入适量的元素。也有钢片制成。v油环组成：刮油片、径向衬簧、轴向衬 簧（看图讲解）v油环组成的装配方法：首先将径向衬簧装入槽内，再将下刮片和轴向衬簧装入，最后装入上刮片。3、活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。 现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。 点击观看活塞环泵油动画泵油的危害：（1

9、）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。 防止活塞环泵油的措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔 1）作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2）类型 （1）整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。4、油环v（2） 组合式：v 由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。组合式油环的特点v1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮片长而产生径向力。v 第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。v2) 无侧隙，

10、不窜油。v3) 刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。v4) 上下片可分别动作，适应性好。v5) 回油能力强。点击观看动画五、活塞销（一）作用 连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。 （二）结构 用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。（三）连接方式v1.全浮式v（1）定义v在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。v(2)装配v1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。v2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。v2.半浮式v(1)定义v销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）(2)装配加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈

11、配合。 五、连杆v（一）功用： 将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。v（二）组成： 连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。（三）构造v1.小头：用来安装活塞销，以连接活塞。v2.杆身：常做成“工”字形断面。v3.大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖(1)切口形式v有平切口和斜切口两种。v(2)切口定位方式v连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于直切口连杆。 v锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。v套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。v 止口定位(3)喷油孔有的连杆的大头面对气缸

12、主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。 （四）连杆的安装v1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。v2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。 （五）连杆轴承（俗称小瓦）1、作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。v2、组成v 由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。v2、减磨层材料v（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。v（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其

13、减磨性能差。v(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。v 1）铝锑镁合金和低锡铝合金：v 械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。v 2)高锡铝合金：v 具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。 六、轴瓦的定位七、曲轴飞轮组 由曲轴、飞轮、减振器等组成。 （一）曲轴v1、功用v1）把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。v2）驱动配气机构及其它附属装置。v材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。2、构造v 曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。v3、主轴颈和

14、连杆轴颈v1)主轴颈是曲轴的支承部分。v 每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。 4、曲柄和平衡重 曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩v5、曲拐的布置v（1）布置原则v1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。v2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。v3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功（2）常用曲拐布置v1）直列四冲程四缸发动

15、机v曲拐对称布置于同一平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。v发动机工作顺序有两种134212431.42.3曲轴转角 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸0180 作 功排 气压 缩进 气180360 排 气进 气作 功压 缩360540 进 气压 缩排 气作 功540720 压 缩作 功进 气排 气工作顺序为1342的发动机工作循环表如下直列四冲程六缸发动机v曲拐对称布置于三个平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200v发动机工作顺序有两种：153624和142635 1.62.53.41.63.42.51-5- 3-6-2-41-4-2-6-3-56、前端轴与

16、后端轴（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。（2）前后端的密封曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等7、曲轴的轴向定位（1） 结构：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。照片（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。八、飞轮1、功用1）贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳。2）利用

17、飞轮上的齿圈起动时传力。3）将动力传给离合器。4）克服短暂的超负荷。2、构造1）飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘 2）有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。0510152.汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。（2）楔形燃烧室其特点为：1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。2.1.7气缸垫1.作用保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。2.构造金属石棉垫 包括铜皮和