第二章 曲柄连杆机构构造

1、2022-5-71第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构2022-5-72第一节第一节 概述概述一、功用：一、功用： 将燃料燃烧时将燃料燃烧时产生的热能转变为产生的热能转变为活塞往复运动的机活塞往复运动的机械能，再转变为曲械能，再转变为曲轴旋转运动而对外轴旋转运动而对外输出动力。输出动力。2022-5-73二、组成：二、组成：1.机体组机体组2.活塞连杆组活塞连杆组3.曲轴飞轮组曲轴飞轮组2022-5-74曲柄连杆机构受力分析曲柄连杆机构受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。2022-5-75第二节第二节 机体组机体组2022-5-761. 气缸

2、体构造气缸体构造 气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，气缸外面制有水套以散热。曲轴箱是气缸，气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。 2022-5-772. 气缸的排列形式气缸的排列形式（1） 直列式：多用于六缸以下的发动机。直列式：多用于六缸以下的发动机。（2） V型式：它缩短了发动机的长度和高度，型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。多用于八缸以上的发动机。（3）对置式：是）对置式：是V型的特殊形式。型的特殊形式。 2022-5-78直列式发动机2022-5-79V形发

3、动机2022-5-710对置发动机2022-5-711对置式2022-5-7123. 曲轴箱的型式2022-5-713（1） 平分式 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，与油底壳接合面的密封较困难。 应用：中小型发动机。 2022-5-714（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。 应用：大中型发动机。 2022-5-715（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。 2022-5-716二、油底壳二、油底壳

4、1.功用：功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2.构造：构造：（1）用薄钢板冲压而成。）用薄钢板冲压而成。（2） 内部设有稳油挡板，以防止汽车振动内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。时油底壳油面产生较大的波动。（3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。密封衬垫。 2022-5-7172022-5-718三、气缸套1.目的： 解决成本与寿命之间的矛盾。 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。 2022-5-71

5、92.型式（1） 干式缸套13mm 定义：其外表面不直接与冷却水接触。 特点：1)壁厚较薄（1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。 2022-5-7202.型式（2） 湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀 2022-5-7212022-5-722定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。2022-5-723密封：上部： 缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受

6、较大的压紧力。2022-5-724密封：1）下部：）下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈。个耐热耐油的橡胶密封圈。2022-5-725四、气缸盖四、气缸盖1. 结构：气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排结构：气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。孔（汽油机）或喷油器座孔。 2022-5-7262022-5-7272、汽油机燃烧室1） 盆形燃烧室：其特点为盆形燃烧室：其特点为（1） 气门平行于气缸轴线；气门平行于气缸轴线；（2） 有挤有挤气气 冷激面，可形成挤气涡流；冷激面，可形成挤气涡流；（3）盆的形状狭窄

7、，气门尺寸受限，换气质）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，量较差，燃烧速度较低，CO和和HC排放较高排放较高而而NO的排放较低。的排放较低。2022-5-7282022-5-7292）楔形燃烧室：其特点为其特点为（1） 气门斜置，气气门斜置，气流导流较好，充气流导流较好，充气效率高；效率高；（2） 有挤气有挤气冷激冷激面，可形成挤气涡面，可形成挤气涡流；流；燃烧速度较快，燃烧速度较快，CO和和HC排放较低而排放较低而NO的排放稍高。的排放稍高。2022-5-7303）半球形燃烧室：其特点为 （1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好； （2)火花塞位于

8、燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；（3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。 2022-5-731五、气缸垫五、气缸垫1.作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气漏水、漏气2022-5-732金属骨架金属骨架石棉垫：石棉垫： 2.构造构造 金属金属石棉垫：（见石棉垫：（见a、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。 以编织的钢丝网（图以编织的钢丝

9、网（图c）或有孔钢板（图）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。水孔、油道口处用金属片包边。2022-5-733第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组 2022-5-734组成：组成：活塞、活塞、活塞环、活塞环、活塞销、活塞销、连杆、连杆、连杆轴承。连杆轴承。 2022-5-735一、活塞一、活塞（一）功用（一）功用1、与气缸盖、气缸壁等、与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；共同组成燃烧室；2、承力传力：承受气体、承力传力：承受气体压力，并将此力传给连压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。杆，以推动曲轴旋转。 2022-5-736（

10、二）材料：（二）材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为1、质量小（约为铸铁活塞的、质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；）；2、导热性好（约为铸铁的三倍）；、导热性好（约为铸铁的三倍）；3、热膨胀系数大。、热膨胀系数大。 2022-5-737（三）组成（三）组成 根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。裙部和活塞销座四部分。2022-5-738四、活塞的结构四、活塞的结构1. 顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1） 平顶：受热面积小，广泛采用。（2） 凸顶：与半

11、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。2022-5-7392022-5-7402、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。 2022-5-741（四）活塞的变形及采取的相应措施1. 变形原因：热膨胀侧压力气体压力。 2022-5-7422. 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；2022-5-7432. 变形规律（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；2022-5-7442. 变形规律（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座

12、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。 2022-5-7453.结构措施（1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2） 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。2022-5-7463.结构措施（4） 裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝热槽，竖槽叫膨胀槽。2022-5-747（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。 2022-5-7481） 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

13、胀量大为减少。2022-5-7493)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”和拉应力而膨胀量减小。 2022-5-750（五）偏置销座1.定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。2.作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。2022-5-7513. 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。2022-5-7522022-5-753

14、偏置销座工偏置销座工作原理动画作原理动画2022-5-754分析分析 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。 2022-5-755二、活塞环二、活塞环活塞环按其功活塞环按其功用可分为：用可分为：气环气环油环油环2022-5-756（一）气环（一）气环1.作用：作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；（3）辅助刮油、布油。）辅助刮油、布油。 2022-5-

15、7572.气环的分类气环的分类2022-5-758（1） 矩形环： 结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。 矩形环动画矩形环动画2022-5-759（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。 锥形环动画锥形环动画2022-5-760（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。 内切口扭曲环动画内切口扭曲环动画2022-5-7612022-5-7622022-5-763扭曲环工作原理 当活塞环装入气缸后，环

16、受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力F拉、中性层以外产生压应力F压，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F拉和F压不在同一平面内，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。 扭曲环扭曲原理动画2022-5-764扭曲环特点1. 具有锥形环的特点，减小了泵油作用；2. 作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。2022-5-765扭曲环的安装 内上切扭曲环装入第一道环槽，切口方向朝上。外下切扭曲环装入第二、三道环槽。切口方向朝下。 2022-5-766（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；3）环上下运动时，

17、均能形成楔形油膜。2022-5-767（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。 2022-5-768（二）油环1.作用：刮油，即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2.类型 整体式 组合式2022-5-769（1） 整体式油环 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。2022-5-770（2） 组合式：组合式： 由上下由上下刮油片和产刮油片和产生径向、轴生径向、轴向弹力的衬向弹力的衬簧组成。簧组成。2022-5-7712022-5-772组合式油环特点组合式油环特点1）密封好：第一密封面，

18、靠径向力，因衬簧）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。长大于刮片长而产生径向力。 第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。总厚度大于环槽高而产生轴向力。2) 无侧隙，不窜油。无侧隙，不窜油。3) 刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。4) 上下片可分别动作，适应性好。上下片可分别动作，适应性好。5) 回油能力强。回油能力强。2022-5-7732.活塞环的间隙活塞环的间隙（1） 端隙端隙1： 又称开口间隙，又称开口间隙，是活塞环装入气是活塞环装入气缸后开口处的间缸后开口处的间隙

19、。一般为隙。一般为0.25mm0.50mm；2022-5-774（2） 侧隙侧隙（2） 侧隙又称边侧隙又称边隙，是环高方向隙，是环高方向上与环槽之间的上与环槽之间的间隙。第一道间隙。第一道0.04mm0.10mm；其它气；其它气环环0.03mm0.07mm。油环一。油环一般侧隙较小般侧隙较小，0.025mm0.07mm；2022-5-775（3）背隙）背隙（3）背隙）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；2022-5-776活塞环的泵油作用及危害活塞环的泵油作用及危害原因：原因： （1）存在侧隙和背隙；）存在

20、侧隙和背隙；（2） 环运动时在环槽中靠上靠下。环运动时在环槽中靠上靠下。2022-5-7772022-5-778活塞环泵油动画活塞环泵油动画2022-5-779活塞环的泵油作用及危害活塞环的泵油作用及危害危害：危害：（1 1）增加了润滑油的消耗；）增加了润滑油的消耗；（2 2） 火花塞沾油不跳火火花塞沾油不跳火（3 3） 燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；（4 4） 环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封（5 5） 加剧了气缸的磨损。加剧了气缸的磨损。措施：措施：（1 1）采用扭曲环；）采用扭曲环；（2 2） 采用组合式油环；采用组合

21、式油环；（3 3） 油环下设减压腔油环下设减压腔2022-5-780三、活塞销三、活塞销2022-5-781（一）作用：（一）作用： 连 接 活连 接 活塞和连杆，塞和连杆，并传递活塞并传递活塞的力给连杆。的力给连杆。2022-5-782（二）结构：（二）结构： 用低碳钢或低碳合金钢制成的用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。厚壁管状体。2022-5-783（三）连接方式（三）连接方式1.全浮式全浮式（1）定义：）定义：在发动机正常工作温度下，活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塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动动。(2)装配：装配：1）销与销座孔在冷态时为过渡

22、配合，采用）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。分组选配法。2） 热装合：将活塞放入热水或热油中加热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。热后，迅速将销装入。2022-5-7842022-5-785（三）连接方式（三）连接方式2.半浮式半浮式(1)定义：定义：销与销座孔和连杆小头两处，销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动一处固定，一处浮动。（一般固定。（一般固定连杆小头）连杆小头）(2)装配：加热连杆小头后，将销装入，装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。冷态时为过盈配合。 2022-5-7862022-5-787四、连杆四、连杆（一）功用：（一）功用

23、： 将活塞的力传给曲轴，变活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。塞的往复运动为曲轴的旋转运动。2022-5-788（二）组成：（二）组成： 连杆组连杆组由连杆体、由连杆体、连杆盖、连连杆盖、连杆螺栓和连杆螺栓和连杆轴瓦等组杆轴瓦等组成。成。2022-5-789三）构造三）构造1. 小头：用来安装小头：用来安装活塞销，以连接活塞销，以连接活塞。活塞。2. 杆身：常做成杆身：常做成“工工”字形断面。字形断面。3. 大头：与曲轴的大头：与曲轴的连杆轴颈相连。连杆轴颈相连。大头一般做成分大头一般做成分开式，即连杆体开式，即连杆体大头和连杆盖。大头和连杆盖。 2022-5-790(1)

24、切口形式切口形式平切口平切口斜切口斜切口2022-5-791(2)切口定位方式切口定位方式连杆螺栓定位：连杆螺栓定位： 靠连杆螺栓靠连杆螺栓的光圆柱部分的光圆柱部分与螺栓孔的配与螺栓孔的配合来定位。其合来定位。其定位精度较差，定位精度较差，用于直切口连用于直切口连杆。杆。2022-5-792(2)切口定位方式切口定位方式锯齿形定位：锯齿形定位： 依靠接合依靠接合面的齿形定面的齿形定位。位。2022-5-793(2)切口定位方式切口定位方式套或销定位：套或销定位： 依靠套或依靠套或销与连杆体销与连杆体（或盖）的孔（或盖）的孔紧配合定位。紧配合定位。2022-5-794(2)切口定位方式切口定位方

25、式止口定位口止口定位口2022-5-795(3)喷油孔 有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。2022-5-796（四）连杆的安装（四）连杆的安装1. 不能破坏连杆杆身与盖的配对及装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合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。对标记。2. 不能装反，也不能乱缸，在杆身上不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。有方向标记，大头侧面有缸号标记。2022-5-797（五）连杆轴承（俗称小瓦）（五）连杆轴承（俗称小瓦）1.作用：作用： 保护连杆轴颈及保护连杆轴颈及连杆大头孔。

26、连杆大头孔。2022-5-7982.组成：组成： 由钢背和减磨层组成。钢背由钢背和减磨层组成。钢背由由1mm3mm的低碳钢制成。减的低碳钢制成。减磨层为磨层为0.3mm0.7mm的减磨合的减磨合金，层质较软能保护轴颈。金，层质较软能保护轴颈。2022-5-799轴瓦的定位轴瓦的定位2022-5-7100第四节第四节 曲轴飞轮组曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、减振器等组成。由曲轴、飞轮、减振器等组成。2022-5-71012022-5-7102一、曲轴一、曲轴（一）功用（一）功用1.把活塞连杆组传来的气体压力转把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。变为扭矩对外输出。2.驱动配气机构及其它附属装置

27、。驱动配气机构及其它附属装置。材料：大多采用优质中碳钢或中合材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。金碳钢。有的采用球墨铸铁。 2022-5-7103（二）构造：（二）构造： 曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴曲轴包括前端轴、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连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。成一个曲拐。2022-5-71041.主轴颈和连杆轴颈主轴颈和连杆轴颈1)主轴颈是曲轴的支承部分。主轴颈是曲轴的支承部分。 每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈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

28、颈数等于或者，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。少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。2022-5-71051.主轴颈和连杆轴颈主轴颈和连杆轴颈 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。2022-5-71062.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。2022-5-71073.曲拐的布置曲拐的布置1） 布置原则布置原则(1) 使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。缸数。(2)

29、连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承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连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。抢气现象。(3) V型发动机左右两气缸尽量交替作功型发动机左右两气缸尽量交替作功2022-5-71083.曲拐的布置曲拐的布置2） 常用曲拐布置常用曲拐布置（1） 直列四冲程四缸发动机直列四冲程四缸发动机曲拐对称布置于同一平面内。曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。发动机工作顺序有发动机工作顺序有134212432022-5-71091.42.32022-5-7110曲轴转角曲

30、轴转角 第一缸第一缸 第三缸第三缸 第四缸第四缸 第二缸第二缸0180 作作 功功 压压 缩缩 进进 气气 排排 气气180360 排排 气气 作作 功功 压压 缩缩 进进 气气360540 进进 气气 排排 气气 作作 功功 压压 缩缩540720 压压 缩缩 进进 气气 排排 气气 作作 功功其工作循环表如下：其工作循环表如下：2022-5-7111直列四冲程六缸发动机直列四冲程六缸发动机曲拐对称布置于三个平面内。曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200。2022-5-7112发动机工作顺序有发动机工作顺序有153624142635 2022-5-71131.62.53