汽车构造_2第二章_曲柄连杆机构_课件

1、第二章 曲柄连杆机构主要内容主要内容： 曲柄连杆机构组成及功用 机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组知识点：知识点： 曲柄连杆机构的功用 曲柄连杆机构的组成第一节第一节 概述概述1. 1. 功用功用 曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。2.2.工作条件工作条件 发动机工作时，曲柄连杆机构直

2、接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。3.3.组成组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮第二节第二节 机体组机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。 机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。机体组成：机体组成：曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气

3、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1.1.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，称为气缸体曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。气缸体曲轴箱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。 气缸体上曲轴气缸体上曲轴的主轴承孔为

4、的主轴承孔为整体式。整体式。(1) 一般式气缸体 其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体 其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 (3) 隧道式气缸体 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 汽缸的冷却与冷却方式汽缸的冷却与冷却方式： 为

5、了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。 气缸的排列方式气缸的排列方式：对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种。 (1) (1) 直列式直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度

6、较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。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。(2) V(2) V型型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角180，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。 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

7、了发动机增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困的重量；形状复杂，加工困难。六缸以上发动机使用难。六缸以上发动机使用(3) (3) 对置式对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。 高度小，总体布置方便。轿车中应用不多气缸体：整体式气缸体和镶嵌式气缸体气缸体：整体式气缸体和镶嵌式气缸体a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型类型构造构造性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气缸体上气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好

8、，能承受大强度和刚度好，能承受大负荷；成本高。负荷；成本高。镶嵌式镶嵌式用耐磨优质材料制成气用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 湿式气缸套的特点是气缸套装入

9、气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象，应该采取一些防漏措施。 2. 2. 曲轴箱曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装

10、有放油螺塞，通常放油螺塞上装有，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。 3 3. . 气缸盖气缸盖 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸盖罩气缸盖罩衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞 气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。 这里只介绍汽油机的燃烧室，柴油机的

11、燃烧室放在柴油供给系里介绍。汽油机燃烧室常见的三种形式：其它：碗型、4气门蓬形燃烧室比较燃烧室比较名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热短、燃烧速率高、热损失小、热效率高损失小、热效率高桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康楔形楔形结构简单、紧凑、散结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离高处，火焰传播距离长长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、工艺性好、成本低、进排气效果不如半球进排气效果不如半球形燃烧室形燃烧室捷达捷达 奥迪奥迪4.4.气缸垫气缸垫功用：安装

12、在气缸盖和气缸体之间，保证气缸功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。漏油。 材料：有弹性、耐热性、耐压性材料：有弹性、耐热性、耐压性 安装时注意方向安装时注意方向可否有替代？简化设计第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组活塞活塞活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成：功用功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 工作环境工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600-700K，且分布不均匀；高速，线速度达到1014m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3-6MPa（汽油机

13、）的压力。最大值69MPa,增压可达 1315MPa。材料材料： 铝合金：质量小 导热性好汽车普遍采用的！ 灰铸铁：个别高级铸铁、耐热钢活塞应具备活塞应具备的特点的特点A 刚度和强度应足够大，传力可靠刚度和强度应足够大，传力可靠B 导热性能好，耐高压、高温、磨损导热性能好，耐高压、高温、磨损C 质量较小，尽可能减少往复惯性力质量较小，尽可能减少往复惯性力构造构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。 （1 1）活塞顶部活塞顶部功用功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。 活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的

14、要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。活塞顶的分类活塞顶的分类结构简单、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。多用在二气过程。多用在二冲程汽油机上冲程汽油机上凹坑的形状、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；的燃烧；提高压提高压缩缩比，防止碰气门。比，防止碰气门。平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽

15、油机上，柴油机很少采用。 凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。 凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 （2 2）活塞头部）活塞头部 位置位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。活塞活塞销孔气环槽气环槽油环槽油环槽作用作用： 1 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 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3 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

16、量通过活塞环传给气缸壁。？（3 3）活塞裙部）活塞裙部位置位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。作用作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。侧压力：指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化

17、 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。裙部表面的保护（4 4）活塞形状）活塞形状-工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。-上小下大的圆锥形形状。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。活塞裙部结构活塞裙部结构上小下大的圆锥形上小下大的圆锥形裙部椭圆形裙部椭圆形, ,长轴垂直与销座孔方向长轴垂直与销座孔方向; ;桶形活塞桶形活塞开槽活塞开槽活塞开槽活塞（汽

18、油机）开槽活塞（汽油机）绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽圆槽圆槽恒范钢片材料：含镍3336%,线膨胀系数式铸铝合金的1/10。2. 2. 活塞环活塞环活塞环：活塞环：是具有弹性的开口环，有气环和油环分。工作条件：工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命平均寿命 （1 1）气环）气环作用作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。切口切口气环气环气环结构气环结构开口间隙：开口间隙：背隙：背隙：侧隙：侧隙：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径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装

19、入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；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），加强了第一加强密封：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；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活塞环间隙：端隙：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。0.25。侧隙：又称边隙，是活塞环高度方向与环槽之间的间隙。背隙：是活塞及活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.51。气环断面形状气环断面形状

20、：形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环结构简单、制造方便、易于生产、应用面广；但有结构简单、制造方便、易于生产、应用面广；但有泵油作用泵油作用扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小泵断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小泵油作用，减轻磨损油作用，减轻磨损锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封；可形成油膜改善润滑，但导热有利于磨合和密封；可形成油膜改善润滑，但导热性差，不适用第一道环性差，不适用第一道环梯形环梯形环可将沉积在环中的结焦挤出，避免环折断，且密封可将沉积在环中的结焦挤出，避免环折

21、断，且密封性较好；但加工困难，精度要求高性较好；但加工困难，精度要求高桶面环桶面环上下均可形成油膜，且对活塞的摆动适应性好，接上下均可形成油膜，且对活塞的摆动适应性好，接触面小，利于密封，但外圆为凸圆弧形，加工困难触面小，利于密封，但外圆为凸圆弧形，加工困难气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。（2 2）油环）油环种类普通油环组合式油环示意图特点结构简单，易加工，成本低结构简单，易加工，成本低与汽缸壁接触压力高，适与汽缸壁接触压力高，适应性好，刮油效果强，但应性好，刮油效果强，但成本高成本高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：油环的外圆柱面中

22、间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽。当活塞向下移动时，油环将缸壁上多余的机油刮下通过小孔或切槽流加曲轴箱；当活塞向上移动时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。3.3.活塞销活塞销作用作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。构造构造： 活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。 活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式：全浮式安装和半浮式安装。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连杆“全浮式”安装，当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，这样，活塞销能在连

23、杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有档圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。“半浮式”安装的特点是活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。小轿车上应用较多。 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边过渡到另一边，减少敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不

24、能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。4.4.连杆连杆作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆的结构连杆的结构连杆组件分解图连杆的结构连杆的结构小头：小头：内有青铜衬套杆身杆身：一般为“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻大头大头：与曲轴相连，做成“分开式”。平切口与杆身轴线垂直，斜切口与杆身轴线成30-60度夹角。切口的定位方式：平切口：螺栓定位斜切口：四种定位方式V型发动机连杆的布置形式并列式并列式主副式主副式叉式叉式连杆轴瓦连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安

25、装时应与连杆上相应的油孔对齐。 V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的，称为叉形连杆。第四节第四节 曲轴飞轮组曲轴飞轮组曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。 起动爪起动爪正时齿轮正时齿轮主轴瓦主轴瓦皮带轮皮带轮扭转减振器扭转减振器飞轮飞轮飞轮螺栓飞轮螺栓曲轴曲轴1.1. 曲轴曲轴曲轴是发动机最重要的机件之一（1 1）功用功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 （2）工作条件工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。（3 3） 材料：曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐

26、疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 （4 4）构成：主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 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柄曲柄主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。即：主轴颈数气缸数+1：全支承曲

27、轴主轴颈气缸数21：非全支承曲轴（5）曲轴的支承方式）曲轴的支承方式概念：概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。优点优点缺点缺点应用应用全支承曲轴全支承曲轴提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长应用较广泛，柴油机一般多采用此种支撑方式非全支承曲非全支承曲轴轴缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小主轴承载荷较大承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式（6）曲轴的类型）曲轴的类型整体式整体式：应用广泛组合式组合式：一般用于隧道式气缸体，分段加工，整体加长。 （7）曲轴的润滑润滑方式）曲轴的润滑润滑方式

28、压力润滑相应结构：相应结构：曲柄销和主轴颈的空心结构通过主轴颈、曲柄销和轴瓦上的油道完成润滑。（8）平衡重）平衡重平衡重的作用：平衡重的作用：平衡离心惯性力和力矩，使发动机运转平稳，减小轴承载荷。平衡重的位置：平衡重的位置：曲柄的反方向上 （或其背面）平衡重的类型：平衡重的类型：整体式、装配式（9）曲轴的前端和后端）曲轴的前端和后端曲轴前端：正时齿轮或正时齿形带轮、皮带轮、甩油盘曲轴后端：安装飞轮用凸缘、回油螺纹等（10）曲轴的轴向定位）曲轴的轴向定位防止曲轴的轴向窜动，采用止推装置进行轴向定位。类型：类型：翻边轴瓦：翻边轴瓦：轴瓦两侧各翻出一侧面立边，来挡住曲轴的轴向移动。但工艺复杂，成本高，很少采用。止推片：止推片：半环状钢片，装在主轴承盖槽内。止推钢环：止推钢环：用于曲轴第一道主轴颈（自