第2讲 曲柄连杆机构

1、河西学院 机电系1第第2章章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构2.1 概述概述 2.1.1 功用与组成功用与组成 把燃气作用在活塞顶的力转变为曲轴的转矩。1）机体组：曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。2）活塞连杆组：承受气体压力：传递推动力。3）曲轴飞轮组：承受推动力，转变为扭矩向外输出，并储能。 曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。功用：活塞的往复运动曲轴的旋转运动， 活塞上的力曲轴对外输出的转矩 以驱动汽车车轮转动组成：活塞连杆组和曲轴飞轮组的零件。 河西学院 机电系2河西学院 机电系32.1.2 2.1.2 受力分析受力分析1 1、气体作用力、气体作用力河西学院 机电系42 2 、往复

2、惯性力和离心力、往复惯性力和离心力（1）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。3 3、摩擦力、摩擦力 河西学院 机电系52.2 2.2 机体组机体组 功用及组成功用及组成 主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。 机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。河西学院 机电系62.2.1 2.2.1 气缸体气缸体 1）曲轴箱气缸体的结构形式 a 平底式（一般式）：机体的底平面与曲轴轴线齐平 b 龙门式：底平面下沉到曲轴轴线以下的机体，由于高度增加，其弯曲刚度弯曲刚度和扭转刚度扭转刚度均比平底式机体有显著提高

3、，与油底壳的密封也较简单。 c 隧道式：主轴承孔不剖分主轴承孔不剖分的机体结构。刚度大，主轴承孔的同轴度好，但是由于大直径滚动轴承的圆周速度不能很大，且滚动轴承较贵，因此限制了隧道式机体在高速发动机上的应用。 河西学院 机电系7 2） 气缸排列形式 直列式、V型、对置式河西学院 机电系83）气缸套形式n 气缸内表面：受高温高压燃气作用、与高速运动的活塞接触、易磨损n 为提高耐磨性、延长气缸的寿命：不同的气缸结构气缸结构和表面处理表面处理方法n 无缸套、干缸套、湿缸套n n无缸套机体： 合金铸铁，内表面珩磨 铝合金，多孔镀铬河西学院 机电系9干气缸套式机体是在一般灰铸铁机体的气缸套座孔气缸套座孔

4、内压入或装入干式气缸套干式气缸套，气缸套不与冷却液接触。干式气缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的形位精度和便于拆装。河西学院 机电系10 湿式气缸套：气缸套外壁与冷却液直接接触与冷却液直接接触。用合金铸铁合金铸铁制造的湿式气缸套的壁厚一般为58mm。A，B， C。湿式气缸套下部用13道耐热耐油的橡胶密封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式气缸套上部的密封是利用气缸套装入机体后，气缸套顶面气缸套顶面高出机体顶面0.050.15mm。 河西学院 机电系112.2.3 2.2.3 气缸盖、气缸衬垫和气门室罩盖气缸盖、气缸衬垫和气门室罩盖（1） 作用及组成作用及组成 封闭气缸上部，并

5、与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。 要求有高强度、刚度。冷却， 材料：优质灰铸铁、合金铸铁、铝合金 结构：箱形，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。河西学院 机电系12河西学院 机电系131.1. 气缸盖气缸盖 单体气缸盖：只覆盖一个气缸，140mm 分块气缸盖：覆盖两个以上气缸 整体气缸盖：覆盖所有的一列气缸，小直径105，小缸数6河西学院 机电系142.2. 燃烧室：燃烧室： 当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机汽油机气缸盖底面气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。 对燃烧室的要

6、求： a 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，提高燃烧速度； c 增大进气门面积。河西学院 机电系15汽油机汽油机燃烧室种类： 楔形楔形：充气效率高，燃烧速度快，动力性和经济性好，但工作粗暴。 浴盆形浴盆形：结构简单，进气阻力大。 半球形半球形：充气效率高，散热损失小。 蓬形蓬形：与半球形相仿，高速性好。 多球形多球形：结构紧凑，气道平直，可产生挤气涡流。河西学院 机电系16气缸盖冷却气缸盖冷却气缸盖的冷却水套冷却水套与气缸体冷却水套相通，利用循环水冷却燃烧室等高温部分。3.3. 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。 （1）

7、工作条件工作条件：高温、高压、一定的腐蚀。 （2）要求：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：使用多（石棉包铜皮，扎孔钢板覆粘接剂石棉，孔包边） b 金属复合材料衬垫：钢板粘覆复合材料，孔不锈钢包边 c 全金属衬垫：铝， 橡胶环密封孔河西学院 机电系17河西学院 机电系182.2.3 2.2.3 油底壳油底壳（薄钢板制） （1）作用作用：储存机油并封闭曲轴箱 （2）特点特点：a 局部做的较深； b 内设挡板； c 下设放油塞。河西学院 机电系192.2.4 2.2.4 发动机支承发动机支承 （1）形式形式：三点或四点支承 （2）特点特点：支承

8、必须是弹性河西学院 机电系20河西学院 机电系21小结发动机工作时，机体承受n很大的机械负荷n与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷n因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。n应力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。机体材料 n高强度灰铸铁n铝合金铸造河西学院 机电系222.32.3 活塞连杆组活塞连杆组 活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等。 2.3.1 2.3.1 活塞活塞 （1）作用作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。 （2）工作条件工作条件：高压，高温、高速。 要求要求：具有一定强度和刚度，质量小 ； 冷却； 热膨

9、胀系数小； 导热性好；耐磨性好。 （3）材料材料：广泛采用铝合金河西学院 机电系23 构造构造：活塞包括顶部、头部和裙部河西学院 机电系24a 顶部 顶部形状与选用的燃烧室形式、压缩比有关。河西学院 机电系25b 头部： 活塞环槽以上的部分。 上气环、下气环、油环，槽 作用：承受气体压力承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封密封；将活塞顶吸收的热量热量通过环传到气缸壁。河西学院 机电系26活塞环槽耐热护圈活塞环槽耐热护圈河西学院 机电系27c 裙部： 油环槽下端面至活塞底面的部分。为活塞在气缸内作往复运动导向导向和承受侧压力侧压力。 由于活塞裙部在受热后会受热后会产生变形产生变形，因此

10、，为保证活塞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状，椭圆裙，N为侧向力。 上小下大 另一方面，为减小裙部的热变形，可采取一些措施。河西学院 机电系28河西学院 机电系29在现代汽车发动机上, 活塞广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部。半拖鞋式裙部拖鞋式裙部优点： 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。 裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。 能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉河西学院 机电系30- 为减少敲缸敲缸，活塞销座轴线销座轴线向在作功行程中受侧压力的一面偏12mm。河西学院 机电系31 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

11、自由喷射冷却、振荡冷却法和强制冷却法。河西学院 机电系322.3.2 2.3.2 活塞环活塞环: 活塞环包括气环和油环。 活塞环的结构： 活塞环的工作条件是高温、高压、高速和交变应力。 材料：耐磨、耐热、导热、韧性、强度 球墨铸铁、合金铸铁、钢带。 河西学院 机电系33（1）气环）气环 A 作用作用：密封和传热 B 密封原理密封原理：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。 河西学院 机电系34C 开口形状开口形状：直开口、阶梯形和斜开口河西学院 机电系35河西学院 机电系36D 断面形状：断面形状：河西学院 机电系37河西学院 机电系38矩形环：

12、矩形环：工艺和导热性好，但会产生泵油现象；河西学院 机电系39锥面环锥面环，磨合性好，泵油作用小，但传热差；河西学院 机电系40扭曲环扭曲环，不泵油，易磨合，广泛应用；河西学院 机电系41梯形环梯形环，可将环槽中杂质挤出，抗粘结性好，用于柴油机，第一道活塞环；河西学院 机电系42桶面环桶面环，密封好，但工艺复杂；河西学院 机电系43顶岸环顶岸环，密封性好。河西学院 机电系44（2） 油环油环 A 作用：刮油 靠自身弹力 环形集油槽集油槽，刮油唇 回油孔回油孔 河西学院 机电系45B 类型：槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合河西学院 机电系46河西学院 机电系47河西学院 机电系48（3）活塞环组合）

13、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，可选择不同的组合方式。2.3.3 2.3.3 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。 一般用低碳钢低碳钢或低碳合金钢低碳合金钢制造。 内孔形状有圆柱形、两段截锥形、组合形。河西学院 机电系492.3.42.3.4 连杆连杆（1）作用：）作用：将活塞承受的力传给曲轴。（2）受力）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。 一般用中碳钢或合金钢模锻而成。（3）构造）构造：一般由连杆衬套、连杆小头、杆身、连杆大头、连杆轴瓦、连杆盖和螺栓

14、组成。河西学院 机电系50A 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。河西学院 机电系51河西学院 机电系52B 杆身杆身 做成工字形，有些加工有油道。河西学院 机电系53C 连杆大头连杆大头 与曲轴的曲柄销曲柄销连接。 河西学院 机电系54 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。河西学院 机电系55D 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。 有些内表面加工油槽。河西学院 机电系564、 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。 （1）翻边轴瓦 河西学院 机

15、电系57（2）半圆环止推片 河西学院 机电系58（3）止推轴承环河西学院 机电系59E 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。 a 并列连杆式并列连杆式：可通用，活塞运动规律相同，但增加发动机长度； b 主副连杆式主副连杆式：不能互换，运动规律及受力不同。 c 叉形连杆叉形连杆：运动规律相同，但刚度不高，工艺复杂。河西学院 机电系602.4 2.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 主要由曲轴、飞轮曲轴、飞轮及其他不同作用的零件和附件组成。河西学院 机电系612.4.1 2.4.1 曲轴曲轴（1）作用：曲轴承受连杆传来的力，从而产生绕其本身轴线的力矩 工作条件：承受周期性的弯曲和

16、扭转载荷。 要求：足够的抗弯、抗扭、疲劳强度，足够刚度；耐磨、质量小 材料：一般用中碳钢中碳钢或中碳合金钢中碳合金钢模锻；模锻；球墨铸铁球墨铸铁。（2） 构造 曲轴由曲柄销曲柄销、曲柄臂曲柄臂及主轴颈主轴颈构成的单元曲拐组成。河西学院 机电系62河西学院 机电系63 A 、按曲拐连接方式：整体式和组合式 河西学院 机电系64河西学院 机电系65B 、按支承方式：全支承和非全支承河西学院 机电系66（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。河西学院 机电系67（4）曲拐的布置：取决于气缸数、气缸排列形式、发动机工作顺序 在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点： 1) 应该使

17、接连作功接连作功的两个气缸相距尽可能的远相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象。 2) 各气缸发火的间隔时间应该相同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发火间隔角。3) 在发动机完成一个工作循环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 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为720/i，即曲轴每转720/i 时，就有一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。 4) V型发动机左右两列气缸应交替发火。 河西学院 机电系683、 工作循环中活塞往复运动的行程数： 四冲程、二冲程河西学院 机电系69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河西学院 机电系70河西学院 机电系71河西学院 机电系72河西学院 机电系73河西学院 机电系74（5） 曲轴的密封性 A、曲轴前端：借甩油盘和橡胶油封密封。 河西学院 机电系75B、曲轴后端：有多种形式。河西学院 机电系762.4.2 2.4.2 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。（1） 橡胶扭转减震器（2）硅油扭转减震器（3）硅油橡胶扭转减震器河西学院 机电系77河西学院 机电系782.4.32.4.3 飞轮飞轮 用于储