第二章曲柄连杆机构060916

曲柄连杆机构的组成和功用机体组活塞连杆组曲轴飞轮组

第二章

曲柄连杆机构活塞连杆组曲轴飞轮组机体组曲柄连杆机构的功用曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构的受力分析第一节

曲柄连杆机构的组成和功用热能机械能燃气压力

转矩连杆活塞曲轴一、曲柄连杆机构的功用(概述)曲柄连杆机构的作用：

1、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动；

2、将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出扭矩。组成：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。工作特点：高温、高压、高速、化学腐蚀。将活塞顶上的燃气压力转变为曲轴转矩曲柄连杆机构工作过程1、机体组

气缸体曲轴箱气缸套气缸盖气缸垫油底壳等2、活塞连杆组

活塞活塞环 活塞销连杆等3、曲轴飞轮组

曲轴飞轮等二、曲柄连杆机构的组成曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩机体组组成气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖活塞连杆组起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴曲轴飞轮组的组成三、工作特点高温、高压、高速、化学腐蚀。（1）作功行程Fp燃气压力Fp1

连杆分力Fp2

侧压力FR压紧力FS曲轴旋转力FpFpFp1Fp2Fp2Fp1FRFST

四、曲柄连杆机构的受力分析在作功行程中，气体作用力Fp作用在活塞顶上，传到活塞销上，分解为Fp1、Fp2，分力Fp1沿连杆传到曲柄销上，并可分解为FR和FS，垂直于曲柄的分力FS对曲轴中心形成转矩Ttq，推动曲轴旋转；分力Fp2则将活塞压向气缸的左侧。（1）作功行程图2-1气体压力作用情况示意图1、气体作用力：Fp燃气压力Fp1连杆分力Fp2

侧压力FR压紧力FS曲轴旋转力FpFpFp1Fp2Fp2Fp1FRFST

（1）作功行程F´p

气体压力F´p1连杆分力F´p2侧压力F´R压紧力F´S旋转阻力

F´pT´

F´p2F´SF´RF´p1（2）压缩行程

在压缩行程中，作用在活塞顶上的气体压力FP也可以分解为两个分力FP1和FP2，而FP1又可以分解为Fs和FR，分力Fs对曲轴造成一个旋转阻力矩Ttq，企图阻止曲轴旋转，而FP2则将活塞压向气缸的另一侧。

（2）压缩行程图2-1气体压力作用情况示意图

总之，气体压力作用在活塞顶上，通过活塞销、连杆传力给曲轴，最终由机体主轴承承受。同时，曲轴终端产生输出扭矩，而倾倒力矩则使机体左右摇晃，因此，需通过螺栓使机体固定在车架上。（2）压缩行程图2-1气体压力作用情况示意图

（1）活塞在上半行程时（向下运动）Fj惯性力（向上）Fc离心力Fcy上下振动Fcx水平振动FjFcnFjFcxFcy2、往复惯性力和离心力060911z（2）活塞在下半行程时（向下运动）F´j

惯性力(向下)F´c离心力F´cy上下振动F´cx水平振动3、摩擦力

各相对运动件表面的摩擦阻力F´jF´cnF´jF´cxF´cy

2、往复惯性力与离心力：活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。如图（2-2）。偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径向外。

（1）活塞在上半行程时的惯性力（2）活塞在下半行程时的惯性力图2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图

曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。3、摩擦力：忽略不记。（1）活塞在上半行程时的惯性力（2）活塞在下半行程时的惯性力图2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图

曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转作用。五、总结机体（气缸套、主轴承盖）气缸盖

气缸盖罩与气缸衬垫

油底壳

发动机支座控制系统

第二节

机

体

组机体组

机体组由气缸体（有的发动机有曲轴箱）、气缸盖和油底壳组成。曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩机体组是发动机的支架是各机构与系统的装配机体

气缸盖密封气缸、形成燃烧室

机体与气缸盖内水套—冷却系统

机体与气缸盖内油道—润滑系统机体组的功用

水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与上曲轴箱（其内腔为曲轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为下曲轴箱。气缸体内孔一般镶入气缸套，其内表面形成气缸工作表面。一、气缸体图2-8一汽奥迪100型发动机气缸体（一般式）

1、内孔：（1）形成气缸工作容积（2）活塞运动导向2、外部：（1）各机构和系统的装配基体（2）散热（二）要求：1、耐高温、高压2、耐磨损3、耐腐蚀4、足够的刚度和强度（一）气缸体作用（三）材料和工艺：1、材料（1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢（2）气缸体：灰铸铁或铝合金2、气缸工作表面制造工艺（2级加工精度）（1）精镗（2）珩磨（网纹状）1、改善磨合条件，磨合时间短

2、避免拉缸（金属熔着磨损）漏气:功率下降窜机油:冒蓝烟活塞卡死（三）材料和工艺油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为一般式龙门式隧道式三、气缸体结构特点平底式龙门式隧道式曲轴箱（气缸体）的结构型式名称性能应用一般式机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴油机上。性能与应用比较一般式龙门式隧道式概念曲轴轴线与缸体下平面共面曲轴轴线高于缸体下平面主轴承座孔不分开特点便于机械加工但刚度较差刚度强度较好工艺性较差结构刚度大但最重应用多用于中小型发动机中型及重型车用发动机机械负荷大柴油机实例夏利富康发动机，BJ492Q捷达/高尔夫CA61026135Q滚动主轴承三种气缸体结构型式的比较水冷散热片冷却水2、按冷却方式不同分：风冷1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套。2）风冷式：气缸体外铸有散热片。（1）干式缸套：图（a）所示，不直接与冷却水接触，薄壁（1-3mm），过盈压配在气缸体内孔中。其优点是：密封性好，气缸体刚性好，不易变形。缺点是：a、制造成本增加：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变形。

b、热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。

c、气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。

d：缸心距增加，曲轴易弯曲变形：水套封闭。3、按镶缸套方式分为干式缸套灰铸铁或铝合金缸体可卸干式缸套1~3干式缸套式（1）无气缸套式优点：缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量机体刚度大、工艺性好缺点：耐磨合金铸铁成本高无气缸套式铝合金缸体气缸表面多孔镀铬，提高耐磨性

气缸套气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接触，薄厚（5-9mm），缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下端带1-3道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。0.050.15mm气缸套水套气缸体橡胶封水圈图2-6（b）湿式气缸套（轴向定位）（径向定位）（径向定位）

湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05-0.15mm，这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。湿式缸套优点是：气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短，曲轴不易弯曲。湿式缸套缺点是：气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆。湿式缸套普通铸铁或铝合金缸体AB环带：径向定位凸缘C：轴向定位缸套顶面略高于缸体平面：0.05~0.15mm密封圈：下部1~3道密封圈ABC0.05~0.155~9湿式缸套名称特点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。干缸套和湿缸套直列式V型式对置式4.气缸的排列方式（发动机形式）（1）（1）（2）（2）（3）（3）图2-7多缸发动机气缸排列型式（1）单列直立式（直列式）（2）V型（3）水平对置式单列双列直立平卧V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）按气缸排列形式分1-机油泵2-主轴瓦3-主轴承盖4-飞轮5-转速传感器脉冲齿6-止推垫片7-曲轴8-气缸体9-链轮图2-9桑塔纳时代超人2000GSI型轿车AJR发动机的气缸体及相关零件（龙门式）二、气缸盖与气缸垫气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞

1、基本组成：气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。2、作用：（1）密封气缸上部（2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）（3）构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）3、要求：（1）耐高温、高压

（2）耐腐蚀（3）足够的刚度和强度（一）气缸盖

4、材料：

（1）铝合金压铸（汽油机及少数柴油机）：a、导热性好b、质量轻c、铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）d、刚度低:易变形导致漏气、漏水f、强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛g、不耐高温:超过350C，强度急剧降低

（2）灰铸铁或合金铸铁（大部分柴油机）：a、刚度、强度高b、耐高温c、导热性差:缸盖底面鼻梁区易开裂d、质量重灰铸铁或合金铸铁高温强度高、铸造性能好、价格低、应用广泛导热性差、重量大铝合金导热性好，有利于提高压缩比铸造性能好、重量轻高温强度低、易变形、成本高轿车汽油机多采用气缸盖的材料（1）多缸发动机a、单体气缸盖：每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。b、整体气缸盖：只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，维修成本增加。（现代发动机大部分采用）c、组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。5、结构特点：整体式能覆盖全部气缸缩短气缸中心距缩短发动机总长度刚性较差单体式块状式只覆盖一个气缸能覆盖部分气缸（两个以上）缸体较大发动机常采用多用于缸径<105mm发动机气缸盖的结构型式图2-10捷达轿车发动机的气缸盖（进、排气管在同侧，顶置凸轮轴）图2-12桑塔纳时代超人2000GSI轿车AJR发动机气缸盖及相关零件（进、排气管在两侧，顶置凸轮轴）1-凸轮轴同步带轮2-凸轮轴油封3-凸轮轴轴承盖4-凸轮轴5-液压挺杆6-气缸盖7-进气门8-排气门

（2）按所用燃料分

a、汽油机：气缸盖中心加工有装火花塞的孔；进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸在气缸盖的两侧；燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。

b、柴油机：气缸盖中心加工有装喷油器的孔；进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响充气效率，降低发动机功率）；车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。

（3）按冷却方式分：

a、水冷：内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上部出水口通过节温器与散热器入水口相通。

b、风冷：外铸散热片，平行于来流方向。6、汽油机燃烧室：汽油机的燃烧室由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。（1）要求：a、结构尽可能紧凑，F/V小减少热量损失，缩短火焰传播距离，提高ib、压缩终了时能形成一定强度的挤压涡流，提高火焰传播速率，促进油、气混合，促提高火焰传播速率，促进油、气混合，使混合气及时充分燃烧。楔形盆形半球形汽油机燃烧室结构较简单、紧凑，压缩终了时能形成挤压涡流（红旗轿车、切诺基越野车、解放CA1091货车）。

a、楔形燃烧室结构较简单、紧凑，能形成进气涡流（捷达、奥迪轿车、北京吉普）。b、盆形燃烧室①直喷式燃烧室ω形燃烧室球形燃烧室（3）柴油机燃烧室直喷式燃烧室：燃烧室容积集中于活塞顶上的燃烧室凹坑内涡流燃烧室预燃燃烧室喷油器加热塞加热塞喷油器涡流室预燃室②分开式燃烧室涡流燃烧室：空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动大部分柴油在涡流室内燃烧形成二次涡流混合燃烧；预燃燃烧室：空气被挤入预燃室产生无规则紊流小部分柴油在预燃室内燃烧产生二次紊流混合完全燃烧气缸盖示意图气缸盖

结构最为紧凑，高，配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气门倾斜，气门传动困难）（桑塔纳、富康、夏利轿）。c、半球形燃烧室4）碗形燃烧室

碗形燃烧室（p49图2-11c）是布置在活塞中的一个回转体，采用平底气缸盖，工艺性好；但燃烧室在活塞顶内，使活塞的高度与质量增加，同时活塞的散热性也差。

篷形燃烧室（p49图2-11e）篷形燃烧室的性能与半球形燃烧室相似，组织缸内气流进行挤气运动要比半球形燃烧室容易，燃烧室也可全部加工。（二）气缸垫1、作用：密封燃气、冷却水、机油。2、要求：一定的强度要求；耐热、耐腐蚀；一定的弹性。a、密封（变形以补偿结合面的不平度）b、能重复使用（在一定公差内）功用保证缸体与缸盖结合面的密封种类金属—石棉气缸垫常用石棉中间夹杂金属丝，外包铜皮制成纯金属气缸垫单层或多层金属片(低碳钢或铜)使用耐热密封胶取代气缸垫要求结合面精度更高气缸垫气缸垫

3、材料与结构：（1）金属+石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。

（2）金属片：带凸纹，强度高，冲压低碳钢板铜板铝板适用于增压等强化发动机

图2-14气缸盖衬垫的结构（1）金属-石棉板（2）冲压钢板（2）（1）必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。气缸盖螺栓的拧紧次序三、油底壳1、作用：储存机油并密封曲轴箱。2、要求：（1）结合面平整，密封性好（2）刚性好，避免振动、机械噪声过大（3）散热性好图2-16桑塔纳轿车油底壳结构功用储存机油并封闭曲轴箱种类一般为薄钢板冲压而成也有铝合金铸造(带散热片)要求中部或后部较深有时设有挡油板底部有磁性放油螺塞油底壳3、材料与结构：一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。四、发动机的支承060912z见p53图2-14、2-15。二点支承三点支承四点支承1.曲柄连杆机构的功用和组成？2.气缸体的结构形式及概念比较?3.气缸的三种排列方式及特点?4.比较干式和湿式缸套的特点?5.机体组由哪些零件组成？思考题气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成

第三节

活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆组曲轴飞轮组活塞连杆组功用

将活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动。

活塞连杆组活塞功用及工作条件：活塞功用：（1）承受气缸中的燃气压力（2）将燃气作用力通过活塞销和连杆传给

曲轴，推动曲轴旋转（3）参与组成燃烧室一、活

塞燃气最高温度2500K以上活塞顶部温度高达600~700K机械强度显著下降热膨胀量增大（1）直接与高温燃气接触活塞工作条件：瞬时最大压力汽油机3~5MPa导致活塞侧压力大引起活塞变形柴油机6~9MPa加速活塞表面磨损（2）承受燃气冲击性高压力(作功行程)曲柄连杆机构各零件和轴承承受附加载荷产生很大惯性力

平均速度可达10~14m/s（3）活塞在气缸中高速运动气压力周期性变化活塞受到交变的拉伸、压缩或弯曲载荷

活塞内部产生热应力惯性力活塞各部温度极不均匀

（4）活塞受力特点2.活塞要求（1）活塞质量小：往复惯性力小；（2）热膨胀系数小：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；（3）导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，活塞顶不易热裂；…（4）耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；（5）耐高温：高温时机械强度不会下降太多；（6）足够的刚度和强度：a、销座不会弯曲变形；b、活塞顶不会压碎。3、材料与工艺

（1）材料：a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；（质量小，导热性好，适用于一般发动机）b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。1)刚度好，高温强度高；2)热膨胀系数低，配缸间隙小；仅适用于极少数大功率强化柴油机3)耐磨（环槽）；4)质量居中。（2）工艺：a、铸造：质量大，加工工序多；b、锻造：居中；c、模锻：质量小，加工少。常用铝合金高级铸铁或耐热钢个别汽车柴油机质量小导热性好约为铸铁50％~70％约为铸铁3倍优点缺点热膨胀系数大高温强度硬度下降快活塞材料铸造液态模锻兼顾锻造与铸造的特点高温强度下降较小、成本低易出现气孔、缩松等铸造缺陷强度比铸造高、导热性也较好制造成本高锻造适用于强化发动机消除铸造缺陷和提高毛坯质量铝活塞成型方法活塞顶部活塞头部活塞裙部4.活塞构造活塞销座活塞销活塞销卡环（1）基本结构由顶部、头部、裙部组成。1—活塞顶部；...2—活塞头部；...3—活塞裙部。...活塞构造汽油机多采用平顶、有些采用凹顶二冲程汽油机多用凸顶柴油机多采用各种各样的凹坑凸顶凹坑平顶凹顶a、活塞顶部（燃烧室组成部分）汽油机活塞顶部形状：

平顶

吸热面积小、制造工艺简单

凹顶改善混合气形成和燃烧、调节压缩比。二冲程汽油机活塞顶部形状：

凸顶

横流扫气回流扫气。柴油机活塞顶部形状：

凹坑

形状、位置和大小必须与柴油机混合气形成或与燃烧室要求相适应。承受气体压力将热量通过活塞环传给气缸壁与活塞环实现气缸密封①主要作用b、活塞头部（活塞环槽以上部位）环槽环槽护圈可保护和加强铝合金活塞环槽隔热槽(有时)

使部分热流转向二、三环②主要结构气环油环热负荷较高发动机采用①功用

②椭圆变形

为活塞导向和承受侧压力燃气压力使裙部弯曲变形侧压力使销座轴线方向增大热变形使销座轴线方向增大c、活塞裙部（活塞环槽以下部位）③形状和结构

裙部椭圆形销座附近裙部外表面下陷销座中镶铸恒范钢片镶铸筒形钢片减少销座附近热变形长轴垂直销座轴线牵制裙部热膨胀镶复式钢片柴油机铸铝活塞裙部膨胀量很小且均匀绝热槽和膨胀槽前者隔热后者弹性恒范钢片含镍33%~36%线膨胀系数约为铸铝合金的1/10活塞裙部铸有恒范钢片筒形钢片形状活塞裙部镶铸筒形钢片弓形钢片2个在裙部上方受膨胀侧压力的那一面镶入较短的弓形钢片

筒形钢片2个在销座位置铸入裙部圆周形状的筒形钢片

活塞裙部镶复式钢片活塞越过上止点时侧压力方向改变会产生“敲缸”噪声可减轻活塞“敲缸”噪声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大主推力面活塞销偏移布置(偏移活塞轴线1~2mm)活塞销对中布置④活塞销座轴线布置功用改善铝合金活塞的磨合性铸铝活塞汽油机裙部外表面镀锡柴油机裙部外表面磷化锻铝活塞裙部外表面涂石墨⑤活塞裙部表面处理不仅重量轻，而且具有较大弹性，可使配合间隙减小很多。对短行程的高速汽油机更为重要⑥拖鞋式（拖板式）裙部①喷油冷却

连杆小头喷油冷却压力油管喷油冷却（3）油冷活塞（高强化柴油机）②振荡冷却

冷却腔或蛇形管喷油冷却③强制冷却

振荡冷却与强制冷却（1）活塞顶部

功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。4、结构

顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，制作较厚。

裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。

（1）活塞顶部结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。头部（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：（3）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。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，防治破坏油膜。裙部活塞裙部的椭圆变形演示（1）预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。

5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：（2）预先做成椭圆形椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。6、活塞在工作时的保护措施（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性；主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向时的敲击声，且使裙部减小磨损；有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。1.活塞环功用

气环

刮油均匀油膜辅助密封油环密封导热

二、活

塞

环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）切口（1）气环

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。活塞环（1）工作条件

高温高压高速及润滑条件极差磨损严重发动机零件中工作寿命最短（2）活塞环材料

优质灰铸铁合金铸铁球墨铸铁钢带第一道气环常镀铬或喷钼提高耐磨性改善润滑性其它气环磷化或镀锡改善磨合性耐磨性2.活塞环工作条件与材料（1）气环密封原理

F1环自身弹力

F1F2F3气缸活塞活塞环第一密封面第二密封面F2

燃气背压力F3

燃气正压力3.气环结构与工作气环的密封原理：将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。气环的泵油原理：直开口

工艺性好密封效果差

阶梯开口

斜开口

密封性好工艺性较差工艺性密封性介于之间

（2）气环开口形状矩形环锥面环扭曲环反扭曲锥面环梯形环桶面环（3）气环断面形状工艺性和导热效果较好但产?/b>泵油作用

气缸活塞①矩形环正扭曲环扭曲成碟子形反扭曲环扭曲成盖子形内圆上边缘切槽外圆下边缘切槽内圆下边缘切槽②扭曲环进气、压缩和排气行程：环扭曲，消除泵油现象，减轻磨损。作功行程：燃气压力作用使环不再扭曲，与矩形环相同扭曲环工作示意若扭曲环的外圆面为锥面则为扭曲锥面环，（正反扭曲锥面环）

活塞下行时能刮油活塞上行时锥面油楔作用浮起，减少磨损，不泵油

环的外圆面为锥面，理论上为线接触。

③锥面环作功行程中，燃气径向压力加强了环的密封

侧向力换向活塞左右摆动时，梯形环的侧隙发生变化，将环槽中的胶质挤出

断面为梯形，抗粘结性好，避免环被粘结而折断

缺点上下面精磨工艺复杂

侧隙侧隙燃气径向压力④梯形环第三章曲柄连杆机构

《汽车构造》其密封性、磨合性、对气缸表面的适应性都比较好

桶面环上下运动时均能形成楔形油膜，将环浮起，减轻环与气缸壁的磨损

外圆面为外凸圆弧形缺点凸圆弧表面加工困难⑤桶面环（1）油环刮油原理

活塞下行活塞上行气缸活塞气环油环4.油环结构与工作油环的刮油作用油环的刮油作用普通油环组合油环回油孔上刮油唇下刮油唇上刮片下刮片撑簧槽孔式油环槽孔撑簧式油环刮油能力强回油通路大对气缸变形的适应性好（2）油环类型与结构圆孔型

弯片型

渠型

长孔型

刮油靠油环自身弹力

外圆面加工环形集油槽

结构简单加工容易成本低

①槽孔式油环板形撑簧油环

轨形撑簧油环

螺旋撑簧油环

槽孔式油环内圆面加装撑簧增大接触压力提高刮油能力耐久性②槽孔撑簧式油环接触压力大

上刮片下刮片轨形撑簧气缸活塞刮油能力强

防机油上窜上下刮片能单独动作对气缸活塞变形适应能力强

优质钢成本高

③钢带组合油环1.活塞销功用

连接活塞和连杆

将活塞承受的力传给连杆

活塞销连杆衬套卡环三、活

塞

销高温下承受很大周期性冲击载荷润滑条件差足够的刚度、强度和耐磨性质量尽可能小销和销孔适当的配合间隙和良好表面质量2.活塞销工作条件材料

结构(内孔形状)低碳钢或低碳合金钢外表面渗碳淬硬，再精磨和抛光圆柱形组合形既提高表面硬度和耐磨性又保证较高强度和冲击韧性两段截锥形3.活塞销材料和结构连杆活塞销全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。半浮式：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。多用于小轿车形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。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。（三）活塞销作用：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。材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。连杆衬套连杆体连杆螺栓连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖螺母连杆衬套连杆体连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖连杆螺栓集油孔喷油孔四、连

杆

组活塞曲轴往复运动旋转运动连杆力1.连杆组功用作用：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。连杆小头杆身连杆大头连杆组件分解图（1）工作条件

复杂的平面运动受压缩、拉伸和弯曲等交变载荷（2）材料

具有足够抗疲劳强度和结构刚度质量应尽可能小连杆体连杆盖连杆螺栓优质中碳钢或中碳合金钢优质合金钢如45、42CrMo40Cr、40MnB如40Cr、35CrMo2.连杆组工作条件与材料小头杆身大头小头杆身大头集油孔喷油孔纵向油道3.连杆构造060913z连杆小头与活塞销连接方式

全浮式卡环连杆衬套工作时活塞销微量转动

活塞销磨损均匀

卡环防活塞销刮伤缸壁

小头压入减摩青铜衬套加工有集油孔或喷油孔（1）连杆小头小头与销紧配合活塞销只在销孔内转动，在小头孔内不转动小头孔不装衬套，销孔中也不装卡环降低发动机噪声，消除卡环可能引起的事故小头紧固螺栓半浮式全浮式连杆小头楔形全浮式连杆小头半浮式连杆小头AA顶部凸起A调整连杆质量或改变连杆重心连杆小头结构形状杆身断面工字形刚度大质量轻适于模锻（2）连杆杆身①剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）

平切口斜切口结合面与连杆轴线垂直刚度大变形小成本低汽油机采用平切口结合面与连杆轴线成30°~60°夹角连杆体能从缸体上端取出多用于柴油机（3）连杆大头连杆大头的连接形式平切式斜切式连杆轴瓦平切口连杆斜切口连杆连杆螺栓承受较大剪切力易疲劳破坏应采用能承受横向力的定位方法利用连杆螺栓上一段精密加工圆柱面与精密加工螺栓孔进行定位定位方式（防止连杆盖横向移动）止口定位锯齿定位套筒定位工艺简单外形尺寸大定位不可靠贴合紧密定位可靠结构紧凑定位可靠加工复杂（1）并列连杆前后连杆可通用左右两列活塞运动规律相同增加了曲轴和发动机长度优点缺点4.V型发动机连杆主副连杆不能互换两列活塞运动规律和上止点位置不相同优点不会增加发动机长度缺点主连杆副连杆（2）主副连杆两列气缸无需错开两列气缸中活塞运动规律相同连杆大头结构复杂、刚度较差优点缺点叉形连杆内连杆叉形连杆轴承内连杆轴承（3）叉形连杆V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式1、活塞连杆组的组成？2、活塞裙部为何做成椭圆?3、连杆小头与活塞销的连接方式?4、气环的切口和断面形状?5、连杆大头剖分形式和定位方式？

6、V型发动机连杆的种类及特点？思考题曲轴曲轴前、后端密封曲轴扭转减振器飞轮曲轴轴承平衡机构第四节

曲轴飞轮组起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴曲轴飞轮组的组成1.曲轴功用曲轴气体压力转矩飞轮汽车传动系驱动配气机构和其它辅助装置一、曲

轴功用：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。气体力周期性变化的力及其力矩

足够抗弯曲、抗扭转疲劳强度和刚度（1）曲轴工作条件惯性力弯曲、扭曲交变载荷轴颈应有足够大承压面积和耐磨性曲轴质量应尽量小轴颈润滑充分旋转质量离心力2.曲轴工作条件和材料工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。中碳钢或中碳合金钢模锻如45、40Cr、35Mn2等强度和刚度较好球墨铸铁轴颈表面高频淬火或氮化处理提高曲轴耐磨性

耐磨性好、轴颈不需硬化处理、成本低、机械加工量少

（2）曲轴材料曲轴后端平衡重输出端曲轴前端主轴颈连杆轴颈曲柄臂单元曲拐自由端3.曲轴构造前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄曲轴构造①按单元曲拐连接方式分类

整体式曲轴（1）曲轴分类组合式曲轴各单元曲拐锻造或铸造成整体工作可靠质量轻结构简单加工面少主轴颈连杆轴颈曲柄臂概念特点整体式曲轴由单元曲拐组合装配方便制造和更换结构复杂拆装不便曲柄臂兼作主轴颈单元曲拐滚动轴承(主轴承)配用隧道式机体概念特点组合式曲轴全支承曲轴②按主轴颈数分类非全支承曲轴相邻两个曲拐间都有主轴颈抗弯曲能力强可减轻主轴颈载荷概念主轴颈多加工面多曲轴和机体较长缺点优点全支承曲轴主轴颈数少于全支承曲轴概念缺点优点与全支承曲轴恰好相反非全支承曲轴抗弯曲能力差主轴颈载荷大主轴颈少加工面少曲轴和机体较短缺点优点主轴颈和曲柄销一般实心曲柄臂一般是椭圆形部分锻钢曲轴曲柄销空心减小曲柄销质量及其产生的旋转惯性力（2）单元曲拐结构部分铸铁曲轴主轴颈和曲柄销铸成空心桶形空腔油管曲柄臂卸荷槽：减小应力集中增加疲劳强度曲轴带轮空调压缩机动力转向泵张紧轮导向轮发电机曲轴正时齿形带轮曲轴链轮凸轮轴正时齿形带轮水泵机油泵（3）曲轴前端曲轴前端驱动前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1.2止推轴承3.止推片4.正时齿轮5.甩油盘6.油封7.皮带轮8.起动爪两止推轴承白金合面相背曲轴向前移动，后止推轴承与曲轴臂端面摩擦；轴向后移动，前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。曲轴的前端曲轴带轮曲轴正时齿形带轮曲轴链轮安装飞轮用凸缘飞轮（4）曲轴后端后端轴：安装飞轮前后端轴都设有防漏装置：挡油盘、回油螺纹、油封等。曲轴后端回油螺纹曲轴后端机油机体油道主轴承主轴颈曲轴油孔连杆轴承连杆轴颈（5）曲轴润滑连杆轴颈(实心)供油方式实心轴颈油孔实心轴颈油孔空心轴颈油孔空心轴颈油管油孔绕过曲柄销空腔直通表面高速发动机离心力过大缺机油连杆轴颈(空心)供油方式①平衡重作用

4132F1F2F3F4M3-4M1-2F1=F2F3=F4M1-2=M3-4旋转惯性力及其力矩外部平衡M1-2、M3-4造成曲轴弯曲载荷，需在曲柄相反方向附加平衡重旋转惯性力及其力矩内部不平衡（6）曲轴平衡重完全平衡法平衡重数量多曲轴质量增加工艺性变差分段平衡法每个曲柄臂设有平衡重部分曲柄臂设有平衡重②平衡重作用方法平衡重形状多为扇形，使其重心远离曲轴回转中心平衡重安装方法以较小质量获得较大旋转惯性力与曲柄臂锻或铸成一体单独制成零件，用螺栓紧固在曲柄臂上③平衡重形状及安装方法

通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。主轴颈止推垫片止推垫片连杆轴颈主轴承盖（7）曲轴的轴向限位前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1.2止推轴承3.止推片4.正时齿轮5.甩油盘6.油封7.皮带轮8.起动爪两止推轴承白金合面相背曲轴向前移动，后止推轴承与曲轴臂端面摩擦；轴向后移动，前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。曲轴的轴向限位1.主轴承和连杆轴承

主轴承连杆轴承（8）曲轴轴承载荷承受交变载荷和高速摩擦材料要求足够抗疲劳强度耐磨损耐腐蚀结构形式二层结构钢背减摩合金层软镀层三层结构（1）载荷及材料要求布油槽环形油槽油孔定位唇软镀层减摩合金层钢背（2）结构和材料名称优点缺点应用巴氏合金减摩性好抗疲劳强度低耐热性差常用于负荷不大

汽油机铜铅合金承载能力大

抗疲劳强度高耐热性好磨合性和耐腐蚀性差

（有软镀层）多用于高强化柴油机铝基合金较好承载能力大、抗疲劳强度和减摩性广泛用于汽油机柴油机减摩合金层

自由状态轴承曲率半径和周长略大于承孔保证安装后紧密贴合（配合间隙：0.026～0.045mm）

保证良好的承载和导热能力

环形油槽和油孔

连杆小头有喷油孔：上下轴瓦均加工油槽保证轴瓦承载能力：主轴承下瓦和连杆轴承上瓦（载荷较大）最好不开油槽

保证曲柄销及其轴承润滑：连杆轴承不开油槽曲率半径和周长（1）功用和类型

功用：保证曲轴轴向定位

类型：翻边轴承半圆环止推片止推轴承环2.曲轴止推轴承止推面储油槽油孔轴瓦止推面与曲轴止推面之间隙:0.06~0.25mm（2）翻边轴承一般4片，上下各2片。安装在机体和主轴承盖的浅槽中。有减摩合金层的止推面朝向曲轴。定位舌定位销止推面储油槽（3）半圆环止推片第一主轴承盖止推面（4）止推轴承环气缸数目气缸排列形式发动机工作顺序曲拐布置选择工作顺序发火间隔应该相等，使运转平衡连续作功两缸尽量相距远，减轻主轴承载荷和不发生进气重叠现象V型发动机左右气缸应交替发火4.曲拐布置与发动机工作顺序发火间隔角720⁰/4=180⁰工作顺序1-3-4-21-2-4-314321-42-3180⁰（1）直列四缸发动机工作循环曲轴转角(°)第一缸第二缸第三缸第四缸0~180排气压缩进气180~360排气进气压缩360~540进气压缩排气540~720压缩进气排气作功作功作功作功工作循环表（1-3-4-2）发火间隔角720⁰/6=120⁰工作顺序1-5-3-6-2-41-4-2-6-3-514321-63-4120⁰562-5（2）直列六缸发动机工作循环曲轴转角(⁰)

第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0~1800~60排气压缩进气60~120压缩排气120~180进气180~360180~240排气压缩240~300

进气300~360压缩排气360~540360~420进气420~480排气压缩480~540进气540~720540~600压缩排气600~660进气660~720作功作功作功作功作功作功工作循环表（1-5-3-6-2-4）发火间隔角720⁰/8=90⁰工作顺序R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190⁰R4

R3

R2

L1L4

L3

L2

R2-L2R3-L3R4-L4（3）V8发动机工作循环060917z曲轴转角(º)

R1R2R3R4L1L2L3L40~1800~90压缩进气排气90~180排气进气压缩180~360180~270排气压缩进气270~360进气压缩排气360~540360~450进气排气压缩450~630压缩进气排气540~720540~630压缩进气排气630~720排气压缩进气作功作功作功作功作功作功作功作功工作循环表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）1.曲轴前端密封

自紧式橡胶油封甩油盘第一主轴承盖二、曲轴前、后端密封曲轴前端结构止推垫片（驱动风扇和水泵）带轮起动爪油封甩油盘正时齿轮滑动推力轴承曲轴后端挡油盘回油盘挡油盘密封填料填料座油封座自紧式橡胶油封曲轴后端曲轴后端2.曲轴后端密封曲轴后端曲轴后端挡油凸缘密封填料填料座回油螺纹密封填料挡油凸缘卸压槽回油螺旋槽FrFr1Fr2三、曲轴扭转减振器

曲轴转动惯量愈大，自振频率愈低，愈易发生共振，曲轴扭转振幅极大，破坏配气相位的准确性，产生冲击噪声，甚至导致曲轴因扭转变形过大而断裂。

曲轴是一种扭转弹性系统，连杆作用于曲柄销上的力呈周期性变化，使曲轴转速忽快忽慢，造成曲轴的扭转振动。

因此，对