第二章机体组及曲柄连杆机构

第二章机体组及曲柄连杆机构概述一、曲柄连杆机构的功用将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。

二、组成1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组多缸发动机的曲柄连杆机构演示

机体组气缸盖气缸垫气缸体油底壳活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆曲轴飞轮组曲轴飞轮扭转减振器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。PPjPCF第一节曲柄连杆机构中的作用力及力矩

1、

气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPSPPRPTP(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPPSPRPTP2、

往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。Pj3、

离心惯性力PC：旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。Pc4、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。F工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直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。第二节机体组机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。一、

构造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。曲轴箱上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。

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2、气缸体分类一般式龙门式隧道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（2）根据冷却方式不同分：水冷、风冷散热片冷却水（3）根据气缸的排列方式结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。气缸的排列形式对置式

V形式直列式（4）干式气缸套和湿式气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。二、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。

2.型式（1）

干式缸套1~3mm定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较薄（1mm～3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。

1~3mm（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（5mm～9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀

5~9mm0.05~0.15mm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。0.05~0.15mmAB密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm～0.15mm，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，承受较大的压紧力。0.05~0.15mm1）下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用：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。1、气缸盖气缸垫：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2、气缸盖罩和气缸垫3、燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪汽油机燃烧室形状柴油机燃烧室2.气缸垫的构造1)金属—石棉垫：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）。

2)纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。

安装注意：金属皮的金属—石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。

二、油底壳1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2.构造：（1）用薄钢板冲压而成。（2）

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。（3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。

活塞连杆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第三节活塞连杆组

1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、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10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3～5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3、材料：铝合金：质量小导热性好；灰铸铁活塞应具备的特点A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C质量较小，尽可能减少往复惯性力D耐热的活塞顶及弹性的活塞裙E活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、活塞（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。（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）切口气环（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。断面形式:矩形环、锥形环、扭曲环、桶形环、梯形环活塞环气环的密封原理：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：动态演示泵油现象的危害：（1）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。

措施：（1）采用扭曲环；(2)采用组合式油环；（3）油环下设减压腔

(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F和F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；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。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。

（2）油环种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。其特点为1）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。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。2)无侧隙，不窜油。3)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。5)回油能力强。油环的刮油作用油环的刮油作用（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。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。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。（四）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。连杆组件分解图连杆小头杆身连杆大头（1）连杆大头的连接形式平切式斜切式(2)切口定位方式连杆螺栓定位：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。

锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。止口定位（4）活塞、连杆的安装1、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。2、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。（3）连杆轴瓦2.组成：由钢背和减磨层组成。钢背由1mm～3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。2.减磨层材料（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。（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。但其减磨性能差。(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。

1）铝锑镁合金和低锡铝合金：械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。2)高锡铝合金：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。轴瓦的定位V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式（4）连杆的安装1、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。2、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。§3.4曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴二、曲轴1、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：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。

3、结构：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4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。5、分类：整体式（常用）组合式（常用于连杆大头为整体式的小型汽油机和以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）6、组成：（1）主轴颈曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。全支承：非全支承：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。——用于支撑曲轴。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）连杆轴颈（3）曲柄——曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈（4）平衡块平衡离心力偶减轻或消除弯曲变形部分中空兼作油道安装连杆大头中空连杆轴径平衡重曲柄（5）前端轴和后端轴前端轴：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.起动爪曲轴的前端7两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。4186325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（6）曲轴的轴向限位

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三、曲拐的布置1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸机：1-5-3-6-2-4；

3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。（1）一般规律（2）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为：四行程：720°/i

二行程：360°/i①四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置点火顺序：各缸完成同名行程的次序。曲轴转角（度）

一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排进压排进压排进压排进压1↓3↓4↓2四缸四行程发动机的曲拐布置②直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置曲轴转角（度）601201802403003604204805406006607200～180180～360360～540540～720一缸二缸三缸四缸五缸六缸排进压进压排进压排进压排进压排进压排发火顺序：1-5-3-6-2-4功功功功功功六缸四行程发动机的曲拐布置八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）1-8-4-3-6-5-7-2四、曲轴扭转减振器作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转动平稳，可靠工作。种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。

橡胶式摩擦片式硅油式皮带盘惯性盘橡胶垫