03曲柄连杆机构课件

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。

1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用二、组成§2－1概述第二章曲柄连杆机构多缸发动机的曲柄连杆机构演示

三、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。

PPjPCF四、受力分析气压力P

往复惯性力Pj

旋转离心力Pc

摩擦力F1、气压力：气压力的集中力P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，右侧磨损严重NPPSPRPTP2、往复惯性力Pj

下行时：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机体组组成：曲轴箱汽缸垫汽缸盖汽缸油道和水道油底壳汽缸体汽缸盖罩§2－1

机体组一、汽缸体1、汽缸体:作用：发动机的基体和骨架，安装零件要求：具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力)气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量)水冷发动机的汽缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为汽缸体——曲轴箱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汽缸体上曲轴的主轴承孔为整体式（1）按汽缸体与油底壳安装平面位置不同分为2、汽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。中小型发动机。夏利、富康、北京BJ492Q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、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。采用滚动轴承的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）根据汽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；但宽度增加，形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。单列式：一般6缸以下的发动机采用直列式.对置式：适用于摩托车及发动机中置的大客车V型：一般用于6缸以上的大功率发动机作用：汽缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔。要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化学腐蚀二、汽缸提高气缸的耐磨性：(1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表面淬火、镀铬)----成本高(2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨性好、检修方便及费用低三、汽缸套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、易制造、易拆卸。强度和刚度不如干缸套，易漏水、漏气广泛应用于汽车柴油机上。功用：密封汽缸的上部，与活塞顶、汽缸壁等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。注：铝合金的汽缸盖：有利于提高散热性能和压缩比工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。四、汽缸盖分类：整体式：汽油机因缸径较小、缸盖负荷较轻，一般采用整体式气缸盖分开式：功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式汽缸盖，即一缸、二缸或三缸一盖。优点：制造和维修方便、减小变形对密封的影响结构：内有与汽缸体相通的冷却水套、燃烧室、火花塞座孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排气道。汽缸垫：功用是保证汽缸盖与汽缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。汽缸盖汽缸盖罩衬垫五、汽缸盖罩和汽缸垫汽缸垫作用：密封汽缸结构形式金属----石棉垫复合式低碳钢六、油底壳1、概念：

贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、使用特点：(1)设有挡油板—减轻油面的波动；(2)油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。3、材料：

(1)薄钢板冲压

(2)采用带有散热肋片的铝合金铸造而成的轻金属油底壳燃烧室

形状对发动机的工作影响很大(1)要求：结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧(2)形状分类汽油机燃烧室形状名称特点示意图应用半球形结构最紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高。但配气机构复杂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、便于维修、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪发动机的支承：1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。2、四点支承：前后各有两个支承点。§2－3活塞连杆组1、功用：(1)承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转(2)与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室2、工作环境：高温、散热及润滑条件差；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、要求活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙，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）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。结构简单、制造容易、散热面积小、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。常用于二冲程汽油机凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的形成与燃烧；调整压缩比，防止碰气门。头部（2）活塞头部位置：活塞环槽以上的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封汽缸；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汽缸壁。4、承受气体压力，并通过活塞销传给连杆。作用：2）油环槽底面上钻许多径向小孔构造特点：1）切有3-4道环槽。（最多3道气环，一般2道）3）加环槽护圈在强化程度较高的发动机中，第一道环槽温度较高，磨损严重。为了增强环槽的耐磨性，通常在第一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。在高强化直喷式燃烧室柴油机中，在第一环槽和燃烧室喉口处均镶嵌耐热护圈，以保护喉口不致因为过热而开裂。隔热槽图示4）加工隔热槽活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角R

应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。在第一道气环槽上方设置一道较窄的隔热槽的作用是隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流，使部分热量由第二、三道活塞环传出，从而可以减轻第一道活塞环的热负荷，改善其工作条件，防止活塞环粘结。（3）活塞裙部位置：活塞环槽以下的所有部分，包括销座孔。作用：对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。裙部活塞的变形及采取的相应措施a、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。

b、变形规律（1）活塞的热膨胀量大于汽缸的膨胀量，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；（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；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。c.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm～1.0mm。（3）裙部开隔热—膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。(柴油机一般不开)横向绝热槽减少活塞头的热量向裙部扩散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4）采用双金属活塞恒范钢片式：活塞销销座通过低膨胀系数的恒范钢片与裙部相连，销座膨胀对裙部无直接影响，另恒范钢片牵制裙部。筒形钢片式：钢筒夹在铝合金之间，冷凝时有“收缩缝隙”（内）和铝合金有拉应力；升温时消除，降低活塞裙部膨胀量。5）其他结构（a）温控结构1)自由喷射冷却法。从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油。2)振荡冷却法。从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。3)强制冷却法。在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增压发动机所采用。（b）裙部表面保护1.镀锡；2.外表面磷化3.涂石墨（锻铝活塞）（6）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1mm～2mm。

2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。

7)拖板式活塞在现代汽车发动机上广泛采用拖板式活塞。在保证裙部有足够承压面积的条件下，将不承受侧向力一侧的裙部部分地去掉，即为半拖鞋式裙部；若全部去掉则为拖鞋式裙部。优点是：①质量轻，比全裙式活塞轻10％～20％，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。②裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。二、活塞环

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1、气环

（1）作用：

1、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；

3、辅助刮油、布油。

气环尽量少（2-3）；安装时切口错开（迷宫）活塞环的三个间隙（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；（2）结构与密封原理（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm；（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm；

Δ2Δ3Δ1气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径＞缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第一密封面（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。PjFP1第二密封面(3）气环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）运动时，环在环槽中时而靠上时而靠下。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。

（4）气环断面形状：形状特点示意图矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应用面广扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲锥面环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。梯形环加工困难，精度要求高，侧隙变化，抗胶结能力好。桶面环外圆为凸圆弧形，加工难。强化柴油机的第一道环。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。eF2F1F1F2M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、中性层以内产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F1和F2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。配对使用，上面碟形，下面盖形。种类整体式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、油环。活塞在上、下行过程中，油环都刮下气缸壁上多余的润滑油，经油环径向油孔和活塞上的回油孔流回油底壳。（1）作用：布油、刮油、密封(辅助作用)（2）分类

整体式油环：为增强刮油效果，在其外圆上切环行槽，槽底开若干回油用的小孔或窄槽。为保证对缸壁的压力，又有较好的柔性，改善对缸壁贴合的适应性，有的发动机将油环减薄，在其加装衬簧。组合式油环：自由状态衬簧和两钢片的总厚度大于环槽的高度。径向力弹力使钢片第一密封面密封。轴向弹力使两钢片分别贴合在环槽上、下侧，使第二密封面密封，消除了侧隙。油环的刮油作用油环的刮油作用3、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。要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。（在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差）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。4、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V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式并列式1)并列连杆两个完全相同的连杆一前一后并列地安装在同一个曲柄销上。连杆结构与上述直列式发动机的连杆基本相同，只是大头宽度稍小一些。并列连杆的优点是前后连杆可以通用，左右两列气缸的活塞运动规律相同。缺点是两列气缸沿曲轴纵向须相互错开一段距离，从而增加了曲轴和发动机的长度。

主副式2)主副连杆一个主连杆一个副连杆组成主副连杆，副连杆通过销轴铰接在主连杆体或主连杆盖上。一列气缸装主连杆,另一列气缸装副连杆，主连杆大头安装在曲轴的曲柄销上。主副连杆不能互换，且副连杆对主连杆作用以附加弯矩。两列气缸中活塞的运动规律和上止点位置均不相同。采用主副连杆的V型发动机，其两列气缸不需要相互错开，因而也就不会增加发动机的长度。

叉型式3)叉形连杆指一列气缸中的连杆大头为叉形；另一列气缸中的连杆与普通连杆类似，只是大头的宽度较小，一般称其为内连杆。叉形连杆的优点是两列气缸中活塞的运动规律相同，两列气缸无需错开。缺点是叉形连杆大头结构复杂，制造比较困难，维修也不方便，且大头刚度较差。

§3-4曲轴飞轮组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（一）、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。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润滑和耐磨性、较高的动平衡精度

3、组成：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（1）前端轴前端轴：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（3）连杆轴颈(曲柄销)（2）曲柄——曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈（4）平衡重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连杆轴颈（5）主轴颈相邻两个曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴全支承：非全支承：作用：用于支撑曲轴。按曲轴主轴颈的数目可分为：否则全支承曲轴：(1)直列式：主轴颈数比气缸数多一个；V型：主轴颈数比气缸数的一半多一个。(2)特点：刚度较好、负荷相对较小，但曲轴和发动机机体长度增加(3)应用：多用于柴油机和负荷较大的汽油机非全支承曲轴特点：长度短，结构和制造工艺简单应用：中小负荷的汽油机（6）后端轴：

安装飞轮防漏装置（前后端轴都有）挡油盘、回油螺纹、油封等。曲轴后端回油螺纹（7）曲拐：故：1、直列发动机的曲拐数等于气缸数2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半①曲拐数：与发动机的气缸数和排列方式有关②曲拐的布置（a）一般规律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。（b）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其发火间隔角为：四行程：720°/4＝180°

二行程：360°/2＝180°①四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置点火顺序：1-3-4-2或1-2-4-3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或1-4-2-6-3-5

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）发火顺序：1-8-4-3-6-5-7-2（二）、飞轮1、功用：

将在作功行程中输入于曲轴的动能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服