汽车构造（上册 第4版）课件：曲柄连杆机构

曲柄连杆机构曲柄连杆机构第一节概述第二节机体组第三节活塞连杆组第四节曲轴飞轮组2314567第一节

概述

第一节、概述曲柄连杆机构的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩,从而向从动机械输出机械能。曲柄连杆机构的主要零件可以分成三组:机体组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组。此外,与可燃混合气和燃烧废气接触的部件(如气缸、气缸盖、活塞组等)还将受到化学腐蚀的作用。因此,曲柄连杆机构工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。

第一节、概述由于曲柄连杆机构是在高压下做变速运动,因此它在工作中的受力情况很复杂。其中有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力等。

(1)气体作用力在每个工作循环的四个行程中,气体压力始终存在。但由于进气、排气两个行程中气体压力较小,对部件影响不大,故这里主要研究做功和压缩行程中的气体作用力。(2)往复惯性力与离心力往复运动的物体,当运动速度变化时,就要产生往复惯性力。物体绕某一中心做旋转运动时,就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都是存在的。

第一节、概述(3)摩擦力在任何一对互相压紧并做相对运动的零件表面之间,必定存在摩擦力,其最大值取决于上述各种力对摩擦表面形成的正压力和摩擦因数。

图2-2往复惯性力和离心力的作用情况a)活塞在上半行程时的惯性力b)活塞在下半行程时的惯性力2134567第二节

机体组一、气缸体水冷发动机的气缸体和曲轴箱通常铸成一体,可称为气缸体-曲轴箱,也可简称为气缸体。其具体结构形式分为三种,如图2-3所示。

图2-3气缸体的结构形式a)一般式b)龙门式c)隧道式1—气缸体2—水套3—凸轮轴孔座4—加强肋5—湿缸套6—主轴承座7—主轴承座孔8—安装油底壳的加工面9—安装主轴承盖的加工面一、气缸体气缸工作表面经常与高温、高压的燃气接触,且活塞在其中做高速往复运动,所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了满足以上要求,一般可从气缸的材料、加工精度和结构等方面采取措施。为了保证气缸表面能在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖随时进行冷却。冷却方式有两种:一种用冷却液来冷却(水冷);另一种用空气来冷却(风冷)。二、气缸盖与气缸盖衬垫发动机的气缸盖形状复杂,对于常见的水冷发动机,其气缸盖上有进、排气门座孔,气门导管孔和进、排气通道,冷却水套及其进、出口,润滑油路及其进、出口,气缸盖螺栓孔及安装摇臂或配气机构凸轮轴座的螺栓孔等(图2-10)。汽油机气缸盖还设有火花塞座孔,而柴油机则设有安装喷油器的座孔。 图2-10几种形式的气缸盖a)、b)整体气缸盖c)块状气缸盖d)单体气缸盖二、气缸盖与气缸盖衬垫在多缸发动机的一列中,只覆盖一个气缸的气缸盖,称为单体气缸盖(图2-10d)。能覆盖部分(两个以上)气缸的,称为块状气缸盖(图2-10c);能覆盖全部气缸的气缸盖,则称为整体气缸盖(图2-10a、b)。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。对燃烧室有两点基本要求:一是结构尽可能紧凑,表面积要小;二是使混合气在压缩终了时具有一定的气流运动。 图2-11汽油机的燃烧室形状a)楔形b)半球形c)碗形d)浴盆形e)篷形三、油底壳油底壳的主要功用是贮存机油(润滑油)并封闭曲轴箱。油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成(图2-13)。其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。在有些发动机上,为了加强油底壳内机油的散热,采用了铝合金铸造的油底壳,在壳的底部还铸有相应的散热肋片。

图2-13油底壳1—密封垫2—油底壳3—垫圈4、5—螺栓6—放油螺塞磁铁7—组合密封垫圈8—螺塞四、发动机的支承发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑来支承在车架上。发动机的支承方法一般有三点支承和四点支承两种。三点支承可布置成前二后一或前一后二形式。有些发动机的支承是前面两个支承点位于曲轴箱的支撑上,后面一个支承点在变速器壳上;而有些汽油机则采用前一后二的三点支承形式。采用四点支承时,前后各有两个支承点。2134567第三节

活塞连杆组第三节、活塞连杆组活塞连杆组将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩,最终驱动汽车车轮转动。活塞连杆组由活塞5,活塞环1、2和3,活塞销4,连杆6等部件组成,如图2-16所示。

图2-16轿车发动机的活塞连杆组1—第一道气环2—第二道气环3—组合油环

4—活塞销5—活塞6—连杆7—连杆螺栓

8—连杆轴瓦9—连杆盖一、活塞活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆,推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞的基本构造可分为顶部、头部和裙部三部分,如图2-17所示。图2-17活塞结构剖视图a)全剖b)部分剖1—活塞顶2—活塞头3—活塞环4—活塞销座5—活塞销6—活塞销卡环7—活塞裙8—加强肋9—环槽二、活塞环塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封,防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱,同时还将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁,再由冷却液或空气带走。油环用来刮除气缸壁上多余的机油,并在气缸壁面上涂布一层均匀的机油膜,这样既可以防止机油窜入气缸燃烧,又可以减小活塞、活塞环与气缸壁的磨损和摩擦阻力。此外,油环也起到封气的辅助作用。油环分为普通油环和组合油环两种。三、活塞销活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销通常做成空心圆柱体,如图2-38所示。活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢制造。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等。

图2-38活塞销的内孔形状a)圆柱形b)组合形c)两段截锥形四、连杆连杆的功用是连接活塞和曲轴,把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并将活塞承受的力传给曲轴。连杆主要承受活塞销传来的气体作用力和活塞组往复运动时的惯性力。此外,由于连杆变速摆动而产生的惯性力矩,还使连杆承受一定的弯矩。连杆一般用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成,然后再进行机械加工和热处理。在连杆体与连杆大头盖之间必须有能够承受较大剪切力的定位部分,才能保证工作可靠。斜切口连杆上必须采用可靠的定位措施,常用的定位方法有:(1)止口定位(2)套筒定位(3)锯齿定位。V形发动机左、右两侧对应的两个气缸的连杆是共同连接在一个曲柄销上的,它有三种形式：(1)并列连杆(2)叉形连杆(3)主副连杆。2134567第四节

曲轴飞轮组第四节、曲轴飞轮组曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他具有不同作用的零件和附件组成。其零件和附件的种类和数量取决于发动机的结构和性能要求,典型的实例如图2-45所示。图2-45曲轴飞轮组典型实例1—起动爪2—起动爪锁紧垫圈3—扭转减振器4—带轮5—挡油片6—定时齿轮7—半圆键8—曲轴9—主轴承上下轴瓦10—中间主轴瓦11—止推片12—螺柱13—润滑脂嘴14—螺母15—齿圈16—圆柱销17—一、六缸活塞处在上止点时的记号(钢球)一、曲轴曲轴的功用是承受连杆传来的力,产生绕其自身轴线的旋转力矩,并对外输出转矩。在发动机工作中,曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用,使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为了保证工作可靠,要求曲轴具有足够的刚度和强度,各工作表面要耐磨而且润滑良好。多缸发动机的曲轴按曲拐之间连接方式不同,分为整体式和组合式两类。二、曲轴扭转减振器曲轴是具有一定弹性和旋转质量的轴,即是一种扭转弹性系统,本身具有一定的固有频率。在发动机工作过程中,曲轴上各曲拐承受转矩的大小是周期性变化的,而曲轴后端的飞轮具有很大的惯量,转速可以看成是均匀的,所以各曲拐相对于飞轮就会发生大小和方向做周期性变化的相对扭转振动,也就是扭振。为了消减曲轴的扭振,有的发动机在曲轴前端装有扭转减振器。汽车发动机常用的曲轴扭转减振器是摩擦式减振器,其工