第二章曲柄连杆机构.ppt

1、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 第五节 平衡机构 第六节 发动机的悬置,第二章曲柄连杆机构,教学目的和要求： 掌握曲柄连杆机构的功用、组成、分类。掌握曲柄连杆机构构造原理。 本章重点： 1机体组的组成与结构特点； 2活塞工作中的变形及其相应的构造措施； 3气环的密封原理、泵油现象，扭曲环的作用原理、特点，活塞环的安装方向及位置； 4连杆的构造、大头的定位方法、连杆的安装标记； 5整体式曲轴的构造、定位和密封，多缸发动机的工作顺序； 6轴承的材料、构造和定位。 本章难点： 曲柄连杆机构的运动、受力与平衡。 教学内容要点：,一、功用 将燃料燃烧后作用在活塞顶上

2、的气体膨胀压力转变为推动曲轴旋转的转矩，向工作机械输出机械能 二、组成 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组。 三、工作条件 在高温、高压、高速和受到化学腐蚀的恶劣工作条件下工作的。,第一节 概述,组成,第二节机体组,气缸体 气缸盖 曲轴箱 油底壳 气缸衬垫,一、气缸体,第二节机体组,汽车车发动机多为水冷发动机，其气缸体与曲轴箱铸成一体，通常称为气缸体-曲轴箱（简称为气缸体） 气缸体材料要有足够的强度和刚度，导热性、耐磨性要好，质量要轻 采用优质合金铸铁 新型的气缸体材料镁合金,一、气缸体,第二节机体组,风冷式发动机的气缸体与曲轴箱多分开铸造，然后再装配到一起 在气缸体和气缸盖的外表面铸有许多散热片

3、来提高发动机的散热强度,不镶气缸套的气缸,一、气缸体,第二节机体组,不同结构形式： 一般式：气缸体和油底壳的结合面与曲轴轴线在同一平面上，轿车汽油机多采用，如夏利372Q、马自达MAZDAB6型发动机 龙门式：气缸体和油底壳的结合面低于曲轴轴线，刚度和强度较好，CA6102、EQ6100 隧道式：缸体上的曲轴轴承座为整体式，如同隧道一样，6135Q等发动机,一、气缸体,第二节机体组,气缸套类型 干式：外圆面不直接与冷却液接触，是一个耐磨性能良好的薄壁套筒，壁厚一般为13mm 湿式：外圆面与冷却液直接接触，壁厚一般为59mm。,一、气缸体,第二节机体组,排列形式：单列式和双列式两种 多缸发动机气

4、缸排列形式： 单列式 V形 对置式,二、气缸盖,第二节机体组,封闭气缸体上部，并与活塞顶和气缸壁一起构成燃烧室 结构 冷却水套 燃烧室。 进、排气道及气门导管孔和进排气门座等。 汽油机气缸盖还设有火花塞孔、喷油器的座孔 柴油机的气缸盖设有安装喷油器的座孔。,二、气缸盖,第二节机体组,日本马自达公司生产的带可变进气系统的单顶置凸轮轴四缸12气门轿车发动机的气缸盖。 一般采用铸铁或铝合金低压铸造而成 如东风EQ6100、解放CA6102型发动机气缸盖使用灰铸铁 南京依维柯SOFIM8142、北京BJ492及一些轿车发动机气缸盖采用铝合金铸成。,二、气缸盖,第二节机体组,气缸盖的结构形式 单体式：

5、块状式 整体式：多用 汽油机燃烧室 组成： 活塞顶、气缸壁及气缸盖上相应的凹部空间 形状和位置： 主要和气门布置、火花塞的安装位置、活塞顶形状、冷却方式等有关,二、气缸盖,第二节机体组,（1）浴盆形：结构比较简单、紧凑；只能布置较小直径的气门，进排气阻力较大，充气效率较低，燃烧室面容比较大，对HC排放不利。奥迪100、捷达EA827、东风EQ6100等 （2）楔形：结构比较简单；气流流动阻力小，充气效率较浴盆形燃烧室高。缺点是由于混合气过于集中，工作较粗暴。CA6102型汽油机。 （3）半球形：结构紧凑；可以通过增大气门直径来提高充气效率；火花塞多位于燃烧室中部，火焰行程短，燃烧速度快，不易产

6、生爆燃；动力性、经济性较好。配气机构复杂，工作粗暴，NOx排放较高。二汽富康TU型汽油机。,（4）双球形：在半球形上演变而成的，由两个球形构成。较大直径的气门或采用多气门形式，很容易获得压缩涡流。缺点是燃烧室形状复杂，散热面积较大，经济性差。 （5）多气门篷形：断面像篷形，由半球形发展而成。燃烧室结构紧凑，采用多气门布置形式提高充气效率；火花塞布置在燃烧室中央，缩短了火焰传播距离，降低了爆燃倾向，可以采用较高压缩比。国产天津夏利、二汽富康及欧宝V6,二、气缸盖,第二节机体组,气缸衬垫 安装： 在气缸盖和气缸体的结合面之间。 功用： 弥补加工误差，保证气缸体与气缸盖结合面的密封性，防止燃气、冷却

7、液、润滑油互窜,三、油底壳,第二节机体组,气缸衬垫 功用： 贮存润滑油并封闭曲轴箱，一般采用薄钢板、铝合金、塑料等材料加工而。,组成,第三节活塞连杆组,活塞8 活塞环7 活塞销6 连杆4 连杆轴瓦9（俗称轴瓦） 连杆螺栓1 卡环5,一、活塞,第三节活塞连杆组,在做功行程承受气体作用力，并将此力通过活塞销传给连杆，再由连杆传给曲轴，以带动曲轴旋转。 活塞顶与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室 用铝合金材料 共晶铝硅合金：应用较为广泛，本田F23A3、一汽奥迪100、天津夏利TJ376Q 铝铜合金：轿车发动机中已基本不采用 采用高级铸铁和耐热钢 金属陶瓷具有耐高温的性能，开始使用。,一、活塞,第三节活塞

8、连杆组,基本结构 顶部 头部 裙部,一、活塞,第三节活塞连杆组,成形方法 金属型铸造 锻造 液态模锻,一、活塞,第三节活塞连杆组,活塞顶部形状 平顶 凹顶 凸顶,一、活塞,第三节活塞连杆组,活塞顶部刻有方向标记 顶部的热量通过活塞环和裙部，经气缸将热量传给冷却液,一、活塞,第三节活塞连杆组,活塞裙部类型 全裙活塞 半拖板式活塞 拖板式活塞,一、活塞,第三节活塞连杆组,裙部椭圆变形的主要原因 1） 在气缸内燃气压力p的作用下，活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形，使销座在轴线方向有向外扩张在沿销的轴线方向引起较大的变形。 2）在气缸壁对活塞的侧压力N作用下，使活塞沿活塞销的轴线方向发生变形 3）在活

9、塞销座孔处，金属量堆积较多，所以在受热后产生的膨胀量最大，由此引起椭圆变形，其长轴在活塞销轴线方向,动画演示,一、活塞,第三节活塞连杆组,预防和控制裙部的椭圆变形措施,1） 尽量减少活塞的受热。使用平顶活塞，采用传热型活塞，加工隔热槽等。 2）采用椭圆锥裙。将裙部断面制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直活塞销轴线方向，短轴在活塞销方向。裙部轴向呈锥形，上小下大。这样活塞在工作过程中，受力受热膨胀变形时，形成圆柱形，以保证活塞和气缸壁之间的正常配合,一、活塞,第三节活塞连杆组,预防和控制裙部的椭圆变形措施,3）对汽油机活塞，在裙部开“T”形槽或“”形槽，达到“横槽隔热，纵槽防胀”的目的。纵向槽一般不开到

10、底，以免强度削弱太大。对于柴油机，则不能开纵向槽，以免过度削弱其强度,一、活塞,第三节活塞连杆组,预防和控制裙部的椭圆变形措施,4）在铝合金活塞销座处镶铸恒范钢片或筒形钢片等，限制活塞的变形量，,一、活塞,第三节活塞连杆组,预防和控制裙部的椭圆变形措施,5）在保证活塞强度的前提下，削掉活塞销座周围的一些金属，或者采用“拖板式活塞”，适用于汽油机。 对于柴油机，在强度保证的前提下可以适当削掉销座处的金属。 有些高速汽油机的销座孔中心线向做功行程中受侧压力的一面（主推力面）偏离活塞中心线平面约12mm，,二、活塞环,第三节活塞连杆组,按照用途分 气环 油环,汽油机的气环为23道，油环为1道； 柴油

11、机的气环为34道，油环为12道 切口间隙1、侧隙2、背隙3,二、活塞环,第三节活塞连杆组,气环,功用： 与活塞一起密封气缸，防止燃气下窜入曲轴箱，并将活塞头部的热量通过气缸壁传给冷却液或者空气，同时辅助油环控制气缸壁上的润滑油。 材料： 一般选择合金铸铁，在一些特殊情况下选择球墨 铸铁、优质灰铸铁、粉末冶金、金属陶瓷、合金钢等。 进行镀锡、磷化、喷石墨及硫化处理。对于工作条件最恶劣的第一环，则进行表面镀铬。,二、活塞环,第三节活塞连杆组,气环漏气的通道只有三条,环外圆面与气缸壁之间：可以密封的 环与环槽的侧面之间：可以密封的 切口间隙处。,1-第一密封面 2-第二密封面,二、活塞环,第三节活塞

12、连杆组,气环切口形状 直切口 斜切口 搭切口 封闭切口,二、活塞环,第三节活塞连杆组,气环断面形状 a)矩形环 b)微锥面环 c)正扭曲环 d)反扭曲环,e）梯形环 f)桶面环 g)桶间梯形环 h)开槽环 i)、j)顶岸环,二、活塞环,第三节活塞连杆组,矩形环泵机油,二、活塞环,第三节活塞连杆组,扭曲环扭转原理,梯形环工作示意图,在热负荷较高的柴油机上 多用于第一道环,正扭曲环 反扭曲环,二、活塞环,第三节活塞连杆组,顶岸环 断面为“L”形,桶面环 普遍应用于强化发动机的第一道环 如玉柴YC6105QC 柴油机的第一环,二、活塞环,第三节活塞连杆组,油环 功用: 刮掉缸壁上多余的润滑油，使缸壁

13、上的润滑油均匀分布，并辅助气环密封。,类型 整体式油环： 在油环内安装弹簧内衬环的结构 钢片组合环,二、活塞环,第三节活塞连杆组,油环,油环的控油原理,三、活塞销,第三节活塞连杆组,功用： 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。 材料： 一般为低碳钢或者低合金钢，如20、20Mn、15Cr、20Cr或20MnV等，外表面进行渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。 高负荷发动机活塞销一般采用渗氮材料制造。 活塞销的结构,圆柱形 组合形 两段截锥形,三、活塞销,第三节活塞连杆组,活塞销与销座、连杆小头的连接方式,全浮式： 半浮式：,四、连杆,第三节活塞连杆组,功用： 将活塞承受的气体作

14、用力传给曲轴，把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,材料 连杆一般采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成 也有少数采用球墨铸铁制成 为提高疲劳强度，连杆常进行表面喷丸处理， 然后经机械加工和热处理。 常用优质45钢，如上海桑塔纳轿车发动机的连杆； 强化柴油机则采用40Cr等合金钢以及40MnB、40MnVB等硼钢，如富康轿车发动机的连杆； 对于小型发动机连杆一般采用高强度铝合金制造。,四、连杆,第三节活塞连杆组,由小头、杆身、大头三部分组成,四、连杆,第三节活塞连杆组,连杆小头通过活塞销与活塞相连接，起着传力的作用，同时相对于活塞销作往复摆动。 小头孔内以一定的过盈量压入减摩青铜衬套或钢背加青铜镀

15、层的双金属衬套。 在小头和衬套上加工有集油孔或集油槽，用来收集通过曲轴飞溅上来的润滑油以润滑活塞销和连杆衬套，称为飞溅润滑。 连杆杆身通常做成“工”字形断面,四、连杆,第三节活塞连杆组,有的连杆杆身上加工有喷油孔,连杆大头一般做成剖分形式，被分开的部分称为连杆盖，通过特制的连杆螺栓紧固在连杆大头上。 连杆盖和连杆大头在加工时都是配对加工，在同一侧刻有配对记号。 大头孔内表面安装连杆轴瓦，同时铣有连杆轴瓦定位凹坑。,四、连杆,第三节活塞连杆组,连杆大头的部分可分为平剖和斜剖两种形式,a)锯齿定位 b)套筒定位 c)定位销定位 d)止口定位,斜剖连杆及其定位方式,四、连杆,第三节活塞连杆组,V形发

16、动机的气缸排列,a)并列式连杆 b)主副连杆 c)叉形连杆,连杆轴瓦 是在厚13mm的薄钢背的 内圆面上浇铸0.30.7mm厚 的减摩合金层4而成， 减摩合金层有保持油膜 、减小摩擦阻力和加速磨合,第四节曲轴飞轮组,组成 曲轴 飞轮,动画演示,第四节曲轴飞轮组,功用: 将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩，再通过飞轮、离合器和汽车传动系统来驱动汽车行驶；同时驱动发动机的辅助装置（配气机构凸轮轴、发电机、水泵、风扇、机油泵、汽油泵等）工作。 材料： 45、40Cr、35Mn2、50MnB等优质中碳钢或合金钢锻造而成。高强度的球墨铸铁来铸造。,一、曲轴,第四节曲轴飞轮组,分类,一、曲轴

17、,整体式曲轴 组合式曲轴,前端轴1（或称自由端）、主轴颈3、连杆轴颈2、曲柄4、平衡重5和后凸缘6（或称功率输出端）等组成,第四节曲轴飞轮组,前端轴 安装驱动配气凸轮轴的正时齿轮4（或者链轮、同步带轮），驱动风扇和水泵的带轮7，甩油盘5、橡胶油封6、推力轴承环1、2以及止推片3等,一、曲轴,第四节曲轴飞轮组,主轴颈 曲轴的支承部分。 全支承曲轴: 主轴颈数总是比连杆轴颈数多一个 非全支承曲轴: 非全支承曲轴主轴颈数目等于或少于连杆轴颈数,一、曲轴,第四节曲轴飞轮组,曲柄是连接主轴颈和连杆轴颈的部分 曲柄的形状,一、曲轴,第四节曲轴飞轮组,平衡重 功用:平衡发动机不平衡的旋转惯性力及其力矩，有时

18、也用来平衡一部分往复惯性力，使发动机运转平稳。,一、曲轴,平衡重形状及安装方法,第四节曲轴飞轮组,曲轴后端 安装飞轮用的凸缘,一、曲轴,第四节曲轴飞轮组,轴向定位装置,一、曲轴,半圆止推片 止推环 翻边轴瓦 轴向推力滚珠轴承,曲轴上只能有一处轴向定位,第四节曲轴飞轮组,做功顺序是指多缸发动机各缸交替做功的次序 曲轴的形状和曲拐之间的相对位置取决于发动机的缸数、气缸排列方式和做功顺序。 在确定多缸发动机的做功顺序应遵循原则：,一、曲轴,1）连续做功的两缸相距应尽可能的远。 2）三缸以上发动机的做功间隔角应力求均匀。 发火间隔角为720/i 3）V形发动机左右两列气缸应交替做功。 4）曲拐布置应尽

19、可能对称、均衡。,第四节曲轴飞轮组,发动机的曲拐布置,一、曲轴,动画演示,第四节曲轴飞轮组,一、曲轴,表2-1 四冲程多缸发动机的发火间隔角和发火顺序,四冲程多缸发动机的发火间隔角和发火顺序,第四节曲轴飞轮组,一、曲轴,四冲程直列五缸发动机工作循环表,表2-2 四冲程直列五缸发动机工作循环表（发火顺序1-2-4-5-3）,动画演示,第四节曲轴飞轮组,一、曲轴,四冲程V形六缸（V6）发动机工作循环表 （发火顺序143625）,第四节曲轴飞轮组,主轴承（俗称大瓦）的基本结构与连杆轴承相同。 不同之处在于主轴承一般开有周向油槽和主油孔， 在拆装时，使用过的主轴承不能互换。 主轴承盖与主轴承座实行配对加工，为了防止装配错误，在主轴承盖上标有记号,二、主轴承和主轴承盖,第四节曲轴飞轮组,为了消除或降低曲轴的扭转振动，一般安装在曲轴前端 橡胶扭转减振器 硅油扭转减振器 硅油橡胶扭转减振器,三、扭转减振器,第四节曲轴飞轮组,三、扭转减振器,原国产红旗牌轿车8V100型发动机上装用的橡胶摩擦式扭转减振器 带轮与扭转减振器的组合件，类似的结构用于东风EQ6100-1和玉柴YC6105QC等型发动机,第四节曲轴飞轮组,硅油及硅油橡胶扭转减振器,三、扭转减振器,第四节曲轴飞轮组,功用: 存储做功行程的能量,保证发动机运转平稳；