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1、第二章曲柄连杆机构,概述机体组活塞连杆组曲轴飞轮组,2.1 概述,一、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,2.2 机体组,机体组组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,一、气缸体：,1、气缸体:,2、气缸体的分类：,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）根据冷却方式不同,A、水冷B、风冷,（3）根据气缸的排列方式,结构
2、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，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。,高度小，总体布置方便,对置气缸式发动机,（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体,A、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。B、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,（5）干式和湿式：,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。,性能如何？,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。工作条件：因接触高温燃气，所以承受的热负荷很大。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。,气缸垫,
3、气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,燃烧室,气缸垫,A、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。B、材料：有弹性、耐热性、耐压性C、安装时注意方向:对于铸铁缸盖把光滑一面朝向缸体；对于铸铝缸盖则把卷边的一面朝向缸体。一般标Top一面朝上。,三、油底壳：,1、概念：气缸体下部用来安装曲轴的部分。2、作用：贮存机油并封闭曲轴箱。3、材料：薄钢板冲压,桑塔纳发动机油底壳,四、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,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,一、活塞：
4、1、功用：承受气体压力并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转；此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。2、工作环境：活塞顶部直接与高温燃气相接触，活塞受周期性变化的气体压力和惯性力的作用且散热及润滑条件差。3、要求：（1）足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要求有较大的强度，以免活塞被击碎。（2）较小的质量，以保持较小的惯性力。（3）耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。（4）良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙。（5）活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。4、材料：铝合金、灰铸铁。,4、材料：（1）铝硅合金：质量小 导热性好；（2）灰铸铁5、结构：分为活塞顶部、头部和裙部三部分。,（1）活塞顶部:
5、是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。活塞顶分类,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。,（2）活塞头部：由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,1、承受气体作用力，并通过活塞销传给连杆。2、安装活塞环，并与活塞环共同起密封作用。3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用：,活塞销孔,活塞头部一般做得较厚，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。有的发动机活塞在第
6、一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽。,为了保护和加强活塞环槽可在铝合金活塞环槽部位铸入由耐热合金钢制造的环槽护圈。,（3）活塞裙部：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，防止破坏油膜。,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，制造活塞时通常采取下列措施：A、沿活塞裙部高度方向上制成近似的圆锥形。B、将活塞裙部制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于销座孔轴线的方向上。C、活塞裙部开绝热槽和膨胀槽。D、采用双金属活塞。其他保护措施：在活塞裙部表面涂以保护层，可以改善铝合金活塞的磨合性：主要有铅保护层、锡保护层、石墨保护层、
7、磷化保护层等。,变形：受热后裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆形。防止措施：必须预先在冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。具体的方法：头部加工成阶梯形、截锥形；裙部加工成截锥形。加工“T”、“”膨胀槽、隔热槽；双金属活塞。,活塞裙部的椭圆变形,活塞头部形状及锥形裙部,1、气体作用力 在每个工作循环中，气体压力始终存在并不断变化。这里主要研究作功和压缩行程中气体作用力。作功行程：气体压力是推动活塞向下运动的力。如图2-2 a 所示。,活塞受力分析,压缩行程,压缩行程：气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。图b,结论：在工作循环的任何行程中，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而
8、变化的。沿气缸方向上个处的磨损是不均匀的；同样，气缸壁沿圆周方向的磨损也是不均匀的。,2、往复惯性力与离心力 1）、往复惯性力 指活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动所产生的惯性力。其大小：与机件的质量及加速度成正比；其方向：总是与加速度的方向相反。规律：当活塞向下运动时，前半程是加速运动，惯性力向上图a；后半程是减速运动，惯性力向下图b。,图2-3a,图2-3b,同理，活塞向上做压缩运动时，前半程是加速运动，惯性力向下；后半程是减速运动，惯性力向上。,活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但有些高速发动机将活塞销座中心线向在做功行程承受侧压力的一面偏移1-2。,作业,2-2气缸体
9、按结构可分为哪几种？各有何特点？防止活塞工作时变形的影响，在活塞结构上采取了哪些措施？,（二）活塞环 1、类型：气环、油环。2、功用：气环：密封、导热；油环：刮油、布油和辅助密封。3、工作条件：高温、高压、高速以及润滑困难。4、材料：灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。目前汽车上广泛应用合金铸铁。对活塞环材料的要求：好的耐磨性、耐热性、磨合性、导热性；高的强度、冲击韧性和足够的弹性。,5、活塞环的间隙：为了保证气缸的密封性，又防止环卡死或胀死在环槽中，按照时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。端隙：1 一般为：0.25-0.50 mm 侧隙：2 一般为：第一环：0.04-0.10 mm；其他环：0.03-
10、0.07mm；油环：0.025-0.07mm。背隙：3 一般为：0.5-1 mm。其作用：增大存油间隙，以利于减压泄油。,6、气环的密封原理：第一密封面：活塞环因弹力而压紧在气缸壁上，形成第一密封面。第二密封面：活塞环在燃气压力作用下，压紧在环槽的下端面上，形成第二密封面。第一密封面的第二次密封：燃气绕流到环的背面，并引发膨胀，使环更紧地贴在气缸壁上，形成第一密封面的第二次密封。,气环的密封原理,6、气环的切口形状：气环的切口间隙过大，则漏气严重，使发动机功率减小；气环的切口间隙过小，活塞环受热膨胀后就可能卡死或折断。a）、直角口；b）、阶梯形；c）、斜口；d）、带防转销钉槽,7、气环断面形状
11、：a）、矩形环；b、）锥面环；c）、正扭曲内切环；d）、反扭曲内切环；e）、梯形环；f）、桶形环,扭曲环密封性、磨合性好，结构复杂扭曲原理：外层拉应力，内层压应力，由于截面不对称，产生一力偶，使环发生扭曲安装:内上，外下,气环的泵油作用,气环的泵油作用演示,气环断面形状：,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,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。,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。,活塞销的连接方式,连杆,活塞销,全浮式,半浮式,全浮式：在正常工作状态下，活塞销与连杆小头衬套孔、与活塞销座
12、孔均有间隙；半浮式：在正常工作状态下，活塞销与连杆小头衬套孔无间隙，仅与活塞销座孔有间隙；,活塞销的偏置,使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。,（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。材料：中碳钢、中碳合金钢。结构、组成：小头、杆身、大头,连杆组件分解图,连杆小头和衬套上加工有集聚飞溅机油的油槽或油孔，对衬套和活塞销润滑。有的连杆小头采用压力润滑，连杆杆身内加工有油道，通过连杆轴承把机油输往连杆小头。个别柴油机，还用来冷却活塞顶。,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉式,连杆轴瓦,定位凸
13、键,油槽润滑,减磨合金层,连杆轴承：结构：钢背和减摩层组成的分开式薄壁轴承。要求：足够的疲劳强度、良好的抗咬性、顺应性、嵌藏性，足够的结合强度和良好的耐磨性。材料：白合金、铜铅合金和铝基合金。锁止：在轴承的剖分面上，分别冲压出高于钢背的两个定位凸唇，装配时，这两个凸唇分别嵌入在连杆大头和连杆盖的相应的凹槽中。为保证连杆轴承孔的圆度和定位可靠，连杆盖安装时有方向性，不得随意安装。,连杆大头的连接形式,平分式,斜分式,2.4 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,飞轮螺栓,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
14、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、材料：优质中碳钢、中碳合金钢、球墨铸铁。,图,曲轴平衡重作用示意图，图2-51；,装配式平衡曲轴，图2-52；,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,曲轴的分类：整体式和组合式。,曲轴的支承方式：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,曲轴前端的结构，图2-39；,1,2滑动轴承3止推垫片；4正时齿轮；5甩油盘；6油封；7皮带轮；8起动爪；
15、,回油螺纹多为矩形或梯形，均为右旋螺纹，其密封原理如图；,三、曲拐的布置,（1）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。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。,（2）常见曲轴曲拐的布置,1）四冲程四缸发动机曲拐布置1-2-4-3或1-3-4-2,2）四冲程四缸发动机点火顺序,点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置,四冲程六缸发动机点火顺序,NEXT,四、曲轴扭转减振器,（一）扭转振动自由扭转振动强迫扭转振动,共振,功率损失
16、、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声等,临界转速：发生共振时的转速,（二）扭转减振器,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。,当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。,橡胶摩擦式扭转减振器,四、飞轮 1、功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。2、材料：灰铸铁 3、安装：飞轮上通常刻有第一缸发火正时记号，以便校准发火时间。须动平衡。,飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量,齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。,一缸上止点记号,返回,返回,汽车发动机发火正时记号,作 业,2-3；什么是全浮式、半浮式活塞销？画出直列四缸机工作循环表。,
