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1、第二章 曲柄连杆机构,第一节 概述 一、功用与组成 1、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。,1、功用：实现内燃机的工作循环，完成能量的转换（化学能热能压力能机械能），并以曲轴旋转的形式（曲轴具有一定的转速以及扭矩）向外输出动力。,2、组成：（1）机体组 主要包括汽缸体、曲轴箱、油底壳、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等不动件；（2）活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件；（3）曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器、平衡轴等机构。,3、主要运动零件的基本运动形式：（1）活塞：往复直线运动，还有摆动和颤动
2、等；（2）曲轴：旋转运动，还有振动等；（3）连杆：平面运动，即平动转动，将活塞的往复直线运动与曲轴的旋转运动进行相互转换。,二、工作条件及基本要求 1、工作条件：在高温、高压、高速以及有化学腐蚀的条件下工作.,2、基本要求：（1）具有足够的强度和刚度，良好的耐磨、耐热、耐腐蚀和抗氧化等性能。（2）为了减轻柴油机质量和减少运动件的惯性力，其结构应紧凑合理。（3）为了保证运动零件的正常运转、减少功率消耗、延长其使用寿命，要合理选材，并应具有一定的加工精度、装配精度与良好的润滑。,三、受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气体压力、往复惯性力、旋转运动件的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力。,1、膨胀
3、冲程：,(一)气体压力,Fp为活塞顶所承受的气体作用力，将其假设为一作用在活塞销上的集中力，S为活塞顶面积，p为气体压力。,(2)连杆：,式中为连杆摆动角。,（3）活塞侧壁及汽缸壁：产生侧压力,作用结果：侧压力可引起活塞的摆动及活塞侧面与汽缸壁的摩擦与磨损。,（4）曲轴与轴承：气体压力沿连杆传到连杆轴径处，使此处受压，又可分解为法向力R和切向力S。,2、压缩冲程,膨胀冲程,压缩冲程,（1）作用力小；（2）侧压力方向与膨胀冲程相反；（3）切向力S为阻力。,特点：,结论：气体压力使汽缸盖承受向上的推力，活塞顶承受向下的推力、活塞侧面与汽缸壁间有侧压力，活塞销、连杆杆身、连杆轴颈及曲轴主轴颈等处均受
4、压力，曲轴还承受弯曲力矩和扭转力矩。由于气体压力和连杆下端摆角的大小都是周期性变化的，所以上述承受压力的配合表面磨损是不均匀的。,由于曲柄连杆机构运动速度的大小和方向都是不断变化的，所以要产生惯性力。为了分析方便，将惯性力简化为往复惯性力和离心惯性力。1、往复惯性力：是指活塞组件和连杆小头在汽缸内作往复运动所产生的惯性力，用Pj表示。其大小与机件的质量及加速度成正比，其方向总与加速度的方向相反。,(二)往复惯性力和离心力,活塞在汽缸内从上止点向下止点运动时速度由零开始作加速运动，至接近中部时速度最大，这一段惯性力向上，然后作减速运动，则惯性力Pj变为向下，至下止点时速度减为零。活塞从下止点向上
5、运动时，前半冲程作加速运动、惯性力向下，后半冲程作减速运动、惯性力向上。,离心惯性力给主轴颈及主轴承以附加力。连杆下端质量的离心力还给连杆轴颈和连杆轴承以附加力，而加速了这些部位的磨损。另外，离心力也可引起柴油机的振动。,3、结论：（1）在曲轴旋转一周中，其离心惯性力的水平分力的作用方向改变一次；（2）在曲轴旋转一周中，其离心惯性力的垂直分力的作用方向也改变一次，且与往复惯性力的作用方向一致，两者叠加，更进一步加剧了发动机的上下振动。,由上述可知，柴油机的振动并不是主要由汽缸内燃烧气体的爆炸压力引起的，而主要是未加平衡的往复惯性力和离心力所致。柴油机高速运转时后两者迭加在一起可引起柴油机剧烈地
6、振动。为此柴油机在结构上采取了各种平衡措施(如附加的平衡轴和平衡重等)，维修时切勿破坏其装配位置。,1、曲轴旋转不平稳的原因：,四、内燃机运转平稳性,2、提高平稳性的措施：（1）在曲轴的后端装置一个飞轮；,（2）采用多缸发动机，合理安排其作功顺序；各缸着火间隔角应相等，保证运转平稳性；曲轴的形状和曲拐的布置，取决于缸数、气缸排列方式和发火次序。在布置多缸发动机的发火次序时，为减轻主轴承载荷和避免进气重叠现象发生，应使连续作功的两缸相距尽可能远些。,1）四缸机曲轴的曲拐布置和工作顺序：四缸机作功行程间隔角应为720/4180。其曲轴将4个曲拐布置在同一平面内，且前后对称，即1、4缸曲拐在曲轴轴线
7、的同一侧，2、3缸曲拐在曲轴轴线的另一侧。发动机的各缸工作次序有两种：1342 1或1243 1。我国的四缸发动机都按1342次序作功。,2）六缸机曲轴的曲拐布置和工作顺序：六缸机的作功间隔角应为7206=120。其曲轴的6个曲拐分别布置在夹角为120 的三个平面内，前后对称，其中1、6缸，2、5缸和3、4缸曲拐分别在曲轴轴线的同一侧共平面。各缸作功次序为153 62 4 1，或为1 4 2635 1。,2、惯性力的平衡：由于惯性力作用，会产生附加载荷，引起机体振动，影响发动机的可靠性及使用寿命，因此要考虑平衡措施。单缸机由于自身平衡性能最差，所以通常采用较为复杂的平衡轴机构进行平衡；两缸机和
8、三缸机虽然平衡性能稍好，但是，也必须采取平衡措施，以达到平衡惯性力矩，一种是在曲轴上设置平衡重块；书22页四缸机和六缸机的自身平衡性最好，可以不采取平衡措施。但是为了消减曲轴局部上的附加弯矩作用，有些发动机的曲轴上也设置平衡重块。,机体组主要由汽缸体、曲轴箱、油底壳、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等组成。,第二节 机体组,一、汽缸体（一）结构型式与功用 1、结构型式,汽缸体是汽缸的壳体，曲轴箱是支撑曲轴作旋转运动的壳体，二者组成了柴油机的机体。其结构型式有整体式和分体式两种。整体式结构是将汽缸体与上曲轴箱铸成一体，仍统称为汽缸体，通常用于水冷式柴油机。分体式结构是将汽缸体与曲轴箱分开铸造再用螺栓连接起
9、来。多用于风冷式柴油机。,汽缸体是汽缸的壳体，由此形成容纳活塞并引导活塞作往复运动的汽缸。整体式汽缸体或分体式的曲轴箱是组装柴油机的基础件，并由它来保持柴油机各运动件相互之间的位置关系。,2、功用,(二)工作条件1、承受有较大的机械负荷；2、承受较复杂的热负荷燃烧气体给予汽缸壁的热量，主要通过汽缸体来散失。,(三)要求1、具有足够的强度、刚度；2、良好的耐热性、耐磨性和耐蚀性；3、冷却散热效果好；4、结构紧凑，重量轻5、具有必要的加工精度及粗糙度等。,(四)材料 一般用灰铸铁，风冷式发动机为保证刚度和强度的同时，又能提高其散热效果，多制成双金属缸体，即在铸铁或钢的汽缸套外面渗铝后再铸上铝合金散
10、热片。,1、保证汽缸体刚度、强度的结构措施（1）对多缸水冷式发动机，其缸体采用整体铸造。（2）相邻两气缸之间设有隔板和加强筋。,（五）汽缸体结构分析,3、采用龙门式或隧道式主轴承座孔的结构。,（1）水冷：冷却介质为水，水冷式发动机汽缸体的中空夹层形成水套，储存冷却水，通过水的循环流动，带走一部分热量，以增加散热面积。,2、汽缸体的冷却散热,（2）风冷：冷却介质为空气，风冷式发动机汽缸体与曲轴箱分开铸造，而且汽缸体与汽缸盖外表面铸有铝质散热片，以增加散热面积。,在汽缸体内设置油道，利用润滑油来减轻磨损，设置油道的方法有：钻孔、铸入油管、安装油管。,3、汽缸体的润滑,为减轻汽缸壁的磨损，在汽缸壁上留有与汽缸母线成60度67度的绗磨或滚碾纹路，以便储存润滑油。,4、防止汽缸壁磨损,5、为保证运动零件的运动正常，汽缸体在加工时应保证一定的加工精度。,
