机体零件与曲柄连杆机构.ppt

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1、第三章 机体零件与曲柄连杆机构,第一节 机体零件第二节 曲柄连杆结构第三节 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡重点：曲柄连杆机构的功用与结构难点：曲柄连杆机构的受力分析,18大精神：2013年教育部高教方面重点工作：落实4%拨款，西部倾斜、农村倾斜，研究生创新教育（我校的CDIO与人事分配制度改革）两会焦点：房价、反腐、反铺张浪费、环境、机构改革思考：创新包括哪些方面的内容？本课“三强”的要求对我们提出特殊要求：能够识别各种图形（block、stereo、structure、schematic、parts、assembly、principle;drawing、diagram、chart等）草绘、图

2、解、图表加强与实践的结合：体会，“孵化基地”，双元教育充分发挥空间想象能力，以直觉思维为主，以逻辑思维为辅，逐步过度、升华的顿悟思维回忆：金属材料有关机械性能：弹性变形，塑性变形，机械组成相关名词：零件，机构，总成,3-1 机体零件,汽缸体，汽缸筒，汽缸盖，汽缸垫，缸盖螺栓。一、汽缸体（链接动画）1、功用：整个内燃机的骨架（支撑、承载、安 装、固定、通路）2、受力：多达十余种力的作用,机体零件,3、实物图片,立体结构,三维造型,4、结构材料：5、型式（1）、按具体结构形式分：1）一般式（无裙式）气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上。其优点是制造方便，质量轻，高度低，但刚度低，适用于汽油机

3、。,2）龙门式气缸体：气缸体下表面移至曲轴轴线以下。其优点是刚度和强度较好，但工艺性较差，适用于柴油机和强化汽油机。,3）隧道式气缸体：气缸体上有完整的主轴承座孔。其优点是刚度最好，主轴承座孔不易变形，便于安装滚动主轴承支承的组合曲轴，各缸主轴承孔同轴度易保证，制造方便，但质量大，高度高。,（2）、按冷却方式分：1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套2）风冷式：气缸体外铸有散热片,（3）、按镶缸套方式分为两种：1）干式缸套：不直接与冷却水接触，薄壁（1-3mm），过盈压配在气缸体内孔中。其优点是：密封性好，气缸体刚性好，不易变形。缺点是：a、制造成本增加：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚

4、性差，加工装夹时易变形。b、热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。c、气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。d：缸心距（气缸间的中心距）增加，曲轴易弯曲变形：水套封闭。,2）湿式缸套：气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接触，壁厚（5-9mm），缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下端带1-3道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。,湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05-0.15 mm，这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更

5、紧，以密封燃气。湿式缸套优点是：气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短，曲轴不易弯曲。湿式缸套缺点是：气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆。,（4）、按气缸排列形式分（见“发动机的类型”）：1）、直立（立式）2）、平卧（卧式）3）、V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）4）、水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）,6、要求：（1）、足够的刚度（2）、足够的强度（3）、上下平面有足够的平面度（4）、质量尽量小（5）、有防冻措施（6）、便于其它零部件的安装、调整、保养（7）、通道设计合理,二、汽缸套1、功用2、要求3、材料4、类型

6、,铸铁高磷铸铁钒钛铸铁多合金铸铁含硼铸铁钢合金钢陶瓷功能梯度材料等,（链接动画）,三、汽缸盖（链接动画）1、功用：2、要求：刚度、强度、下平面、耐热性、冷却效果 3、材料：与机体一致 4、结构形式：（1）按是否可拆分(多缸发动机用)分为 a、单体气缸盖(亦称组合式)：每缸一盖，或两缸一盖,刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。b、整体气缸盖(亦称单体式)：只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，维修成本增加。（现代发动机大部分采用）,单体式（两缸一盖）,整体式,（2）按所用燃料分 a、汽油机气缸盖：1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔 2）进、排气

7、道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道在气缸盖的两侧 3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。b、柴油机气缸盖：1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响充气效率，降低发动机功率）3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。,（3）按冷却方式分：a、水冷：内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上 部出水口通过节温器与散热器入水口相通。b、风冷：外铸散热片，平行于来流方向。,水冷型缸盖,5、缸盖的拆装注意

8、事项（1）、拆卸：冷车，自外向内，对称，交叉，2-3次放松，防止损坏螺栓、缸垫、螺孔,发动机正时带端,表显扭力扳手,表显扭力扳手,数显扭力扳手,（2）、安装紧固：对称，交叉（交替），自内向外，分2-3次，用专用扭力扳手，按规定扭矩拧紧。必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。思考

9、：查阅捷达、奥迪某发动机的上紧扭力；若无据可查时怎么办？,四、汽缸垫（链接录像）1、功用：弥补不平度，防漏 2、型式：（1）、铜皮石棉铜皮（常用）（2）、实心弹性金属片（用于强化）（3）、丝网石棉（少用，逐步淘汰）3、“呲垫儿”：4、汽缸垫的安装注意正反面：一般，记号冲盖；光面朝汽缸体,五、油底壳（链接录像）1、作用：储存机油并密封曲轴箱。2、要求：（1）结合面平整，密封性好（2）刚性好，避免振动、机械噪声过大（3）散热性好 3、材料与结构：一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。油底壳形状决定于发动机的总体布置和

10、机油容量，后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油；油底壳内还设有挡油隔板，避免油面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅；油底壳底部装有磁性放油塞，以便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。,五大部分的拆分,3-2 曲柄连杆结构,导入二起脚，火箭，试管飞塞，火枪，四杆机构，曲柄连杆机构,一、功用（链接录像）1、作功冲程中2、其它冲程时,二、基本构成1、活塞组2、连杆组3、曲轴飞轮组,三、活塞组：1、活塞（链接录像）（1）、功用：1）、构成燃烧室；活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差

11、，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达35MPa，柴油机高达69MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(812m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。.2）、传递动力。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,（2）、要求：、活塞质量小：往复惯性力小；.、热膨胀系数小：冷态装配 间隙小，减轻敲 缸现象

12、；.、导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易 积碳，活塞顶不易热裂；、耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；.、耐高温：高温时机械强度不会下降太多；、足够的刚度和强度：a、销座不会产生过大的弯曲变形；.b、活塞顶不会压碎。.,（3）、材料与工艺：1）、材料：a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；.（质量小，导热性好，适用于一般发动机）.b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺栓连接。.刚度好，高温强度高；热膨胀系数低，配缸间隙小；耐磨（环槽）；质量居中。仅适用于极少数大功率 强化柴油机 2）、工艺：a、铸造：质量大，加工工序多；.b、锻造：居中；.c、模锻（链接录像）：质量小，加工少。.,（4）、结

13、构1）基本结构：由顶部、头部、裙部、销座部组成a、顶部：组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。.,平顶：吸热面积小，制造工艺简单（四冲程汽油机）.,凸顶：刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工（二冲程汽油机，凸顶有利于扫气）.,凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，如形、双型、U型、花瓣型、四角形燃烧室。但有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车AJR发动机的活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。,成型顶活塞：用于与特殊喷油器配合，以获得良好的喷油和雾化质量,b、头部：油环槽以上部分。其主要作用是：、承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活

14、塞销座）；、与活塞环一起实现气缸的密封；、将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。其主要结构特点是：、活塞内腔呈流线型，由油环到活塞顶的最小厚度 逐渐扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平均分摊给各道活塞环，避免第一道活塞环过热；.,有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；.热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜机油。.四冲程汽油机一般2-3道气环槽，1道油环槽，

15、最低一道油环槽内钻有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经过这些小孔流回油底壳。,c、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。其主要作用是活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过短，否则活塞运动时摆头）；承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面积）。.发动机工作时活塞裙部的变形机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲变形，裙部挤压变形；热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。,机械变形,热变形,结论：机械变形和热变形均使得裙部断面变成长轴沿活塞销方向的椭圆。,裙部的结构特点椭圆度：活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意椭圆度不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大易拉伤气缸壁；

16、.,圆台度：沿高度方向呈上小下大的圆锥形：,开切槽：裙部次推力面侧开“T”形槽或“”形槽：次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；,横槽称为隔热槽竖槽叫做膨胀槽,销座附近凹陷0.51.0mm：减少此处金属堆积，以减少热变形；.,双金属活塞：销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片（含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量），牵制此处热变形,双金属活塞剖视图,拖板式裙部：活塞销座下方挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹性

17、，补偿热变形。（有些活塞为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一部分，以减小惯性力，减小销座附近的热变形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，适用于高速发动机）。,d、销座部：功用，结构特点同裙部，用活塞销卡簧圈槽 活塞结构设计中需考虑的几个问题、冷敲缸现象冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的机械变形和热变形时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。.由于冷态装配间隙的存在，.活塞工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的次推力面侧贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸壁的一侧），时

18、而是活塞的主推力面侧贴紧气缸壁（作功行程时贴紧气缸壁的一侧），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。,减轻冷态敲缸现象的主要结构措施 偏向主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽油机。.,活塞改进结构措施，制成反椭圆裙部断面，牵制裙部工作时的热变形，从而在保证活塞工作时不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙，减轻发动机冷车敲缸现象。,若偏向弄反，则会出现（链接动画）,、活塞的散热途径（散热方式）a顶部吸收的热量62-67%由活塞环传给汽缸盖，由汽缸套传给冷却水。b14%由活塞

19、裙部传给缸套。c其余部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的润滑油和气体。,改善措施a.圆弧过渡：非冷却整体铝活塞的头部热流密度很大，为降低活塞头部和环槽温度，加大散热面积，保证热流密度大致相等，顶底内壁和侧壁相连接部分多用大圆弧过渡，同时减少了应力集中。（见动画演示）,b.隔热槽：整体铝活塞第一环槽因温度高，材料硬度下降较多，及润滑条件差，环槽磨损严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因素。为了改善这种情况，某些柴油机活塞在第一道环槽上方车隔热槽，改变顶部热流方向，将部分原来由第一道环散走的热量分散到第二、三道环散走。,、特殊活塞简介油冷活塞 a、蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形铜管或钢管铸入活塞本体

20、，使冷却油流经蛇型管，在润滑油压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果，也有铸成后再用酸蚀掉铜管。,蛇型油管冷却活塞,b、冷却油腔活塞：活塞头内部设置冷却油腔，冷却油不充满整个油腔，一般只充30-50%，由于活塞往复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却效果较好。,冷却油腔活塞,组合油冷活塞 a、用耐热材料制成活塞头部 b、用铝合金或铸铁制造活塞裙部 c、然后将二者用螺栓连接起来，之间充流动的 润滑油、活塞表面特殊处理 a、顶部淬火，氮化处理 b、顶部喷涂陶瓷、阳极氧化 c、环槽部镀铬或氮化处理 d、裙部喷涂石墨或镀锡,、活塞顶部记号 a、前后记

21、号-确定安装方位，一般冲向曲轴前端 b、尺寸代码-表明活塞尺寸系列及标准级差，以便 维修选配 c、销孔代码-配套活塞销的选配、思考：a、活塞销为何偏置？偏向何处？b、活塞与缸套之间如何密封？c、是否知道合金铸铁活塞？什么情况下使用？d、普通活塞制造出厂后冷态下大致应该是什么 形状？正常工作时的热态下又应该是什么形 状？,2、活塞环（链接录像）（1）、类型和功用：、气环：1）、密封（防止燃气漏入曲轴箱）是主要作用，是传热作用的前提。2）、传热（将活塞头部吸收的70%80%的热量传导给气缸壁）。一般高速机有2-3道气环，中速机有3-4道气环，低速机有5-6道气环，油环一般是1-2道。目前的趋向是减

22、少环数，强化第一道环。因此柴油机所消耗的摩擦功中约有50%是活塞环和活塞裙与缸套间的摩擦引起的。,、油环：1）、润滑（气缸壁上铺油膜）；2）、刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；3）、辅助密封。油环一般是1-2道，位置一般下置。,（2）、工作特点：1）、高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；2）、交变的弯曲应力，（气缸壁沿高度方向有加工锥 度，环有开口）（3）、要求：足够的弹性、冲击韧性、耐磨性、耐热性、储油性、导热性和良好的加工性（4）、材料：1）、一般用合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素），少数高速强化柴油机用钢 片环（以提高弹力和冲击韧性）；.2）、第1道气环的工作表

23、面一般都镀上多孔性铬（硬度 高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）；.3）、其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活 塞）（以改善磨合性能）。,（5）、活塞环的密封机理：,注意：第一道气环的初始弹力F1要求最小，随后的几道气环的初始弹力F1大小要求依次递增。,（6）、气环的结构类型极其特点：1）、按切口（开口）形状分：、直角切口：工艺性好，密封效果差、阶梯切口：密封好，工艺性差、斜切口：介于中间，但套装时尖角易折断、带防转销钉槽切口：方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。,2）、按气环的断面形状分：、矩形环：工艺最简单，导热性好，但存在“泵油”现象。.矩形环的“泵油作用”原理解释在进气行程中，

24、由于环与缸壁的摩擦阻力以及环本身的惯性，环将靠紧环槽的上侧平面，缸壁上的机油就被刮入下边隙与背隙内；.,在膨胀作功行程中，燃气压力的作用大于摩擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。.活塞上行时，在摩擦阻力、惯性、缸内气体压力的作用下，环将靠紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。结论：由于矩形环的“泵油”作用，气缸壁上的机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气管冒蓝烟。,、扭曲环：a、正扭曲环：内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属,b、反扭曲环：内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属,正,反,扭曲原理活塞环装入气缸后，其外侧气缸

25、壁的作用力F1与内侧环的弹力F2不在一条直线上，于是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油”现象。.,注意事项环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下。这样，活塞向上运动时，因“油楔”作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。扭曲环的优点a)、密封性、磨合性好（线接触）；b)、防止“泵油”现象（正确安装时）；c)、形成油楔，改善润滑；d)、提高刮油能力。扭曲环的缺点a)、扭转角不超过1，工艺性差；b)、不可装反，否则机油

26、消耗率成倍增加，环上有朝上 的记号,、锥面环：小锥角，不超过2，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有“泵油”现象。断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.51.5)，减小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。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的油楔作用，能在油膜上飘浮过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。.,、梯形环：断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难，精度要求高。其优点是侧压力方

27、向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一道气环。缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油”现象。,、桶面环：与气缸壁凸圆弧面接触。优点 a)、活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑 b)、避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面 c)、密封性改善缺点 a)、工艺性差（凸圆弧面难加工）；b)、仍有“泵油”现象。,（7）、油环的结构类型及特点：1）、油环的位置和要求 置于最后一道环槽，背隙内气体压力极低，因此，油环置于气缸内时，必须具有较大的初始弹力；油环的断面形状如图所示，均分布若干个中间泄油孔，设计重点在于提高与气缸壁的接触

28、比压，以提高刮油能力。,2）、油环分为两种类型、普通槽孔式油环（整体式油环）：合金铸铁，鼻形倒角 a为异向外倒角油环.b为同向外倒角油环.c为同向内倒角油环.d为鼻式油环.e为双鼻式油环.,、组合钢片式油环：接触比压大，刮油能力强，泄油 通路大，惯性质量小，但制造成本高下图中，1-上刮片 2-衬簧 3-下刮片 4-活塞,轴向衬环,下刮片,径向衬环,（8）、基本概念1）、泵油作用2）、活塞环端间隙（开口间隙）e3）、边间隙（侧间隙）s4）、背间隙（后间隙）b思考不装活塞环会怎样？无间隙活塞环是怎么回事？冒黑烟和活塞环有哪些关系？,3、活塞销（链接录像）（1）、作用：连接活塞和连杆小头，传递动力。

29、（2）、要求：1）、足够的刚度、强度和冲击韧性；.2）、表面耐磨 3）、质量小。（3）、材料与工艺：一般为低碳钢或低碳合金钢，半液态精锻后，经表面渗碳或渗氮热处理以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研磨。.,（4）、结构特点：三种轴剖面形状的无缝钢管 1）、等截面圆柱形：易加工，但质量大；2）、组合形：居中。3）、两段截锥式：接近等强度梁，但孔的加工较复杂质量小，但难加工；.,5）、活塞销的安装方式（链接录像）：1）、“全浮式”，即.在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢转动，以使活塞销表面的磨损比较均匀。用于工程车辆和大型汽车2）、“半浮式”，即.

30、连杆小头与活塞销过盈紧固连接，活塞销与活塞销座孔松动连接，多用于个别小汽车,思考“全浮式”连接活塞销轴向如何定位？活塞销座孔与活塞销热膨胀系数是否一致？安装时应怎样考虑？必须在活塞销座两端用卡环定位，防止活塞销轴向窜动。.由于铝合金活塞销座的热膨胀量大于钢活塞销，因此，在冷态装配时，活塞销与活塞销座孔为过渡配合，装配时，应先将铝合金活塞预热（7090C的水或油中加热），然后将销装入,四、连杆组,1、作用：传递动力，将活塞往复直线运动转变为曲轴的 旋转运动。.2、工作特点：复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等 交变载荷。.3、要求：在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。否则会引起：（1）大头

31、孔失圆：烧轴瓦，甚 至咬死；（2）杆身弯曲：偏磨，漏气，窜机油 4、材料与工艺：优质中碳钢或中碳合金钢经模锻或辊锻 而成（链接录像）。5、结构特点：（1）、连杆杆身通常做成“工”字形 断面，以求在刚度足够的前提下尽可能减少惯性质 量，有的杆身钻有润滑油道。,（2）、连杆大头：通常做成分开式的，以便于拆装活塞连杆组，被分开的部分叫连杆盖，两者之间用连杆螺栓连接。连杆与连杆盖之间有配对记号，拆装时应注意一致。.平切口分面与连杆杆身轴线垂直，汽油机多采用这种连杆。因为，一般汽油机连杆大头的横向尺寸都小于气缸直径，可以方便地通过气缸进行拆装，故常采用平切口连杆。斜切口分面与连杆杆身轴线成3060夹角。

32、柴油机多采用这种连杆。因为，柴油机压缩比大，受力较大，曲轴的连杆轴颈较粗，相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径，为了使连杆大头能通过气缸，便于拆装，一般都采用斜切口，最常见的是45夹角。,平切口,斜切口,（3）、连杆小头：其结构按润滑方式而不同 a.飞溅润滑：适用于大批量生产的小尺寸四冲程发动机。b.强制润滑：开油孔和油槽。适用于小批量生产的中低速柴油机 c.螺旋形布油槽：衬套内表面有螺旋形布油槽。连杆始终受压，不容易形成油膜。,（4）连杆小头衬套 在连杆小头与活塞销结合部，一般压入减磨的锡青铜衬套4，小头 顶部铸有工艺凸台，减重用；为改善磨损，小头孔中以一定的过盈量压入耐磨衬套，材料为锡青铜

33、或钢青铜铅合金。,（5）、连杆轴瓦：连杆大头孔内过盈压入上、下两半薄壁钢轴瓦（45号钢、优质碳素钢、铜铅合金、铜铝合金等锻造而成），在其内表面上（镀、涂、浇铸、溅射、沉积有0.30.7mm厚的减磨合金层，具有保持油膜、减少摩擦阻力和易于磨合的作用，主要有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。轴瓦背面制有定位凸肩，防止轴瓦转动；轴瓦内表面开有油槽用以储油和作垃圾槽用。,轴瓦是发动机用量最大的配件之一，轴瓦的工作稳定性及寿命直接影响到发动机的工作稳定性和工作效率。随着科技的快速发展，当前的轴瓦产品已不能满足重型卡车、坦克、舰船等高速、高承 载型发动机的使用要求，逐渐暴露出越来越多的问题。目前常用的轴瓦结

34、构形式为钢背减摩合金层，机械加工完毕后,在其内表面的基体上先电镀1-3m 厚的镍栅阻挡层，继之电镀15-30m 厚的铅锡铜(PbSnCu)三元合金减摩层，最后在全部表面上电镀1-2m 厚的锡(Sn)或铅锡(PbSn)合金防护层，这就形成了传统的三层轴瓦。,但是这种传统的三层轴瓦的缺点是软覆层耐磨性不足，而且覆层一旦被磨损，硬的镍栅层就会导致轴承很快失去应急运行 能力，因此新型轴承材料的研制成为了世界各国的研究重点。奥地利美巴滑动轴承公司(Miba Gleitlager AG)目前已成功研制了一系列的新型轴承材料，通过物理气相沉积设备生成第四代镍栅溅射式新型轴瓦这种材料具有极高的耐磨性和疲劳强度

35、,并具有极佳的摩擦学特性，它采用的关键技术是对轴瓦溅镀一层具有特殊组织结 构的超微晶粒结构材料,如AlSn20 等。这种采用新型材料涂层的轴瓦属于滑动轴承的第四代产品，目前只有德国，英国，奥地利等少数几个国家生产，而在我国尚属空白，因此价格非常昂贵（7-10欧元/片）。,耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金常采用的有巴氏合金，铜铝合金，高锡铝合金。连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。,锻造平拉开

36、油槽开倒角制定位突肩测量制备减磨层粗磨精磨,（5）、连杆螺栓：、工作要求：承受交变负荷，受力严重。优质合金钢锻造毛胚，一级精度细牙螺纹，滚压法加工，以提高其疲劳强度，外表面发蓝防锈。、常用材料：专用优质合金钢40Cr,35CrMoNi,30CrMoA等、预紧力：为保证轴瓦有一定过盈，并使大端与连杆盖间有足够的压紧力，用扭力扳手、规定扭矩、螺栓伸长量和锁紧螺母旋转过角度。、防松措施：必须有开口销、铅丝绑扎、轴端挡圈、自锁螺母。,（6）、连杆盖：、作用：连杆与连杆盖配对加工，加工后，在它们同一侧打上配对记号，安装时不得互相调换或变更方向。为此，在结构上采取了定位措施。、定位措施：a、连杆螺栓的圆柱

37、面定位 b、定位销,c、定位套筒 d、定位凸肩（止口定位）e、锯齿形结合面定位 d、e多用于斜切口连杆大端，避免螺栓受剪切力,6、V型发动机的连杆类型（1）并列连杆：左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，连杆可以通用，两缸活塞连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度降低。常用于V6、V8汽车发动机。,2）主副连杆：副连杆铰接在主连杆凸耳上，曲轴不加长，但相邻两缸活塞连杆组运动规律和受力不相同。.,3）叉形连杆：相邻两缸的一个连杆大头做成叉形，另一个连杆大头套于其叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线不需错位，但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且连杆大头的刚度也不高。,思

38、考1、连杆螺栓的拧紧应遵循什么原则？2、什么是“纤维增强型铝合金”连杆，用在何处？在铝合金中加入不锈钢纤维、氧化铝纤维、或硅酸铝纤维，挤压或锻造3、轴瓦又叫连杆大端轴承在结构上分为几层？,五、曲轴飞轮组（链接录像）下图为桑塔纳2000时代超人发动机曲轴飞轮,1、曲轴（链接动画）（1）、功用：将作用在连杆的力（由活塞顶上的燃气 压力所传）转变为曲轴转矩输出给车辆传动 系；驱动配气机构和其他辅助装置。（2）、工作条件：承受周期性变化的连杆作用力、往 复惯性力、离心力以及由此产生的扭矩、弯矩 的共同作用。.（3）、要求：1）、足够的刚度、疲劳强度和冲击韧性；2）、各工作表面润滑良好、耐磨；3）、旋转

39、惯性力系达到良好的平衡（离心力合力及 其合力矩为零时称为完全平衡，亦称动平 衡）。.,（4）、材料及工艺多采用优质中碳钢或中碳合金钢如铬镍钢（18CrNi5）、铬铝钢（34CrAl16）模锻而成，其主轴颈和曲柄销工作表面均需高频淬火或氮化，再经过精磨；其轴颈圆角过渡处不经淬火，采用滚压强化工艺，以提高疲劳强度。优点是机械疲劳强度高，轴颈直径可以较细，发动机结构紧凑，但表面加工质量要求高，否则，容易引起应力集中。.,过去，国产的许多发动机采用高强度的稀土球墨铸铁铸造曲轴，优点是制造成本低，铸铁比钢的耐磨性、抗扭振性好，但发动机体积庞大。,（5）、曲轴的分类 1）、整体式：用于中、高速柴油机，主轴

40、颈、曲柄销和曲柄臂一体,半组合式,2）、组合式：曲柄销、曲臂、主轴颈都分别制造，然 后套合为一体 3）、半组合式：曲柄销与曲臂为一体，主轴颈自一体,组合式,4）、圆盘式曲轴：主轴颈和曲臂合成一个圆盘。圆盘外面多半是同时装有短滚柱式主轴承，轴向尺寸紧凑，曲柄销长度可加大，刚度较大，承载能力强，但成本高，噪声大,（6）、曲轴的结构,、前端第一道主轴颈之前的部分。装有驱动其他装置的机件（正时齿轮4、及起动爪、止推垫片、甩油盘油封、皮带轮等,1-油孔2、3、6-止推垫片、轴承盖挡圈、油封4-正时齿轮5-调整垫片7-皮带轮8-启动爪,、主轴颈 功用：形式：（全支撑、半支撑），结构：（油孔、油道、过度圆角

41、）,、曲柄也叫曲柄臂，有矩型、椭圆型、圆形等几种a、巨型，易于加工，但应力集中较大，重量也较大，多用于锻造曲轴。b、椭圆形，模锻和铸造曲轴，最合理，加工困难。C、圆形，便于加工，但重量较大。,、连杆轴颈亦称曲柄销，注意有油孔、油道、洁油腔,、后端最后一道主轴颈之后的部分。一般在其后端带有回油螺纹和为安装飞轮的法兰盘，还可装挡油盘。、平衡重块儿平衡重一般用于平衡发动机不平衡的离心力及离心力矩，有时也被用于部分平衡往复惯性力。.对于汽车发动机常用的直列四缸机、六缸机，从整体上看，旋转惯性力系和一阶往复惯性力系已得到完全平衡（由于曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主轴颈成镜面对称，惯性力合力及其合力矩均为

42、零）（六缸机二阶往复惯性力系也已得到完全平衡，但四缸机的二阶往复惯性力系惯性力合力不为零）。,平衡重块的作用,（7）、曲柄的布置 曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和各缸的作功行程交替顺序（发火顺序）。(a)发动机每完成一个循环，各缸都应发火一次，且各缸作功间隔应均匀，即发火间隔角应等于720/I；(b)应使连续作功的两缸相距尽可能远，避免相邻两缸发生进气重叠现象，同时降低主轴承负荷、直列四缸机 工作顺序为：1342,、直列六缸发动机：空间曲拐，各平面曲拐成120夹角，发火间隔角是720/6=120，发火顺序是15 3 6 2 4 或1 4 2 6 3 5。,思考：V6发动

43、机的曲柄布置及发火顺序？,、V型八缸发动机：空间曲拐，各平面曲拐成90夹角，发火间隔角是720/8=90，发火顺序是 184365721。,2、飞轮（链接动画）（1）、作用：1）、储存动能，克服阻力使发动机的工作循环周而复 始，使曲轴转速均匀，并使发动机具有短时间超 载的能力；2）、驱动其它辅助装置；3）、传递扭矩给汽车传动系，是离合器的驱动件；4）、飞轮上正时刻度记号作为配气机构、供油系统（柴油机）、点火系统（汽油机）正时调整角度用。（2）、要求：1）、尺寸尽可能小的前提下具有足够大的转动惯 量，因而轮缘通常做得宽而厚。2）、外端面无翘曲且有一定的粗糙度 3）、定位记号要清晰可辨,1-壳体刻

44、线2-观察孔盖3-飞轮刻线,（3）、材料、工艺、结构特点：1）、一般用灰铸铁，当轮缘速度超过50米/秒时要 采用球铁或铸钢。2）、飞轮外缘上的齿圈是热压配的，齿圈磨损失效后 可以更换，但拆装齿圈时应注意加热后进行。3）、多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡校准 为了拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲 轴之间的连接螺栓应不对称布置，以防错位。3、扭转减振器（1）、扭振的概念 假设有一个弹性钢棍，其一端被固定，而另一自由端上有一个圆盘，（如下图）如果把圆盘施加一个扭矩，将它转某一角度，然后放开，则系统将在钢棍材料弹力及圆盘质动量惯性力的作用下进行角振动，圆盘和弹性钢棍时而转到其平衡位置,（静止

45、时的位置）的这一边，时而又转到其平衡位置的另一边。这样的角振动，称为自由扭转振动；偏离平衡位置的最大角度，称为振幅，其振动率（即每分钟振动的次数）称为自由振动频率。圆盘的质量越大及钢棍的刚性愈小，自振频率越小。,（2）、曲轴的扭振 曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的

46、能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。,因此，对曲轴刚度较小、转动惯量较大、缸数多及转速高的发动机，一般在曲轴前端装有曲轴扭转减振器，此处扭转振幅最大。（思考为什么？1、离合器自身有，2、需驱动重要辅助机构。）,（3）、扭转减振器的类型（a）、橡胶式扭转减振器转动惯量较大的惯性盘5与薄钢片制成的减振器圆盘3都同橡胶垫4硫化粘结，减振器圆盘3毂部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮6上，后者与曲轴前端螺栓固

47、紧，因此，圆盘3与带轮、曲轴同步转动，惯性盘5与圆盘3有了相对角振动，橡胶垫4的扭转变形消耗了扭转振动能量，振幅减小。1-曲轴前端;2-带轮毂;3-减振器圆盘;4-橡胶垫;5-惯性盘;6-带盘,（b）硅油-橡胶式扭转减振器:该减振器结构紧凑（质量和容积均较小）、减振性能良好。减振体2浮动地装在密封外壳1中，两者之间间隙很小（0.50.7mm），其中充满高粘度的有机硅油。当曲轴发生扭转振动时，带着外壳1一起振动，而转动惯量较大的减振体2基本上是匀速转动，于是两者之间发生相对滑动，使硅油受剪切，摩擦生热而消耗振动的能量，从而减小了扭转振幅。显然，摩擦使硅温度升高，粘度下降，对曲轴的扭振衰减作用减弱。1-密封外壳 2-减振体 3-橡胶衬套 4-侧盖 5-注油螺塞孔,思 考 1、还可设计制造出什么形式的扭转减器？2、是否能够对一套真实的曲柄连杆机构做出例分析？3、飞轮上的记号都有哪些作用？其上齿圈有何作用？4、活塞销的安装是否还有其它方法？,3-3 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡,导入：、考研所需、新教学大纲要求、内燃机中唯一对外传力和动力输出部分、要想了解受力必须先掌握运动、要想了解运动必须先了解结构、主要内容：曲柄连杆机构的运动规律 曲柄连杆机构的受力 曲柄连杆机构的平衡（因绘图和数学公式推到需求用Word文档）,