单元二曲柄连杆机构.ppt

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1、2023/8/30,1,单元二 曲柄连杆机构,2023/8/30,2,1.1 概述1.1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，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力,2023/8/30,3,1.2组成 一、机体组（不动件）气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫,2023/8/30,4,二、活塞连杆组（运动件）由活塞、活塞环、活塞销和连杆组成,三、曲轴飞轮组曲轴、飞轮、减振器,2023/8/30,5,1.3受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。,2023/8/30,6,1.3.1气压力 气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和S

2、P，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。,(1)作功行程 侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,NP,SP,P,RP,TP,2023/8/30,7,(2)压缩行程 侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,2023/8/30,8,1.3.2 往复惯性力Pj 活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。,2023/8/30,9,1.3.3 离心惯性力PC 旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离

3、曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,2023/8/30,10,4.摩擦力F 指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。,2023/8/30,11,机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。,2机体组,2023/8/30,12,2.1气缸体与曲轴箱2.1.1缸体的结构机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。,2023/8/30,13,2.1.2.气缸的排列形式（

4、1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。（3）对置式：是V型的特殊形式。,2023/8/30,14,2.1.3.曲轴箱的型式（1）平分式 定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。应用：中小型发动机。,2023/8/30,15,（2）龙门式 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。应用：大中型发动机。,2023/8/30,16,（3）隧道式 定义：主轴承座孔不分开。特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。应用：

5、负荷较大的柴油机。,2023/8/30,17,2.1.4油底壳 1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2.构造：（1）用薄钢板冲压而成。（2）内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。（3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,2023/8/30,18,2.1.5气缸套 1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。,2023/8/30,19,2.型式（1）干式缸套13mm 定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较薄（1mm3mm）；2)

6、与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。,2023/8/30,20,（2）湿式缸套 定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（59mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀,2023/8/30,21,定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,2023/8/30,22,密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。,2023/8/30,23,下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈,2023/8/30,24,2.1.6气缸盖1.结构

7、 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。,2023/8/30,25,2.汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。,2023/8/30,26,（2）楔形燃烧室其特点为：1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。,2023/8/30,27,（3）半球形燃烧室其特点为 1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可

8、以做得较大，换气好；2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；,3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。,2023/8/30,28,2.1.7气缸垫1.作用保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。,2023/8/30,29,2.构造金属石棉垫 包括铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以加强导热）。,2023/8/30,30,（1）金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。,2023/8/30,31,纯金属垫：由单层或多层金属

9、片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。,2023/8/30,32,安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,2023/8/30,33,2.1.8机体的检验,2.1.8.1机体的损伤形式1.裂纹2.变形3.磨损2.1.8.2机体的检验,2023/8/30,34,3 活塞连杆组,2023/8/30,35,组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承,2023/8/30,36,3.1活塞3.1.1功用1.与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；2.承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。,2023/8/30

10、,37,3.1.2材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为1.质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；2.导热性好（约为铸铁的三倍）；3.热膨胀系数大。,2023/8/30,38,3.1.3组成根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。,销座,2023/8/30,39,1.顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：受热面积小，广泛采用。（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。（3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。,2023/8/30,40,2.活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。,20

11、23/8/30,41,3.1.4活塞的变形及采取的相应措施1.变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。,2023/8/30,42,2.变形规律（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,2023/8/30,43,冷态时,正常工作时,头部椭圆,裙部截锥体,2023/8/30,44,3.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴

12、线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。,2023/8/30,45,（4）裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。,2023/8/30,46,（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。1）恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。,2023/8/30,47,2）自动调节式：膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。,2023/8/30,48,3)筒形钢

13、片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。,2023/8/30,49,3.1.5偏置销座1.定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。2.作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。,2023/8/30,50,3.原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。,2023/8/30,51,可见偏置销座使活塞换向分成了两步 第一步是

14、在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,2023/8/30,52,3.2 活塞环活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。功用：气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用,2023/8/30,53,3.2.1活塞环的间隙活塞环有三隙，即端隙、侧隙和北隙（1

15、）端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；,2023/8/30,54,（2）侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm；（3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；,2023/8/30,55,3.2.2气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,2023/8/30,56,（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，

16、与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,2023/8/30,57,（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,2023/8/30,58,3.2.3.活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。,2023/8/30,59,现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。,202

17、3/8/30,60,泵油的危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。,2023/8/30,61,防止活塞环泵油的措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔,2023/8/30,62,3.2.4气环的断面形状（1）矩形环结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。,矩形断面,2023/8/30,63,（2）锥形环 1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标

18、记）；锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。,2023/8/30,64,（3）扭曲环 将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使拉力和压力不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。,2023/8/30,65,1）特点具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。2）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。,2023/8/30,66,（4）桶形环其特点为：1

19、）环的外圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；环上下运动时，均能形成楔形油膜。,2023/8/30,67,（5）梯形环当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。,2023/8/30,68,3.2.5油环 1.作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2.类型（1）整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。,2023/8/30,69,（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。,2023/8/30,70,组合式油环的特点,1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧

20、长大于刮片长而产生径向力。第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。2)无侧隙，不窜油。3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。4)上下片可分别动作，适应性好。5)回油能力强。,2023/8/30,71,3.3活塞销（一）作用 连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。,（二）结构 用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。,2023/8/30,72,（三）连接方式,1.全浮式（1）定义在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。,2023/8/30,73,(2)装配1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，

21、迅速将销装入。,2023/8/30,74,2.半浮式(1)定义销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）,(2)装配加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。,2023/8/30,75,3.4连杆,3.4.1功用：将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。,3.4.2组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。,2023/8/30,76,3.4.3构造,1.小头：用来安装活塞销，以连接活塞。2.杆身：常做成“工”字形断面。3.大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖,2023/8/30,77,(1)切口形式有平切口和

22、斜切口两种。,2023/8/30,78,(2)切口定位方式连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于直切口连杆。,2023/8/30,79,锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。止口定位,2023/8/30,80,(3)喷油孔有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。,2023/8/30,81,3.4.4连杆的安装,1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。,2023

23、/8/30,82,3.5连杆轴承（俗称小瓦）,3.5.1作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。,2023/8/30,83,3.5.2组成 由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。,2023/8/30,84,3.5.3减磨层材料（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。1）铝锑镁合金和低锡铝合金：械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴

24、油机。2)高锡铝合金：具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。,2023/8/30,85,3.5.4轴瓦的定位,2023/8/30,86,3.6活塞连杆组的检修,2023/8/30,87,2.4 曲轴飞轮组 由曲轴、飞轮、减振器等组成。,2023/8/30,88,2.4.1曲轴,2.4.1.1功用1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。2.驱动配气机构及其它附属装置。材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。,2023/8/30,89,2.4.1.2构造,曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个

25、曲拐。,2023/8/30,90,1.主轴颈和连杆轴颈1)主轴颈是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。,2023/8/30,91,2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。,2023/8/30,92,2.曲柄和平衡重 曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩,2023/8/30,93,3.曲拐的布置（1）布置原则1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免

26、相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功,2023/8/30,94,（2）常用曲拐布置,1）直列四冲程四缸发动机曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。发动机工作顺序有两种13421243,2023/8/30,95,2023/8/30,96,工作顺序为1342的发动机工作循环表如下,2023/8/30,97,直列四冲程六缸发动机,曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200发动机工作顺序有两种：153624和142635,2023/8/30,98,1.6,2.5,3.4,1.6,3.4,2.5,1-5-

27、3-6-2-4,1-4-2-6-3-5,2023/8/30,99,4.前端轴与后端轴,（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。,（2）前后端的密封曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。,2023/8/30,100,常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等,2023/8/30,101,5.曲轴的轴向定位,（1）结构：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。,照片,2023/8/30,102,（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后

28、窜动时，前止推片承受轴向推力。,2023/8/30,103,（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。,2023/8/30,104,6.曲轴扭转减振器 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

29、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。,2023/8/30,105,7.曲轴的检修,2023/8/30,106,2.4.2飞轮,2.4.2.1功用1.贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳。2.利用飞轮上的齿圈起动时传力。3.将动力传给离合器。4.克服短暂的超负荷。,2023/8/30,107,2.4.2.2构造,1.飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘,2023/8/30,108,2.有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。,0,5,10,15,2023/8/30,109,2.4.2.3飞轮的检修,