曲柄連桿(鄒金陽)講解

1、第二章第二章 曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu) 概述概述 機體組機體組 活塞連桿組活塞連桿組 曲軸飛輪組曲軸飛輪組 2.1 概述概述 一、功用： 將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動 的機械能，再通過連桿將活塞的往復(fù)運動變?yōu)?曲軸的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。 二、組成： 1、機體組 2、活塞連桿組 3、曲軸飛輪組 2.2 機體組 機體組組成： 曲軸箱曲軸箱 氣缸體氣缸體 氣缸墊氣缸墊 氣缸蓋氣缸蓋 氣缸氣缸 油道和水道油道和水道 油底殼油底殼 一、氣缸體：一、氣缸體： 1、氣缸體、氣缸體: 2、氣缸體的分類：、氣缸體的分類： 名稱名稱性能性能應(yīng)用應(yīng)用 一般式一般式 （平分式）（平分式） 機體高度小、

2、重量機體高度小、重量 輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便 于加工拆卸。剛度于加工拆卸。剛度 和強度差。和強度差。 492Q汽油汽油 機，機，90系系 列柴油機。列柴油機。 龍門式龍門式 強度和剛度較好。強度和剛度較好。 工藝性差、結(jié)構(gòu)笨工藝性差、結(jié)構(gòu)笨 重、加工困難。重、加工困難。 捷達轎車、捷達轎車、 富康轎車、富康轎車、 桑塔納轎桑塔納轎 車車 隧道式隧道式 結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和 強度好。難加工、強度好。難加工、 工藝性差、曲軸拆工藝性差、曲軸拆 卸不方便。卸不方便。 負荷較大負荷較大 的柴油機的柴油機 上上 。 油底殼安裝平油底殼安裝平 面和曲軸旋轉(zhuǎn)面和曲軸旋轉(zhuǎn) 中心在同一高中

3、心在同一高 度。度。 油底殼安裝油底殼安裝 平面低于曲平面低于曲 軸的旋轉(zhuǎn)中軸的旋轉(zhuǎn)中 心。心。 氣缸體上曲氣缸體上曲 軸的主軸承軸的主軸承 孔為整體式?？诪檎w式。 （1）按氣缸體與）按氣缸體與 油底殼安裝平面位油底殼安裝平面位 置不同分為置不同分為 （2）根據(jù)冷卻方式不同）根據(jù)冷卻方式不同 A、水冷、水冷 B、風(fēng)冷、風(fēng)冷 （3）根據(jù)氣缸的排列方式）根據(jù)氣缸的排列方式 結(jié)構(gòu)簡單、加工結(jié)構(gòu)簡單、加工 容易，但發(fā)動機容易，但發(fā)動機 長度和高度較大。長度和高度較大。 縮短了機體的長度和高縮短了機體的長度和高 度，增加了剛度，減輕度，增加了剛度，減輕 了發(fā)動機的重量；形狀了發(fā)動機的重量；形狀 復(fù)雜，

4、加工困難。復(fù)雜，加工困難。 高度小，總 體布置方便 對置氣缸式發(fā)動機對置氣缸式發(fā)動機 （4）整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體）整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體 A、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。 B、鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。、鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。 類型類型構(gòu)造構(gòu)造性能及應(yīng)用性能及應(yīng)用 整體式整體式 氣缸直接鏜在氣缸氣缸直接鏜在氣缸 體上體上 強度和剛度好，能強度和剛度好，能 承受大負荷。成本承受大負荷。成本 高。高。 鑲嵌式鑲嵌式 用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制 成氣缸套，再裝到成氣缸套，再裝到 一般材料制成的氣一般材料

5、制成的氣 缸體內(nèi)。缸體內(nèi)。 降低了制造成本，降低了制造成本， 便于修理和更換氣便于修理和更換氣 缸套，延長了氣缸缸套，延長了氣缸 體的使用壽命。體的使用壽命。 （5）干式和濕式：）干式和濕式： 名稱名稱特點特點示意圖示意圖 干缸套干缸套 外壁外壁不直接不直接與冷卻與冷卻 水接觸。壁厚水接觸。壁厚 13mm。 濕缸套濕缸套 外壁外壁直接直接與冷卻水與冷卻水 接觸。壁厚接觸。壁厚59mm。 強度和剛強度和剛 度都較好，度都較好， 加工復(fù)雜，加工復(fù)雜， 拆裝不便，拆裝不便， 散熱不良。散熱不良。 散熱良好、冷散熱良好、冷 卻均勻、加工卻均勻、加工 容易。容易。 強度和剛度不強度和剛度不 如干缸套，易

6、如干缸套，易 漏水。漏水。 性能如何？性能如何？ 三、氣缸蓋、氣缸墊和氣缸蓋罩：三、氣缸蓋、氣缸墊和氣缸蓋罩： 功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。 工作條件：因接觸高溫燃氣，所以承受的熱負荷很大。工作條件：因接觸高溫燃氣，所以承受的熱負荷很大。 材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。 氣缸墊氣缸墊 氣缸蓋氣缸蓋 氣缸蓋罩氣缸蓋罩 襯墊襯墊 安裝火花塞安裝火花塞 燃燒室燃燒室 名稱名稱 特點特點示意圖示意圖應(yīng)用應(yīng)用 半球形半球形 結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、 燃燒速率高、熱損失小、燃燒

7、速率高、熱損失小、 熱效率高熱效率高 桑塔納桑塔納 夏利夏利 富康富康 楔形楔形 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱 面積小、熱損失少；火面積小、熱損失少；火 花塞置于燃燒室最高處，花塞置于燃燒室最高處， 火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長 切諾基切諾基 盆形盆形 工藝性好、成本低、進工藝性好、成本低、進 排氣效果不如半球形燃排氣效果不如半球形燃 燒室燒室 捷達捷達 奧迪奧迪 氣缸墊氣缸墊 A、功用：安裝在氣缸蓋和氣缸體之間，保證氣、功用：安裝在氣缸蓋和氣缸體之間，保證氣 缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水 和漏油。和漏油。 B、材料：有彈性、耐熱

8、性、耐壓性、材料：有彈性、耐熱性、耐壓性 C、安裝時注意方向、安裝時注意方向 三、油底殼： 1、概念：氣缸體下部用來安裝曲軸的部分。 2、作用：貯存機油并封閉曲軸箱。 3、材料：薄鋼板沖壓 桑塔納發(fā)動機油底殼桑塔納發(fā)動機油底殼 四、發(fā)動機的支承： 1、三點支承：可布置成一前兩后或二前一后。 2、四點支承：前后各有兩個支承點。 2.3 活塞連桿組 氣環(huán)氣環(huán) 油環(huán)油環(huán) 活塞銷活塞銷 活塞活塞 連桿連桿 連桿螺栓連桿螺栓 連桿軸瓦連桿軸瓦 連桿蓋連桿蓋 一、活塞：一、活塞： 1、功用：承受氣體壓力并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)；、功用：承受氣體壓力并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)； 此外，活塞還與氣缸

9、蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。此外，活塞還與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。 2、工作環(huán)境：活塞頂部直接與高溫燃氣挖接觸，活塞受周、工作環(huán)境：活塞頂部直接與高溫燃氣挖接觸，活塞受周 期性變化的氣體壓力和慣性力的作用且散熱及潤滑條件差。期性變化的氣體壓力和慣性力的作用且散熱及潤滑條件差。 3、要求：、要求： （1）足夠的強度和剛度，特別是活塞環(huán)槽區(qū)域要求有較大）足夠的強度和剛度，特別是活塞環(huán)槽區(qū)域要求有較大 的強度，以免活塞被擊碎。的強度，以免活塞被擊碎。 （2）較小的質(zhì)量，以保持較小的慣性力。）較小的質(zhì)量，以保持較小的慣性力。 （3）耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙。）耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙。 （4）

10、良好的導(dǎo)熱性和合理的熱膨脹性，以便有合理的安裝）良好的導(dǎo)熱性和合理的熱膨脹性，以便有合理的安裝 間隙。間隙。 （5）活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)。）活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)。 4、材料：（、材料：（1）鋁硅合金：質(zhì)量?。╀X硅合金：質(zhì)量小 導(dǎo)熱性好；導(dǎo)熱性好； （2）灰鑄鐵）灰鑄鐵 5、結(jié)構(gòu)：分為活塞頂部、頭部和裙部三部分。、結(jié)構(gòu)：分為活塞頂部、頭部和裙部三部分。 （1）活塞頂部）活塞頂部:是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。 活塞頂分類活塞頂分類 形狀形狀示意圖示意圖 平頂平頂 凸頂凸頂 凹頂凹頂 結(jié)構(gòu)簡單、制造容結(jié)構(gòu)簡單、制造容 易、受

11、熱面積小、易、受熱面積小、 應(yīng)力分布較均勻，應(yīng)力分布較均勻， 多用在汽油機上多用在汽油機上。 凸起呈球狀、頂部凸起呈球狀、頂部 強度高，起導(dǎo)向作強度高，起導(dǎo)向作 用、有利于改善換用、有利于改善換 氣過程。氣過程。 凹坑的形狀、位置必凹坑的形狀、位置必 須有利于可燃混合氣須有利于可燃混合氣 的燃燒；提高壓縮比，的燃燒；提高壓縮比， 防止碰氣門。防止碰氣門。 （2）活塞頭部：由活塞頂至最下面一道活塞環(huán)槽之間的）活塞頭部：由活塞頂至最下面一道活塞環(huán)槽之間的 部分。部分。 氣環(huán)槽氣環(huán)槽 油環(huán)槽油環(huán)槽 工作條件工作條件 最惡劣，最惡劣， 應(yīng)離頂部應(yīng)離頂部 遠些。遠些。 1、承受氣體作用力，并通過活塞銷傳

12、給連桿。、承受氣體作用力，并通過活塞銷傳給連桿。 2、安裝活塞環(huán)，并與活塞環(huán)共同起密封作用。、安裝活塞環(huán)，并與活塞環(huán)共同起密封作用。 3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。 作用：作用： 活塞活塞銷孔 活塞頭部一般做得較厚，從活塞頂?shù)江h(huán)槽區(qū)的斷面變化要盡活塞頭部一般做得較厚，從活塞頂?shù)江h(huán)槽區(qū)的斷面變化要盡 可能圓滑，過渡圓角可能圓滑，過渡圓角R應(yīng)足夠大。應(yīng)足夠大。 有的發(fā)動機活塞在第一道環(huán)槽上面車出較環(huán)槽窄的隔熱槽。有的發(fā)動機活塞在第一道環(huán)槽上面車出較環(huán)槽窄的隔熱槽。 為了保護和為了保護和 加強活塞環(huán)加強活塞環(huán) 槽可在鋁合槽可在鋁合 金活塞環(huán)槽金活塞

13、環(huán)槽 部位鑄入由部位鑄入由 耐熱合金鋼耐熱合金鋼 制造的環(huán)槽制造的環(huán)槽 護圈。護圈。 （3）活塞裙部：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部）活塞裙部：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部 分，包括銷座孔。分，包括銷座孔。 作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動起導(dǎo)向作用，并承受作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動起導(dǎo)向作用，并承受 側(cè)壓力，防止破壞油膜。側(cè)壓力，防止破壞油膜。 為使活塞在各種工況下均能與氣缸壁間保持合理的密封為使活塞在各種工況下均能與氣缸壁間保持合理的密封 和運動間隙，制造活塞時通常采取下列措施：和運動間隙，制造活塞時通常采取下列措施： A、沿活塞裙部高度方向上制成近似的圓錐形。、沿活塞裙部高度方向

14、上制成近似的圓錐形。 B、將活塞裙部制成橢圓形，橢圓的長軸在垂直于銷座、將活塞裙部制成橢圓形，橢圓的長軸在垂直于銷座 孔軸線的方向上?？纵S線的方向上。 C、活塞裙部開絕熱槽和膨脹槽。、活塞裙部開絕熱槽和膨脹槽。 D、采用雙金屬活塞。、采用雙金屬活塞。 其他保護措施：其他保護措施： 在活塞裙部表面涂以保護層，可以改善鋁合金活塞的磨在活塞裙部表面涂以保護層，可以改善鋁合金活塞的磨 合性：主要有鉛保護層、錫保護層、石墨保護層、磷化合性：主要有鉛保護層、錫保護層、石墨保護層、磷化 保護層等。保護層等。 活塞銷座孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內(nèi)。但活塞銷座孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內(nèi)。但 有

15、些高速發(fā)動機將活塞銷座中心線向在做功行程承受側(cè)有些高速發(fā)動機將活塞銷座中心線向在做功行程承受側(cè) 壓力的一面偏移壓力的一面偏移1-2。 （二）活塞環(huán)（二）活塞環(huán) 是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。 工作條件：工作條件： 高溫、高壓、高速、極難潤滑。高溫、高壓、高速、極難潤滑。 平均壽命：平均壽命：6萬公里萬公里 （1）氣環(huán)）氣環(huán) 作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞 頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶 走。走。 切口切口 氣環(huán)氣環(huán) 氣

16、環(huán)的泵油作用氣環(huán)的泵油作用 氣環(huán)的泵油作用演示氣環(huán)的泵油作用演示 氣環(huán)斷面形狀：氣環(huán)斷面形狀： 形狀形狀特點特點示意圖示意圖 矩形環(huán)矩形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng) 用面廣用面廣 扭曲環(huán)扭曲環(huán) 斷面不對稱，受力不平衡，使活塞環(huán)斷面不對稱，受力不平衡，使活塞環(huán) 扭曲扭曲 錐面環(huán)錐面環(huán) 減少了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了減少了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了 表面接觸壓力，有利于磨合和密封。表面接觸壓力，有利于磨合和密封。 梯形環(huán)梯形環(huán) 加工困難，精度要求高加工困難，精度要求高 桶面環(huán)桶面環(huán) 外圓為凸圓弧形外圓為凸圓弧形 （2）油環(huán) 種類普通油環(huán)組合式油環(huán) 示意圖

17、刮油片 軸向襯環(huán) 徑向襯環(huán) 刮油片 油環(huán)的刮油作用 （三）活塞銷（三）活塞銷 作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣 體壓力傳遞給連桿。體壓力傳遞給連桿。 構(gòu)造：構(gòu)造： 活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形，兩段截活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形，兩段截 錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。 活塞銷的連接方式 連桿 活塞銷 全浮式 半浮式 活塞銷的偏置活塞銷的偏置 使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一 邊過渡到另一邊，減少敲缸的聲音。邊過渡到另一邊，減少敲缸的聲音。 （四）連桿 作

18、用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓 力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運動變成曲軸的旋 轉(zhuǎn)運動。 連桿組件分解圖 V型發(fā)動機連桿的布置形式 并列式并列式 主副式主副式叉式叉式 連桿軸瓦 定位凸鍵定位凸鍵 油槽潤滑油槽潤滑 減磨合金層減磨合金層 連桿大頭的連接形式 平分式 斜分式 2.4 曲軸飛輪組曲軸飛輪組 一、曲軸飛輪組的組成一、曲軸飛輪組的組成 起動爪起動爪 正時齒輪正時齒輪 主軸瓦主軸瓦 皮帶輪皮帶輪 扭轉(zhuǎn)減振器扭轉(zhuǎn)減振器 飛輪飛輪 飛輪螺栓飛輪螺栓 曲軸曲軸 二、曲軸二、曲軸 1、功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν?、功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν?輸出。還用來驅(qū)

19、動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助輸出。還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助 裝置。裝置。 2、工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交、工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交 變載荷的沖擊。變載荷的沖擊。 3、結(jié)構(gòu)： 前端軸前端軸 連桿軸頸連桿軸頸 曲軸軸頸曲軸軸頸 后端軸后端軸 平衡重平衡重 曲拐曲拐 曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。 曲柄曲柄 曲軸的分類：整體式和組合式。曲軸的分類：整體式和組合式。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點應(yīng)用應(yīng)用 全支承曲軸全支承曲軸 提高曲軸的剛度和提高曲軸的剛度和 彎曲強度，減輕主彎曲強度，減輕主

20、 軸承的載荷軸承的載荷 曲軸的加工表曲軸的加工表 面增多，主軸面增多，主軸 承數(shù)增多，使承數(shù)增多，使 機體加長機體加長 柴油機一般多柴油機一般多 采用此種支撐采用此種支撐 方式方式 非全支承曲軸非全支承曲軸 縮短了曲軸的長度，縮短了曲軸的長度， 使發(fā)動機總體長度使發(fā)動機總體長度 有所減小有所減小 主軸承載荷較主軸承載荷較 大大 承受載荷較小承受載荷較小 的汽油機可以的汽油機可以 采用此種方式采用此種方式 曲軸的支承方式：曲軸的支承方式：在相鄰的兩個曲拐之間都設(shè)置一個主軸頸的在相鄰的兩個曲拐之間都設(shè)置一個主軸頸的 曲軸，稱為全支承曲軸，否則稱為非全支承曲軸。曲軸，稱為全支承曲軸，否則稱為非全支承曲軸。 桑塔納轎車發(fā)動機曲軸飛輪組 四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器 （一）扭轉(zhuǎn)振動（一）扭轉(zhuǎn)振動 自由扭轉(zhuǎn)振動自由扭轉(zhuǎn)振動 強迫扭轉(zhuǎn)振動強