汽車構造曲柄連桿機構

1、汽車構造I（4）趙雨東清華大學汽車工程系主要內容和學時安排（4柴油機燃油供給系統(tǒng)（4 學時）汽油機點火系統(tǒng)（2學時） 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)（2學時） 發(fā)動機潤滑系統(tǒng)（2學時） 發(fā)動機起動系統(tǒng)與電源（1學時）發(fā)動機管理系統(tǒng)（2學時）n 汽 學時）動本n 發(fā)動機機體（2學時）n 曲柄連桿機構（3學時）n 氣門機構（3學時）n 進排氣、增壓系統(tǒng)及排放控制裝置（3學時）n 汽油機燃油供給系統(tǒng)（4 學時）曲柄連桿機構n 功用與組成n 活塞組件n 連桿n 曲軸n 飛輪n 扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構功用與組成n 功用n 缸內高壓氣體n 活塞往復運動動系n 組成熱能變?yōu)闄C械能為曲軸旋轉運動，對外輸出功

2、驅動汽車傳n 活塞組件（活塞、活塞環(huán)、活塞銷）n 連桿n 曲軸組件（曲n 扭振減振器、飛輪）n 往復慣性力平衡軸扭轉減振器曲軸連桿飛輪活塞組件平衡軸曲柄連桿機構運動.swf曲柄連桿機功用與組成n 活塞組件n 連桿n 曲軸n 飛輪n 扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構活塞組件n 組成和作用n 活塞n 結構n 頂部n 頭部n 裙部n 活塞銷副偏置n 活塞環(huán)n 氣環(huán)n 油環(huán)n 活塞銷活塞組件組成和作用（1）n 活塞n 活塞環(huán)n 活塞銷活塞組件組成和作用（2）n 作用n 傳力活塞、活塞銷n 密封活塞環(huán)n 傳熱活塞、活塞環(huán)n 導向活塞活塞組件組成和作用n 活塞n 結構n 頂部n 頭部n 裙部n 活

3、塞銷副偏置n 活塞環(huán)n 氣環(huán)n 油環(huán)n 活塞銷活塞組件活塞結構（1）n 頂部組成燃燒室；承受氣體壓力， 實現對外作功n 材料n 高強度鋁合金；合金鑄鐵n 結構n 頂部：平頂；凹頂；凸頂（與燃燒室有形狀關）n 頭部：安裝活塞環(huán)，密封、傳熱、刮油n 裙部：導向、承受側壓力、安裝活塞銷活塞組件活塞結構（2）氣門凹坑 燃燒室凹坑 活塞頂 氣環(huán)槽 頭部 油環(huán)槽 裙部活塞銷孔汽油機柴油機活塞組件活頂部（1）n 汽油機活塞頂部n 活塞頂部形狀與燃燒室形狀及壓縮比有關活塞組件活塞頂部（2）n 柴油機活塞頂部n 分隔式燃燒室n 直噴式燃燒室預燃室燃燒室渦流室燃燒室活塞組件活塞頂部（3）n 柴油機活塞頂部n 直噴

4、式燃燒室活塞組件活塞頭部（1）n 過渡圓角 傳熱n 應足夠大，以減少熱流阻 力，便于熱量從活塞頂經活塞環(huán)傳給氣缸壁，使活塞頂部溫度不致于過高。由活塞頂到氣缸壁的熱流活塞組件活塞頭部（2）n 隔熱槽n 隔斷由活塞頂傳向第一道活塞環(huán)的熱流，使部分熱量由第二、第三活塞環(huán)傳出，減輕第一道活塞環(huán)的熱負荷， 防止活塞環(huán)粘結熱流隔熱槽活塞組件活塞頭部（3）n 耐熱護圈n 增強環(huán)槽的耐磨性，或保護燃燒室喉口不致因為過熱而開裂。材料為鎳鉻或高錳奧氏體鑄鐵?；钊M件活塞頭部（4）n 纖維增強合金圓環(huán)n 增加活塞的強度； 提高第一道環(huán)槽的耐磨性。活塞組件活塞裙部（1）n 導向各種工況 下，與氣缸筒間隙要均勻、適宜；

5、n 承受側向力足夠的實際承壓面積。n 主推力面、次推力面主推力面次推力面作功進氣活塞組件活塞裙部（2）n 變形n 氣體力、側向力n 受熱膨脹熱膨脹氣體力側向力活塞組件活塞裙部（3）n 變形結果n 活塞銷孔軸 方向尺寸增大活塞組件活塞裙部（4）n 設計為橢圓桶形n 裙部截面設計為橢圓形，長軸垂直于活塞銷孔軸線。n 裙部熱膨脹量上大下小，設計為圓錐形或桶形，以使工作時裙部接近圓柱形。活塞組件活塞裙部（5）n 設計為橢圓桶形n 裙部與氣缸 壁之間能形 成雙向楔形 油膜，使裙 部有較高的 承載能力和 良好的潤滑。長軸方向 活塞銷方向活塞組件活塞裙部（6）n 自動熱補償活塞n 普通碳素鋼片與鋁合金層內側

6、形成雙金屬壁，溫度升高時雙金屬壁發(fā)生彎曲，而鋼片兩端的距離基本不變，從而限制了裙部的熱膨脹量。這種控制熱膨脹的作用隨溫度升高而增大（自動熱補償）。n 用的多?；钊M件活塞裙部（7）n 拖鞋式活塞（短活塞）在保證裙部有足夠承壓面積的條件下，將不承受側向力一側的裙部部分地去掉。質量輕，裙部彈性好，避免與曲軸平衡重運動干涉。避免活塞裙部與曲軸平衡重發(fā)生運動干涉活塞組件活塞活塞銷負偏置n 在許多高速發(fā)中，活塞銷孔軸線朝主推力面一側偏離活塞軸線12mm。n 活塞運動到上止點推力面換向時，先擺后靠，減輕敲擊?；钊M件活塞冷卻（1）n 多數汽油機不安排活塞的專門冷卻。n 冷卻措施n 自由噴射冷卻n 從連桿小

7、頭上的噴油孔或從安裝在機體上噴油嘴向活塞頂內壁噴射機油活塞組件活塞冷卻（2）n 冷卻措施n 振蕩冷卻n 將機油噴入活塞內壁的環(huán)形油槽中，由于活塞的運動使機油在槽中產生振蕩而冷卻活塞?；钊M件活塞冷卻（3）n 冷卻措施n 強制冷卻n 在活塞頭部鑄出冷卻油道或鑄入冷卻油管，使機油在其中強制流動以冷卻活塞。n 用于增壓柴油機?；钊M件n 組作活塞n 結構n 頂部n 頭部n 裙部活塞銷副偏置n 活塞環(huán)n 氣環(huán)n 油環(huán)n 活塞銷活塞組件活塞環(huán)概述n 氣環(huán)油環(huán)，n 氣環(huán)：密封、傳熱n 油環(huán)：刮油、布油n 工作條件：高溫、高壓、高速滑動n 要求：耐磨、彈性好、剛度好n 材料：優(yōu)質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。

8、第一道環(huán)鍍鉻或噴 鉬，其它環(huán)鍍錫或磷化。油環(huán)氣環(huán)VW FSI汽油機活塞和活塞環(huán)活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)結構 徑向厚度 側面 內圓面環(huán)高外圓面開口端面 開口 側隙 徑向間隙 端隙活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)密封（1）n 密封機理氣缸套活塞在自由狀態(tài)下外廓尺寸比氣缸直徑大。裝入氣缸后，在自身彈力作用下，外圓面與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面。高壓氣體進入徑向間隙，加強了其密封。高壓氣體進入側隙中，環(huán)下側面與環(huán)槽貼緊，形成第二密封面?；钊h(huán)開口氣隙為泄漏通道，多道氣環(huán)開口錯開，構成迷宮式漏氣通道。 氣體壓力 活塞 活塞環(huán) 活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)密封（2）n 密封機理n 由于側隙、徑向間隙和端隙都很小， 氣體在通道內的流

9、動阻力很大，致使氣體壓力p迅速下降，最后漏入曲軸箱內的氣體就很少（0.2%1%）。活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)開口n 直開口：工藝性密封性差；，但n 階梯開口：密封性好， 但工藝差；n 斜開口：密封性和工藝 性介于直開口和階梯開 口之間。斜角30°或45 °?；钊M件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（1）n 斷面形狀n 矩形環(huán)n 錐面環(huán)n 正扭曲環(huán)（上側面內切、下側面外切）n 反扭曲環(huán)（下側面內切）n 梯形環(huán)n 桶面環(huán) 矩形環(huán) 活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（2） 錐面環(huán) 正扭曲環(huán)活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（3） 梯形環(huán) 桶面環(huán) 反扭曲環(huán)活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（4）n 矩形環(huán)n 與缸壁接觸面積大，有利散熱；n 磨

10、合性差；n 隨活塞往復運動時，在環(huán)槽內上下竄動，產生泵油作用。活塞活塞氣缸氣缸泵油作用活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（5）n 扭曲環(huán)n 斷面不對稱的氣環(huán)安裝后，彈性內力作用使截面發(fā)生扭轉，環(huán)不能竄動，不會泵油。n 在進氣、壓縮、排氣行程中扭曲，與錐形環(huán)類似。n 在作功行程高壓作用下，與矩形環(huán)相同。 作功 進氣、壓縮、排氣 扭曲環(huán)工作活塞組件活塞環(huán)氣環(huán)斷面（6）n 梯形環(huán)n 側向力換向活塞左右擺動時，側隙和徑向間隙都發(fā)生變化，將環(huán)槽中的膠質擠出。故抗粘結性好。n 一般用于柴油機活塞第一道環(huán)。側隙活塞組件活塞環(huán)油環(huán)（1）n 槽孔式n 靠油環(huán)的彈力與缸壁貼合刮油。n 上下刮油唇、中間集油槽和回油孔。n 結構

11、簡單；加工容易；成本低?；钊M件活塞環(huán)油環(huán)（2）n 槽孔撐簧式n 撐簧增大了環(huán)與氣缸壁的接觸壓力，使環(huán)的刮油能力和耐久性有所提高。但成本較高?；钊M件活塞環(huán)油環(huán)（3）n 鋼帶組合式n 撐簧不僅使刮片與氣缸壁貼緊， 而且還使刮片與環(huán)槽側面貼緊。接觸壓力加大， 增強了刮油能 力，防止了上竄機油。 軌形撐簧下刮片氣缸壁接觸面上刮片活塞組件n 組n 活作結構頂部頭部裙部活塞銷副偏置n 活塞環(huán)n 氣環(huán)n 油環(huán)n 活塞銷活塞組件活塞銷（1）連接活塞和連桿小頭；把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，潤滑條件差。要求有足夠的強度和剛度，表 面韌性好；耐磨性好，重量輕。采用低碳鋼和低碳合

12、金鋼材料。中空圓柱形。全浮式：與連桿小頭和活塞上銷孔均有相對轉動。半浮式：只在活塞銷孔內轉動?；钊M件活塞銷（2） 連桿小頭 連桿襯套 活 塞 銷 活塞銷座 全浮式 半浮式曲柄連桿機n 功組成n 活塞組件n 連桿n 曲軸n 飛輪n 扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構連桿概述n 連接活塞與曲軸，傳遞動力；改變運動方式（往復旋轉）。要有足夠剛度、強度。n 構造n 小頭n 桿身n 大頭n 大部分采用優(yōu)質中碳鋼或中碳合金鋼連桿構造（1）集油孔 連桿襯套 連桿體連桿襯套連桿螺栓螺母連桿蓋大頭桿身小頭連桿軸承軸瓦連桿構造（2）噴油孔連桿襯套連桿體連桿蓋連桿螺栓連桿軸承軸瓦連桿小頭（1）n 全浮式活塞

13、銷擋圈 連桿襯套連桿小頭（2）連桿構造n 半浮式n 無襯套和擋圈n 孔與銷過盈壓入n 集油孔或噴油孔連桿桿身（n 一般工字型斷面n 有的有油道連桿桿身（2）優(yōu)化設計后的連桿連桿大頭（1）n 平切口、斜切口拆卸時從氣缸筒取出。n 連桿蓋定位n 脹斷連桿n 利用漲斷后的凹凸不平的斷面自然定位斜切口制口定位平切口連桿螺栓定位連桿大頭（2）斜切口鋸齒定位脹斷連桿脹斷連桿與普通連桿之比較（Polo 1.4L）連桿V型機用連桿（1）n 并列連桿n 主副連桿n 叉形連桿并列連桿連桿V型機用連桿（2）主副連桿連桿V型機用連桿（3）叉形連桿內連桿叉形連桿曲柄連桿機構n 功組n 活塞組件連桿n 曲軸n 飛輪n 扭

14、轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構曲軸n 功用和材料n 基本構造n 平衡重n 曲拐布置與發(fā)火順序n 密封與定位曲軸功用和材料n 功用n 將連桿傳來的力轉變成轉矩，并傳給傳動系，對外輸出；驅動氣門機構；驅動其它輔助裝置。n 材料n 中碳鋼或中碳合金鋼；球墨鑄鐵。曲軸功用和材料n 基本構造n 平衡重n 曲拐布置與發(fā)火順序n 密封與定位曲軸基本構造（1）主軸頸n 前端、后端n 主軸頸、曲柄銷、曲柄、曲拐、平衡重n 油道和油孔平衡重曲軸前端單元曲拐曲柄銷曲軸后端曲柄臂曲軸基本構造（2）n 全支撐n 半支撐半支撐全支撐曲軸基本構造（3）n 整體式n 組合式 整體式：V6-90°DI柴油機

15、淬火鋼42CrMoS4，鍛造 曲軸基本構造（4） 整體式：鑄造，直列四缸汽油機曲軸基本構造（5）Sulzer Super Longstroke- longitudinal coolant flow- turbocharged- s = 2.4 m, d = 0.84 m- V= 1.33 m³H- P rated = 3820 kW/Cyl.- n rated= 100 rpm(rated speed)曲軸基本構造（6）結構復雜，拆裝不便組合式便于制造，易于更換；曲軸基本構造（7）n 潤滑油道 機油從主軸頸通過油道到曲柄銷 油孔曲軸基本構造（8）曲軸基本構造（9）曲軸n 功材料基本構

16、造n 平衡重n 曲拐布置與發(fā)火順序n 密封與定位曲軸平衡重（1）n 曲柄連桿機構產生旋轉慣性力n 不平衡n 已經平衡n 平衡重用于平衡旋轉慣性力n 平衡重用于減小曲軸和機體的內力，減小主軸承載荷FrFrMr1-2Mr3-4FrFr曲軸平衡重（2）曲軸平衡重（3）曲軸平衡重（4）n 直列四缸、六缸機旋轉慣性力已經平衡四沖程六缸機，四沖程四缸機曲軸n 功材基本構造n 平衡重n 曲拐布置與發(fā)火順序n 密封與定位曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（1）曲布置取缸缸排列發(fā)火順序于確定發(fā)火順序依次作功的兩個氣缸相距盡可能的遠，以減輕主軸承載荷和避免進氣干涉。各氣缸發(fā)火的間隔時間應相同（發(fā)火均勻），間隔角 = 720

17、/ i （i為氣缸數）V型發(fā)動機左右兩列氣缸應交替發(fā)火曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（2）直列四缸發(fā)火順序13421243曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（3）13421243嗽嗽嗽嗽嗽嗽第 1 缸2340180作功壓縮排氣進氣180360排氣作功進氣壓縮360540進氣排氣壓縮作功540720壓縮進氣作功排氣第缸2340180作功排氣壓縮進氣180360排氣進氣作功壓縮360 40進氣壓縮排氣作功540720壓縮作功進氣排氣曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（4）直列六缸發(fā)火順序153624曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（5）直列六缸發(fā)火順序142635曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（6）123456060作功排氣壓進153601806

18、0120壓縮排氣縮氣120180進氣作功180240排氣壓180360240300作功進縮300360壓縮排氣氣360420進氣作功360540420480排氣壓縮2480540作功進氣540600壓縮排氣4540720600660進氣作功660720嗽嗽嗽嗽嗽曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（7）n V型機曲軸n 并列連桿n 錯頸 L3 L1 L2 1 R3 R2 R1 3 2 V6-90°并列連桿交替式發(fā)火順序 L1R1L2R2L3R3 發(fā)火間隔 90°，150°不均勻曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（8） 1 L4 L3 L2 R4 L1 3 2 R3 R2 90°

19、R1 4 V8-90°并列連桿填補式發(fā)火L1-R1-L4-R4-R2-L3-R3-L2發(fā)火間隔 90°，均勻曲軸曲拐布置與發(fā)火順序（9） L1 R1 R2 L3 L2 R3V6-90°錯頸30°交替式發(fā)火順序 L1R1L2R2L3R3 發(fā)火間隔 120°均勻曲軸n 功材基本構造n 平衡重n 曲拐布置與發(fā)火順序n 密封與定位曲軸在缸體上的密封與定位（1）n 前、后端密封n 定位 油封主軸承蓋甩油盤 曲軸前端曲軸在缸體上的密封與定位（2）擋油盤油封座 油封密封圈密封圈座曲軸后端回油螺紋曲軸后端曲軸后端密封曲軸后端密封圈及座擋油凸緣曲軸在缸體上的密封

20、與定位（2）曲軸需軸向定位，某一主軸頸用定位片飛輪（1）n 功用n 儲存能量，幫助曲柄連桿機構越過止點，完成輔助行程；n 克服暫時超負荷,使曲軸旋轉均勻；n 其它用途（組成離合器，起動）n 工作要求n 和曲軸一起高速旋轉，動平衡和靜平衡。飛輪（2）n 材料n 鑄鐵或鋼（沖壓）n 結構轉動慣量較大的圓盤，用螺栓與曲軸后端固定（有圓周方向定位：定位銷、不等距螺栓）.飛輪輪緣上鑲有齒圈，齒圈可以與起動機主動輪嚙合。曲柄連桿機構與組成n 功n 活塞組件連桿n 曲軸n 飛輪n 扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構扭轉減振器（1）n 扭轉振動n 發(fā)動機工作時，各缸曲柄連桿機構產生的轉矩周期性變化，導致

21、各曲拐相對扭轉。n 當發(fā)動機轉矩變化頻率與曲軸扭轉振動的自振頻率相同時，會發(fā)生共振。對發(fā)動機有害。n 扭轉減振器n 為削減曲軸的扭轉振動，在曲軸前端（扭轉振幅最大） 加裝扭轉減振器。n 三種：橡膠扭轉減振器、硅油扭轉減振器、硅油橡膠扭轉減振器扭轉減振器（2）慣性質量慣性質量橡膠皮帶輪帶輪轂慣性質量皮帶輪 橡膠扭轉減振器緊固螺栓減振器殼體減振器殼體硫化橡膠硫化橡膠硫化橡膠減振器殼體扭轉減振器（3）橡膠扭轉減振器結構簡單，工作可靠，成本低；阻尼作用小，橡膠易老化。大功率發(fā)動機少用。BENZ I5汽油機扭轉減振器（4）Cadillac V8汽油機扭轉減振器（5）側蓋慣性質量襯套注油螺塞硅油扭轉減振器

22、減振器殼體與慣性環(huán)之間油封閉腔，其中充滿粘度很大的硅油。工作時，慣性環(huán)近乎勻速轉動，與減振器殼體產生相對轉動，扭振能量被硅油內摩擦阻尼吸收。減振效果好，尺寸大。減振器殼體扭轉減振器（6）橡膠環(huán)注油螺塞慣性質量橡膠環(huán)硅油橡膠扭轉減振器集橡膠減振器和硅油減振器的優(yōu)點。體積小，質量輕， 減振性能穩(wěn)定。減振器殼體曲柄連桿機構n 功組n 活塞組件連桿n 曲軸n 飛輪扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構軸瓦（1） 鋼背n 滑動軸承n 連桿軸承、主軸承（軸瓦）、連桿襯套，曲軸止推軸承n 結構n 薄壁鋼背減摩合金層（巴氏合金、銅基合金或鋁基合金）軟鍍層軟鍍層結合面減摩合金層軸瓦（2）n 分上下兩半，自由狀態(tài)時兩結合面外端距離大于軸承孔直徑。n 有定位唇，裝配時定位于軸承孔定位槽。n 為潤滑的需要，有環(huán)形油槽和油孔。布油槽環(huán)形油槽油孔定位唇軸瓦（3）n 止推軸承n 多用半圓形止推片；n 上下各兩 片，裝在機體和主軸承蓋的淺槽 中，有定位防止轉動。存油坑定位舌 鋼背減摩合金層 止推軸承環(huán)曲柄連桿機構n 功組活塞組件連桿n 曲軸n 飛輪扭轉減振器n 軸瓦n 往復慣性力平衡機構往