第2章 曲柄連桿機構(gòu)

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)榍S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、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

2、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(fù)荷較大負(fù)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

3、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，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

4、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(fù)荷。成本承受大負(fù)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

5、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

6、氣，所以承受的熱負(fù)荷很大。工作條件：因接觸高溫燃?xì)猓猿惺艿臒嶝?fù)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

7、、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

8、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?xì)馔诮佑|，活塞受周、工作環(huán)境：活塞頂部直接與高溫燃?xì)馔诮佑|，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

9、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）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)量小）鋁硅合金：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

10、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?；钊敺诸惢钊敺诸愋螤钚螤钍疽鈭D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

11、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

12、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

13、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

14、護層等。保護層等?；钊N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，

15、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

16、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?；钊N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

17、聲音。（四）連桿作用：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廨敵?。還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助輸

18、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

19、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)動機曲軸飛輪組三、曲拐的布置三、曲拐的布置（1）一般規(guī)律）一般規(guī)律1）各缸的作功間隔要

20、盡量均衡，以使發(fā)動機）各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在發(fā)動機的前半部和后半部交替進行。發(fā)動機的前半部和后半部交替進行。3）V型發(fā)動機左右氣缸盡量交替作功。型發(fā)動機左右氣缸盡量交替作功。4）曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機工）曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機工作平衡性好。作平衡性好。（2）常見曲軸曲拐的布置）常見曲軸曲拐的布置1）四沖程四缸發(fā)動機）四沖程四缸發(fā)動機曲拐布置曲拐布置2）四沖程四缸發(fā)動機）四沖程四缸發(fā)動機點火順序點火順序點火順序：各缸完成同名行程的次序。點火順序：各缸完成同名行程的次序。3）直列四沖程六缸發(fā)動機曲軸曲拐布置）直列四沖程六缸發(fā)動機曲軸曲拐布置四沖程六缸發(fā)動機點火順序四沖程六缸發(fā)動機點火順序四、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