汽車技術(shù)文檔-第2章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)課件

1、第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié) 概述曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用與組成 功用：把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系牧D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，以向工作機(jī)械輸出機(jī)械能。組成：機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件高溫：2500K高壓：59MPa 高速：30006000r/min（100200行程）化學(xué)腐蝕受力分析由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)是在高壓下變速運(yùn)動(dòng)的，因此它受力情況十分復(fù)雜。氣體作用力 往復(fù)慣性力與離心力 摩擦力外界阻力往復(fù)慣性力與離心力 慣性力如上圖所示，活塞的運(yùn)動(dòng)速度很高，且數(shù)值在不斷變化。當(dāng)其從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度變化規(guī)律是：從零開始，逐漸增大，臨近中間達(dá)到最大值，然后又逐漸減小至零。也就是說，前半行程是加

2、速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下（Fj）；后半行程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上（Fj）。該慣性力使曲柄連桿機(jī)構(gòu)承受周期性的附加載荷，加快軸承的磨損，引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。離心力曲柄、曲柄銷和連桿大頭繞曲軸軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力。離心力分解后，F(xiàn)cy與Fj方向一致，F(xiàn)cy與Fj方向一致，因而離心力加劇了發(fā)動(dòng)機(jī)的上下振動(dòng)；Fcx、Fcx使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。離心力使曲柄連桿機(jī)構(gòu)承受又一附加載荷，增加機(jī)構(gòu)的變形和磨損。摩擦力為了保證工作可靠、減少磨損，在結(jié)構(gòu)上必須采取相應(yīng)的措施機(jī)體組的基本組成：氣缸體、氣缸蓋、氣缸墊、油底殼氣缸體的功用與結(jié)構(gòu)形式功用：發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體結(jié)構(gòu)：上半部有一個(gè)或若干個(gè)為活塞在其中

3、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的圓柱形空腔，稱為氣缸；下半部為支承曲軸的曲軸箱 型式：一般式、龍門式、隧道式冷卻方式：水冷、風(fēng)冷排列方式：直列、V型、對置式水冷式氣缸體和氣缸蓋1.氣缸 2.水套 3.氣缸蓋 4.燃燒室 5 氣缸墊風(fēng)冷式氣缸體和氣缸蓋1 氣缸體 2 氣缸蓋 3 散熱片冷卻方式氣缸套的形式與結(jié)構(gòu)氣缸套的型式干式缸套外表面不直接與冷卻水接觸，壁厚一般為23mm。濕式缸套外表面與冷卻水直接接觸，壁厚一般為58mm。特點(diǎn)：定位和密封。濕缸套的優(yōu)點(diǎn)濕在氣缸體上沒有密封的水套，鑄造方便，容易拆卸更換，冷卻效果也好；其缺點(diǎn)是氣缸體的剛度差，易于漏氣、漏水。濕缸套廣泛應(yīng)用于汽車柴油機(jī)上 缸套的安裝缸套裝入座孔后，通

4、常缸套定面略高于氣缸體上平面0.050.15mm。 氣缸套氣缸蓋功用密封氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。材料一般采用灰口鑄鐵或合金鑄鐵鑄成。有的汽油機(jī)采用鋁合金鑄造，鋁的導(dǎo)熱性比鑄鐵好，有利于提高壓縮比，但剛度較低，容易變形。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要有燃燒室、冷卻燃燒室周圍用的循環(huán)水套、進(jìn)排氣門座、氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)排氣通道、潤滑油油路、搖臂軸支承座。柴油機(jī)設(shè)有安裝噴油器的座孔，汽油機(jī)設(shè)有火花塞座孔 分類：單體氣缸蓋一缸一蓋；塊狀氣缸蓋能覆蓋部分（兩個(gè)以上）氣缸；整體氣缸蓋能覆蓋全部氣缸 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室是由活塞頂部及缸蓋上相應(yīng)的凹部空間組成。燃燒室的形狀對發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響較大

5、。對燃燒室有三點(diǎn)基本要求：結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，冷卻面積小，以減少熱量損失及縮短火焰行程；使混合氣在壓縮終了時(shí)具有一定的渦流運(yùn)動(dòng)，以提高混合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時(shí)和充分燃燒 有增大進(jìn)氣門的直徑或進(jìn)氣道通過面積，以增加進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率汽油機(jī)常用燃燒室的形狀：氣缸墊功用：氣缸蓋與氣缸體之間置有氣缸蓋襯墊，以保證燃燒室的密封。要求在高溫、高壓燃?xì)庾饔孟掠凶銐虻膹?qiáng)度，不易損壞。耐熱和耐腐蝕，即在高溫、高壓燃?xì)庀禄蛴袎毫Φ臋C(jī)油和冷卻水的作用下不燒損、不變質(zhì)。具有一定彈性，能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度，以保證密封。拆裝方便，能重復(fù)使用，壽命長。結(jié)構(gòu)金屬-石棉襯墊石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，外覆

6、銅皮或鋼皮 金屬-復(fù)合材料襯墊全金屬襯墊安裝方向：把氣缸墊光滑的一面朝氣缸體，否則容易被氣體沖壞 汽缸墊活塞連桿組的組成：活塞功用承受氣缸中的氣體壓力，并將此壓力通過活塞銷傳給連桿，以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)?；钊敳窟€與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。工作條件高溫：活塞承受燃?xì)庾罡邷囟瓤蛇_(dá)2500K，活塞頂部的溫度高達(dá)600700K。高壓：汽油機(jī)35MPa，柴油機(jī)69MPa。高速：活塞在氣缸中高速運(yùn)動(dòng)，車用汽油機(jī)轉(zhuǎn)速為40006000rpm，活塞的平均速度可達(dá)1014m/s。要求要求活塞質(zhì)量小，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好和耐磨。材料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)目前廣泛采用的活塞材料是鋁合金。在個(gè)別的汽油機(jī)上采用高級鑄鐵或耐熱鋼

7、制造活塞。活塞的頂部活塞頭部活塞環(huán)槽以上的部分。主要作用：承受氣體壓力，并傳給連桿；與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸的密封；將活塞頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁 活塞的裙部和銷座活塞裙部活塞裙部是指自油環(huán)槽下端面起至活塞底面底部分。作用是為活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和承受側(cè)向壓力活塞銷座作用是將活塞頂部氣體作用力經(jīng)活塞銷傳給連桿。銷座孔內(nèi)有安放彈性卡環(huán)的卡環(huán)槽?？ōh(huán)用來防止活塞銷在工作中發(fā)生軸向竄動(dòng) 活塞裙部變形活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-鑲防脹鋼片把鎳含量大，膨脹系數(shù)極小的鋼片（稱為恒范鋼片）埋入銷座的周圍，從內(nèi)部抑制鋁的膨脹（含鎳3336，線膨脹系數(shù)約為鑄鋁合金的1/10）。還有的柴油機(jī)鑄鋁活塞的裙部鑲鑄

8、圓筒式鋼片 恒范活塞及 自動(dòng)熱補(bǔ)償活塞活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裙部開有絕熱膨脹槽 活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞銷偏置活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拖鞋式活塞 為了減小活塞質(zhì)量，將活塞的裙部銑去一部分，形成拖鞋式裙部，使活塞具有較大的彈性，從而減小裝配間隙，避免卡死 活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)油冷活塞自由噴射冷卻：振蕩冷卻：強(qiáng)制冷卻活塞的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)槽護(hù)圈、銷座凹陷環(huán)槽護(hù)圈活塞環(huán)槽的磨損常常是限制活塞使用壽命的一個(gè)重要因素。為了保護(hù)和加強(qiáng)活塞環(huán)槽，可在鋁合金活塞環(huán)槽部位鑄入采用耐熱材料制造的環(huán)槽護(hù)圈。銷座凹陷為了減少銷座附近處的熱變形量，有的活塞將銷座附近的裙部外表面制成下陷0.51.0mm 活塞環(huán)活塞環(huán)的分類和功用氣環(huán)（壓

9、縮環(huán)）：防止氣缸內(nèi)的混合氣及爆發(fā)氣體、廢氣泄漏（密封和導(dǎo)熱作用）。油環(huán)：將殘留在氣缸壁面上的潤滑油刮掉，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油膜（刮油，布油、輔助封油）。工作條件高溫、高壓、高速及潤滑困難。材料：要求耐熱、耐磨及高的強(qiáng)度和沖擊韌性活塞環(huán)材料是合金鑄鐵。第一道氣環(huán)的工作表面一般都鍍上多孔性鉻。其硬度高，并能儲(chǔ)存少量機(jī)油，以改善潤滑，其余氣環(huán)一般鍍錫或者磷化（改善磨合性能）。還可用噴鉬來提高活塞環(huán)的耐磨性。在高速強(qiáng)化的柴油機(jī)上，還可采用鋼片環(huán)、粉末冶金的金屬陶瓷和聚四氟乙烯制造的活塞環(huán)。氣環(huán)的結(jié)構(gòu)-切口形狀開口間隙一般為0.250.8mm。第一道氣環(huán)的溫度最高，因而其切口間隙值最大。氣環(huán)的

10、切口形狀有：直角形切口工藝性好；階梯形切口密封性較好，但工藝性交叉；斜切口，斜角一般為30或45,其密封作用和工藝性均介于前二者之間，但其銳角部分在套裝入活塞時(shí)容易折損 氣環(huán)的密封原理活塞環(huán)在自由狀態(tài)下外廓尺寸大于氣缸直徑，當(dāng)裝入氣缸后，在自身彈力作用下環(huán)的外圓面與氣缸壁形成第一道密封面。進(jìn)入活塞環(huán)的側(cè)隙中的高壓氣體使下側(cè)面與環(huán)槽的下側(cè)面貼緊形成第二道密封面。進(jìn)入徑向間隙的高壓氣體只能使活塞環(huán)的外圓面與氣缸壁更加貼緊。漏氣的唯一通道即活塞環(huán)的開口端隙，如果幾道活塞環(huán)開口相互錯(cuò)開，則形成迷宮式漏氣通道，氣體在其中的流動(dòng)阻力大，壓力下降快，則最后漏氣量僅為0.2%-1%氣環(huán)的泵油原理及危害氣環(huán)隨活

11、塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)把氣缸壁上的機(jī)油不斷送入氣缸中，這種現(xiàn)象稱為“氣環(huán)的泵油作用”。竄入氣缸的機(jī)油，會(huì)使燃燒室內(nèi)形成積碳和增加機(jī)油消耗，并且還可能在環(huán)槽（第一道）中形成積碳，使環(huán)被卡死在環(huán)槽中，失去其密封作用，劃傷氣缸壁，甚至使環(huán)折斷 氣環(huán)的結(jié)構(gòu)-斷面形狀氣環(huán)的結(jié)構(gòu)-斷面形狀矩形環(huán)：其工藝性和導(dǎo)熱效果較好，但易產(chǎn)生泵油作用。錐形環(huán)：可以改善環(huán)底磨合，這種環(huán)在氣缸內(nèi)，可向下刮油，而向上滑動(dòng)時(shí)由于斜面底油楔作用，可以在油膜上浮起，減少磨損。 桶面環(huán)：用作強(qiáng)化柴油機(jī)的第一環(huán)。其特點(diǎn)是活塞環(huán)的外圓面為凸圓弧形。當(dāng)桶面環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，均能與氣缸壁形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入摩擦面，從而使磨損大為減少，且有利于密

12、封，缺點(diǎn)是凸圓弧形不易加工。氣環(huán)斷面形狀-扭曲環(huán)扭曲環(huán)：正扭曲環(huán)負(fù)扭曲環(huán)將這種環(huán)隨同活塞裝入氣缸時(shí)，由于環(huán)底彈性內(nèi)力不對稱作用產(chǎn)生明顯的斷面傾斜。從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下斷面接觸，提高了表面底接觸應(yīng)力，防止了活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)上下竄動(dòng)而造成底泵油作用，同時(shí)增加了密封性。扭曲環(huán)還易于磨合，并有向下刮油的作用。氣環(huán)斷面形狀-梯形環(huán)活塞受側(cè)壓力的作用而改變位置時(shí)，環(huán)的側(cè)隙相應(yīng)發(fā)生變化，使沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦被擠出，避免了環(huán)被粘在環(huán)槽中而引起折斷油環(huán)油環(huán)的作用油環(huán)的作用是向氣環(huán)提供適量的潤滑油，同時(shí)刮落氣缸壁上殘留的油，防止油進(jìn)入燃燒室 油環(huán)的結(jié)構(gòu)槽孔式槽孔撐簧式鋼帶組合式活塞銷功用：連接活塞和連桿小頭，

13、將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。工作條件及結(jié)構(gòu)：活塞銷在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷，潤滑條件較差（一般靠飛濺潤滑），因而要求有足夠的剛度和強(qiáng)度，表面耐磨，質(zhì)量盡可能小。為此，活塞銷通常做成空心圓柱體。內(nèi)孔形狀有：兩段截錐形、圓柱形、兩段截錐和一段圓柱的組合形。材料：低碳鋼或者低碳合金鋼，先經(jīng)表面滲碳處理以提高表面硬度，并保證心部具有一定的沖擊韌性，然后進(jìn)行精磨和拋光 活塞銷活塞銷連接方式全浮式：在正常工作溫度下（發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中）?；钊N不僅可以在連桿小頭襯套孔內(nèi)，還可以在銷座孔內(nèi)緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，以使活塞銷各部分地磨損比較均勻。半浮式： （少用）在正常工作溫度下，活塞銷不能在連桿小頭襯套孔內(nèi)轉(zhuǎn)

14、動(dòng)，但不可以在銷座孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此連桿小頭加工簡便連桿功用將活塞承受的力傳給曲軸，并從而使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 工作條件材料中碳鋼、中碳合金鋼，經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后經(jīng)機(jī)械加工和熱處理 連桿的構(gòu)造小頭：內(nèi)有減摩青銅襯套桿身：“工”字型斷面大頭：整體式剖分式：連桿蓋通過連桿螺栓緊固在大頭上 連桿大頭的剖分方式平切口連桿螺栓定位 斜切口止口定位套筒定位鋸齒定位為什么汽油機(jī)連桿一般采用平切口，但柴油機(jī)卻一 般采用斜切口 連桿大頭的軸承V型發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿布置形式并列式：相對應(yīng)地左右兩缸地連桿一前一后地裝在同一個(gè)曲柄銷上。主副式：一列氣缸地連桿為主連桿，其大頭直接安裝在曲柄銷全長上。另一列氣缸

15、地連桿為副連桿，其大頭與對應(yīng)地主連桿大頭（或連桿蓋）上的兩個(gè)凸耳作鉸鏈連接。叉形式：左右兩列氣缸的對應(yīng)兩個(gè)連桿中，一個(gè)連桿的大頭做成叉形，跨于另一個(gè)連桿的厚度較小的片形大頭兩端。曲軸飛輪組曲軸-1功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，對外輸出，同時(shí)驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)及輔助裝置（冷卻風(fēng)扇、水泵、汽車空調(diào)、充電設(shè)備等）工作條件及材料曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力，周期性變化的氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷 中碳鋼或中碳合金鋼，模鍛 曲軸-2組成：前端軸-自由端主軸頸、曲柄銷（連桿軸頸）、曲柄-曲拐后端軸-功率輸出端平衡重分類整體式：多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸一般做成整體式組合式：連桿大頭

16、為整體式的某些小型汽油機(jī)或采用滾動(dòng)軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動(dòng)機(jī)，必須采用組合式曲軸。也可按曲軸的主軸頸分：全支承曲軸：相鄰兩個(gè)曲拐之間，都設(shè)置一個(gè)主軸頸的曲軸 非全支承曲軸：主軸頸數(shù)少于曲柄銷數(shù)的曲軸 全支承與非全支承曲軸平衡重平衡重用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力和離心力矩，有時(shí)還用來平衡一部分往復(fù)慣性力。前端軸前端軸裝配結(jié)構(gòu)：曲軸前端裝有驅(qū)動(dòng)配氣凸輪軸的正時(shí)齒輪，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的皮帶輪、起動(dòng)爪。前端軸的密封結(jié)構(gòu)：甩油盤、油封后端軸后端軸裝配結(jié)構(gòu)：曲軸后端有安裝飛輪用的凸緣后端密封裝置：回油螺紋曲拐布置的一般原則各缸的作功間隔角盡量均勻。對于缸數(shù)為i的四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)火間隔角為720/i，以保證發(fā)

17、動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，同時(shí)避免可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象（即相鄰兩缸進(jìn)氣門同時(shí)開啟）以免影響充氣。V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩排氣缸盡可能交替作功。曲拐布置盡可能對稱、均勻 曲拐的布置-四缸四行程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火次序?yàn)椋喊l(fā)火間隔角為720/180。其曲拐布置在同一平面內(nèi)。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即-或- 曲拐的布置-六缸四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火次序因缸數(shù)i，所以發(fā)火間隔角應(yīng)為720/6120。這種曲拐布置在三個(gè)片面內(nèi)，各平面夾角為120。曲拐的具體布置方案有兩種：-較為普遍。國產(chǎn)汽車六缸發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種方案。另一種是- 曲拐的布置-V型八缸四行程型八氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火次序缸數(shù)i，所以發(fā)火間隔角應(yīng)為720/90。型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩列中相對應(yīng)的一對連桿共用一個(gè)曲拐。所以型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)只有四個(gè)曲拐，其布置可以與四缸機(jī)一樣，四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個(gè)互相錯(cuò)開90的平面內(nèi)，這樣可使發(fā)動(dòng)機(jī)得到更好的平衡性 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器作用原理：使曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能量逐漸消耗于減振器的摩擦類型：橡膠扭轉(zhuǎn)減振器硅油扭轉(zhuǎn)減振器 硅油-橡膠扭轉(zhuǎn)減振器 橡膠扭轉(zhuǎn)減振器慣性盤5由于振動(dòng)慣量大，而與減振器圓盤3有了相