第二章曲柄連桿機構060916

曲柄連桿機構的組成和功用機體組活塞連桿組曲軸飛輪組

第二章

曲柄連桿機構活塞連桿組曲軸飛輪組機體組曲柄連桿機構的功用曲柄連桿機構的組成曲柄連桿機構的受力分析第一節(jié)

曲柄連桿機構的組成和功用熱能機械能燃氣壓力

轉矩連桿活塞曲軸一、曲柄連桿機構的功用(概述)曲柄連桿機構的作用：

1、將活塞的往復直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動；

2、將作用在活塞頂上的燃氣壓力轉變?yōu)榍S的輸出扭矩。組成：機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組。工作特點：高溫、高壓、高速、化學腐蝕。將活塞頂上的燃氣壓力轉變?yōu)榍S轉矩曲柄連桿機構工作過程1、機體組

氣缸體曲軸箱氣缸套氣缸蓋氣缸墊油底殼等2、活塞連桿組

活塞活塞環(huán) 活塞銷連桿等3、曲軸飛輪組

曲軸飛輪等二、曲柄連桿機構的組成曲軸箱氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼氣缸體氣缸蓋罩機體組組成氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋活塞連桿組起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉減振器飛輪曲軸曲軸飛輪組的組成三、工作特點高溫、高壓、高速、化學腐蝕。（1）作功行程Fp燃氣壓力Fp1

連桿分力Fp2

側壓力FR壓緊力FS曲軸旋轉力FpFpFp1Fp2Fp2Fp1FRFST

四、曲柄連桿機構的受力分析在作功行程中，氣體作用力Fp作用在活塞頂上，傳到活塞銷上，分解為Fp1、Fp2，分力Fp1沿連桿傳到曲柄銷上，并可分解為FR和FS，垂直于曲柄的分力FS對曲軸中心形成轉矩Ttq，推動曲軸旋轉；分力Fp2則將活塞壓向氣缸的左側。（1）作功行程圖2-1氣體壓力作用情況示意圖1、氣體作用力：Fp燃氣壓力Fp1連桿分力Fp2

側壓力FR壓緊力FS曲軸旋轉力FpFpFp1Fp2Fp2Fp1FRFST

（1）作功行程F′p

氣體壓力F′p1連桿分力F′p2側壓力F′R壓緊力F′S旋轉阻力

F′pT′

F′p2F′SF′RF′p1（2）壓縮行程

在壓縮行程中，作用在活塞頂上的氣體壓力FP也可以分解為兩個分力FP1和FP2，而FP1又可以分解為Fs和FR，分力Fs對曲軸造成一個旋轉阻力矩Ttq，企圖阻止曲軸旋轉，而FP2則將活塞壓向氣缸的另一側。

（2）壓縮行程圖2-1氣體壓力作用情況示意圖

總之，氣體壓力作用在活塞頂上，通過活塞銷、連桿傳力給曲軸，最終由機體主軸承承受。同時，曲軸終端產生輸出扭矩，而傾倒力矩則使機體左右搖晃，因此，需通過螺栓使機體固定在車架上。（2）壓縮行程圖2-1氣體壓力作用情況示意圖

（1）活塞在上半行程時（向下運動）Fj慣性力（向上）Fc離心力Fcy上下振動Fcx水平振動FjFcnFjFcxFcy2、往復慣性力和離心力060911z（2）活塞在下半行程時（向下運動）F′j

慣性力(向下)F′c離心力F′cy上下振動F′cx水平振動3、摩擦力

各相對運動件表面的摩擦阻力F′jF′cnF′jF′cxF′cy

2、往復慣性力與離心力：活塞加速度：在上止點前后活塞加速度是正值，往復慣性力朝上；在下止點前后活塞加速度是負值，往復慣性力朝下。如圖（2-2）。偏離曲軸軸線的曲柄、曲柄銷和連桿大頭繞曲軸軸線旋轉，產生旋轉慣性力，其方向沿曲柄半徑向外。

（1）活塞在上半行程時的慣性力（2）活塞在下半行程時的慣性力圖2-2往復慣性力和離心力作用情況示意圖

曲軸轉速愈高，往復慣性質量和旋轉慣性質量愈大，則往復慣性力與離心力愈大，慣性力使曲柄連桿機構的各零件和所有軸頸（軸承）受周期性變化的附加負荷，加快磨損。若不加以平衡，慣性力傳到氣缸體外，引起發(fā)動機的振動。3、摩擦力：忽略不記。（1）活塞在上半行程時的慣性力（2）活塞在下半行程時的慣性力圖2-2往復慣性力和離心力作用情況示意圖

曲柄連桿機構（包括機體組）各有關零件受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉作用。五、總結機體（氣缸套、主軸承蓋）氣缸蓋

氣缸蓋罩與氣缸襯墊

油底殼

發(fā)動機支座控制系統

第二節(jié)

機

體

組機體組

機體組由氣缸體（有的發(fā)動機有曲軸箱）、氣缸蓋和油底殼組成。曲軸箱氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼氣缸體氣缸蓋罩機體組是發(fā)動機的支架是各機構與系統的裝配機體

氣缸蓋密封氣缸、形成燃燒室

機體與氣缸蓋內水套—冷卻系統

機體與氣缸蓋內油道—潤滑系統機體組的功用

水冷發(fā)動機的氣缸體與曲軸箱常鑄成一體，簡稱氣缸體，有的水冷發(fā)動機的氣缸體象風冷發(fā)動機的氣缸體一樣，將氣缸體與上曲軸箱（其內腔為曲軸運動的空間）分開鑄造，而把油底殼稱之為下曲軸箱。氣缸體內孔一般鑲入氣缸套，其內表面形成氣缸工作表面。一、氣缸體圖2-8一汽奧迪100型發(fā)動機氣缸體（一般式）

1、內孔：（1）形成氣缸工作容積（2）活塞運動導向2、外部：（1）各機構和系統的裝配基體（2）散熱（二）要求：1、耐高溫、高壓2、耐磨損3、耐腐蝕4、足夠的剛度和強度（一）氣缸體作用（三）材料和工藝：1、材料（1）氣缸套：優(yōu)質合金鑄鐵或合金鋼（2）氣缸體：灰鑄鐵或鋁合金2、氣缸工作表面制造工藝（2級加工精度）（1）精鏜（2）珩磨（網紋狀）1、改善磨合條件，磨合時間短

2、避免拉缸（金屬熔著磨損）漏氣:功率下降竄機油:冒藍煙活塞卡死（三）材料和工藝油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式1、按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為一般式龍門式隧道式三、氣缸體結構特點平底式龍門式隧道式曲軸箱（氣缸體）的結構型式名稱性能應用一般式機體高度小、重量輕、結構緊湊，便于加工拆卸。剛度和強度差。492Q汽油機，90系列柴油機。龍門式強度和剛度較好。工藝性差、結構笨重、加工困難。捷達轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結構緊湊、剛度和強度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負荷較大的柴油機上。性能與應用比較一般式龍門式隧道式概念曲軸軸線與缸體下平面共面曲軸軸線高于缸體下平面主軸承座孔不分開特點便于機械加工但剛度較差剛度強度較好工藝性較差結構剛度大但最重應用多用于中小型發(fā)動機中型及重型車用發(fā)動機機械負荷大柴油機實例夏利富康發(fā)動機，BJ492Q捷達/高爾夫CA61026135Q滾動主軸承三種氣缸體結構型式的比較水冷散熱片冷卻水2、按冷卻方式不同分：風冷1）水冷式：氣缸體內鑄有冷卻水套。2）風冷式：氣缸體外鑄有散熱片。（1）干式缸套：圖（a）所示，不直接與冷卻水接觸，薄壁（1-3mm），過盈壓配在氣缸體內孔中。其優(yōu)點是：密封性好，氣缸體剛性好，不易變形。缺點是：a、制造成本增加：氣缸體內孔、缸套外圓亦需精加工，且薄壁缸套剛性差，加工裝夾時易變形。

b、熱負荷增加：缸套外圓與氣缸體內孔理論上是完全接觸，但加工誤差使之不可能完全接觸，因而散熱面積小，影響缸套散熱，必然使缸套、活塞等熱負荷嚴重。

c、氣缸體鑄造工藝性差：水套封閉，去渣困難。

d：缸心距增加，曲軸易彎曲變形：水套封閉。3、按鑲缸套方式分為干式缸套灰鑄鐵或鋁合金缸體可卸干式缸套1~3干式缸套式（1）無氣缸套式優(yōu)點：縮短氣缸中心距，減小機體尺寸質量機體剛度大、工藝性好缺點：耐磨合金鑄鐵成本高無氣缸套式鋁合金缸體氣缸表面多孔鍍鉻，提高耐磨性

氣缸套氣缸體水套敞開，缸套與冷卻水直接接觸，薄厚（5-9mm），缸套下端帶橡膠封水圈，氣缸套外圓上大，下?。ㄒ驗闅飧滋紫露藥?-3道橡膠封水圈），且上端與氣缸體內孔配合緊，下端配合松，以方便推入氣缸體內孔。0.050.15mm氣缸套水套氣缸體橡膠封水圈圖2-6（b）濕式氣缸套（軸向定位）（徑向定位）（徑向定位）

濕式缸套壓配在氣缸體內孔時，上部凸肩頂面高出氣缸體頂面0.05-0.15mm，這樣緊固缸蓋時，可將缸墊壓得更緊，以密封燃氣。濕式缸套優(yōu)點是：氣缸套冷卻好；制造成本低；氣缸體鑄造工藝性好；缸心距短，曲軸不易彎曲。濕式缸套缺點是：氣缸體剛性差，容易變形，易漏氣、漏水；氣缸套外圓表面易產生穴蝕現象，常見涂漆。濕式缸套普通鑄鐵或鋁合金缸體AB環(huán)帶：徑向定位凸緣C：軸向定位缸套頂面略高于缸體平面：0.05~0.15mm密封圈：下部1~3道密封圈ABC0.05~0.155~9濕式缸套名稱特點示意圖干缸套外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1~3mm。濕缸套外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5~9mm。強度和剛度都較好，加工復雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強度和剛度不如干缸套，易漏水。干缸套和濕缸套直列式V型式對置式4.氣缸的排列方式（發(fā)動機形式）（1）（1）（2）（2）（3）（3）圖2-7多缸發(fā)動機氣缸排列型式（1）單列直立式（直列式）（2）V型（3）水平對置式單列雙列直立平臥V型（，相鄰兩缸的連桿大頭共用一個曲柄銷）水平對置（=，每缸的連桿大頭各占用一個曲柄銷）按氣缸排列形式分1-機油泵2-主軸瓦3-主軸承蓋4-飛輪5-轉速傳感器脈沖齒6-止推墊片7-曲軸8-氣缸體9-鏈輪圖2-9桑塔納時代超人2000GSI型轎車AJR發(fā)動機的氣缸體及相關零件（龍門式）二、氣缸蓋與氣缸墊氣缸墊：功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞

1、基本組成：氣缸蓋上應有進、排氣門座及氣門導管和進、排氣門通道等。2、作用：（1）密封氣缸上部（2）構成燃燒室（與氣缸壁和活塞頂一起）（3）構成供給系中進、排氣系統及冷卻系、潤滑系的一部分（鑄有進、排氣通道及冷卻水套或散熱片、潤滑油道）3、要求：（1）耐高溫、高壓

（2）耐腐蝕（3）足夠的剛度和強度（一）氣缸蓋

4、材料：

（1）鋁合金壓鑄（汽油機及少數柴油機）：a、導熱性好b、質量輕c、鑄造流動性好（風冷發(fā)動機散熱片鑄造容易）d、剛度低:易變形導致漏氣、漏水f、強度低:氣缸蓋螺栓孔易拉毛g、不耐高溫:超過350C，強度急劇降低

（2）灰鑄鐵或合金鑄鐵（大部分柴油機）：a、剛度、強度高b、耐高溫c、導熱性差:缸蓋底面鼻梁區(qū)易開裂d、質量重灰鑄鐵或合金鑄鐵高溫強度高、鑄造性能好、價格低、應用廣泛導熱性差、重量大鋁合金導熱性好，有利于提高壓縮比鑄造性能好、重量輕高溫強度低、易變形、成本高轎車汽油機多采用氣缸蓋的材料（1）多缸發(fā)動機a、單體氣缸蓋：每缸一蓋，剛性好，制造容易，維修方便，但缸心距較長，曲軸容易彎曲。b、整體氣缸蓋：只有一蓋，缸心距最短，發(fā)動機緊湊，曲軸剛性好，但氣缸蓋剛性差，制造困難，維修成本增加。（現代發(fā)動機大部分采用）c、組合氣缸蓋：如兩缸一蓋，便于系列化。5、結構特點：整體式能覆蓋全部氣缸縮短氣缸中心距縮短發(fā)動機總長度剛性較差單體式塊狀式只覆蓋一個氣缸能覆蓋部分氣缸（兩個以上）缸體較大發(fā)動機常采用多用于缸徑<105mm發(fā)動機氣缸蓋的結構型式圖2-10捷達轎車發(fā)動機的氣缸蓋（進、排氣管在同側，頂置凸輪軸）圖2-12桑塔納時代超人2000GSI轎車AJR發(fā)動機氣缸蓋及相關零件（進、排氣管在兩側，頂置凸輪軸）1-凸輪軸同步帶輪2-凸輪軸油封3-凸輪軸軸承蓋4-凸輪軸5-液壓挺桿6-氣缸蓋7-進氣門8-排氣門

（2）按所用燃料分

a、汽油機：氣缸蓋中心加工有裝火花塞的孔；進、排氣道一般鑄在氣缸蓋的一側（進氣管布置在排氣管的上部，利用廢氣加熱進氣管壁面油膜，促進霧化),但現代汽油機采用半球形燃燒室時則進、排氣道鑄在氣缸蓋的兩側；燃燒室在氣缸蓋上，氣缸蓋底部有凹坑。

b、柴油機：氣缸蓋中心加工有裝噴油器的孔；進、排氣道鑄在氣缸蓋的兩側（避免進氣加熱，影響充氣效率，降低發(fā)動機功率）；車用中小功率柴油機的氣缸蓋底部沒有凹坑（直噴式燃燒室一般在活塞頂上，分開式燃燒室則在氣缸蓋內部）。

（3）按冷卻方式分：

a、水冷：內鑄水套，入水口與氣缸體上水套相通，上部出水口通過節(jié)溫器與散熱器入水口相通。

b、風冷：外鑄散熱片，平行于來流方向。6、汽油機燃燒室：汽油機的燃燒室由活塞頂部及缸蓋上相應的凹部空間組成。（1）要求：a、結構盡可能緊湊，F/V小減少熱量損失，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高ib、壓縮終了時能形成一定強度的擠壓渦流，提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，促進油、氣混合，促提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，促進油、氣混合，使混合氣及時充分燃燒。楔形盆形半球形汽油機燃燒室結構較簡單、緊湊，壓縮終了時能形成擠壓渦流（紅旗轎車、切諾基越野車、解放CA1091貨車）。

a、楔形燃燒室結構較簡單、緊湊，能形成進氣渦流（捷達、奧迪轎車、北京吉普）。b、盆形燃燒室①直噴式燃燒室ω形燃燒室球形燃燒室（3）柴油機燃燒室直噴式燃燒室：燃燒室容積集中于活塞頂上的燃燒室凹坑內渦流燃燒室預燃燃燒室噴油器加熱塞加熱塞噴油器渦流室預燃室②分開式燃燒室渦流燃燒室：空氣被擠入渦流室形成強烈有規(guī)則渦流運動大部分柴油在渦流室內燃燒形成二次渦流混合燃燒；預燃燃燒室：空氣被擠入預燃室產生無規(guī)則紊流小部分柴油在預燃室內燃燒產生二次紊流混合完全燃燒氣缸蓋示意圖氣缸蓋

結構最為緊湊，高，配氣機構復雜（進、排氣門分置兩側，氣門傾斜，氣門傳動困難）（桑塔納、富康、夏利轎）。c、半球形燃燒室4）碗形燃燒室

碗形燃燒室（p49圖2-11c）是布置在活塞中的一個回轉體，采用平底氣缸蓋，工藝性好；但燃燒室在活塞頂內，使活塞的高度與質量增加，同時活塞的散熱性也差。

篷形燃燒室（p49圖2-11e）篷形燃燒室的性能與半球形燃燒室相似，組織缸內氣流進行擠氣運動要比半球形燃燒室容易，燃燒室也可全部加工。（二）氣缸墊1、作用：密封燃氣、冷卻水、機油。2、要求：一定的強度要求；耐熱、耐腐蝕；一定的彈性。a、密封（變形以補償結合面的不平度）b、能重復使用（在一定公差內）功用保證缸體與缸蓋結合面的密封種類金屬—石棉氣缸墊常用石棉中間夾雜金屬絲，外包銅皮制成純金屬氣缸墊單層或多層金屬片(低碳鋼或銅)使用耐熱密封膠取代氣缸墊要求結合面精度更高氣缸墊氣缸墊

3、材料與結構：（1）金屬+石棉：石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮，水孔和燃燒室孔周圍另用鑲邊增強，以防被高溫燃氣燒壞，常用，有很好的彈性和耐熱性，能重復使用，但制造厚度均一性較差，使用時注意光滑面朝氣缸體，否則容易被燃氣或冷卻水沖壞。

（2）金屬片：帶凸紋，強度高，沖壓低碳鋼板銅板鋁板適用于增壓等強化發(fā)動機

圖2-14氣缸蓋襯墊的結構（1）金屬-石棉板（2）沖壓鋼板（2）（1）必須由中央對稱地向四周擴展的順序分幾次進行，最后一次要用扭力扳手按工廠規(guī)定的數值擰緊，一則保證密封性，二則避免損壞氣缸墊，三則保證壓縮比的一致性。鋁合金制成的氣缸蓋到最后必須在發(fā)動機冷的狀態(tài)下擰緊，這樣，發(fā)動機熱起來時會增加密封性，因為鋁合金氣缸蓋的熱膨脹比鋼螺栓的大；鑄鐵氣缸蓋則一般在發(fā)動機熱車時最后擰緊，因為裝配時擰緊的螺栓在發(fā)動機工作初始后不久會松弛。氣缸蓋螺栓的擰緊次序三、油底殼1、作用：儲存機油并密封曲軸箱。2、要求：（1）結合面平整，密封性好（2）剛性好，避免振動、機械噪聲過大（3）散熱性好圖2-16桑塔納轎車油底殼結構功用儲存機油并封閉曲軸箱種類一般為薄鋼板沖壓而成也有鋁合金鑄造(帶散熱片)要求中部或后部較深有時設有擋油板底部有磁性放油螺塞油底殼3、材料與結構：一般用薄的低碳合金鋼板沖壓而成，為了加強油底殼內機油的散熱，也有的發(fā)動機采用鋁合金鑄造的油底殼，油底殼底部鑄有散熱肋片。油底殼形狀決定于發(fā)動機的總體布置和機油容量，后部一般做得較深，以便發(fā)動機縱向傾斜時機油泵能吸到機油。油底殼內還設有擋油板，避免油面波動太大，機油泵吸進氣泡，供油不暢。油底殼底部裝有磁性放油塞，以便吸集機油中的金屬屑，減少發(fā)動機運動零件的磨損。四、發(fā)動機的支承060912z見p53圖2-14、2-15。二點支承三點支承四點支承1.曲柄連桿機構的功用和組成？2.氣缸體的結構形式及概念比較?3.氣缸的三種排列方式及特點?4.比較干式和濕式缸套的特點?5.機體組由哪些零件組成？思考題氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等組成

第三節(jié)

活塞連桿組活塞活塞環(huán)活塞銷連桿組曲軸飛輪組活塞連桿組功用

將活塞往復運動的機械能，再轉變?yōu)榍S旋轉運動。

活塞連桿組活塞功用及工作條件：活塞功用：（1）承受氣缸中的燃氣壓力（2）將燃氣作用力通過活塞銷和連桿傳給

曲軸，推動曲軸旋轉（3）參與組成燃燒室一、活

塞燃氣最高溫度2500K以上活塞頂部溫度高達600~700K機械強度顯著下降熱膨脹量增大（1）直接與高溫燃氣接觸活塞工作條件：瞬時最大壓力汽油機3~5MPa導致活塞側壓力大引起活塞變形柴油機6~9MPa加速活塞表面磨損（2）承受燃氣沖擊性高壓力(作功行程)曲柄連桿機構各零件和軸承承受附加載荷產生很大慣性力

平均速度可達10~14m/s（3）活塞在氣缸中高速運動氣壓力周期性變化活塞受到交變的拉伸、壓縮或彎曲載荷

活塞內部產生熱應力慣性力活塞各部溫度極不均勻

（4）活塞受力特點2.活塞要求（1）活塞質量小：往復慣性力小；（2）熱膨脹系數?。豪鋺B(tài)裝配間隙小，減輕敲缸現象；（3）導熱性好：減輕熱負荷，第一道環(huán)槽不易積碳，活塞頂不易熱裂；…（4）耐磨：環(huán)槽不易磨損，裙部不易磨損；（5）耐高溫：高溫時機械強度不會下降太多；（6）足夠的剛度和強度：a、銷座不會彎曲變形；b、活塞頂不會壓碎。3、材料與工藝

（1）材料：a、共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）；（質量小，導熱性好，適用于一般發(fā)動機）b、組合式：上半部用鋼，下半部用鋁合金，沉頭螺栓連接。1)剛度好，高溫強度高；2)熱膨脹系數低，配缸間隙小；僅適用于極少數大功率強化柴油機3)耐磨（環(huán)槽）；4)質量居中。（2）工藝：a、鑄造：質量大，加工工序多；b、鍛造：居中；c、模鍛：質量小，加工少。常用鋁合金高級鑄鐵或耐熱鋼個別汽車柴油機質量小導熱性好約為鑄鐵50％~70％約為鑄鐵3倍優(yōu)點缺點熱膨脹系數大高溫強度硬度下降快活塞材料鑄造液態(tài)模鍛兼顧鍛造與鑄造的特點高溫強度下降較小、成本低易出現氣孔、縮松等鑄造缺陷強度比鑄造高、導熱性也較好制造成本高鍛造適用于強化發(fā)動機消除鑄造缺陷和提高毛坯質量鋁活塞成型方法活塞頂部活塞頭部活塞裙部4.活塞構造活塞銷座活塞銷活塞銷卡環(huán)（1）基本結構由頂部、頭部、裙部組成。1—活塞頂部；...2—活塞頭部；...3—活塞裙部。...活塞構造汽油機多采用平頂、有些采用凹頂二沖程汽油機多用凸頂柴油機多采用各種各樣的凹坑凸頂凹坑平頂凹頂a、活塞頂部（燃燒室組成部分）汽油機活塞頂部形狀：

平頂

吸熱面積小、制造工藝簡單

凹頂改善混合氣形成和燃燒、調節(jié)壓縮比。二沖程汽油機活塞頂部形狀：

凸頂

橫流掃氣回流掃氣。柴油機活塞頂部形狀：

凹坑

形狀、位置和大小必須與柴油機混合氣形成或與燃燒室要求相適應。承受氣體壓力將熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁與活塞環(huán)實現氣缸密封①主要作用b、活塞頭部（活塞環(huán)槽以上部位）環(huán)槽環(huán)槽護圈可保護和加強鋁合金活塞環(huán)槽隔熱槽(有時)

使部分熱流轉向二、三環(huán)②主要結構氣環(huán)油環(huán)熱負荷較高發(fā)動機采用①功用

②橢圓變形

為活塞導向和承受側壓力燃氣壓力使裙部彎曲變形側壓力使銷座軸線方向增大熱變形使銷座軸線方向增大c、活塞裙部（活塞環(huán)槽以下部位）③形狀和結構

裙部橢圓形銷座附近裙部外表面下陷銷座中鑲鑄恒范鋼片鑲鑄筒形鋼片減少銷座附近熱變形長軸垂直銷座軸線牽制裙部熱膨脹鑲復式鋼片柴油機鑄鋁活塞裙部膨脹量很小且均勻絕熱槽和膨脹槽前者隔熱后者彈性恒范鋼片含鎳33%~36%線膨脹系數約為鑄鋁合金的1/10活塞裙部鑄有恒范鋼片筒形鋼片形狀活塞裙部鑲鑄筒形鋼片弓形鋼片2個在裙部上方受膨脹側壓力的那一面鑲入較短的弓形鋼片

筒形鋼片2個在銷座位置鑄入裙部圓周形狀的筒形鋼片

活塞裙部鑲復式鋼片活塞越過上止點時側壓力方向改變會產生“敲缸”噪聲可減輕活塞“敲缸”噪聲，但會引起裙部兩端尖角的磨損或變形增大主推力面活塞銷偏移布置(偏移活塞軸線1~2mm)活塞銷對中布置④活塞銷座軸線布置功用改善鋁合金活塞的磨合性鑄鋁活塞汽油機裙部外表面鍍錫柴油機裙部外表面磷化鍛鋁活塞裙部外表面涂石墨⑤活塞裙部表面處理不僅重量輕，而且具有較大彈性，可使配合間隙減小很多。對短行程的高速汽油機更為重要⑥拖鞋式（拖板式）裙部①噴油冷卻

連桿小頭噴油冷卻壓力油管噴油冷卻（3）油冷活塞（高強化柴油機）②振蕩冷卻

冷卻腔或蛇形管噴油冷卻③強制冷卻

振蕩冷卻與強制冷卻（1）活塞頂部

功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。4、結構

頂部：構成燃燒室，承受氣體壓力。頭部:安裝活塞環(huán)，制作較厚。

裙部：導向，傳力。承受側壓力銷座孔處制有加強筋。

（1）活塞頂部結構簡單、制造容易、受熱面積小、應力分布較均勻，多用在汽油機上。凸起呈球狀、頂部強度高，起導向作用、有利于改善換氣過程。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。頭部（2）活塞頭部位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。工作條件最惡劣，應離頂部遠些。1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸、2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內，3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。作用：（3）活塞裙部位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。作用：對活塞在氣缸內的往復運動起導向作用，并承受側壓力，防治破壞油膜。裙部活塞裙部的橢圓變形演示（1）預先做成階梯形、錐形活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。

5、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，制造活塞是通常采取下列結構措施：（2）預先做成橢圓形橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近正圓。（3）活塞裙部開槽橫向絕熱槽減少裙部受熱有的兼作油環(huán)回油孔縱向膨脹槽留有膨脹余地活塞強度降低絕熱槽膨脹槽（4）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內嵌入鋼片。恒范鋼片式活塞的結構特點就是這樣的，由于恒范鋼為含鎳33%～36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。6、活塞在工作時的保護措施（1）在活塞裙部表面涂保護層，可改善鋁合金活塞的磨合性；主要有鉛、錫、石墨、磷保護層等。（2）在安裝活塞銷時，使活塞銷偏置某一方向裝，以減少換向時的敲擊聲，且使裙部減小磨損；有的汽油機上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，向作功行程中受主側壓力的一方偏移了1～2mm。1.活塞環(huán)功用

氣環(huán)

刮油均勻油膜輔助密封油環(huán)密封導熱

二、活

塞

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：高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命：6萬公里材料：合金鑄鐵或球墨鑄鐵（有時表面涂有保護層）切口（1）氣環(huán)

作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。活塞環(huán)（1）工作條件

高溫高壓高速及潤滑條件極差磨損嚴重發(fā)動機零件中工作壽命最短（2）活塞環(huán)材料

優(yōu)質灰鑄鐵合金鑄鐵球墨鑄鐵鋼帶第一道氣環(huán)常鍍鉻或噴鉬提高耐磨性改善潤滑性其它氣環(huán)磷化或鍍錫改善磨合性耐磨性2.活塞環(huán)工作條件與材料（1）氣環(huán)密封原理

F1環(huán)自身彈力

F1F2F3氣缸活塞活塞環(huán)第一密封面第二密封面F2

燃氣背壓力F3

燃氣正壓力3.氣環(huán)結構與工作氣環(huán)的密封原理：將2～3道氣環(huán)的切口相互錯開形成“迷宮式”封氣裝置。氣環(huán)的泵油原理：直開口

工藝性好密封效果差

階梯開口

斜開口

密封性好工藝性較差工藝性密封性介于之間

（2）氣環(huán)開口形狀矩形環(huán)錐面環(huán)扭曲環(huán)反扭曲錐面環(huán)梯形環(huán)桶面環(huán)（3）氣環(huán)斷面形狀工藝性和導熱效果較好但產?/b>泵油作用

氣缸活塞①矩形環(huán)正扭曲環(huán)扭曲成碟子形反扭曲環(huán)扭曲成蓋子形內圓上邊緣切槽外圓下邊緣切槽內圓下邊緣切槽②扭曲環(huán)進氣、壓縮和排氣行程：環(huán)扭曲，消除泵油現象，減輕磨損。作功行程：燃氣壓力作用使環(huán)不再扭曲，與矩形環(huán)相同扭曲環(huán)工作示意若扭曲環(huán)的外圓面為錐面則為扭曲錐面環(huán)，（正反扭曲錐面環(huán)）

活塞下行時能刮油活塞上行時錐面油楔作用浮起，減少磨損，不泵油

環(huán)的外圓面為錐面，理論上為線接觸。

③錐面環(huán)作功行程中，燃氣徑向壓力加強了環(huán)的密封

側向力換向活塞左右擺動時，梯形環(huán)的側隙發(fā)生變化，將環(huán)槽中的膠質擠出

斷面為梯形，抗粘結性好，避免環(huán)被粘結而折斷

缺點上下面精磨工藝復雜

側隙側隙燃氣徑向壓力④梯形環(huán)第三章曲柄連桿機構

《汽車構造》其密封性、磨合性、對氣缸表面的適應性都比較好

桶面環(huán)上下運動時均能形成楔形油膜，將環(huán)浮起，減輕環(huán)與氣缸壁的磨損

外圓面為外凸圓弧形缺點凸圓弧表面加工困難⑤桶面環(huán)（1）油環(huán)刮油原理

活塞下行活塞上行氣缸活塞氣環(huán)油環(huán)4.油環(huán)結構與工作油環(huán)的刮油作用油環(huán)的刮油作用普通油環(huán)組合油環(huán)回油孔上刮油唇下刮油唇上刮片下刮片撐簧槽孔式油環(huán)槽孔撐簧式油環(huán)刮油能力強回油通路大對氣缸變形的適應性好（2）油環(huán)類型與結構圓孔型

彎片型

渠型

長孔型

刮油靠油環(huán)自身彈力

外圓面加工環(huán)形集油槽

結構簡單加工容易成本低

①槽孔式油環(huán)板形撐簧油環(huán)

軌形撐簧油環(huán)

螺旋撐簧油環(huán)

槽孔式油環(huán)內圓面加裝撐簧增大接觸壓力提高刮油能力耐久性②槽孔撐簧式油環(huán)接觸壓力大

上刮片下刮片軌形撐簧氣缸活塞刮油能力強

防機油上竄上下刮片能單獨動作對氣缸活塞變形適應能力強

優(yōu)質鋼成本高

③鋼帶組合油環(huán)1.活塞銷功用

連接活塞和連桿

將活塞承受的力傳給連桿

活塞銷連桿襯套卡環(huán)三、活

塞

銷高溫下承受很大周期性沖擊載荷潤滑條件差足夠的剛度、強度和耐磨性質量盡可能小銷和銷孔適當的配合間隙和良好表面質量2.活塞銷工作條件材料

結構(內孔形狀)低碳鋼或低碳合金鋼外表面滲碳淬硬，再精磨和拋光圓柱形組合形既提高表面硬度和耐磨性又保證較高強度和沖擊韌性兩段截錐形3.活塞銷材料和結構連桿活塞銷全浮式：活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動，使磨損均勻。半浮式：活塞中部與連桿小頭采用緊固螺栓連接，活塞銷只能在兩端銷座內作自由擺動。多用于小轎車形式:全浮式（工作時自由轉動）、半浮式。構造：活塞銷的內孔形狀有圓柱形，兩段截錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。（三）活塞銷作用：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。材料與工藝:優(yōu)質低碳鋼，表面淬火、精磨。連桿襯套連桿體連桿螺栓連桿軸承上軸瓦連桿軸承下軸瓦連桿蓋螺母連桿襯套連桿體連桿軸承上軸瓦連桿軸承下軸瓦連桿蓋連桿螺栓集油孔噴油孔四、連

桿

組活塞曲軸往復運動旋轉運動連桿力1.連桿組功用作用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復運動變成曲軸的旋轉運動。連桿小頭桿身連桿大頭連桿組件分解圖（1）工作條件

復雜的平面運動受壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷（2）材料

具有足夠抗疲勞強度和結構剛度質量應盡可能小連桿體連桿蓋連桿螺栓優(yōu)質中碳鋼或中碳合金鋼優(yōu)質合金鋼如45、42CrMo40Cr、40MnB如40Cr、35CrMo2.連桿組工作條件與材料小頭桿身大頭小頭桿身大頭集油孔噴油孔縱向油道3.連桿構造060913z連桿小頭與活塞銷連接方式

全浮式卡環(huán)連桿襯套工作時活塞銷微量轉動

活塞銷磨損均勻

卡環(huán)防活塞銷刮傷缸壁

小頭壓入減摩青銅襯套加工有集油孔或噴油孔（1）連桿小頭小頭與銷緊配合活塞銷只在銷孔內轉動，在小頭孔內不轉動小頭孔不裝襯套，銷孔中也不裝卡環(huán)降低發(fā)動機噪聲，消除卡環(huán)可能引起的事故小頭緊固螺栓半浮式全浮式連桿小頭楔形全浮式連桿小頭半浮式連桿小頭AA頂部凸起A調整連桿質量或改變連桿重心連桿小頭結構形狀桿身斷面工字形剛度大質量輕適于模鍛（2）連桿桿身①剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）

平切口斜切口結合面與連桿軸線垂直剛度大變形小成本低汽油機采用平切口結合面與連桿軸線成30°~60°夾角連桿體能從缸體上端取出多用于柴油機（3）連桿大頭連桿大頭的連接形式平切式斜切式連桿軸瓦平切口連桿斜切口連桿連桿螺栓承受較大剪切力易疲勞破壞應采用能承受橫向力的定位方法利用連桿螺栓上一段精密加工圓柱面與精密加工螺栓孔進行定位定位方式（防止連桿蓋橫向移動）止口定位鋸齒定位套筒定位工藝簡單外形尺寸大定位不可靠貼合緊密定位可靠結構緊湊定位可靠加工復雜（1）并列連桿前后連桿可通用左右兩列活塞運動規(guī)律相同增加了曲軸和發(fā)動機長度優(yōu)點缺點4.V型發(fā)動機連桿主副連桿不能互換兩列活塞運動規(guī)律和上止點位置不相同優(yōu)點不會增加發(fā)動機長度缺點主連桿副連桿（2）主副連桿兩列氣缸無需錯開兩列氣缸中活塞運動規(guī)律相同連桿大頭結構復雜、剛度較差優(yōu)點缺點叉形連桿內連桿叉形連桿軸承內連桿軸承（3）叉形連桿V型發(fā)動機連桿的布置形式并列式主副式叉型式1、活塞連桿組的組成？2、活塞裙部為何做成橢圓?3、連桿小頭與活塞銷的連接方式?4、氣環(huán)的切口和斷面形狀?5、連桿大頭剖分形式和定位方式？

6、V型發(fā)動機連桿的種類及特點？思考題曲軸曲軸前、后端密封曲軸扭轉減振器飛輪曲軸軸承平衡機構第四節(jié)

曲軸飛輪組起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉減振器飛輪曲軸曲軸飛輪組的組成1.曲軸功用曲軸氣體壓力轉矩飛輪汽車傳動系驅動配氣機構和其它輔助裝置一、曲

軸功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵?。還用來驅動發(fā)動機的配氣機構及其他各種輔助裝置。氣體力周期性變化的力及其力矩

足夠抗彎曲、抗扭轉疲勞強度和剛度（1）曲軸工作條件慣性力彎曲、扭曲交變載荷軸頸應有足夠大承壓面積和耐磨性曲軸質量應盡量小軸頸潤滑充分旋轉質量離心力2.曲軸工作條件和材料工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。中碳鋼或中碳合金鋼模鍛如45、40Cr、35Mn2等強度和剛度較好球墨鑄鐵軸頸表面高頻淬火或氮化處理提高曲軸耐磨性

耐磨性好、軸頸不需硬化處理、成本低、機械加工量少

（2）曲軸材料曲軸后端平衡重輸出端曲軸前端主軸頸連桿軸頸曲柄臂單元曲拐自由端3.曲軸構造前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構成。曲柄曲軸構造①按單元曲拐連接方式分類

整體式曲軸（1）曲軸分類組合式曲軸各單元曲拐鍛造或鑄造成整體工作可靠質量輕結構簡單加工面少主軸頸連桿軸頸曲柄臂概念特點整體式曲軸由單元曲拐組合裝配方便制造和更換結構復雜拆裝不便曲柄臂兼作主軸頸單元曲拐滾動軸承(主軸承)配用隧道式機體概念特點組合式曲軸全支承曲軸②按主軸頸數分類非全支承曲軸相鄰兩個曲拐間都有主軸頸抗彎曲能力強可減輕主軸頸載荷概念主軸頸多加工面多曲軸和機體較長缺點優(yōu)點全支承曲軸主軸頸數少于全支承曲軸概念缺點優(yōu)點與全支承曲軸恰好相反非全支承曲軸抗彎曲能力差主軸頸載荷大主軸頸少加工面少曲軸和機體較短缺點優(yōu)點主軸頸和曲柄銷一般實心曲柄臂一般是橢圓形部分鍛鋼曲軸曲柄銷空心減小曲柄銷質量及其產生的旋轉慣性力（2）單元曲拐結構部分鑄鐵曲軸主軸頸和曲柄銷鑄成空心桶形空腔油管曲柄臂卸荷槽：減小應力集中增加疲勞強度曲軸帶輪空調壓縮機動力轉向泵張緊輪導向輪發(fā)電機曲軸正時齒形帶輪曲軸鏈輪凸輪軸正時齒形帶輪水泵機油泵（3）曲軸前端曲軸前端驅動前端軸：安裝正時齒輪及附件（皮帶盤等）1.2止推軸承3.止推片4.正時齒輪5.甩油盤6.油封7.皮帶輪8.起動爪兩止推軸承白金合面相背曲軸向前移動，后止推軸承與曲軸臂端面摩擦；軸向后移動，前止推軸承與正時齒輪端面摩擦。曲軸的前端曲軸帶輪曲軸正時齒形帶輪曲軸鏈輪安裝飛輪用凸緣飛輪（4）曲軸后端后端軸：安裝飛輪前后端軸都設有防漏裝置：擋油盤、回油螺紋、油封等。曲軸后端回油螺紋曲軸后端機油機體油道主軸承主軸頸曲軸油孔連桿軸承連桿軸頸（5）曲軸潤滑連桿軸頸(實心)供油方式實心軸頸油孔實心軸頸油孔空心軸頸油孔空心軸頸油管油孔繞過曲柄銷空腔直通表面高速發(fā)動機離心力過大缺機油連桿軸頸(空心)供油方式①平衡重作用

4132F1F2F3F4M3-4M1-2F1=F2F3=F4M1-2=M3-4旋轉慣性力及其力矩外部平衡M1-2、M3-4造成曲軸彎曲載荷，需在曲柄相反方向附加平衡重旋轉慣性力及其力矩內部不平衡（6）曲軸平衡重完全平衡法平衡重數量多曲軸質量增加工藝性變差分段平衡法每個曲柄臂設有平衡重部分曲柄臂設有平衡重②平衡重作用方法平衡重形狀多為扇形，使其重心遠離曲軸回轉中心平衡重安裝方法以較小質量獲得較大旋轉慣性力與曲柄臂鍛或鑄成一體單獨制成零件，用螺栓緊固在曲柄臂上③平衡重形狀及安裝方法

通常是通過在曲軸的前部、中部或后部安裝止推軸承來實現的（翻邊軸瓦）。主軸頸止推墊片止推墊片連桿軸頸主軸承蓋（7）曲軸的軸向限位前端軸：安裝正時齒輪及附件（皮帶盤等）1.2止推軸承3.止推片4.正時齒輪5.甩油盤6.油封7.皮帶輪8.起動爪兩止推軸承白金合面相背曲軸向前移動，后止推軸承與曲軸臂端面摩擦；軸向后移動，前止推軸承與正時齒輪端面摩擦。曲軸的軸向限位1.主軸承和連桿軸承

主軸承連桿軸承（8）曲軸軸承載荷承受交變載荷和高速摩擦材料要求足夠抗疲勞強度耐磨損耐腐蝕結構形式二層結構鋼背減摩合金層軟鍍層三層結構（1）載荷及材料要求布油槽環(huán)形油槽油孔定位唇軟鍍層減摩合金層鋼背（2）結構和材料名稱優(yōu)點缺點應用巴氏合金減摩性好抗疲勞強度低耐熱性差常用于負荷不大

汽油機銅鉛合金承載能力大

抗疲勞強度高耐熱性好磨合性和耐腐蝕性差

（有軟鍍層）多用于高強化柴油機鋁基合金較好承載能力大、抗疲勞強度和減摩性廣泛用于汽油機柴油機減摩合金層

自由狀態(tài)軸承曲率半徑和周長略大于承孔保證安裝后緊密貼合（配合間隙：0.026～0.045mm）

保證良好的承載和導熱能力

環(huán)形油槽和油孔

連桿小頭有噴油孔：上下軸瓦均加工油槽保證軸瓦承載能力：主軸承下瓦和連桿軸承上瓦（載荷較大）最好不開油槽

保證曲柄銷及其軸承潤滑：連桿軸承不開油槽曲率半徑和周長（1）功用和類型

功用：保證曲軸軸向定位

類型：翻邊軸承半圓環(huán)止推片止推軸承環(huán)2.曲軸止推軸承止推面儲油槽油孔軸瓦止推面與曲軸止推面之間隙:0.06~0.25mm（2）翻邊軸承一般4片，上下各2片。安裝在機體和主軸承蓋的淺槽中。有減摩合金層的止推面朝向曲軸。定位舌定位銷止推面儲油槽（3）半圓環(huán)止推片第一主軸承蓋止推面（4）止推軸承環(huán)氣缸數目氣缸排列形式發(fā)動機工作順序曲拐布置選擇工作順序發(fā)火間隔應該相等，使運轉平衡連續(xù)作功兩缸盡量相距遠，減輕主軸承載荷和不發(fā)生進氣重疊現象V型發(fā)動機左右氣缸應交替發(fā)火4.曲拐布置與發(fā)動機工作順序發(fā)火間隔角720?/4=180?工作順序1-3-4-21-2-4-314321-42-3180?（1）直列四缸發(fā)動機工作循環(huán)曲軸轉角(°)第一缸第二缸第三缸第四缸0~180排氣壓縮進氣180~360排氣進氣壓縮360~540進氣壓縮排氣540~720壓縮進氣排氣作功作功作功作功工作循環(huán)表（1-3-4-2）發(fā)火間隔角720?/6=120?工作順序1-5-3-6-2-41-4-2-6-3-514321-63-4120?562-5（2）直列六缸發(fā)動機工作循環(huán)曲軸轉角(?)

第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0~1800~60排氣壓縮進氣60~120壓縮排氣120~180進氣180~360180~240排氣壓縮240~300

進氣300~360壓縮排氣360~540360~420進氣420~480排氣壓縮480~540進氣540~720540~600壓縮排氣600~660進氣660~720作功作功作功作功作功作功工作循環(huán)表（1-5-3-6-2-4）發(fā)火間隔角720?/8=90?工作順序R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190?R4

R3

R2

L1L4

L3

L2

R2-L2R3-L3R4-L4（3）V8發(fā)動機工作循環(huán)060917z曲軸轉角(o)

R1R2R3R4L1L2L3L40~1800~90壓縮進氣排氣90~180排氣進氣壓縮180~360180~270排氣壓縮進氣270~360進氣壓縮排氣360~540360~450進氣排氣壓縮450~630壓縮進氣排氣540~720540~630壓縮進氣排氣630~720排氣壓縮進氣作功作功作功作功作功作功作功作功工作循環(huán)表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）1.曲軸前端密封

自緊式橡膠油封甩油盤第一主軸承蓋二、曲軸前、后端密封曲軸前端結構止推墊片（驅動風扇和水泵）帶輪起動爪油封甩油盤正時齒輪滑動推力軸承曲軸后端擋油盤回油盤擋油盤密封填料填料座油封座自緊式橡膠油封曲軸后端曲軸后端2.曲軸后端密封曲軸后端曲軸后端擋油凸緣密封填料填料座回油螺紋密封填料擋油凸緣卸壓槽回油螺旋槽FrFr1Fr2三、曲軸扭轉減振器

曲軸轉動慣量愈大，自振頻率愈低，愈易發(fā)生共振，曲軸扭轉振幅極大，破壞配氣相位的準確性，產生沖擊噪聲，甚至導致曲軸因扭轉變形過大而斷裂。

曲軸是一種扭轉彈性系統，連桿作用于曲柄銷上的力呈周期性變化，使曲軸轉速忽快忽慢，造成曲軸的扭轉振動。

因此，對