第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)

第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容二、機(jī)體組

三、活塞連桿組四、曲軸飛輪組一、概述

一、概述

將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。

1、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用2、組成（1）機(jī)體組主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸墊等不動(dòng)件。（2）活塞連桿組主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等運(yùn)動(dòng)件。（3）曲軸飛輪組

主要包括曲軸、飛輪等。一、概述多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)演示

機(jī)體組曲軸飛輪組活塞連桿組1、機(jī)體組組成：二、機(jī)體組

氣缸體與曲軸箱氣缸與氣缸套氣缸蓋與氣缸墊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（1）氣缸體

氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來保持發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件相互之間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。a）作用b）構(gòu)造上部：氣缸下部：上曲軸箱內(nèi)部：冷卻水道、潤(rùn)滑油道二、機(jī)體組

油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為c)氣缸體分類一般式龍門式隧道式二、機(jī)體組

名稱性能應(yīng)用一般式機(jī)體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工拆卸。剛度和強(qiáng)度差。492Q汽油機(jī)，90系列柴油機(jī)。龍門式強(qiáng)度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。捷達(dá)轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負(fù)荷較大的柴油機(jī)上。性能與應(yīng)用比較：二、機(jī)體組

根據(jù)冷卻方式不同分：水冷、風(fēng)冷散熱片冷卻水二、機(jī)體組

根據(jù)氣缸的排列方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，但發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度和高度較大?？s短了機(jī)體的長(zhǎng)度和高度，增加了剛度，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)重量；形狀復(fù)雜，加工困難。高度小，總體布置方便。二、機(jī)體組

(2)氣缸套a、原因：整體式氣缸雖然強(qiáng)度和剛度好，但對(duì)材料要求高，成本高。采用氣缸套可以降低了制造成本，延長(zhǎng)氣缸使用。b、分類：干式氣缸套和濕式氣缸套二、機(jī)體組

名稱特點(diǎn)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(qiáng)度和剛度都較好，加工復(fù)雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強(qiáng)度和剛度不如干缸套，易漏水。(3)氣缸蓋3）氣缸蓋的形式分開式：（一缸一蓋、二缸一蓋、三缸一蓋等）用于缸徑較大的發(fā)動(dòng)機(jī)。整體式：多用于缸徑較小、缸蓋負(fù)荷較輕的發(fā)動(dòng)機(jī)。1）氣缸蓋功能密封氣缸上部，與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。2）氣缸蓋材料二、機(jī)體組

灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金氣缸蓋罩氣缸蓋氣缸墊：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。a、頂置氣門式汽油機(jī)燃燒室4）燃燒室:

汽油機(jī)燃燒室、柴油機(jī)燃燒室二、機(jī)體組

名稱特點(diǎn)示意圖應(yīng)用半球形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納夏利富康楔形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、散熱面積大、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)切諾基盆形工藝性好、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不夠緊湊、進(jìn)排氣效果不如半球形燃燒室捷達(dá)奧迪汽油機(jī)燃燒室比較與應(yīng)用二、機(jī)體組

b、側(cè)置氣門式汽油機(jī)燃燒室L型T型二、機(jī)體組

c、柴油機(jī)燃燒室直接噴射式燃燒室二、機(jī)體組

分隔式燃燒室二、機(jī)體組

（4）汽缸墊與油底殼1）汽缸墊 功用：保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。2）油底殼（下曲軸箱） 功用：密封上曲軸箱，儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。二、機(jī)體組

三、活塞連桿組1、活塞2、活塞環(huán)3、活塞銷4、連桿5、連桿軸承1、活塞（1）功用活塞頂與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室，承受氣缸中氣體壓力并通過活塞銷和連桿將壓力傳給曲軸。（2）活塞結(jié)構(gòu)

三、活塞連桿組頂部：構(gòu)成燃燒室，承受氣體壓力。頭部:安裝活塞環(huán)，起導(dǎo)熱、密封的作用，制作較厚。

裙部：為活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，并承受側(cè)壓力凹坑的形狀、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。凸起呈球狀、頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向作用、有利于改善換氣過程。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較均勻，多用在汽油機(jī)上。a、活塞頂部汽油機(jī)多采用平頂、有些采用凹頂;柴油機(jī)多采用各種各樣的凹坑.三、活塞連桿組b、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(yīng)離頂部遠(yuǎn)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(nèi)；3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。作用：頭部三、活塞連桿組環(huán)槽環(huán)槽護(hù)圈可保護(hù)和加強(qiáng)鋁合金活塞環(huán)槽隔熱槽(有時(shí))

使部分熱流轉(zhuǎn)向二、三環(huán)主要結(jié)構(gòu)氣環(huán)油環(huán)熱負(fù)荷較高發(fā)動(dòng)機(jī)采用三、活塞連桿組c、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(duì)活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力，防止破壞油膜。裙部三、活塞連桿組3）活塞工作環(huán)境：高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達(dá)600～700K，且分布不均勻；高速，線速度達(dá)到10m/s，承受很大的慣性力。活塞頂部承受最高可達(dá)3～5MPa（汽油機(jī)）的壓力，使之變形，破壞配合聯(lián)結(jié)。4）活塞材料：鋁合金：質(zhì)量小導(dǎo)熱性好；灰鑄鐵活塞應(yīng)具備的特點(diǎn)A剛度和強(qiáng)度應(yīng)足夠大，傳力可靠。B導(dǎo)熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C質(zhì)量較小，盡可能減少往復(fù)慣性力D耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙E活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)三、活塞連桿組氣環(huán)：密封、導(dǎo)熱，兼起刮油和布油的輔助作用通常每個(gè)活塞裝有2～3道氣環(huán)油環(huán)：刮油、布油，兼起密封作用三、活塞連桿組2、活塞環(huán)：是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。通常每個(gè)活塞1～2道油環(huán)

（1）氣環(huán)的切口形狀

三、活塞連桿組（2）氣環(huán)的斷面形狀

為了提高壓強(qiáng)和密封，加速磨合，減小泵油和改善潤(rùn)滑（布油和刮油），除合理選擇材料及加工工藝外，在構(gòu)造上出現(xiàn)了許多不同斷面形狀的氣環(huán)，常見的有如下幾種：三、活塞連桿組矩形環(huán)錐形環(huán)扭曲環(huán)梯形環(huán)桶形環(huán)

（3）氣環(huán)的密封原理：三、活塞連桿組氣環(huán)可能漏氣的通道有三條：環(huán)面與氣缸壁間；環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面間；開口間隙處。前兩處是可以密封的。

活塞環(huán)在自由狀態(tài)下，其外圓直徑略大于缸徑，所以裝入氣缸后，環(huán)就產(chǎn)生一定的彈力與缸壁壓緊，形成了第一密封面。由于活塞頭部與缸壁間有間隙，活塞環(huán)還有側(cè)隙和背隙，氣缸內(nèi)未被密封的氣體不能通過第一密封面下竄，便竄入側(cè)隙和背隙，把環(huán)壓到環(huán)槽端面形成第二密封面。

將2～3道氣環(huán)的切口相互錯(cuò)開形成“迷宮式”封氣裝置。（4）氣環(huán)（矩形環(huán)）的泵油原理：三、活塞連桿組當(dāng)活塞帶著活塞環(huán)下行（進(jìn)氣行程）時(shí)，環(huán)靠在環(huán)槽的上方，環(huán)從缸壁上刮下來的潤(rùn)滑油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞又帶動(dòng)活塞環(huán)上行（壓縮行程）時(shí)，環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將油擠壓到環(huán)槽的上方，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，就將潤(rùn)滑油泵到活塞頂。（5）油環(huán)

作用：油環(huán)用來刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油膜，這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸燃燒，又可以減小活塞、活塞環(huán)與氣缸的磨損和摩擦阻力。此外，油環(huán)也起到封氣的輔助作用。通常每個(gè)活塞1～2道油環(huán)。三、活塞連桿組分類：油環(huán)分為普通式與組合式兩種。

油環(huán)的刮油作用

三、活塞連桿組活塞向下運(yùn)動(dòng)刮油活塞向上運(yùn)動(dòng)布油3、活塞銷

（1）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。（2）材料與工藝:優(yōu)質(zhì)低碳鋼，表面淬火、精磨。（3）結(jié)構(gòu)：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。三、活塞連桿組連桿活塞銷全浮式：活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動(dòng)，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(nèi)作自由擺動(dòng)。多用于小轎車（4）形式:全浮式（工作時(shí)自由轉(zhuǎn)動(dòng)）、半浮式。三、活塞連桿組4、連桿2）組成：

連桿小頭、桿身和大頭1）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(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿組件分解圖三、活塞連桿組3）連桿大頭的連接形式平切式斜切式三、活塞連桿組4）V型發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的布置形式并列式主副式叉型式三、活塞連桿組曲軸飛輪組分解圖四、曲軸飛輪組1、曲軸飛輪組的組成曲軸飛輪組主要由曲軸和飛輪以及其他不同作用的零件和附件組成。四、曲軸飛輪組起動(dòng)爪正時(shí)齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪曲軸2、功用：將做功沖程把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙?duì)外輸出；在其他沖程，靠慣性經(jīng)過連桿推動(dòng)各缸活塞進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、排氣，并驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其他附屬裝置。四、曲軸飛輪組曲軸飛輪曲拐：由一個(gè)連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲柄3、曲軸四、曲軸飛輪組

曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外輸出功率并用來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)工作。曲軸實(shí)物圖四、曲軸飛輪組1）材料：中碳鋼（汽）、合金鑄鐵（柴）、球墨鑄鐵。2）分類：整體式（常用）組合式（長(zhǎng)用于連桿大頭為整體式的小型汽油機(jī)和以滾動(dòng)軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動(dòng)機(jī)上）3）曲軸的結(jié)構(gòu)（1）主軸頸——用于支撐曲軸。四、曲軸飛輪組主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸頸全支承：非全支承：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個(gè)。強(qiáng)度、剛度好，減小了磨損；柴油機(jī)和大部分汽油機(jī)均采用。曲軸的主軸頸數(shù)少于或等于氣缸數(shù)。載荷較大，縮短了曲軸的總長(zhǎng)度。四、曲軸飛輪組按主軸頸的數(shù)目全支承曲軸非全支承曲軸（2）連桿軸頸（3）曲柄——曲軸臂，用于連接主軸頸和連桿軸頸（4）平衡塊平衡離心力偶減輕或消除彎曲變形部分中空兼作油道安裝連桿大頭中空連桿軸徑平衡塊曲柄四、曲軸飛輪組4)曲拐的布置a、各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。b、連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠(yuǎn)些，最好是在發(fā)動(dòng)機(jī)的前半部和后半部交替進(jìn)行。比如：四缸機(jī)：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸機(jī)：1-5-3-6-2-4；c、V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右氣缸盡量交替作功。d、曲拐布置盡可能對(duì)稱、均勻以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平衡性好。（1）一般規(guī)律四、曲軸飛輪組曲拐（2）常見曲軸曲拐的布置對(duì)缸數(shù)為i的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其點(diǎn)火順序?yàn)椋核母讬C(jī)—720°/4

六缸機(jī)—720°/6①四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序和曲拐布置點(diǎn)火順序：各缸完成同名行程的次序。曲軸轉(zhuǎn)角（度）

一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排進(jìn)壓排進(jìn)壓排進(jìn)壓排進(jìn)壓1↓3↓4↓2四、曲軸飛輪組發(fā)火間隔角：四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲拐布置四、曲軸飛輪組②直列四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火順序和曲拐布置曲軸轉(zhuǎn)角（度）601201802403003604204805406006607200～180180～360360～540540～720一缸二缸三缸四缸五缸六缸排進(jìn)壓進(jìn)壓排進(jìn)壓排進(jìn)壓排進(jìn)壓排進(jìn)壓排發(fā)