第二章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)

第一節(jié)

概述

一、功用與組成

（一）、功用

把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系牧D(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)矩，向工作機(jī)械輸出機(jī)械能。

(二）、組成1、氣缸體與曲軸箱組：主要包括氣缸體、曲軸箱氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊和油底殼等；2、活塞連桿組：主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等；3、曲軸飛輪組：主要包括曲軸、飛輪和扭轉(zhuǎn)減振器等。

曲柄連桿機(jī)構(gòu)中部分主要零件如圖2-1所示

第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三桑塔納轎車的曲柄連桿機(jī)構(gòu)第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三二、工作條件與受力分析

（一）、工作條件

高溫：最高可達(dá)2500K以上

高壓：最高可達(dá)3MPa—5MPa

高速：最高可達(dá)3000r/min—6000r/min

化學(xué)腐蝕：可燃混合氣和燃燒廢氣直接接觸機(jī)件。

第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（二）曲柄連桿機(jī)構(gòu)

所受的力第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1、氣體作用力

在每個(gè)工作循環(huán)中，氣體壓力始終存在并不斷變化。這里主要研究作功和壓縮行程中氣體作用力。

作功行程：

氣體壓力是推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的力。如圖2-2a所示。第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)論：

在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨著活塞的位移而變化的。沿氣缸方向上個(gè)處的磨損是不均勻的；同樣，氣缸壁沿圓周方向的磨損也是不均勻的。

第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2、往復(fù)慣性力與離心力1）、往復(fù)慣性力

指活塞組件和連桿小頭在氣缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力。

其大?。号c機(jī)件的質(zhì)量及加速度成正比；

其方向：總是與加速度的方向相反。

規(guī)律：當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上；后半程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下。第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三圖2-3a同理，活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下；圖2-3a。第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三圖2-3b后半程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上。圖2-3b第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

氣缸體與曲軸箱組

氣缸體示意圖

一、氣缸體1、氣缸體：發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體--曲軸箱，簡(jiǎn)稱氣缸體。

氣缸：氣缸體上半部有若干個(gè)為活塞在其中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的圓柱形空腔。2、氣缸的工作條件：高溫、高壓，并且有活塞在其中做高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三3、材料：優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵、球墨鑄鐵或鋁合金。4、氣缸體的冷卻方式：水冷、風(fēng)冷。一般發(fā)動(dòng)機(jī)多采用水冷卻。水冷卻時(shí)：用水套。

第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三圖片風(fēng)冷卻時(shí)：用散熱片。第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5、氣缸的排列型式：?jiǎn)瘟惺?、V型和對(duì)稱式。

第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三6、氣缸套的結(jié)構(gòu)：干式、濕式。

第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三二、氣缸蓋與氣缸襯墊1、功用、結(jié)構(gòu)、材料

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。

結(jié)構(gòu)：氣缸蓋內(nèi)部有與氣缸體相通的冷卻水套，應(yīng)有進(jìn)、排氣門座及氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)、排氣通道，有燃燒室、火花塞座孔（汽油機(jī)）或噴油器座孔（柴油機(jī)），有些還有用以安裝凸輪軸的軸承孔。圖2-10

材料：

灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金。

類型：?jiǎn)误w氣缸蓋、整體氣缸蓋。

第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三上海桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2、燃燒室及要求

燃燒室：由活塞頂部及缸蓋上相應(yīng)的凹部空間組成。

對(duì)燃燒室的要求：①結(jié)構(gòu)緊湊，面容比小，沖氣效率高；②在壓縮行程終了時(shí)，具有一定的渦流；③表面光滑，不易積碳，排氣凈化好。

3、汽油機(jī)燃燒室的形狀：圖2-11

楔形：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；

盆形：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；

半球形：結(jié)構(gòu)更緊湊。

第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三汽油機(jī)的燃燒室形狀第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三4、氣缸墊的要求、功用、類型

氣缸墊的要求：①足夠的強(qiáng)度；②耐熱和耐腐蝕；③一定的彈性；④拆裝方便，壽命長(zhǎng)。

功用：保證燃燒室的密封。

類型：①金屬-石棉氣缸墊；②實(shí)心金屬片氣缸墊；③加強(qiáng)型無石棉氣缸墊。

氣缸蓋的擰緊：擰緊螺栓時(shí)，必須按由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分幾次進(jìn)行，最后一次要用扳手按工廠規(guī)定的擰緊力矩值擰緊。

鋁合金氣缸蓋：最后必須在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下擰緊；

鑄鐵氣缸蓋：最后必須在發(fā)動(dòng)機(jī)熱態(tài)下擰緊。

第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三氣缸蓋襯墊的結(jié)構(gòu)第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三三、油底殼1、功用：儲(chǔ)存機(jī)油并封閉曲軸箱。2、結(jié)構(gòu)、材料：薄鋼板沖壓而成；底部裝有放油螺塞，有的螺栓帶有磁性。

第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三四、發(fā)動(dòng)機(jī)的支承1、發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方式：

三點(diǎn)支承：前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上，后端一點(diǎn)通過變速器殼支承在車架上。

四點(diǎn)支承：前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上，后端二點(diǎn)通過飛輪殼支承在車架上。

如圖2-14所示。

第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)動(dòng)機(jī)的支承第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

活塞連桿組

組成：活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿一、活塞1、功用：是與氣缸蓋共同構(gòu)成燃燒室，承受氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿，以推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2、工作條件：高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良和散熱困難。3、受力情況：周期性的氣壓力、慣性力；一定的熱應(yīng)力。4、對(duì)活塞的要求：①足夠的強(qiáng)度與剛度；②良好的導(dǎo)熱性和耐磨性；③質(zhì)量??；④熱膨脹系數(shù)小，摩擦系數(shù)小。

第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三

活塞連桿組

第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5、材料：鋁合金、灰鑄鐵。

6、結(jié)構(gòu)：圖2-16頂部：凸頂、凹頂、平頂。

圖2-17頭部：環(huán)槽。裙部：全裙式、拖板式。圖2-19第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞的基本結(jié)構(gòu)第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞頂部的形狀第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三拖板式活塞第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三7、變形：裙部斷面變成長(zhǎng)軸在活塞銷方向上的橢圓形。

防止措施：必須預(yù)先在冷態(tài)下把活塞加工成裙部斷面為長(zhǎng)軸垂直于活塞銷方向的橢圓形。

具體的方法：

①

頭部加工成階梯形、截錐形；裙部加工成截錐形。

②“T”、“П”槽

；

③

雙金屬活塞。

第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞裙部的橢圓變形第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞頭部形狀及錐形裙部第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三開槽活塞第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三二、活塞環(huán)1、類型：氣環(huán)、油環(huán)。2、功用：氣環(huán)：密封、導(dǎo)熱；

油環(huán)：刮油、布油和輔助密封。3、工作條件：高溫、高壓、高速以及潤(rùn)滑困難。4、材料：

灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。目前汽車上廣泛應(yīng)用合金鑄鐵。

對(duì)活塞環(huán)材料的要求：好的耐磨性、耐熱性、磨合性、導(dǎo)熱性；高的強(qiáng)度、沖擊韌性和足夠的彈性。

第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5、活塞環(huán)的間隙：為了保證氣缸的密封性，又防止環(huán)卡死或脹死在環(huán)槽中，按照時(shí)，活塞環(huán)應(yīng)留有端隙、側(cè)隙和背隙。

端隙：△1一般為：0.25--0.50mm

側(cè)隙：△2一般為：第一環(huán)：0.04--0.10mm；其他環(huán)：0.03--0.07mm；油環(huán)：0.025--0.07mm。

背隙：△3一般為：0.5--1mm。

其作用：增大存油間隙，以利于減壓泄油。

如圖2-30所示。

第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞環(huán)的間隙第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三6、氣環(huán)的密封原理：

⑴第一密封面：活塞環(huán)因彈力而壓緊在氣缸壁上，形成第一密封面。

⑵第二密封面：活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟?，壓緊在環(huán)槽的下端面上，形成第二密封面。

⑶第一密封面的第二次密封：燃?xì)饫@流到環(huán)的背面，并引發(fā)膨脹，使環(huán)更緊地貼在氣缸壁上，形成第一密封面的第二次密封。

如圖2-31所示。第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三氣環(huán)的密封原理

第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三6、氣環(huán)的切口形狀：氣環(huán)的切口間隙過大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減??；氣環(huán)的切口間隙過小，活塞環(huán)受熱膨脹后就可能卡死或折斷。a）、直角口；b）、階梯形；c）、斜口；d）、帶防轉(zhuǎn)銷釘槽

第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三7、氣環(huán)斷面形狀：a）、矩形環(huán)；b、）錐面環(huán)；c）、正扭曲內(nèi)切環(huán)；d）、反扭曲內(nèi)切環(huán)；e）、梯形環(huán)；f）、桶形環(huán)

第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三矩形斷面環(huán)的泵油作用第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三扭曲環(huán)的工作原理第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三

8、油環(huán)的分類：①普通油環(huán)；（一般為合金鑄鐵）圖2-38。

②組合油環(huán)。（一般為高速發(fā)動(dòng)機(jī)采用）

第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三油環(huán)的刮油作用第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三三、活塞銷1、功用：是連接活塞和連桿小頭，將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。2、工作條件：高溫下的周期性沖擊載荷，潤(rùn)滑條件差。3、材料：低合金滲碳鋼。4、形狀、結(jié)構(gòu)：空心圓柱體。

它的形狀：

①圓柱形；②端部呈錐形擴(kuò)展；③中間封閉式；④單側(cè)封閉式；⑤內(nèi)有塑料芯的鋼套銷；⑥成型銷

如圖2-40所示。5、連接配合：一般采用全浮式。

為了防止活塞銷的軸向竄動(dòng)，在活塞銷座兩端用卡環(huán)在銷座凹槽中加以軸向定位。

第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞銷的形狀第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三活塞銷的連接方法第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三四、連桿1、功用：將活塞承受的力傳給曲軸，推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使活塞的往返運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2、工作條件：氣體作用力、往復(fù)作用慣性力、旋轉(zhuǎn)作用慣性力。3、材料：中碳鋼、中碳合金鋼。4、結(jié)構(gòu)、組成：小頭、桿身、大頭。

如圖2-42、2-43所示。

第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三連桿組件第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三連桿構(gòu)造圖第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5、連桿大頭的剖分：

平切口、斜切口。一般采用斜切口。6、連桿大頭的定位：

平切口：利用連桿上精加工的圓柱凸臺(tái)或光圓柱

部分，與經(jīng)過精加工的螺栓孔來保證。

斜切口：止口定位、套筒定位、鋸齒定位。

如圖2-44所示。

第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三斜切口

連桿的定位方式第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三7、V形發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿：1）、并列連桿式；2）、主副連桿式；3）、叉形連桿式；8、連桿大頭螺母的鎖止：開口銷、雙螺母、自鎖螺母

。第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三9、連桿軸承：

①結(jié)構(gòu)：鋼背和減摩層組成的分開式薄壁軸承。

②要求：足夠的疲勞強(qiáng)度、良好的抗咬性、順應(yīng)性、嵌藏性，足夠的結(jié)合強(qiáng)度和良好的耐磨性。

③材料：白合金、銅鉛合金和鋁基合金。

④鎖止：在軸承的剖分面上，分別沖壓出高于鋼背的兩個(gè)定位凸唇，裝配時(shí)，這兩個(gè)凸唇分別嵌入在連桿大頭和連桿蓋的相應(yīng)的凹槽中。

第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)

曲軸飛輪組

曲軸飛輪組的組成：曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時(shí)齒輪等。圖2-48一、曲軸1、功用：承受連桿傳來的力并通過飛輪輸出、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置。2、工作條件：旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力。3、材料：優(yōu)質(zhì)中碳鋼、中碳合金鋼、球墨鑄鐵。4、組成：主軸徑、連桿軸徑、曲柄、平衡重、前端軸和后端凸緣等。

5、結(jié)構(gòu)：

第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三曲軸飛輪組

第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三①曲軸的支承型式示意圖，圖2-49；

第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三②組合式曲軸，圖2-50；

第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三③曲軸平衡重作用示意圖，圖2-51；

第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三④裝配式平衡曲軸，圖2-52；

第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三⑤曲軸前端的結(jié)構(gòu)，圖2-53；

第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三⑥回油螺紋的密封原理，圖2-55；

第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三⑦曲軸推力軸承，圖2-56；

第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三6、曲軸的形狀與各曲拐的相對(duì)位置取決于缸數(shù)、氣缸的排列方式和發(fā)火次序。

①連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)；②作功間隔應(yīng)力求均勻。并且須動(dòng)平衡。

7、發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐和發(fā)火次序：

①四沖程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)：

發(fā)火間隔角為180°。

發(fā)