活塞連桿機構(gòu)與工作原理課件

一、曲軸連桿機構(gòu)1、曲軸連桿機構(gòu)是將氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹時將放出的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。2、曲軸連桿機構(gòu)有作用是承受氣體高溫、高壓，利用氣體的壓力推動活塞運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)為曲軸的放置運動，從而輸出扭矩。7/23/202313、主要構(gòu)件的組成氣缸體曲軸箱：氣缸體、氣缸蓋、氣缸套、缸墊、上下曲軸箱等機件的組成?；钊B桿組：活塞、活塞環(huán)活塞銷、連桿、襯套、連桿軸承等機件的組成。曲軸飛輪組：曲軸、飛輪等組件。7/23/20232二、活塞概述主要是承受氣缸中燃燒氣體的壓力，并將力通過活塞銷傳給連桿促使曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭力對外作功。7/23/20233活塞的要求1)有足夠的強度和剛度2)須有盡可能小的質(zhì)量3)要求活塞的材有較好的導(dǎo)熱率，膨脹系數(shù)4)要求活塞工作時與氣缸有較小的摩擦且耐磨損7/23/20234三、活塞連桿組7/23/20235組成：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸承7/23/20236材料：汽車發(fā)動機活塞廣泛采用鋁合金。其特點為質(zhì)量?。s為鑄鐵活塞的50%～70%）；導(dǎo)熱性好（約為鑄鐵的三倍）；熱膨脹系數(shù)大。7/23/20237活塞一般結(jié)構(gòu)：活塞頂、活塞頭、活塞裙等三部分組成，還有環(huán)槽部、活塞銷座二部分。銷座7/23/20238（一）頂部：是燃燒室的組成部分，用來承受氣體壓力。汽油機活塞的頂部形狀有：1、平頂：受熱面積小，廣泛采用。2、凸頂：與半球形燃燒室配用。3、凹頂：高壓縮比發(fā)動機為了防止碰撞氣門，也可用凹坑的深度來調(diào)整壓縮比。

7/23/20239形狀目的是：①能夠使氣體產(chǎn)生渦流和有利于燃燒②盡可能減少炭渣堆積③有足夠的強度和剛度，并且減少質(zhì)量④有利于散熱7/23/202310（二）活塞頭活塞頭部：安裝活塞環(huán)的部分,它的作用是防止活塞環(huán)上部氣體下漏或潤滑油進入燃室.活塞頭部開有活塞環(huán),活塞環(huán)的數(shù)目與防漏的關(guān)系:活塞環(huán)越多防漏越好導(dǎo)熱越好,但是磨擦損失加大,造成氣缸磨損快。7/23/202311（三）活塞裙部作用：是導(dǎo)向部分,引導(dǎo)活塞在氣缸中作往復(fù)運動,并將連桿的側(cè)向力傳給氣缸壁。活塞裙部的結(jié)構(gòu)：膨脹槽、絕熱槽裙部開絕熱—膨脹槽（“T”形或形槽），其中橫槽叫絕槽，豎槽叫膨脹槽。7/23/202312活塞銷座：用以安裝活塞銷。在銷座孔兩端有卡環(huán)槽，用以安裝卡環(huán)。

7/23/202313活塞的變形及采取的相應(yīng)措施變形原因：熱膨脹、側(cè)壓力和氣體壓力。7/23/202314(四)變形規(guī)律1、活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹量，使配缸間隙變小。因活塞溫度高于氣缸壁，且鋁合金的膨脹系數(shù)大于鑄鐵；2、活塞自上而下膨脹量由大而小。因溫度上高下低，壁厚上厚下?。?、裙部周向近似橢圓形變化，長軸沿銷座孔軸線方向。因銷座處金屬量多而膨脹量大，以及側(cè)壓力作用的結(jié)果。點擊觀看活塞變形動畫7/23/202315冷態(tài)時正常工作時頭部橢圓裙部截錐體7/23/202316（五）結(jié)構(gòu)措施（1）活塞縱斷面制成上小下大的截錐形。（2）活塞橫斷面制成橢圓形，長軸垂直于銷座孔軸線方向，即側(cè)壓力方向。（3）銷座處凹陷0.5mm～1.0mm。7/23/202317（5）采用雙金屬活塞：即在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌鑄入鋼片，以減少裙部的膨脹量。1）

恒范鋼片式：活塞銷座通過恒范鋼片與裙部相連，而恒范鋼片（含鎳33%～36%）的膨脹系數(shù)僅為鋁合金的十分之一。這樣，使裙部膨脹量大為減少。7/23/2023182）

自動調(diào)節(jié)式：膨脹系數(shù)小的低碳鋼片貼在銷座鋁層的內(nèi)側(cè)，依靠鋼片的牽制作用，及鋼片與鋁殼之間的雙金屬效應(yīng)來減小裙部側(cè)壓力方向的膨脹量。7/23/2023193)筒形鋼片式：

澆鑄時，將鋼筒夾在鋁合金中，冷凝時鋼筒內(nèi)外側(cè)的鋁合金分別產(chǎn)生“收縮縫隙”和拉應(yīng)力。工作時因要先消除“收縮縫隙”和拉應(yīng)力而膨脹量減小。

7/23/202320四、活塞環(huán)

活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán)，有氣環(huán)和油環(huán)之分。7/23/202321（一）、作用①封閉活塞與氣缸壁的間隙，使氣缸體不致于從氣缸漏入曲軸箱內(nèi)而降低內(nèi)燃機的功率。②將氣缸壁上涂上一層潤滑油，減少磨擦，并且將氣缸壁上多的潤滑油刮回曲軸箱內(nèi)以防止?jié)櫥透Z入燃室內(nèi)。③導(dǎo)熱作用將活塞的熱量傳導(dǎo)氣缸壁上，從而保證發(fā)動機正常溫度。高溫燃氣接觸，散熱差，為了內(nèi)燃機的正常工作，所以材料應(yīng)做到導(dǎo)熱率好膨脹系數(shù)?。?/23/202322（二）活塞環(huán)（氣環(huán)和油環(huán)）1、氣環(huán)和油環(huán)

氣環(huán)也稱壓縮環(huán)：內(nèi)燃機常采用2道～3道氣環(huán)。

2、常用的形狀的有：矩形環(huán)、錐形環(huán)、扭曲環(huán)、梯形環(huán)7/23/202323（1）矩形環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，與缸壁接觸面積大，散熱好，但易泵油。矩形斷面7/23/202324（2）錐形環(huán)1）特點：與缸壁線接觸，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安裝注意：

錐角朝下（在環(huán)端有向上或TOP等標記）；錐形環(huán)傳熱性差，常裝到第二、三道環(huán)槽上。7/23/202325（3）扭曲環(huán)將矩形環(huán)內(nèi)圓上方或外圓下方切成臺階或倒角而成。扭曲原理：當(dāng)活塞環(huán)裝入氣缸后，環(huán)受到壓縮產(chǎn)生彎曲變形，斷面中性層以外產(chǎn)生拉應(yīng)力、中性層以外產(chǎn)生壓應(yīng)力，矩形環(huán)由于中性層內(nèi)外斷面不對稱，使拉力和壓力不在同一平面內(nèi)，從而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞環(huán)發(fā)生微量的扭曲變形。e7/23/2023261）特點具有錐形環(huán)的特點；減小了泵油作用；作功行程環(huán)不再扭曲，兩個密封面達到完全接觸，利于散熱。2）安裝：內(nèi)上切扭曲環(huán)裝入第一道環(huán)槽，外下切扭曲環(huán)裝入第二、三道環(huán)槽。7/23/202327（4）桶形環(huán)其特點為：1）環(huán)的外圓面為凸圓弧形；2）環(huán)面與缸壁圓弧接觸，避免了棱角負荷；環(huán)上下運動時，均能形成楔形油膜。7/23/202328（5）梯形環(huán)當(dāng)活塞在側(cè)壓力作用下左、右換向時，環(huán)的側(cè)隙和背隙將不斷變化，使膠狀油焦不斷從環(huán)槽中被擠出。梯形環(huán)用于熱負荷較大的柴油機的第一道環(huán)。7/23/2023292、油環(huán)：也稱刮油環(huán)

油環(huán)的主要作用于是將氣缸內(nèi)壁多余的潤滑油刮回油底殼，防止?jié)櫥透Z入燃燒室內(nèi)，并且給氣缸壁上涂上一層均勻的潤滑油。油環(huán)的刮油特點：圖示講解?；钊h(huán)的材料：采用耐磨性、耐熱性、導(dǎo)熱性、沖擊韌生及與氣缸材料磨合性均好，并具有適當(dāng)?shù)膹椥圆〉牟牧现瞥伞：辖痂T鐵加入適量的元素。也有鋼片制成。油環(huán)組成：刮油片、徑向襯簧、軸向襯簧（看圖講解）油環(huán)組成的裝配方法：首先將徑向襯簧裝入槽內(nèi)，再將下刮片和軸向襯簧裝入，最后裝入上刮片。7/23/2023303、活塞環(huán)的泵油作用及危害原因：（1）存在側(cè)隙和背隙；（2）環(huán)運動時在環(huán)槽中靠上靠下。

7/23/202331現(xiàn)象：當(dāng)活塞帶著環(huán)下行（進氣行程）時，環(huán)靠在環(huán)槽的上方，環(huán)從缸壁上刮下的潤滑油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞又帶著環(huán)上行（壓縮行程）時，環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時將油擠壓到環(huán)槽上，如此反復(fù)，就將潤滑油泵到活塞頂。

點擊觀看活塞環(huán)泵油動畫7/23/202332泵油的危害：（1）增加了潤滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞；（4）環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性；（5）加劇了氣缸的磨損。

7/23/202333防止活塞環(huán)泵油的措施：（1）采用扭曲環(huán)；（2）采用組合式油環(huán)；（3）油環(huán)下設(shè)減壓腔

7/23/2023341）作用：刮油。即將氣缸壁上多余的潤滑油刮下來。2）類型（1）整體式其外圓上切有環(huán)形槽，槽底開有回油用的小孔或窄槽。4、油環(huán)7/23/202335（2）

組合式：由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。7/23/202336組合式油環(huán)的特點1）密封好：第一密封面，靠徑向力，因襯簧長大于刮片長而產(chǎn)生徑向力。第二密封面，靠軸向力，因襯簧和鋼片總厚度大于環(huán)槽高而產(chǎn)生軸向力。2)無側(cè)隙，不竄油。3)刮油能力強：因鋼片薄，對缸壁比壓大。4)上下片可分別動作，適應(yīng)性好。5)回油能力強。點擊觀看動畫7/23/202337五、活塞銷（一）作用連接活塞和連桿，并傳遞活塞的力給連桿。

（二）結(jié)構(gòu)用低碳鋼或低碳合金鋼制成的厚壁管狀體。7/23/202338（三）連接方式1.全浮式（1）定義在發(fā)動機正常工作溫度下，活塞銷在連桿小頭孔和活塞銷座孔中都能轉(zhuǎn)動。7/23/202339(2)裝配1）銷與銷座孔在冷態(tài)時為過渡配合，采用分組選配法。2）熱裝合：將活塞放入熱水或熱油中加熱后，迅速將銷裝入。7/23/2023402.半浮式(1)定義銷與銷座孔和連桿小頭兩處，一處固定，一處浮動。（一般固定連桿小頭）(2)裝配加熱連桿小頭后，將銷裝入，冷態(tài)時為過盈配合。

7/23/202341五、連桿（一）功用：將活塞的力傳給曲軸，變活塞的往復(fù)運動為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。（二）組成：連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成。7/23/202342（三）構(gòu)造1.小頭：用來安裝活塞銷，以連接活塞。2.桿身：常做成“工”字形斷面。3.大頭：與曲軸的連桿軸頸相連。大頭一般做成分開式，即連桿體大頭和連桿蓋7/23/202343(1)切口形式有平切口和斜切口兩種。7/23/202344(2)切口定位方式連桿螺栓定位：靠連桿螺栓的光圓柱部分與螺栓孔的配合來定位。其定位精度較差，用于直切口連桿。

7/23/202345鋸齒形定位：依靠接合面的齒形定位。套或銷定位：依靠套或銷與連桿體（或蓋）的孔緊配合定位。止口定位7/23/202346(3)噴油孔有的連桿的大頭面對氣缸主承壓面的一側(cè)，鉆一噴油孔（1mm～1.5mm），以潤滑氣缸主承壓面。7/23/202347（四）連桿的安裝1.不能破壞連桿桿身與蓋的配對及裝合方向，在二在者的同一側(cè)打有配對標記。2.不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標記，大頭側(cè)面有缸號標記。7/23/202348（五）連桿軸承（俗稱小瓦）1、作用保護連桿軸頸及連桿大頭孔。7/23/2023492、組成

由鋼背和減磨層組成。鋼背由1mm～3mm的低碳鋼制成。減磨層為0.3mm～0.7mm的減磨合金，層質(zhì)較軟能保護軸頸。7/23/2023502、減磨層材料（1）白合金（巴氏合金）：減磨性能好，但機械強度低，且耐熱性差。常用于負荷不大的汽油機。（2）銅鉛合金：機械強度高，承載能力大，耐熱性好。多用于高負荷的柴油機。但其減磨性能差。(3)鋁基合金：有鋁銻鎂合金、低錫鋁合金和高錫鋁合金三種。

1）鋁銻鎂合金和低錫鋁合金：械性能好，負載能力強，但其減磨性能差。主要用于柴油機。

2)高錫鋁合金：具有較好的機械性能和減磨性能，廣泛應(yīng)用于柴油機和汽油機。

7/23/202351六、軸瓦的定位7/23/202352七、曲軸飛輪組由曲軸、飛輪、減振器等組成。7/23/202353（一）曲軸1、功用1）把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵觥?）驅(qū)動配氣機構(gòu)及其它附屬裝置。材料：大多采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中合金碳鋼。有的采用球墨鑄鐵。7/23/2023542、構(gòu)造

曲軸包括前端軸、主軸頸、連桿軸頸、曲柄、平衡重、后端軸等，一個連桿軸頸和它兩端的曲柄及主軸頸構(gòu)成一個曲拐。7/23/2023553、主軸頸和連桿軸頸1)主軸頸是曲軸的支承部分。每個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸者，稱為全支承曲軸；主軸頸數(shù)等于或少于連桿軸頸數(shù)者稱為非全支承曲軸。7/23/2023562)曲軸上有貫穿主軸頸、曲柄和連桿軸頸的油道，以便潤滑主軸頸和連桿軸頸。

7/23/2023574、曲柄和平衡重曲柄是用來連接主軸頸和連桿軸頸的。平衡重的作用是平衡各機件產(chǎn)生的離心慣性力及其力矩7/23/2023585、曲拐的布置（1）布置原則1）使各缸作功間隔角盡量相等。對直列多缸四沖程發(fā)動機，作功間隔角為7200/缸數(shù)。2)連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠，減少主軸承連續(xù)載荷和避免相鄰兩缸進氣門同時開啟的搶氣現(xiàn)象。3）V型發(fā)動機左右兩氣缸盡量交替作功7/23/202359（2）常用曲拐布置1）直列四沖程四缸發(fā)動機曲拐對稱布置于同一平面內(nèi)。相鄰作功氣缸的曲拐夾角為7200/4=1800。發(fā)動機工作順序有兩種1—3—4—21—2—4—37/23/2023601.42.37/23/202361工作順序為1342的發(fā)動機工作循環(huán)表如下7/23/202362直列四沖程六缸發(fā)動機曲拐對稱布置于三個平面內(nèi)。相鄰作功氣缸的曲拐夾角為7200/6=1200發(fā)動機工作順序有兩種：153624和1426357/23/2023631.62.53.41.63.42.51-5-3-6-2-41-4-2-6-3-57/23/2023646、前端軸與后端軸（1）作用：前端軸用來安裝正時齒輪、皮帶輪及起動爪等；后端軸有凸緣盤，用來安裝飛輪。（2）前后端的密封

曲軸前后端都伸出曲軸箱，為了防止?jié)櫥脱剌S頸流出，在曲軸前后都設(shè)有防漏裝置。

7/23/202365常用的防漏裝置有擋油盤、填料油封、自緊油封、回油螺紋等7/23/2023667、曲軸的軸向定位（1）

結(jié)構(gòu)：在某一道主軸承的兩側(cè)裝止推片。止推片由低碳鋼背和減磨層組成。照片7/23/202367（2）安裝注意：止推片有減磨層的一面朝向轉(zhuǎn)動件。當(dāng)曲軸向前竄動時，后止推片承受軸向推力；向后竄動時，前止推片承受軸向推力。7/23/202368（3）曲軸的軸向間隙的調(diào)整：更換止推片的厚度。7/23/202369八、飛輪1、功用1）貯存能量：在作功行程貯存能量，用以完成其它三個行程，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2）利用飛輪上的齒圈起動時傳力。3）將動力傳給離合器。4）克服短暫的超負荷。7/23/2023702、構(gòu)造1）飛輪為一外緣有齒圈的鑄鐵圓盤7/23/2023