陳家瑞第五版《汽車(chē)構(gòu)造》第2章曲柄連桿wt

wt55pub@第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用：將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將能量傳輸出去。組成：

1、機(jī)體組

2、活塞連桿組

3、曲軸飛輪組工作特點(diǎn)：高溫、高壓、高速、化學(xué)腐蝕。wt55pub@wt55pub@第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力及運(yùn)動(dòng)分析一、運(yùn)動(dòng)分析活塞組、連桿小頭：上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)連桿大頭、桿身、連桿蓋：主要做左右擺動(dòng)，同時(shí)伴有上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；曲軸、飛輪：主要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以上各零部件均是做變速運(yùn)動(dòng)、周期性的。wt55pub@二、受力種類(lèi)及受力分析1）

氣體作用力（主要）2）

往復(fù)慣性力與離心力（主要）3）

摩擦力和其它（因?yàn)檩^小，故分析時(shí)忽略）wt55pub@wt55pub@由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的周期性和曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的周期性，上述各力隨曲軸轉(zhuǎn)角呈周期性變化。引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，降低汽車(chē)行駛的平順性和舒適性。改善方法：減小曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量以減小慣性力；在曲軸上加平衡重和設(shè)置平衡機(jī)構(gòu)。wt55pub@第二節(jié)機(jī)體組wt55pub@汽缸體工作條件和材料1）氣缸工作條件：氣缸受到高溫、高壓的沖擊；受到腐蝕；活塞在氣缸里作高速運(yùn)動(dòng)而受到磨損等。2）材料：優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵。但是為了降低成本，通常是機(jī)體用灰鑄鐵，氣缸孔用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵，而采用氣缸套。wt55pub@分類(lèi)（1）按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為名稱(chēng)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(mén)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(chē)、富康轎車(chē)、桑塔納轎車(chē)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。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。wt55pub@（2）根據(jù)冷卻方式不同散熱片風(fēng)冷氣缸體和氣缸蓋1、水冷

2、風(fēng)冷wt55pub@（3）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)的重量；形狀復(fù)雜，加工困難。六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)使用高度小，總體布置方便。轎車(chē)中應(yīng)用不多wt55pub@（4）整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體a、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。b、鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。類(lèi)型構(gòu)造性能及應(yīng)用整體式氣缸直接鏜在氣缸體上強(qiáng)度和剛度好，能承受大負(fù)荷。成本高。鑲嵌式用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制成氣缸套，再裝到一般材料制成的氣缸體內(nèi)。降低了制造成本，便于修理和更換氣缸套，延長(zhǎng)了氣缸體的使用壽命。wt55pub@（5）干缸套和濕缸套名稱(chēng)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。性能如何？wt55pub@氣缸蓋wt55pub@1、作用封閉氣缸上部；與活塞頂部和氣缸壁一起構(gòu)成燃燒室；是配氣機(jī)構(gòu)的多數(shù)零件的安裝機(jī)體。2、工作條件和材料1）工作條件：受到高溫、高壓的沖擊；受到腐蝕作用。2）材料：灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金（汽油機(jī)用）wt55pub@3、結(jié)構(gòu)形式1）整體缸蓋：一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)氣缸蓋。結(jié)構(gòu)較緊湊，零件數(shù)目少，成本低，發(fā)動(dòng)機(jī)的總長(zhǎng)度減少；但剛性差，易變形，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性下降，系列化程度差，加工報(bào)廢率高；適用于缸徑<105mm的發(fā)動(dòng)機(jī)。2）塊狀缸蓋：2缸或2缸以上共用一個(gè)缸蓋。適用于105mm<缸徑<160mm的發(fā)動(dòng)機(jī)。3）單體缸蓋：一缸一個(gè)缸蓋。缸徑>105mm可用；缸徑>120mm的優(yōu)先采用；缸徑>160mm都采用。wt55pub@缸蓋螺栓：擰緊：從中間往兩邊依次對(duì)角分次進(jìn)行；擰松：從兩邊往中間依次對(duì)角進(jìn)行wt55pub@燃燒室1）對(duì)汽油機(jī)燃燒室的要求（1）有利于提高熱效率

（2）有利于排氣凈化（3）有利于換氣（4）有利于燃燒平靜（5）有利于組織氣流運(yùn)動(dòng)wt55pub@2）幾種典型燃燒室：（1）盆型：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不夠緊湊。（2）楔型：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較緊湊，能形成擠氣流，但使得HC排放增加。（3）半球型：結(jié)構(gòu)緊湊，但配氣機(jī)構(gòu)復(fù)雜，工作較粗暴，多用于高速汽油機(jī)。wt55pub@wt55pub@柴油機(jī)燃燒室wt55pub@氣缸墊1．氣缸襯墊的功用、工作條件及要求其作用是保持氣缸密封不漏氣，保持由機(jī)體流向氣缸蓋的冷卻液和機(jī)油不泄漏。氣缸襯墊承受擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)造成的壓力，并受到氣缸內(nèi)燃燒氣體高溫、高壓的作用以及機(jī)油和冷卻液的腐蝕。氣缸襯墊應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度，并且要耐壓、耐熱和耐腐蝕。另外，還需要有一定的彈性，以補(bǔ)償機(jī)體頂面和氣缸蓋底面的粗糙度和不平度以及發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)反復(fù)出現(xiàn)的變形。wt55pub@2．氣缸襯墊的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)金屬—石棉襯墊、金屬—復(fù)合材料襯墊和全金屬襯墊等多種。wt55pub@油底殼放油螺塞帶磁性，對(duì)隨著潤(rùn)滑油進(jìn)入油底殼的鐵屑進(jìn)行吸附。wt55pub@第三節(jié)活塞連桿組活塞組：活塞、活塞環(huán)（氣環(huán)、油環(huán)）、活塞銷(xiāo)、卡環(huán)等。連桿組：連桿、連桿蓋、連桿軸瓦、連桿螺釘?shù)?。氣環(huán)油環(huán)活塞銷(xiāo)活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋wt55pub@一、活塞1、作用

1）承受力、傳力。

2）組成燃燒室。2、

工作條件（非常惡劣）三高：高溫、高壓、高速兩難：冷卻困難、潤(rùn)滑困難一腐蝕：受到酸性物質(zhì)的腐蝕wt55pub@

3、材料常用：鑄鋁合金（高硅鋁合金、鋁銅合金）

強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)：高級(jí)鑄鐵、耐熱鋼（主要為了提高其強(qiáng)度）

新型：金屬陶瓷（有組合式的（陶瓷用于活塞頂部），也有整體式的）總之，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，活塞材料多選擇質(zhì)量較輕的鋁合金；而對(duì)于低速機(jī)，現(xiàn)在多用灰鑄鐵。

wt55pub@4、加工制造方法1）鑄造2）鍛造3）液態(tài)模鍛wt55pub@5、結(jié)構(gòu)wt55pub@1）頂部：汽油機(jī)：二沖程機(jī)多用凸頂活塞，其它汽油機(jī)多用平頂。

柴油機(jī)：有平頂、凹頂、ω形、碗形、盆型、花瓣形等。

wt55pub@活塞頂分類(lèi)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。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(guò)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(mén)。wt55pub@2）頭部（又叫環(huán)槽部、防漏部）頭部：又叫防漏部、環(huán)槽部。加工有活塞環(huán)槽的部分。作用：密封、傳熱、傳力。wt55pub@3）裙部：指最后一道油環(huán)槽下緣起至活塞底面的部分。（1）作用：承受側(cè)壓力、導(dǎo)向。（2）裙部的橢圓變形wt55pub@wt55pub@A、原因A）沿活塞銷(xiāo)的方向，金屬量較多,所以在其受熱膨脹后，此處的膨脹量就最大。

B）在受到氣缸內(nèi)氣體燃燒后產(chǎn)生的氣壓力的作用后，使活塞頂部在銷(xiāo)座跨度內(nèi)發(fā)生彎曲變形。C）氣缸壁對(duì)活塞的側(cè)壓力作用，引起活塞變形也沿活塞銷(xiāo)的軸線方向。wt55pub@B、預(yù)防和控制裙部橢圓變形的措施

Ⅰ、盡量減少活塞的受熱。Ⅱ、使活塞的側(cè)表面形狀與變形相適應(yīng)。Ⅲ、對(duì)汽油機(jī)活塞，在裙部開(kāi)縱向補(bǔ)償槽。

Ⅳ、在活塞上鑲鑄鋼片，以限制活塞的變形量。Ⅴ、采用油冷活塞。Ⅵ、減少銷(xiāo)座方向的金屬量，以減少其受熱變形wt55pub@活塞銷(xiāo)孔軸線通常與活塞軸線垂直相交。這時(shí)，當(dāng)壓縮行程結(jié)束、作功行程開(kāi)始，活塞越過(guò)上止點(diǎn)時(shí)，側(cè)向力方向改變，活塞由次推力面貼緊氣缸壁突然轉(zhuǎn)變?yōu)橹魍屏γ尜N緊氣缸壁，活塞與氣缸發(fā)生“拍擊”，產(chǎn)生噪聲，且有損活塞的耐久性。在許多高速發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞銷(xiāo)孔軸線朝主推力面一側(cè)偏離活塞軸線1～2mm。壓縮壓力將使活塞在接近上止點(diǎn)時(shí)發(fā)生傾斜，活塞在越過(guò)上止點(diǎn)時(shí)，將逐漸地由次推力面轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍魍屏γ尜N緊氣缸壁，從而消減了活塞對(duì)氣缸的拍擊。wt55pub@wt55pub@活塞的冷卻1)自由噴射冷卻法。從連桿小頭上的噴油孔或從安裝在機(jī)體上的噴油嘴向活塞頂內(nèi)壁噴射機(jī)油。2)振蕩冷卻法。從連桿小頭上的噴油孔將機(jī)油噴入活塞內(nèi)壁的環(huán)形油槽中，由于活塞的運(yùn)動(dòng)使機(jī)油在槽中產(chǎn)生振蕩而冷卻活塞。3)強(qiáng)制冷卻法。在活塞頭部鑄出冷卻油道或鑄入冷卻油管，使機(jī)油在其中強(qiáng)制流動(dòng)以冷卻活塞。強(qiáng)制冷卻法廣為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)所采用。wt55pub@wt55pub@二、活塞環(huán)按照用途分為：氣環(huán)和油環(huán)。汽油機(jī)：氣環(huán)2～3道；油環(huán)數(shù)1道。柴油機(jī)：氣環(huán)3～4道；油環(huán)數(shù)1～2道。柴油機(jī)氣環(huán)數(shù)多于汽油機(jī)的原因：1）柴油機(jī)壓縮比大于汽油機(jī)；2）柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于汽油機(jī)；3）柴油機(jī)的配缸間隙大于汽油機(jī)。（一）氣環(huán)1、作用1）與活塞一起密封高溫高壓的燃?xì)庀赂Z入曲軸箱。（主要）2）將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁。3）輔助油環(huán)控制氣缸壁上的潤(rùn)滑油。wt55pub@wt55pub@2、工作條件惡劣：活塞環(huán)（氣環(huán)）是發(fā)動(dòng)機(jī)零件中工作壽命最短的?？偟恼f(shuō)：高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑困難、磨損嚴(yán)重等。3、材料多用合金鑄鐵、鋼片、粉末冶金、金屬陶瓷等。對(duì)于強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)：則用球墨鑄鐵，以加強(qiáng)環(huán)的強(qiáng)度和沖擊韌性。wt55pub@第一環(huán)：條件最?lèi)毫?，所以要求表面鍍鉻。其余各環(huán)：鍍錫或者磷化、噴石墨及硫化處理，以提高其與氣缸壁的磨合性。

4、密封原理第一密封面：由氣環(huán)裝入氣缸后在自身的彈力作用下形成，為氣環(huán)外緣面與缸壁接觸的面。第二密封面：由下竄入上側(cè)隙的氣體壓力形成，為氣環(huán)的下端面與環(huán)槽下面形成。第二次密封：由下竄入背隙的氣體壓力形成，加強(qiáng)了第一密封面的密封性。wt55pub@wt55pub@5、氣環(huán)的切口形狀四種：1）直切口2）斜切口

3）搭切口4）封閉切口wt55pub@6、常見(jiàn)氣環(huán)的斷面形狀1）矩形斷面（氣環(huán)橫剖面為矩形）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本較低，報(bào)廢率少，貼合性、結(jié)合性、磨合性較差，耐磨性也較差，密封效果不好，泵機(jī)油現(xiàn)象嚴(yán)重。wt55pub@2）微錐面環(huán)環(huán)的磨合性和貼合性大大提高，此環(huán)多用在第二、三道上，起強(qiáng)化密封的作用。3）扭曲斷面環(huán)正扭曲內(nèi)切環(huán)（用作第二、三道環(huán)）和反扭曲錐面環(huán)（多用于第一道環(huán)上）。4）梯形環(huán)（圖2-32）用于熱負(fù)荷比較高的柴油機(jī)上，多用于第一道。優(yōu)點(diǎn)：（1）抗膠結(jié)作用比較強(qiáng)，有自潔作用。（2）與其它環(huán)比較，提高了環(huán)的密封性。wt55pub@5）桶面環(huán)普遍用在強(qiáng)化柴油機(jī)中的第一道。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)有利于潤(rùn)滑；對(duì)氣缸的表面適應(yīng)性和對(duì)活塞偏擺適應(yīng)性均好，有利于密封。缺點(diǎn)：凸圓弧表面加工困難。6）桶間梯形環(huán)：現(xiàn)代高速柴油機(jī)廣泛使用。7）開(kāi)槽環(huán)：開(kāi)槽內(nèi)儲(chǔ)存對(duì)潤(rùn)滑油有較強(qiáng)吸附能力的多孔性氧化鐵。有利于潤(rùn)滑、磨合和密封。8）頂岸環(huán)：有利于密封，有利于降低HC排放。wt55pub@wt55pub@（二）油環(huán)1、作用1）刮掉缸壁上多余的機(jī)油，并且均勻分布缸壁上的機(jī)油。2）輔助密封。2、分類(lèi)1）普通油環(huán)（整體式油環(huán)）2）組合式鋼片油環(huán)(三)安裝活塞環(huán)的注意事項(xiàng)1、活塞環(huán)裝入氣缸之后，環(huán)的開(kāi)口間隙要適當(dāng),0.2～0.4mm。wt55pub@

2、活塞環(huán)在環(huán)槽中的上下側(cè)隙要適當(dāng)，0.04～0.15mm。

3、安裝活塞環(huán)時(shí)，應(yīng)將活塞環(huán)切口錯(cuò)開(kāi)，以減少漏氣。另外，切口不能朝向活塞銷(xiāo)軸線方向。

4、鍍絡(luò)環(huán)應(yīng)裝入第一環(huán)槽（外表面光亮的為第一環(huán)）。

5、微錐面環(huán)、扭曲環(huán)、倒角油環(huán)上下不能裝反，否則將產(chǎn)生將機(jī)油泵入燃燒室的危險(xiǎn)。6、先裝油環(huán)再裝氣環(huán)。wt55pub@三、活塞銷(xiāo)（一）作用1、連接活塞與連桿小頭。2、將活塞承受的氣體力傳給連桿。（二）材料多用低碳鋼和低碳合金鋼。同時(shí)要求其芯部具有一定的韌性。為了減輕質(zhì)量，常將其做成空心圓柱形。wt55pub@（三）內(nèi)孔形狀1）圓柱形（加工容易，但質(zhì)量較大）2）兩段截錐形（質(zhì)量較小，但加工較難）3）組合形（介于前后兩者之間）wt55pub@四、連桿組（一）作用1、傳力：將活塞所承受的力傳給曲軸。2、轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式：將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（二）工作條件 連桿組主要受壓縮、拉伸和彎曲等交變負(fù)荷。最大壓縮載荷出現(xiàn)在作功行程上止點(diǎn)附近，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)附近。在壓縮載荷和連桿組作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形。

（三）材料多用合金鋼與優(yōu)質(zhì)鍛鋼。如40＃、45＃、40Cr等。wt55pub@連桿構(gòu)造連桿由小頭、桿身和大頭構(gòu)成wt55pub@小頭小頭的結(jié)構(gòu)形狀取決于活塞銷(xiāo)的尺寸及其與連桿小頭的連接方式全浮式半浮式wt55pub@桿身?xiàng)U身斷面為工字形，剛度大、質(zhì)量輕、適于模鍛。wt55pub@大頭連桿大頭除應(yīng)具有足夠的剛度外，還應(yīng)外形尺寸小，質(zhì)量輕，拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)能從氣缸上端取出。連桿大頭是剖分的，連桿蓋用螺栓或螺柱緊固，為使結(jié)合面在任何轉(zhuǎn)速下都能緊密結(jié)合，連桿螺栓的擰緊力矩必須足夠大。wt55pub@剖分形式：平剖：剖分面與連桿中心線垂直。剛性好，加工方便，對(duì)于連桿螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。多用于小型汽油機(jī)。但在裝配時(shí)易出現(xiàn)大頭碰傷氣缸壁的現(xiàn)象。斜剖：剖分面與連桿中心線成30～60°夾角。減少了連桿大頭的外形尺寸。但使得連桿螺栓不僅受到拉伸力而且還受到剪切力。多用于功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，比前者多用。wt55pub@1）止口定位2）套筒定位3）鋸齒定位wt55pub@連桿軸瓦組成：鋼背和減摩合金層（作用：具有保持油膜、減少摩擦阻力和加速磨合的作用）。連桿螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件。材料：40Cr、35CrMo、40CrMo等。擰緊后，應(yīng)安裝防松裝置。wt55pub@

V型內(nèi)燃機(jī)連桿

1)主副連桿2)并列連桿3)叉片式連桿wt55pub@第四節(jié)曲軸飛輪組一、曲軸作用：承受連桿傳來(lái)的力，并將此力轉(zhuǎn)換成繞其自身的軸線的力矩。工作條件及材料工作條件：是高速旋轉(zhuǎn)件，承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。材料要求：剛度、強(qiáng)度、耐磨性要好。材料：中碳鋼（45＃）或中碳合金鋼（40Cr等）wt55pub@結(jié)構(gòu)：前端：正時(shí)齒輪、正時(shí)鏈輪、皮帶輪端；車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)還裝有曲軸扭轉(zhuǎn)減震器、啟動(dòng)爪（中、小發(fā)動(dòng)機(jī)）。后端：飛輪端（功率輸出端）。曲軸軸頸、曲柄（臂）、曲柄銷(xiāo)（連桿軸頸）、平衡重等。wt55pub@類(lèi)型1）按照結(jié)構(gòu)分：整體式和組合式2）按照支承形式分：全支承和非全支承連桿軸頸（曲柄銷(xiāo)）一般采用空心軸頸。連桿軸頸的潤(rùn)滑依靠與主軸頸之間的斜油道來(lái)潤(rùn)滑。曲柄（臂）和平衡重曲柄臂：多采用橢圓形。平衡重：減輕主軸頸負(fù)荷；減輕曲軸的內(nèi)力矩，平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力矩，一般不平衡往復(fù)慣性力。wt55pub@二、主軸承用來(lái)支承曲軸主軸頸，采用滑動(dòng)軸承。多用分開(kāi)式，安裝在機(jī)