3_第二章曲柄连杆机构

汽车构造ZW主编关文达第二章曲柄连杆机构第一节概述第二节机体组第三节活塞连杆组第四节曲轴飞轮组第一节概述图2-1曲柄连杆机构1—曲轴2—连杆3—活塞4—气缸体5—飞轮第二节机体组一、气缸体二、气缸盖和气缸衬垫三、油底壳一、气缸体图2-2机体组1—油底壳2—气缸体3—气缸垫4—气缸盖5—气缸盖罩一、气缸体图2-3气缸体a)气缸体立体图b)一般式气缸体c)龙门式气缸体d)隧道式气缸体1—水套2—加强肋3—油底壳加工面4—轴承座孔加工面5—凸轮轴座孔6—湿式气缸套7—主轴承座孔一、气缸体图2-􀰊4气缸体和气缸盖a)水冷式发动机的气缸体与气缸盖b)风冷式发动机的气缸体与气缸盖1—气缸体2—水套3—气缸盖4—燃烧室5—气缸垫6—散热片一、气缸体图2-5气缸的排列形式a)直列式b)V形式c)对置式一、气缸体图2-􀰊6气缸套a)干式b)湿式1—气缸套2—水套3—气缸体4—密封圈图2-7气缸盖及其零件1—气缸垫2—气缸盖3—导气板垫4—导气板5—软管6—机油加注口盖7—气缸盖罩8—密封衬垫9—火花塞二、气缸盖和气缸衬垫二、气缸盖和气缸衬垫图2-8上海桑塔纳轿车气缸盖1—气缸盖2—气缸垫3—机油反射罩4—气缸盖罩5—压条6—气门罩条7—加油盖二、气缸盖和气缸衬垫(1)盆形燃烧室(图2-9a)(2)楔形燃烧室(图2-9b)(3)半球形燃烧室(图2-9c)(4)双球形燃烧室(图2-9d)(5)多气门篷形燃烧室(图2-9e)二、气缸盖和气缸衬垫图2-9汽油机燃烧室形状a)盆形b)楔形c)半球形d)双球形e)多气门篷形(1)盆形燃烧室(图2-9a)气门垂直布置在燃烧室上面。盆形燃烧室结构简单，也较紧凑，能形成一定的挤气涡流，制造工艺性好，便于维修；但其进、排气阻力大，充气效率较低，燃烧速度较低。(2)楔形燃烧室(图2-9b)楔形燃烧室的气门斜置，结构较简单、紧凑，在压缩终了时能产生强烈挤气涡流，充气效率较高，燃烧速度快；但存在较大的散热面积，对HC排放不利。(3)半球形燃烧室(图2-9c)这种燃烧室进、排气门倾斜布置，气门直径较大，其结构最为紧凑，散热面积小，充气效率高，有利于促进燃料的完全燃烧及排气净化，HC排放量较少。但其配气机构较复杂，且NOx排放量较多。(4)双球形燃烧室(图2-9d)该型燃烧室断面像篷形，由半球形发展而来。它具有结构紧凑，充气效率较高，火焰传播距离短等优点。一汽天津夏利及欧宝V6、奔驰320E和三菱3G81等轿车发动机采用这种燃烧室。•该型燃烧室断面像篷形，由半球形发展而来。它具有结构紧凑，充气效率较高，火焰传播距离短等优点。一汽天津夏利及欧宝V6、奔驰320E和三菱3G81等轿车发动机采用这种燃烧室。(5)多气门篷形燃烧室(图2-9e)图2-10气缸垫三、油底壳图2-11油底壳第三节活塞连杆组一、活塞二、活塞环三、活塞销四、连杆如图2-12所示，活塞连杆组主要由活塞9、活塞环10、活塞销8和连杆5等机件组成。图2-12活塞连杆组1—连杆螺母2—连杆盖3—连杆轴承4—连杆螺栓5—连杆6—连杆衬套7—活塞销卡环8—活塞销9—活塞10—活塞环第三节活塞连杆组•活塞的主要功用是承受气缸中可燃混合气燃烧产生的压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴；此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。•整个活塞可分为活塞顶1、活塞头2和活塞裙部7三个部分(图2-13)。一、活塞一、活塞图2-13活塞的基本结构a)全剖面b)部分剖面1—活塞顶2—活塞头3—活塞环4—活塞销座5—活塞销6—活塞销锁环7—活塞裙部8—加强肋9—环槽•活塞顶是燃烧室的组成部分，因而常制成不同的形状，活塞顶的形状与选用的燃烧室形状有关。汽油机活塞顶多采用平顶(图2-14a)，以使燃烧室结构紧凑，散热面积小，并且制造工艺简单。有些汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用凹顶活塞(图2-14b)；凸顶活塞常用于二冲程汽油机(图2-14c)；柴油机活塞顶常制成各种凹坑形。一、活塞一、活塞图2-14活塞顶的形状a)平顶b)凹顶c)凸顶一、活塞为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞时通常采取下列结构措施：1)在活塞裙部高度方向上制成近似的圆锥形，以补偿活塞裙部热膨胀量上大下小的情况，保证活塞在工作状态(热态)下整体形状接近一个圆柱形。2)将活塞裙部制成椭圆形(图2-15b)，椭圆的长轴在垂直于活塞销座孔轴线的方向。3)活塞裙部开膨胀槽和绝热槽(图2-15c)。4)采用双金属活塞，即在活塞裙部或活塞销座内铸入或嵌入膨胀系数低的钢片，以减少活塞裙部的膨胀量。图2-15活塞裙部不同形状的结构a)锥形裙部活塞b)椭圆形裙部活塞c)活塞的膨胀槽和绝热槽d)恒范钢片式活塞e)热膨胀自动调节式活塞一、活塞•活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但有些高速发动机，将活塞销座中心线向在做功行程承受侧压力的一面偏移e＝1～2mm(图2-16)，目的是为了减轻活塞在越过上止点时因侧压力瞬时换向而产生的“敲缸”现象，减小噪声，从而改善发动机工作的平顺性。一、活塞图2-16活塞销偏置和活塞的换向a)活塞销对中布置b)活塞销偏移布置一、活塞•活塞环分为气环和油环两种(图2-17)。二、活塞环图2-17活塞环二、活塞环图2-18气环密封原理1—第一密封面2—第二密封面—第一密封面压紧力—第二密封面压紧力p—气缸内气体压力—活塞环侧气体压力—活塞环背压力—活塞环弹力—活塞环惯性力f—活塞环与气缸壁摩擦力二、活塞环图2-19活塞环间隙1—气缸2—活塞环3—活塞—开口间隙—侧隙—背隙二、活塞环图2-􀰊20气环的断面形状a)矩形环b)锥面环c)正扭曲内切环d)反扭曲锥面环e)梯形环f)桶面环气环常见的断面形状有以下几种：二、活塞环(1)矩形环(图2-20a)其结构简单，制造方便，散热性好，废品率较低；但有泵油作用(泵油作用如图2-21所示)，能将机油逐级由下向上泵入气缸中燃烧掉，在燃烧室内形成积炭并增加机油消耗量；另外，矩形环的磨合性、刮油性、密封性欠佳。(2)锥面环(图2-20b)它与缸壁为线接触，有利于密封和磨合，该环在活塞下行时有刮油作用，上行时能和气缸壁形成楔形油膜以改善润滑；但其传热性差，不易作第一道气环使用。(3)扭曲环(图2-20c、d)它除具有锥面环的优点外，还能减小泵油作用，减轻磨损，提高散热能力，目前在发动机上得到广泛的应用。(4)梯形环(图2-20e)其主要优点是能使沉积在环槽中的结焦被挤出，避免了活塞环被粘结在环槽中而折断。图2-21矩形断面活塞环的泵油作用a)活塞下行b)活塞上行二、活塞环二、活塞环(5)桶面环(图2-20f)在活塞的上、下行程都可形成楔形油膜而改善润滑，对活塞在气缸内摆动的适应性好，接触面积小，有利于密封；但凸圆弧表面的加工较困难。•目前汽车发动机常用的油环有两种：•(1)普通油环(图2-22)其断面与矩形气环相似。(2)组合油环(图2-23)它由互相独立的上、下刮油钢片1、3和产生径向、轴向弹力作用的衬环2组成。二、活塞环图2-22刮油环的刮油作用a)活塞下行b)活塞上行二、活塞环图2-23组合油环1—上刮油钢片2—衬环3—下刮油钢片4—活塞二、活塞环•活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞所承受的气体压力传给连杆。•活塞销在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差。因此要求活塞销具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量要小。活塞销的形状一般制造成空心圆柱体(图2-24)。•活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，通常采用“全浮式”(图2-25）三、活塞销三、活塞销图2-24活塞销内孔形状a)圆柱形孔b)端部呈锥形扩展c)中间封闭式d)单侧封闭式e)内有塑料芯的钢套销f)成形销三、活塞销图2-25活塞销的连接方式1—活塞销2—连杆3—活塞4—卡环•连杆大头的切口按剖分面的方向分为平切口和斜切口两种形式。连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，称为平切口连杆(图2-26)，多适用于汽油机。有些柴油发动机的连杆大头尺寸较大，为使连杆大头在摆动时能通过气缸，在维修拆装时能将其从气缸中抽出，可将连杆大头沿与连杆杆身轴线成30°～60°(常用45°)的方向切开，即为斜切口连杆(图2-27)。四、连杆四、连杆图2-26连杆1—连杆盖2—连杆轴承3—连杆大头4—连杆杆身5—连杆小头衬套6—连杆小头7—连杆螺栓四、连杆图2-27斜切口连杆大头的定位方式a)止口定位b)套筒定位c)锯齿定位•连杆轴承装配在连杆大头孔内，与连杆轴颈(曲柄销)及连杆大头孔配合工作。现代汽车发动机用的连杆轴承是剖分成两半的滑动轴承，由钢背和减磨合金层组成(图2-28)。四、连杆四、连杆图2-28连杆轴承1—钢背2—油槽3—定位凸键4—减磨合金层四、连杆目前汽车发动机的轴承减磨合金主要有：(1)白合金(巴氏合金)有锡基和铅基两种，应用较多的是锡基白合金。(2)铜铅合金由质量分数30%的铜和质量分数70%的铅组成。(3)高锡铝合金各方面性能都好，广泛用于各类汽油机和柴油机上。•Ⅴ形发动机连杆的结构通常有三种：•(1)并列式连杆(图2-29a)相对应的左右两个气缸的连杆，沿曲轴的长度方向一前一后装配在一个曲柄销(曲轴上的连杆轴颈)上。(2)主副连杆(图2-29b)一列气缸的连杆为主连杆，连杆大头直接装配在曲柄销的全长上。(3)叉形连杆(图2-29c)左、右两列对应气缸的两个连杆中，一个连杆的大头制成叉形，跨于另一个连杆的厚度较小的片形大头两端。四、连杆图2-29V形发动机连杆a)并列式连杆b)主副连杆c)叉形连杆第四节曲轴飞轮组一、曲轴二、曲轴扭转减振器三、飞轮第四节曲轴飞轮组图2-30曲轴飞轮组零件1—起动爪2—带轮3—正时齿轮4—曲轴5—连杆轴承6—主轴承7—飞轮一、曲轴1.曲轴功用2.曲轴材料3.曲轴结构4.曲轴形状1.曲轴功用曲轴是发动机最重要的零件之一，其功用是将活塞连杆组传来的气体压力转变为曲轴的旋转转矩，再通过飞轮传递到汽车底盘的传动系统驱动汽车行驶；同时，还用来驱动发动机的配气机构和其他辅助装置(配气机构凸轮轴、汽油泵、机油泵、分电器、柴油机喷油泵凸轮轴、发电机、水泵风扇、空气压缩机、汽车空调压缩机等)。•目前，曲轴多采用45、40Cr、50MnB等锻钢和球墨铸铁制成。上海大众轿车及江西五十铃的发动机曲轴采用49MnVS材料，提高了曲轴的韧性，改善了其切削性能。一汽奥迪100、捷达和二汽富康轿车汽油机以及玉柴YC6105Q、6135Q等柴油机采用球墨铸铁曲轴。2.曲轴材料•曲轴可分为整体式(图2-31)和组合式(图2-32)两种。除连杆大头为整体式的某些小型汽油机或采用滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机(隧道式气缸体)采用组合式曲轴外，发动机多采用整体式曲轴。3.曲轴结构图2-31整体式曲轴1—前端轴2—平衡重3—连杆轴颈4—主轴颈5—曲柄6—后凸缘3.曲轴结构3.曲轴结构图2-32组合式曲轴1—定位螺栓2—滚子轴承3—连接螺栓4—曲柄•曲轴一般由主轴颈4、连杆轴颈3、曲柄5、平衡重2、前端轴1和后凸缘6(功率输出端)等组成(图2-31)。一个连杆轴颈和它两端的曲柄及相邻两个主轴颈构成一个曲拐。曲拐的数目取决于发动机的气缸数目及其排列方式，直列发动机的曲拐数等于气缸数；而V形和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半。图2-33为V8发动机曲轴。3.曲轴结构3.曲轴结构图2-33V8发动机曲轴•平衡重用来平衡曲轴的离心力及其力矩，有时也平衡一部分活塞连杆组的往复惯性力及其力矩，以使发动机运转平稳，并可减小曲轴主轴承的负荷。对四缸、六缸等直列多缸发动机，因曲拐对称布置，就整机而言其惯性力、离心力及其所产生的力矩是平衡的，但曲轴局部却受弯矩作用(图2-34a)。图中惯性力F1、F4与F2、F3相平衡，力矩M1-2与M3-4相平衡，但M1-2与M3-4给曲轴造成弯曲载荷。因此，通常在曲柄的相反方向设置平衡重，使其产生的力矩与上述惯性力矩相平衡(图2-34b)。3.曲轴结构3.曲轴结构图2-34曲柄平衡重作用示意图a)无平衡重b)加平衡重F1、F2、F3、F4