第二章 曲柄连杆机构l分析

授课教师：梁春艳Tel:15928866517Email:[e-mail]：778242614Address:1教1104汽车构造Page2第2章曲柄连杆机构曲柄连杆机构主要内容：Page32.1概述2.2机体组2.3活塞连杆组2.4曲轴飞轮组2.5发动机的悬置2.1概述Page4曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。2.1概述Page52.1.1工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温（最高温度高于2500K）高压（最高压力高达5-9MPA）气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大(发动机转速在3000r/min时，活塞线速度可达8m/s)，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。2.1概述Page62.1.2受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。(1)气压力P：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。气压力P作用2.1概述Page72.1.2受力分析（2）往复惯性力Pj活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。往复惯性力Pj2.1概述Page82.1.2受力分析（3）离心惯性力PC旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。离心惯性力PC2.1概述Page9机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。2.2机体组Page101、汽缸体2、气缸套3、气缸盖4、汽缸垫与油底壳2.2机体组2.2.1汽缸体Page111、作用汽缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它保持发动机各部件相互之间的准确位置关系。2、构造上部：气缸下部：上曲轴箱内部：冷却水道、润滑油道2.2机体组2.2.1汽缸体Page123、材料铸铁材料：为提高其强度和耐磨性，加入少量的合金元素，如：镍、铬等铝合金：质量轻，导热性好2.2机体组2.2.1汽缸体Page134、分类名称性能应用一般式（平分式）机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴油机上。油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为2.2机体组2.2.1气缸体Page144、分类（2）根据气缸的排列方式结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。对置气缸式发动机V形气缸式发动机直列式气缸式发动机2.2机体组2.2.1气缸体Page154、分类（3）根据气缸套名称特点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。性能如何？2.2机体组2.2.2气缸套Page16目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。5~9mm0.05~0.15mm湿式缸套1~3mm干式缸套2.2机体组2.2.3气缸盖Page17功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。2.2机体组2.2.3气缸盖—燃烧室Page18名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长CA6102盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪1002.2机体组2.2.3汽缸垫与油底壳Page191）功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。2）材料：有弹性、耐热性、耐压性3）安装时注意方向（1）汽缸垫2.2机体组2.2.3汽缸垫与油底壳Page20（2）油底壳1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2).构造:(a)用薄钢板冲压而成。(b)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。(c)最低处有放油塞(磁性)(d)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。2.3活塞连杆组Page211、活塞2、活塞环3、活塞销4、连杆5、连杆轴承2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page221、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600~700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3~5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3、材料：铝合金：质量小导热性好；相比于灰铸铁活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page234、构造：活塞可分为以下几部：（1）顶部（2）头部（3）裙部2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page24（1）顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。形状示意图平顶凸顶凹顶凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。（高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比)结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page25（2）头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。(1)安装活塞环、与活塞环一起密封气缸(2)防止可燃混合气漏到曲轴箱内(3)将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：活塞销孔2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page26（3）裙部(1)位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。(2)作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。点击图片2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page27（3）裙部活塞的变形及采取的相应措施a、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page28（3）裙部b、变形规律1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page29（3）裙部c.结构措施1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page30（3）裙部c.结构措施2）活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm～1.0mm。2.3活塞连杆组2.3.1活塞Page31（3）裙部3）偏置销座:活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm～2mm。作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。2.3活塞连杆组2.3.2活塞环Page32是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里（1）气环作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。一般两道密封不良；启动困难，功率下降，机油消耗增加，活塞环温度高损坏。要求：耐磨、导热、耐热、冲击韧性、弹性、强度密封原理：第一密封面：环的外圆与汽缸壁第二密封面：环的下侧与与环槽下侧面切口0.25~0.8mm2.3活塞连杆组2.3.2活塞环Page33几道活塞环切口错开，形成迷宫端隙适量开口形状：直开口、阶梯形开口、斜开口气环的泵油作用危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔2.3活塞连杆组2.3.2活塞环Page34气环断面形状形状特点示意图矩形环结构简单、制造方便、易于生产、应用面广；磨合性差，有“泵油作用”（桑塔娜JV第一道）扭曲环断面不对称，受力不平衡，活塞环扭曲，消除“泵油作用”。做功行程同矩形环。内园上边或外园下边切掉为正扭曲环；内园下边切掉为反扭曲环（捷达EA827、切诺机2.4、依维柯第一、二道）锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。传热性差，不做第一道环。记号向上（TJ376、富康TU第二道）梯形环抗粘结性好，经常用做柴油机（奔驰）第一道气环桶面环外圆为凸圆弧形，密封性、磨合性、适应性好，减轻磨损（CA488、TJ376、富康TU第一道）2.3活塞连杆组2.3.2活塞环Page35种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片作用：刮油、涂油2.3活塞连杆组2.3.2活塞环Page36油环的刮油作用2.3活塞连杆组2.3.3活塞销Page37作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。2.3活塞连杆组2.3.4连杆Page38（1）作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。（2）组成1)小头：用来安装活塞销，以连接活塞。（全浮式有油沟）2)杆身：常做成“工”字形断面。3)大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。2.3活塞连杆组2.3.4连杆Page39平分式斜分式汽油机经常采用平分式，斜分式用于柴油机。安装时注意定位。连杆大头孔在连杆体与连杆盖组合之后镗削，同一侧有记号，不可调换；连杆螺栓需用规定扭矩用扭力扳手分几次拧紧。连杆大头的连接形式2.3活塞连杆组Page402.4曲轴飞轮组Page41起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴由曲轴、飞轮、减振器等组成。2.4曲轴飞轮组Page422.4.1曲轴1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。2.4曲轴飞轮组Page432.4.1曲轴3、结构前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐：由一个连杆轴颈（曲柄销）和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄2.4曲轴飞轮组Page442.4.1曲轴3、结构曲拐：由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成直列发动机曲拐数等于汽缸数；V型发动机曲拐数等于汽缸数一半2.4曲轴飞轮组Page452.4.1曲轴概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。直列：主轴颈数为汽缸数加一；V型：汽缸数一半加一4、曲轴的支承方式优点缺点应用全支承曲轴提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长柴油机一般多采用此种支