第二章曲柄连杆机构

1第二章曲柄连杆机构本章讲述内容：功用及组成机体组活塞连杆组曲轴飞轮组2一、曲柄连杆机构的功用及组成功用：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。组成：机体组：主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫和油底壳等；活塞连杆组：主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等；曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。3气缸体曲轴箱气缸盖气缸套气缸衬垫油底壳气缸体与曲轴箱组活塞活塞环活塞销连杆活塞连杆组曲轴飞轮扭转减振曲轴飞轮组曲柄连杆机构曲柄连杆机构的组成框图4工作条件高温：最高可达2500K以上高压：最高可达3MPa—5MPa高速：最高可达3000r/min—6000r/min化学腐蚀：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。5二、机体组6机体组组成曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖油道和水道油底壳气缸盖罩7气缸体：发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体－－曲轴箱，简称气缸体。气缸：气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔。气缸的工作条件：高温、高压，并且有活塞在其中做高速往复运动。气缸体8气缸体的分类1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分：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。9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。性能比较与应用10气缸体的分类2、根据冷却方式不同分：水冷、风冷11气缸体的分类3、根据气缸的排列方式分：直列式：结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。V型：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。对置式：高度小，总体布置方便。直列式V型对置式12气缸体的分类4、气缸套有两种结构：干式缸套和湿式缸套。干式缸套：外壁不直接与冷却水接触。特点：强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。湿式缸套：外壁直接与冷却水接触。特点：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。13气缸盖与气缸衬垫气缸盖罩气缸盖气缸垫衬垫安装火花塞14气缸盖功用：密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。结构：气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水套，应有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道，有燃烧室、火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机），有些还有用以安装凸轮轴的轴承孔。材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金。类型：单体气缸盖、整体气缸盖。15气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸盖罩衬垫气缸盖罩和气缸垫16类型：①金属-石棉气缸垫；②实心金属片气缸垫；③加强型无石棉气缸垫。气缸盖的拧紧：拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按厂家规定的拧紧力矩值拧紧。铝合金气缸盖：最后必须在发动机冷态下拧紧。铸铁气缸盖：最后必须在发动机热态下拧紧。气缸垫17燃烧室(1)要求：结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程。使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧。燃烧室形状对发动机的工作影响很大。18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、热效率高桑塔纳、夏利、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，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达、奥迪形状分类19汽油机燃烧室形状20油底壳功用：贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。使用特点：(1)设有挡油板—减轻油面的波动。(2)油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。材料：(1)薄钢板冲压(2)铝合金铸造21三、活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖22活塞功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转；与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。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。材料：铝合金(质量小,导热性好);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。23活塞结构活塞基本结构分顶部、头部和裙部三部分。活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。24平顶、凸顶、凹顶、成形顶平顶：结构简单、受热面积小，多用在汽油机上。凸顶：凸起呈球状、顶部强度高，有利于改善换气过程。凹顶：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。活塞顶分类25活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。作用：安装活塞环；与活塞环一起密封气缸；防止可燃混合气漏到曲轴箱内；将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。活塞销孔26活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。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。27（1）预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。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，制造活塞是通常采取下列结构措施：（2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一小部分。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。28（3）活塞裙部开槽（汽油机）横向绝热槽减少活塞头的热量向裙部扩散有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽29（4）采用双金属活塞：为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸入或嵌入膨胀系数低的钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。30活塞环具有弹性的开口环，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31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。切口气环32气环的密封原理将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。活塞环随活塞一起装入气缸后，便产生弹力，而紧贴在气缸壁上，形成密封面，使燃气不能通过环与气缸的接触面之间的间隙。33气环的泵油作用矩形断面的气环随活塞作往复运动时，会把气缸壁上的机油不断送人气缸中。这种现象称为“气环的泵油作用”。34气环的断面形状35作用：布油(活塞上行)刮油(活塞下行)密封(辅助作用)油环36油环种类普通油环组合油环37油环的刮油作用油环的刮油作用将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流回油底壳。38活塞销作用：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。39活塞销的连接方式活塞销连杆40活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。41连杆作用：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。连杆组件分解图42连杆大头的连接形式平分式斜分式43连杆轴瓦44V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式451、并列式优点：连杆可以通用，两列气缸的活塞连杆组运动规律相同。缺点：两列气缸轴心线沿曲轴轴向错开一段距离，使曲轴长度增加，刚度降低。2、主副式优点：减小了发动机的轴向尺寸；缺点：主副连杆不能互换，运动规律和受力不同。3、叉型式优点：运动规律相同缺点：结构复杂，工艺性差，刚度较低。46四、曲轴飞轮组起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴曲轴飞轮组的组成47曲轴功用：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。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。48曲轴实物图49前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲柄曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲轴的结构50曲拐数决定因素：1）发动机的气缸数2）发动机的排列方式故：1）直列发动机的曲拐数等于气缸数2）V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半51平衡重作用：平衡离心力偶，减轻或消除弯曲变形。52前端轴741863251.2止推轴承3.止推片4.正时齿轮5.甩油盘6.油封7.皮带轮8.起动爪53后端轴后端轴：安装飞轮前后端轴都设有防漏装置：挡油盘、回油螺纹、油封等。曲轴后端回油螺纹54曲轴的支承方式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。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撑方式非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小主轴承载荷较大承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式55曲拐的布置一般规律各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3六缸机：1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-3-5V型发动机两列气缸尽量交替作功。曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。56四冲程四缸发动机曲拐布置5758点火顺序：各缸完成同名行程的次序。曲轴转角（度）一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排进压排进压排进压排进压1↓3↓4↓2四冲程四缸发动机点火顺序59曲轴扭转减振器作用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，使曲轴转动平稳，可靠工作。种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。橡胶式摩擦片式硅油式60当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。橡胶摩擦式曲轴扭转减振器61飞轮功用：将在作功行程中输入曲轴能量的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载，同时将发动机的动力传给离合器。62飞轮构造飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量。齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。63飞轮上的标记符号：在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。解放CA6102型发动机的记号是：上止点———1—6奥迪100飞轮上有－“0”标记。例如：标记64小结活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆：（铝合金）防冷敲热拉措施活塞制成上小下大的锥形活塞裙部呈椭圆形活塞裙部开槽销座孔处铸入防胀钢片油环气环作用及组成65曲轴飞轮组曲轴带轮正时齿轮扭转减震器飞轮：主轴颈连杆轴颈曲柄平衡重前端和后端曲拐（理解记忆）橡胶式硅油式摩擦片式掌握飞轮的作用