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第二章 曲柄连杆机构,机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组,概述,一、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。 二、组成 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,三、工作条件,工作条件的特点：高温、高压、高速和化学腐蚀。 承受机械载荷： 1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力 2、汽车行驶中产生的冲击力。,2.1 机体组,机体组组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,机体组：,一、气缸体与曲轴箱,1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴箱。,一汽奥迪100汽车发动机气缸体,性能要求：良好的刚度（不易变形和弯曲）；优良的 冷却性能；优良的耐磨性能。,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、气缸体的分类：,（2）根据冷却方式不同,1、水冷 2、风冷,散热片,风冷气缸体和气缸盖,（3）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,（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体,1、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 2、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,（5）干缸套和湿缸套,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,易穴蚀。,（6）按汽缸体的材料分类,铸铁汽缸体（冷却性差、需要大量冷却溶液）、铝合金汽缸体（质量轻、散热性好） 铝合金整体式汽缸体： （1）铝合金汽缸体与铝合金活塞具有相同的膨胀率； （2）铝合金比铸铁的散热性能好（大约为铸铁的3倍），可以增大压缩比，提高输出功率； （3）铝合金汽缸体与汽缸盖具有相同的热膨胀率； （4）质量轻,二、曲轴箱,1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上轴箱 与气缸体铸成一体 下轴箱 贮存润滑油（油底壳） 3、材料： 薄钢板冲压,桑塔纳发动机油底壳,三、气缸盖,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。,气缸垫,气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,单体汽缸盖、块状汽缸盖、整体式汽缸盖,燃烧室,四、气缸垫,1、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,2.2 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,（一）活塞 1、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600700K，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： 高强度铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁,4、结构 （1）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。,活塞顶分类,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。,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。,（2）活塞头部,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,（3）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。,裙部表面的保护,1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。,（4）活塞形状,工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。,销座方向,裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形,工作时向里变形,桶形,不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。,开槽活塞（汽油机）,绝热槽,膨胀槽,圆槽,（二）活塞环,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。,切口,气环,气环的泵油作用,气环的泵油作用演示,危害：（1）增加了润 滑油的消耗； （2） 火花塞沾油不跳火； （3） 燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏； （4） 环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性； （5） 加剧了气缸的磨损。,气环断面形状：,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,油环的刮油作用,（三）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。 要求:足够的强度和刚度,表面韧性好、耐磨性好,质量轻。 材料：低碳钢和低碳合金钢,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。,活塞销的连接方式,连杆,活塞销,全浮式,半浮式,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。,（四）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,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉式,连杆轴瓦,定位凸键,油槽润滑,减磨合金层,连杆大头的连接形式,平分式,斜分式,2.3 曲轴飞轮组,一、曲轴飞轮组的组成,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,二、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。,3、结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,三、曲拐的布置,（1）一般规律 1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 2）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。 3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。 4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。,（2）常见曲轴曲拐的布置,1）四冲程四缸发动机曲拐布置,2）四冲程四缸发动机点火顺序,点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,1-2-4-3,3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置,1-5-3-6-2-4,1-4-2-6-3-5,四冲程六缸发动机点火顺序,四、曲轴扭转减振器,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。,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。,橡胶摩擦式扭转减振器,五、飞轮,（一）功用： 将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，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荷，同时将发动机的动