第三章 曲柄连杆机构.ppt

本章内容：介绍曲柄连杆机构的功能和组成；气缸体结构、冷却方法、排列和缸套的种类、气缸盖和燃烧室结构；活塞结构和冷却方法；气体环和油环类型及工作原理；活塞销结构和连接；连杆和曲轴结构、飞轮的作用；发动机的平衡结构。曲轴飞轮组、概述、主体组、活塞连杆组、第三章曲柄连杆机构、2020/6/8、3.1概述、曲柄连杆机构是完成发动机工作循环、能量转换的重要工作机制。活塞顶面上气体作用的压力转换为曲轴的扭矩，并将机械能输出到工作机器上。曲柄连杆机构由主体组、活塞连杆组和曲柄飞轮组组成(参见图3-1)。1-活塞2-活塞销3-连杆4-连杆头5-连杆轴承6-曲轴主轴颈7-连杆轴颈8-曲柄9-平衡重量10-连杆盖轴承11-连杆盖12-飞轮，图3-连杆盖主体组主要由气缸体、气缸盖罩、气缸垫、缸套和油盘等组成，如图3-2所示。根据图3-2本体群组2020/6/8、1、汽缸缸体(材料：高强度灰铸铁或铝合金铸造)1、汽缸缸体和油盘安装平面的位置，汽缸缸体通常分为以下三种形式(强度和刚度逐渐增加，但工艺逐渐恶化):图3-3。普通气缸：油盘安装加工面与曲轴旋转中心轴齐平，主要用于中小型发动机。门架气缸组：气缸组安装油底壳的加工面低于曲轴旋转中心轴，主要用于大中型引擎隧道气缸组：主轴承孔用于一体式，滚动轴承主要用于负载较大的柴油机。根据图3-3车身结构，2020/6/8，2，气缸组可以分为以下三种形式：如图3-4所示：内嵌方式：每个引擎都有连续的圆筒，结构简单，容易加工，引擎的公平性最好，但主要用于6缸以下的引擎。Faw red flag CA7220、flag、red、polo等轿车。V型：发动机气缸以两列排列，左右两列与气缸中心线的角度小于180。气缸体的长度和高度缩短，刚度增加。但是引擎的宽度大，形状复杂，加工起来更困难。主要用于6缸以上的大功率发动机，如Audi A6、广州08夜角轿车。相反：圆柱体排列成两列，左右两个圆柱体中心线的角度为180。气缸体高度小，重心低，总体布置方便，风冷效果好，发动机平衡优秀，如保时捷2.5L6。图3-4气体的排列形式，2020/6/8，2020/6/8，3，冷却：圆柱体和气缸盖必须适当冷却，才能在高温下正常工作。冷却方法有两种：液冷冷却方法和风冷方法(图3-5)。水冷引擎的气缸周围和气缸盖上都加工了冷却水套，气缸体和气缸头冷却水套连接在一起，冷却液在水套内持续循环，取一些热量，起到气缸和气缸头的冷却作用。根据图3-5本体和气缸盖冷却，2020/6/8，第二，缸套(材料：耐磨合金铸铁或合金钢制造)气缸体结构，气缸体也可以分为无缸套的气缸体和有缸套的气缸体。缸套广泛用于强化水平不高的汽车汽油发动机，如桑塔纳1.8L、奥迪100的1.8L、2.2L、夏利1.0L等，其特点是气缸中心值小，结构紧凑。如果圆柱体磨损，则需要镗缸。图3-6气缸套和湿气缸套，1，气缸套和湿气缸套两种：干气缸套：气缸套的外表面与冷却剂不直接接触。其优点是不易泄漏，圆柱结构刚度大，圆柱中心小，质量轻；缺点是冷却效果不好，温度分布不均匀，容易发生局部变形。湿式缸套：缸套的外表面直接与冷却剂接触。气缸体无密封水套，铸造方便，冷却效果好，易于拆卸和更换；缺点是强度和刚度不好，容易发生泄漏。2、气缸套位置：指定径向位置(从气缸套外表面到凸面环a和b)，如图3-6所示。2020/6/8，第三，气缸盖(材料：灰口铸铁、合金铸铁、铝合金铸造)1，气缸盖结构(图3-7所示)气缸盖安装在气缸体上，上部密封气缸并构成燃烧室。经常与高温高压气体接触，可以承受较大的热负荷和机械负荷。水冷引擎的气缸盖内部有冷却水套，气缸盖后的冷却液孔与气缸体的冷却液孔连接。利用循环水冷却燃烧室等高温部分。气缸盖还配有阀门风管孔，可安装入口、排气阀、进气、排气阀和进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖加工安装了火花塞的孔，柴油机的气缸盖加工安装了喷油器的孔。在架空凸轮轴引擎的气缸盖上，还加工了凸轮轴轴承孔以安装凸轮轴。水冷发动机的气缸盖有一体、砌块和单体三种结构形式。整体气缸盖：在多缸引擎中，整个气缸内都有一个气缸盖(主要用于气缸直径为105毫米的引擎)。缸体缸盖：每2期1个或3个气缸。单气缸盖：主要用于气缸直径140mm的引擎，每个气缸一个风冷引擎是单气缸盖。图3-7气缸盖、进气口、排气涡轮增压器、排气连接管、排气管、凸轮轴、EGR接口、2020/6/8、2，燃烧室汽油机的燃烧室是活塞顶和气缸盖的相应英尺(见图3-8)在柴油机的分离燃烧室中，主燃烧室铸在活塞顶部，辅助燃烧室铸在气缸盖上(见图3-9)。燃烧室结构对燃烧质量和发动机性能有重要影响。燃烧室的基本要求如下：一、结构紧凑、面部小比(燃烧室表面积与体积比)、热损失减少；二是增加进气阀直径或入口通过区域，提高充气效率。第三，产生适当的涡流，确保混合物及时、充分地混合燃烧。另外，在汽油发动机燃烧室中，火焰传播距离短，应避免发生不正常的燃烧(如爆炸)。柴油燃烧室形状也要与燃油喷射、空气涡流运动相适应。图3-8典型汽油发动机燃烧室，2020/6/8，4，安装在气缸盖和气缸体之间的气缸垫用于密封气缸盖和气缸体之间的接触面，防止泄漏，防止水和油泄漏(见图3-10)。气缸垫的要求：1，必须有足够的强度，才能避免高温和高压气体作用下容易损坏。2、耐热性和耐腐蚀性，不燃烧，不变质。3.有一定的弹性，以补偿接合面的表面粗糙度、粗糙度和引擎运行时重复的变形。4、拆装，方便重用，使用寿命长。图3-9柴油机分离燃烧室，2020/6/8，根据使用的材料，气缸垫可以分为金属-石棉垫、金属-复合垫和全金属垫。近年来，中国正在用气缸垫材料测试膨胀石墨，一些外国引擎开始用耐热密封胶取代现有气缸垫，但要求气缸盖和气缸体的连接面具有较高的加工精度。安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完整度，所有气缸垫上的孔必须与气缸盖上的孔对准。要使光滑的一侧朝向气缸体。否则很容易被煤气卷走。图3-10气缸垫，5，气缸盖螺栓气缸盖和气缸盖螺栓连接气缸盖螺栓，气缸盖螺栓是标准部件。拧紧螺栓时，必须按照中心对称向周围扩散的顺序23次，最后使用扭力扳手损坏气缸垫或变形气缸盖，以确保不发生漏水，按作业拧紧力矩值。松弛与拧紧顺序相反。气缸盖是铝合金制造的，最后要在发动机的冷状态下拧紧，这样热发动机状态才能提高密封的可靠性。2020/6/8，6，曲轴箱和油风扇气缸体的下部用于安装曲轴的部分称为曲轴箱，曲轴箱分为曲轴箱和底部曲轴箱。上部曲轴箱与气缸体一起铸造，下部曲轴箱用于存储润滑油和关闭上部曲轴箱，也称为油底壳(见图3-11)。油底壳受力小，一般用薄钢冲压，其形式取决于发动机的整体布局和油容量。油底壳内部装有油固定挡板，防止汽车摇晃时油量过大。油底壳还配有油塞，一般在油上附着有吸附金属屑，减少发动机磨损的永久磁铁。上下曲轴箱连接表面之间设有防止润滑油泄漏的衬垫。图3-11油底壳，7，发动机支持引擎通常有三点支持和四点支持两种方式，由车身和飞轮壳或变速器壳的支持来支撑框架。为了消除汽车运行过程中框架的扭转变形对发动机的影响，发动机对框架的支持灵活，可以减少传送给机箱和乘员的发动机的振动和噪音。汽车制动或加速时，由于弹性元件的变形，通常有垂直拉杆，垂直拉杆的一端连接到框架纵梁，另一端连接到引擎，两端有橡胶垫。2020/6/8，由活塞、活塞环、活塞销和连杆组成的3.3活塞连杆组，如图3-12所示。图3-12活塞连杆组结构和装配，2020/6/8，图3-13活塞结构，汽油引擎通常使用共晶(子/过)al-si合金，铸造、锻造和液态模锻；柴油机通常使用铸铁或耐热合金钢。2，活塞结构：活塞由活塞头(环形凹槽)和裙子三部分组成，如图3-13所示。首先，活塞1、活塞运行条件和材料：活塞的高温、高压、高速、润滑条件非常差，可以承受大热应力和机械应力。活塞在气缸内进行高速往复运动(平均速度：汽油机18m/s，柴油机13m/s左右)，能够承受与缸套的摩擦力大、工作时直接接触周期变化的高温(最大值2500K或以上)、高压(最大值15MPa)气体和往复惯性力。要求：(1)要有足够的刚度、强度和传导力。(2)导热性好，高压、高温、耐磨(3)质量小、轻便，往复惯性力要尽量降低。2020/6/8，(1)活塞顶部：活塞的顶部受到气体压力，其形状、位置、大小和与燃烧室特定形式相关的燃烧室的组成部分，为了满足可燃混合机的形成和燃烧要求，顶部形状可以分为4类，如图3-14所示。平顶活塞：顶部结构简单，容易制造，热面积小，顶部应力分布相对均匀，一般用于汽油发动机。柴油机很少被采用。凸面活塞：顶部起到上部高强度和导向作用，有助于改善通风，双级汽油发动机通常使用凸面活塞。顶部活塞：顶部呈凹面，坑的形状和位置应有助于燃烧可燃混合机，双涡流英尺、球形英尺、u形英尺等。一般用于柴油机，汽油发动机很少使用。塔活塞成型：三菱的GDI和普通FSI汽油引擎；图3-14活塞顶形状；2020/6/8；(2)活塞头(环形槽):活塞环槽以上的部分。力传递，密封，热传递：承受气体压力，传递到连杆。与活塞环一起实现气缸密封，防止可燃混合物泄漏到曲轴箱内，或油窜入燃烧室。从活塞顶吸收的70 80%的热量通过活塞环传递到气缸壁。有多个环槽，用于安装活塞环，起到密封作用，也称为漏电保护部门。柴油机压缩率高，一般有4个环槽，上部3个安装空气环，下部安装油环。汽油发动机通常有两个气体环槽和一个油环槽，油环槽底部有许多径向小孔，使油环从气缸壁刮出的油从这个小孔流回油盘内部。第一环槽是最恶劣的作业条件，通常需要离顶部更远(一般开口隔热层)。注意：要提高活塞运行速度并降低惯性力，必须尽量减小活塞高度。因此，如果满足基本要求(例如在汽油发动机中使用气体环和油环)，请尽量减少活塞环的数量。柴油机使用两个气环和一个油环。2020/6/8，图3-15裙子侧压力，(3)活塞裙：活塞头下方是活塞裙。裙子形状必须确保活塞在气缸内引导良好，并且在气缸和活塞之间的任何情况下保持均匀和适当的间隙。间隙太大，活塞敲汽缸。间隙太小可能会使活塞卡在圆柱体上。另外，裙子必须有足够的实际压力区域才能承受侧向力。活塞裙部如图3-15所示，膨胀侧力的一侧称为主推力面，压缩侧力的一侧称为次推力面。现代发动机活塞裙有三种类型：全裙、半挂车和吃水板。裙子基本形状是薄圆柱体，整个裙子称为全裙子活塞。如果裙子有足够的压力区域，则在不受侧力影响的一侧(销孔轴方向)的裙子上完全移除或部分移除的活塞是凸耳或半凸耳活塞。现代汽车发动机广泛使用牵引板或半牵引板活塞。平板活塞的质量小，裙子部分具有一定的弹性，在运动中不会与曲轴平衡块产生干涉，因此可以缩短短连杆长度，降低发动机高度。对于一些大型发动机，为了保证活塞的强度，通常使用全裙活塞。图3-16半拖把和牵引板活塞2020/6/8，发动机运行时活塞销孔位置的金属量大，受热则膨胀量最大，可能发生活塞变形(图3-17a)；侧压力下可能发生挤压变形(图3-17b)。活塞在气缸内的气体压力下发生弯曲变形(图3-17c)。这种变形的复合结果是活塞裙部横截面为活塞销方向的长轴椭圆(3-17d)。此外，活塞在高度方向的温度不稳定，活塞的温度高、低，因此膨胀率高、低。3，活塞运行过程中的变形，图3-17活塞裙部变形，4，相应变形的结构措施(1)将活塞裙部截面视为椭圆，椭圆的长轴垂直于活塞销孔轴，如图3-18所示。(2)如图3-19所示，将活塞塑成小下方的大梯子形状。2020/6/8，(3)活塞组槽(图3-20)为了减少活塞裙部的热量，通常在裙子部分打开水平方向的隔热层，裙子部分受热时，裙子上有垂直方向的扩口以补偿变形量。插槽的形状有“t”或“”凹槽。凹槽通常在裙子顶边销片(也在油环槽中打开)的两侧开放，在最下面的环槽下，以减少头部热量传递到整个裙子。垂直槽称为扩口槽，因为在装配活塞的过程中，垂直槽与气缸尽可能小的间隔，起到补偿活塞在气缸中死亡的作用。裙子插槽打开时，槽的横向刚度应变小，安装时工作日程的横向压力应放在较小的一侧。柴油活塞力量大，裙子部分一般没有凹槽。图3-19阶梯和锥形活塞，图3-20活塞裙部槽，图3-18活塞椭圆结构，2020/6/8，(4)在活塞裙部或销片内嵌入铁板，以限制活塞的变形。这是国内外广泛使用的措施。双金属活塞的结构和作用原理不同，可以分为一定的钢、