曲柄连杆机构精制版【优质课类】

1、第二章 机体组与曲柄连杆机构,1,课堂内容,2.1 概述,曲柄连杆机构的功用，是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，对外输出机械能。 曲柄连杆机构的工作特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。 曲柄连杆机构在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂，其中有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力等,2,课堂内容,对曲柄连杆机构进行受力分析,气体作用力 往复惯性力与离心力 摩擦力（摩擦力主要取决于运动零件的制造质量与润滑情况，其数值相对较小，在对机构进行受力分析时可忽略。,3,课堂内容,2.2 机体组,4,课堂内容,1、功用：装配基体；构成气缸；冷却、润滑系统组成部分 2、工作条件

2、要求：刚度、强度、耐磨、耐腐蚀 3、材料：铸铁或铝合金,一、机体,5,课堂内容,6,课堂内容,4、构造： （1）机体的结构形式： 平底式：曲轴中心线与曲轴箱上下结合面一致 龙门式：曲轴箱上下结合面低于曲轴中心线 隧道式：主轴承座、盖一体,7,课堂内容,2）气缸的排列型式：直列式、V型式、水平对置式,8,课堂内容,3）气缸的结构形式,气缸是燃料燃烧作功的场所，活塞在其间高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。其结构形式有无气缸套、干式气缸套和湿式气缸套3种,9,课堂内容,无气缸套： 气缸体为铸铁材料 气缸体为铝合金材料：进行多孔镀铬,10,课堂内容,干缸套：不直接与冷却水接触，壁厚一般为1

3、3mm,11,课堂内容,湿缸套：与冷却水直接接触，壁厚一般为58mm,12,课堂内容,二、气缸盖,1、功用： 气缸盖的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室,13,课堂内容,2、气缸盖的工作条件和材料,工作条件： 机械负荷、热负荷 材料： 要求导热性好、机械强度与热强度高、铸造性能好，因此，一般采用铝合金、灰铸铁、合金铸铁,14,课堂内容,3、气缸盖的结构型式,整体式、分块式、单体式,15,课堂内容,4、燃烧室,汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。燃烧室形状对发动机的工作影响很大。 对燃烧室的基本要求 汽油机常用燃烧室形状的分类,16,课堂内容,对燃烧室的

4、基本要求,结构尽可能紧凑，表面积要小，以减少热量损失，提高发动机的热效率； 增大进气门直径或进气道通过面积，以增加进气量，进而提高发动机转矩和功率； 要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的燃烧。 汽油机保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧；柴油机燃烧室形状应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好的配合,17,课堂内容,汽油机燃烧室的形状,18,课堂内容,5、柴油机燃烧室,1）直喷式燃烧室：型、球形,19,课堂内容,2）分隔式燃烧室：涡流室燃烧室、预燃室燃烧室,20,课堂内容,三、气缸衬垫,1、功用：密封，防止三漏：漏水、漏油、漏气 2、要求：

5、足够的强度；耐高温、耐高压、耐腐蚀；有一定的弹性,21,课堂内容,3、种类： （1）金属-石棉衬垫 （2）金属-复合材料衬垫 （3）全金属衬垫,22,课堂内容,四、油底壳,主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。 材料：薄钢板冲压而成。 外形：其形状决定于发动机总体布置和机油的容量，内部有隔板。 底部有放油螺塞,23,课堂内容,五、发动机的支承,24,课堂内容,25,课堂内容,第三节 活塞连杆组,26,课堂内容,一、功用及组成,曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。 其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。 曲柄连杆机构由活塞组、

6、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。,27,课堂内容,二、活塞组 1、活塞,活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 活塞的工作条件：高温、高压、高速 要求：活塞质量小，强度高，热膨胀系数小，导热性好和耐磨损。 活塞的材料：铝合金,28,课堂内容,活塞的基本构造,29,课堂内容,活塞顶部,汽油机： 1、平顶：汽油机多采用。 2、凸顶 3、凹顶,30,课堂内容,柴油机：各种型式凹坑,31,课堂内容,活塞头部,头部：活塞环槽以上部位。 环槽：气环槽和油环槽。 隔热槽：降低第一道环的温度。 护圈：高锰奥氏体铸铁,32,课堂

7、内容,活塞裙部,活塞的工作条件对裙部产生的影响,33,课堂内容,采取的措施,预先将活塞裙部加工成椭圆形; 预先将活塞裙部做成锥形、阶梯形或桶形; 拖鞋式裙部; 预先在活塞裙部开槽; 裙部铸恒范钢; 自动热补偿活塞; 镶筒形钢片的活塞,34,课堂内容,35,课堂内容,活塞销座的偏置结构,在许多高速发动机中，活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线12mm（向做功行程中受侧压力的一方偏移1-2mm）。压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾斜，活塞在越过上止点时，将逐渐地由次推力面转变为由主推力面贴紧气缸壁，从而消减了活塞对气缸的拍击,36,课堂内容,活塞的冷却,自由喷射冷却法 振荡冷却法 强制冷却法,

8、37,课堂内容,活塞的表面处理,根据不同的目的和要求，进行不同的活塞表面处理，其方法有： 1)活塞顶进行硬模阳极氧化处理，形成高硬度的耐热层，增大热阻，减少活塞顶部的吸热量。 2)活塞裙部镀锡或镀锌，可以避免在润滑不良的情况下运转时出现拉缸现象，也可以起到加速活塞与气缸的磨合作用。 3)在活塞裙部涂覆石墨，石墨涂层可以加速磨合过程，可使裙部磨损均匀，在润滑不良的情况下可以避免拉缸,38,课堂内容,2、活塞环,活塞环包括气环和油环两种： 气环：密封、导热 油环：刮油，形成润滑油膜,39,课堂内容,活塞环的工作条件,在高温、高压、高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环，是发动机所有零件中工作寿命最短

9、的。当活塞环磨损到失效时，将出现发动机起动困难，功率不足，曲轴箱压力升高，机油消耗增大，排气冒蓝烟，燃烧室、活塞等表面严重积碳等不良状况,活塞环的材料,目前广泛应用：合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素）。 第一道气环的工作表面一般都进行多孔镀铬。 其余气环一般镀锡或磷化，以改善磨合性能,40,课堂内容,气环的基本结构,41,课堂内容,气环的密封原理,最后漏入曲轴箱内的气体很少，一般仅为进气量的0.21.0,42,课堂内容,气环的切口,切口间隙值一般为0.250.8mm。第一道气环的温度最高，因而其切口间隙值最大。 直开口 阶梯开口 斜开口,43,课堂内容,气环的断面,矩形环，

10、其工艺性和导热效果较好；但会产生泵油作用。 锥形环，环的外圆面为锥面，活塞下行时能刮油，上 行时由于油楔作用而浮起，减少磨损，不泵油。 扭曲环 ,它可以防止活塞环在环槽内上下窜动而造成的 泵油作用. 梯形环,常用在热负荷较高的柴油机上的第一环。 桶面环 开槽环 顶岸环,44,课堂内容,气环的泵油作用,泵油原理 危害 窜入气缸内的机油，会使燃烧室内形成积碳和增加机油消耗，并且还可能在环槽（尤其是温度较高的一道气环槽）中形成积碳，使环被卡死在环槽中，失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断,45,课堂内容,气环的泵油作用演示,46,课堂内容,47,课堂内容,油环（分为普通油环和组合油环两种,48,课

11、堂内容,普通油环,普通油环外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多排油小孔或狭缝。油环的刮油作用如图所示,49,课堂内容,普通油环可以分为两类： 1、槽孔式油环 2、槽孔撑簧式油环,50,课堂内容,组合式油环,51,课堂内容,组合式油环的优点,片环很薄，对气缸壁的比压大，因而刮油作用强； 质量小； 回油通路大。 组合油环在高速发动机 上得到广泛应用。 其缺点是制造成本高。 （片环的外表面必须镀 铬，否则滑动性不好,52,课堂内容,活塞销,活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。 活塞销的工作条件：承受冲击载荷，润滑条件差。 活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢制造，先

12、进行表面渗碳处理以提高表面硬度，并保证心部有一定的冲击韧度，然后进行表面精磨和抛光,53,课堂内容,活塞销内孔：圆柱形、截锥形、组合形 活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，一般多采用“全浮式”，即在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢的转动，以使活塞销各部分的磨损比较均匀,活塞销,54,课堂内容,三、连杆组,连杆的功用和材料 连杆的工作条件 连杆的组成 连杆的定位 连杆的分类,55,课堂内容,连杆的功用、工作条件及材料,连接活塞与曲轴，将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。 连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。 在压缩载荷和连杆组作平面运动时产

13、生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。 连杆体和连杆盖由优质中碳钢或中碳合金钢模锻或辊锻而成。一般均经喷丸处理以提高连杆组零件的强度,56,课堂内容,连杆由小头、杆身和大头构成,连杆的构造由小头、杆身和大头构成,57,课堂内容,连杆小头,按照与活塞销连接方式可以分为：全浮式和半浮式两类,连杆的构造由小头、杆身和大头构成,58,课堂内容,为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时被激溅上来的机油，以便润滑,59,课堂内容,连杆杆身,连接连杆大头与连杆小头，连接处需要圆弧过渡，断面为工字形，刚度大，质量轻,60,课堂内容,连杆大头,连杆大头与曲轴

14、的曲柄销相连，一般做成剖分式的，被分开的部分称为连杆盖，通过连杆螺栓 紧固在连杆大头上,61,课堂内容,按照连杆大头的剖分形式不同，可以分为：平切口和斜切口,62,课堂内容,连杆盖的定位： 平切口连杆：连杆螺栓圆柱面与连杆螺栓孔配合定位。 斜切口连杆： 止口定位； 锯齿定位； 套筒定位,63,课堂内容,连杆盖与连杆大头是组合镗孔的，为了防止装配时配对错误，在同一侧刻有配对记号。大头孔表面有很小的表面粗糙度值，以便与连杆轴瓦 紧密贴合。 连杆大头上还铣有连杆轴瓦的定位凹坑。 连杆大头钻有油孔，以便对轴瓦与曲拐颈进行润滑,64,课堂内容,连杆螺栓,承受交变载荷； 采用韧性较高的优质合金钢或优质碳素

15、钢材料，如40Cr、35CrMo； 需要满足一定的拧紧力矩要求，分次拧紧,65,课堂内容,连杆轴瓦,材料：内圆表面覆有减磨合金层的钢背。 形状：非正半圆，在压紧到连杆大头孔内后具有一定的过盈量，结合牢固紧密。有定位凸起与连杆大头孔内的定位槽相配合,66,课堂内容,V形发动机：左右两侧对应两气缸的连杆是共同连接在一个曲柄销上的,67,课堂内容,第四节 曲轴飞轮组,曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其它不同功用的零件和附件组成,68,课堂内容,一、曲轴,功用及工作条件 构成 分类 材料 结构措施 定位 多缸发动机的发火次序,69,课堂内容,功用： 通过回转运动来驱动汽车的传动系统、发动机的配气机构以及

16、其他辅助装置。 工作条件： 处于周期性变化的气体力、惯性力和力矩的作用下，承受弯曲和扭转交变载荷,一、曲轴,70,课堂内容,曲轴的材料,曲轴要求用强度、冲击韧度和耐磨性都比较好的材料制造，一般采用45、40Cr、35Mn2等中碳钢或中碳合金钢模锻。为了提高曲轴的耐磨性，其主轴颈和曲柄销表面上均需高频淬火或渗氮，再经过精磨，以达到高的精度和较小的表面粗糙度值。 另外，为了提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面进行喷丸处理，圆角处进行滚压,71,课堂内容,由若干单元曲拐构成。 一个曲柄销、两个曲柄臂和相临的两上主轴颈构成一个单元曲拐。 前端装有正时主动齿轮，后端安装飞轮,曲轴的构造,72,课堂

17、内容,曲轴的分类,按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为： （1）全支承曲轴 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； （2）非全支承曲轴 与全支承曲轴相对的即称为非全支承曲轴,73,课堂内容,曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式，直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数； V形发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 因此，直列发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数（包括曲轴前端和后端的主轴颈）比气缸数多一个；V形发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数比气缸数的一半多一个,曲轴的分类,74,课堂内容,按照单元曲拐连接方式，可以把曲轴分为： （1）整体式曲轴 各单元曲拐锻制成一个整体的曲轴；

18、 （2）组合式曲轴 由单元曲拐组合装配而成的曲轴,曲轴的分类,75,课堂内容,组合式曲轴-主轴承为滚动轴承,76,课堂内容,采取的结构措施,为了减小质量和离心力，不少曲柄销做成空心的。 为了平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，加平衡重。 曲轴前端装有驱动配气凸轮轴的定时齿轮，驱动风扇和水泵的带轮以及止推片等。 曲轴后端有安装飞轮用的凸缘,77,课堂内容,空心曲柄销,曲柄销不少做成空心，减小质量和离心力。从主轴承经曲柄孔道输来的机油就贮存在此空腔中，曲柄销的轴瓦上钻有径向孔与此油腔相同。有的结构中，在此小孔内插入一个吸油管，管口位于油腔的中心,78,课堂内容,有完

19、全平衡法与分段平衡法两种,79,课堂内容,曲轴前端,曲轴前端装有驱动配气凸轮轴的正时齿轮7,驱动风扇和水泵的带轮2以及止推片8等。为了防止机油沿曲轴颈外漏，在曲轴前端上有一个甩油盘6，压配在齿轮室盖上的油封5,80,课堂内容,曲轴后端,曲轴后端有安装飞轮的凸缘,81,课堂内容,曲轴的定位,发动机工作时，曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势。曲轴窜动将破坏曲柄连杆机构各零件正确的相对位置，故必须用止推轴承（一般是滑动轴承）加以限制。而在曲轴受热膨胀时，又应允许它能自由伸长，所以曲轴上只能有一处设置轴向定位装置,82,课堂内容,滑动止推轴承的形式,滑动止推轴承的形式有两种： 翻边轴瓦的翻边部分； 单制的具有减磨合金层的止推片。后者应用更为广泛,83,课堂内容,曲拐布置与发动机点火次序,曲轴的形状和各曲拐的相对位置，取决于缸数、气缸排列方式（单列或V形等）和发火次序。在安排多缸发动机的发火次序时，应注意以下几点： 使连续作功的两缸相距尽可能远； 发火间隔时间应该相同； 对缸数为i的四冲程发动机而言，发火间隔角为720/i。即曲轴每转720/i时，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳,8