第二节曲柄连杆机构

1、第二节第二节 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 概述概述 机体组机体组 活塞连杆组活塞连杆组 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 2-1 概述概述 一、功用：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：二、组成： 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组 2-2 机体组 机体组组成： 曲轴箱曲轴箱 气缸体气缸体 气缸垫气缸垫 气缸盖气缸盖 气缸气缸 油道和水道油道和水道 油底壳油底壳 一、气缸体：一、气缸体： 1、气缸体、气缸体: 2、气缸体的分类：、气缸体的分类： 名称名称性能性能应用应用 一般式一般式 （平分式）（平

2、分式） 机体高度小、重量机体高度小、重量 轻、结构紧凑，便轻、结构紧凑，便 于加工拆卸。刚度于加工拆卸。刚度 和强度差。和强度差。 492Q汽油汽油 机，机，90系系 列柴油机。列柴油机。 龙门式龙门式 强度和刚度较好。强度和刚度较好。 工艺性差、结构笨工艺性差、结构笨 重、加工困难。重、加工困难。 捷达轿车、捷达轿车、 富康轿车、富康轿车、 桑塔纳轿桑塔纳轿 车车 隧道式隧道式 结构紧凑、刚度和结构紧凑、刚度和 强度好。难加工、强度好。难加工、 工艺性差、曲轴拆工艺性差、曲轴拆 卸不方便。卸不方便。 负荷较大负荷较大 的柴油机的柴油机 上上 。 油底壳安装平油底壳安装平 面和曲轴旋转面和曲轴

3、旋转 中心在同一高中心在同一高 度。度。 油底壳安装油底壳安装 平面低于曲平面低于曲 轴的旋转中轴的旋转中 心。心。 气缸体上曲气缸体上曲 轴的主轴承轴的主轴承 孔为整体式。孔为整体式。 （1）按气缸体与）按气缸体与 油底壳安装平面位油底壳安装平面位 置不同分为置不同分为 （2）根据冷却方式不同）根据冷却方式不同 A、水冷、水冷 B、风冷、风冷 （3）根据气缸的排列方式）根据气缸的排列方式 结构简单、加工结构简单、加工 容易，但发动机容易，但发动机 长度和高度较大。长度和高度较大。 缩短了机体的长度和高缩短了机体的长度和高 度，增加了刚度，减轻度，增加了刚度，减轻 了发动机的重量；形状了发动机

4、的重量；形状 复杂，加工困难。复杂，加工困难。 高度小，总 体布置方便 对置气缸式发动机对置气缸式发动机 （4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体）整体式气缸体和镶嵌式气缸体 A、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 B、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 类型类型构造构造性能及应用性能及应用 整体式整体式 气缸直接镗在气缸气缸直接镗在气缸 体上体上 强度和刚度好，能强度和刚度好，能 承受大负荷。成本承受大负荷。成本 高。高。 镶嵌式镶嵌式 用耐磨优质材料制用耐磨优质材料制 成气缸套，再装到成气缸套，再装到 一般

5、材料制成的气一般材料制成的气 缸体内。缸体内。 降低了制造成本，降低了制造成本， 便于修理和更换气便于修理和更换气 缸套，延长了气缸缸套，延长了气缸 体的使用寿命。体的使用寿命。 （5）干式和湿式：）干式和湿式： 名称名称特点特点示意图示意图 干缸套干缸套 外壁外壁不直接不直接与冷却与冷却 水接触。壁厚水接触。壁厚 13mm。 湿缸套湿缸套 外壁外壁直接直接与冷却水与冷却水 接触。壁厚接触。壁厚59mm。 强度和刚强度和刚 度都较好，度都较好， 加工复杂，加工复杂， 拆装不便，拆装不便， 散热不良。散热不良。 散热良好、冷散热良好、冷 却均匀、加工却均匀、加工 容易。容易。 强度和刚度不强度和

6、刚度不 如干缸套，易如干缸套，易 漏水。漏水。 性能如何？性能如何？ 二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩：二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩： 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。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：因接触高温燃气，所以承受的热负荷很大。工作条件：因接触高温燃气，所以承受的热负荷很大。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 气缸垫气缸垫 气缸盖气缸盖 气缸盖罩气缸盖罩 衬垫衬垫 安装火花塞安装火花塞 燃烧室燃烧室 名称名称 特点特点示意图示意图应用应用 半球形半球形 结构紧凑、火焰行程短、结构紧凑、火焰行程短、 燃烧速

7、率高、热损失小、燃烧速率高、热损失小、 热效率高热效率高 桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康 楔形楔形 结构简单、紧凑、散热结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火面积小、热损失少；火 花塞置于燃烧室最高处，花塞置于燃烧室最高处， 火焰传播距离长火焰传播距离长 切诺基切诺基 盆形盆形 工艺性好、成本低、进工艺性好、成本低、进 排气效果不如半球形燃排气效果不如半球形燃 烧室烧室 捷达捷达 奥迪奥迪 气缸垫气缸垫 A、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气、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、漏水缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水 和漏油。和漏油。 B

8、、材料：有弹性、耐热性、耐压性、材料：有弹性、耐热性、耐压性 C、安装时注意方向、安装时注意方向 三、油底壳： 1、概念：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、作用：贮存机油并封闭曲轴箱。 3、材料：薄钢板冲压 桑塔纳发动机油底壳桑塔纳发动机油底壳 四、发动机的支承：四、发动机的支承： 1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。 2、四点支承：前后各有两个支承点。 2-3 活塞连杆组 气环气环 油环油环 活塞销活塞销 活塞活塞 连杆连杆 连杆螺栓连杆螺栓 连杆轴瓦连杆轴瓦 连杆盖连杆盖 一、活塞：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；、功用：承受气体压力并通过活塞销和

9、连杆驱使曲轴旋转； 此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 2、工作环境：活塞顶部直接与高温燃气挖接触，活塞受周、工作环境：活塞顶部直接与高温燃气挖接触，活塞受周 期性变化的气体压力和惯性力的作用且散热及润滑条件差。期性变化的气体压力和惯性力的作用且散热及润滑条件差。 3、要求：、要求： （1）足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要求有较大）足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要求有较大 的强度，以免活塞被击碎。的强度，以免活塞被击碎。 （2）较小的质量，以保持较小的惯性力。）较小的质量，以保持较小的惯性力。 （3）耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。

10、）耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。 （4）良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装）良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装 间隙。间隙。 （5）活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。）活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。 4、材料：（、材料：（1）铝硅合金：质量小）铝硅合金：质量小 导热性好；导热性好； （2）灰铸铁）灰铸铁 5、结构：分为活塞顶部、头部和裙部三部分。、结构：分为活塞顶部、头部和裙部三部分。 （1）活塞顶部）活塞顶部:是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。 活塞顶分类活塞顶分类 形状形状示意图示意图 平顶平顶 凸顶凸顶 凹顶凹顶 结

11、构简单、制造容结构简单、制造容 易、受热面积小、易、受热面积小、 应力分布较均匀，应力分布较均匀， 多用在汽油机上。多用在汽油机上。 凸起呈球状、顶部凸起呈球状、顶部 强度高，起导向作强度高，起导向作 用、有利于改善换用、有利于改善换 气过程。气过程。 凹坑的形状、位置必凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气须有利于可燃混合气 的燃烧；提高压缩比，的燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。防止碰气门。 （2）活塞头部：由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的）活塞头部：由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的 部分。部分。 气环槽气环槽 油环槽油环槽 工作条件工作条件 最恶劣，最恶劣， 应离顶部应离顶部 远些。远

12、些。 1、承受气体作用力，并通过活塞销传给连杆。、承受气体作用力，并通过活塞销传给连杆。 2、安装活塞环，并与活塞环共同起密封作用。、安装活塞环，并与活塞环共同起密封作用。 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 作用：作用： 活塞活塞销孔 活塞头部一般做得较厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽活塞头部一般做得较厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽 可能圆滑，过渡圆角可能圆滑，过渡圆角R应足够大。应足够大。 有的发动机活塞在第一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽。有的发动机活塞在第一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽。 为了保护和为了保护和 加强活塞环加强活塞环

13、 槽可在铝合槽可在铝合 金活塞环槽金活塞环槽 部位铸入由部位铸入由 耐热合金钢耐热合金钢 制造的环槽制造的环槽 护圈。护圈。 （3）活塞裙部：从油环槽下端面起至活塞最下端的部）活塞裙部：从油环槽下端面起至活塞最下端的部 分，包括销座孔。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，防止破坏油膜。侧压力，防止破坏油膜。 为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封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，制造活塞时通常采取下列措施：和运动间隙，制造活塞时通常采取下列措施： A、沿活塞裙部高度方向

14、上制成近似的圆锥形。、沿活塞裙部高度方向上制成近似的圆锥形。 B、将活塞裙部制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于销座、将活塞裙部制成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于销座 孔轴线的方向上。孔轴线的方向上。 C、活塞裙部开绝热槽和膨胀槽。、活塞裙部开绝热槽和膨胀槽。 D、采用双金属活塞。、采用双金属活塞。 其他保护措施：其他保护措施： 在活塞裙部表面涂以保护层，可以改善铝合金活塞的磨在活塞裙部表面涂以保护层，可以改善铝合金活塞的磨 合性：主要有铅保护层、锡保护层、石墨保护层、磷化合性：主要有铅保护层、锡保护层、石墨保护层、磷化 保护层等。保护层等。 活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但活塞销座孔的

15、中心线一般位于活塞中心线的平面内。但 有些高速发动机将活塞销座中心线向在做功行程承受侧有些高速发动机将活塞销座中心线向在做功行程承受侧 压力的一面偏移压力的一面偏移1-2。 二，活塞环二，活塞环 是具有弹性的开口环，分为气环和油环。是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件：工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命：平均寿命：6万公里万公里 （1）气环）气环 作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞作用：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，再由冷却水将其带顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其

16、带 走。走。 切口切口 气环气环 气环的泵油作用气环的泵油作用 气环的泵油作用演示气环的泵油作用演示 气环断面形状：气环断面形状： 形状形状特点特点示意图示意图 矩形环矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广用面广 扭曲环扭曲环 断面不对称，受力不平衡，使活塞环断面不对称，受力不平衡，使活塞环 扭曲扭曲 锥面环锥面环 减少了环与气缸壁的接触面，提高了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。表面接触压力，有利于磨合和密封。 梯形环梯形环 加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高 桶面环桶面环 外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形 （2）油

17、环 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 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。体压力传递给连杆。 构造：构造： 活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截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。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。边过渡到另一边，减少敲缸的

18、声音。 四，连杆四，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 并列式并列式 主副式主副式叉式叉式 连杆轴瓦 定位凸键定位凸键 油槽润滑油槽润滑 减磨合金层减磨合金层 连杆大头的连接形式 平分式 斜分式 2-4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 一、曲轴飞轮组的组成一、曲轴飞轮组的组成 起动爪起动爪 正时齿轮正时齿轮 主轴瓦主轴瓦 皮带轮皮带轮 扭转减振器扭转减振器 飞轮飞轮 飞轮螺栓飞轮螺栓 曲轴曲轴 二、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、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转

19、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输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助 装置。装置。 2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交、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。变载荷的冲击。 3、结构： 前端轴前端轴 连杆轴颈连杆轴颈 曲轴轴颈曲轴轴颈 后端轴后端轴 平衡重平衡重 曲拐曲拐 曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。 曲柄曲柄 曲轴的分类：整体式和组合式。曲轴的分类：整体式和组合式。 优点优点缺点缺点应用应用 全支承曲轴全支承曲轴 提高曲轴的刚度和提高曲轴的刚度和 弯曲

20、强度，减轻主弯曲强度，减轻主 轴承的载荷轴承的载荷 曲轴的加工表曲轴的加工表 面增多，主轴面增多，主轴 承数增多，使承数增多，使 机体加长机体加长 柴油机一般多柴油机一般多 采用此种支撑采用此种支撑 方式方式 非全支承曲轴非全支承曲轴 缩短了曲轴的长度，缩短了曲轴的长度， 使发动机总体长度使发动机总体长度 有所减小有所减小 主轴承载荷较主轴承载荷较 大大 承受载荷较小承受载荷较小 的汽油机可以的汽油机可以 采用此种方式采用此种方式 曲轴的支承方式：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。曲轴，称为

21、全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。 桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组 三、曲拐的布置三、曲拐的布置 （1）一般规律）一般规律 1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机 运转平稳。运转平稳。 2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在）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。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。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）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工 作平衡性好。作平衡性好。 （2）常见曲轴曲拐的布置）常见曲轴曲拐的布置 1）四冲程四缸发动机）四冲程四缸发动机曲拐布置 2）四冲程四缸发动机）四冲程四缸发动机点火顺序点火顺序 点火顺序：各缸完成同名行程的次序。点火顺序：各缸完成同名行程的次序。 3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置 四冲程六缸发动机点火顺序四冲程六缸发动机点火顺序 四、曲轴扭转减振器 （一）扭转振动（一）扭转振动 自由扭转振动自由扭转振动 强迫扭转振动强迫扭转振动 共振共振 功率损失、曲轴扭功率损失、曲轴扭 转变形甚至扭断、转变形甚至扭断、 正时齿轮产生冲击正时