汽车构造与使用 第2章 发动机构造、使用与维护 2.1.2 曲柄连杆机构

1、曲柄连杆机构 汽车工程学院汽车工程学院 基本内容基本内容 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 活塞连杆组活塞连杆组 机体组机体组 曲柄连杆机构基础曲柄连杆机构基础 一、曲柄连杆机构基础一、曲柄连杆机构基础 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 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 1 1、曲柄连杆机构构成、曲柄连杆机构构成 一、曲柄连杆机构基础一、曲柄连杆机构基础 2 2、曲柄连杆机构作用、曲柄连杆机构作用 曲柄连杆机构是往复活塞式内燃机将热能转变为机械能的主要机构。 它把燃气作用在活塞顶面上的压力转变为曲轴的转矩，向工作机械输出机 械能。 一、曲柄连杆机构基础一、曲柄连杆机构基础 二、机体组二、机体组

2、 气缸盖气缸盖 气缸体气缸体 油底壳油底壳 气缸垫气缸垫 气缸盖罩盖气缸盖罩盖 二、机体组二、机体组 1 1、气缸体、气缸体 二、机体组二、机体组 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，也可称为气缸体。气缸体一般 用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱 形空腔称为气缸，下半部为支承曲 轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的 空间。在气缸体内部铸有许多加强 筋，冷却水套和润滑油道等。 一般式 龙门式隧道式 分类分类 （1 1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为 二、机体组二、机体组 名名 称称性性 能能应应 用用 一般式一般式 机体高度小、重量轻、

3、结构紧凑，机体高度小、重量轻、结构紧凑， 便于加工拆卸。刚度和强度差。便于加工拆卸。刚度和强度差。 492Q492Q汽油机，汽油机，9090系列系列 柴油机。柴油机。 龙门式龙门式 强度和刚度较好。工艺性差、结强度和刚度较好。工艺性差、结 构笨重、加工困难。构笨重、加工困难。 捷达轿车、富康轿车、捷达轿车、富康轿车、 桑塔纳轿车桑塔纳轿车 隧道式隧道式 结构紧凑、刚度和强度好。难加结构紧凑、刚度和强度好。难加 工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。 负荷较大的柴油机负荷较大的柴油机 上上 。 二、机体组二、机体组 （2 2）根据气缸的排列方式）根据气缸的排列方式 结构简单

4、、加结构简单、加 工容易，但发工容易，但发 动机长度和高动机长度和高 度较大。度较大。 缩短了机体的长缩短了机体的长 度和高度，增加度和高度，增加 了刚度，减轻了了刚度，减轻了 发动机重量；形发动机重量；形 状复杂，加工困状复杂，加工困 难难。 高度小，总体高度小，总体 布置方便。布置方便。 二、机体组二、机体组 气缸套气缸套 二、机体组二、机体组 气缸套气缸套 二、机体组二、机体组 气缸套气缸套 二、机体组二、机体组 性能如何？性能如何？ 名称名称特点特点示意图示意图 干缸套干缸套 外壁不直接与冷却水接触。外壁不直接与冷却水接触。 1 1）壁厚较薄（）壁厚较薄（1mm1mm3mm3mm）；）

5、； 2 2） 与刚体承孔过盈配合；与刚体承孔过盈配合； 3 3） 不易漏水漏气。不易漏水漏气。 湿缸套湿缸套 外壁直接与冷却水接触。外壁直接与冷却水接触。 1 1）壁厚较厚（）壁厚较厚（5mm5mm9mm9mm）；）； 2 2） 散热效果好；散热效果好； 3 3） 易漏水漏气；易漏水漏气； 4 4） 易穴蚀。易穴蚀。 强度和刚度都较强度和刚度都较 好，加工复杂，好，加工复杂， 拆装不便，散热拆装不便，散热 不良。不良。 散热良好、冷却均散热良好、冷却均 匀、加工容易。匀、加工容易。 强度和刚度不如干强度和刚度不如干 缸套，易漏水。缸套，易漏水。 二、机体组二、机体组 2 2、气缸盖、气缸盖 1

6、 功用：功用：密封气缸的密封气缸的 上部，与活塞、气上部，与活塞、气 缸等共同构成燃烧缸等共同构成燃烧 室。室。 2 材料：材料：铝合金。铝合金。 3 工作条件：工作条件：由于接由于接 触温度很高的燃气，触温度很高的燃气， 所以承受的热负荷所以承受的热负荷 很大。很大。 二、机体组二、机体组 气缸盖气缸盖 二、机体组二、机体组 2 2、气缸盖、气缸盖 二、机体组二、机体组 2 2、气缸盖、气缸盖 组成：由活塞顶面及气缸盖相应凹坑共同组成。组成：由活塞顶面及气缸盖相应凹坑共同组成。 技术要求：技术要求： （1 1）结构尽可能紧凑，表面积要小，以减小热量损失及缩短火焰行程。）结构尽可能紧凑，表面积

7、要小，以减小热量损失及缩短火焰行程。 （2 2）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，）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， 保证混合气及时和充分燃烧。保证混合气及时和充分燃烧。 燃烧室燃烧室 二、机体组二、机体组 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、火焰行程段、结构紧凑、火焰行程段、 燃烧速率高、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、散热面结构简单、紧凑、散热面 积小、热损失少；火花塞积小、热损失少；火花塞 置于燃烧室最高处，火焰置于燃烧室最

8、高处，火焰 传播距离长传播距离长 切诺基切诺基 盆形盆形 工艺性好、成本低、进排工艺性好、成本低、进排 气效果不如半球形燃烧室气效果不如半球形燃烧室 捷达捷达 奥迪奥迪 二、机体组二、机体组 燃烧室燃烧室 二、机体组二、机体组 燃烧室燃烧室 3 3、气缸垫、气缸垫 要求：强度和弹性 耐压、耐高温、耐 腐蚀 气缸垫气缸垫 材料：铜、金属与 石棉 二、机体组二、机体组 气缸垫气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止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。漏气，漏水和漏油。 二、机体组二、机体组 3 3、气缸垫、气缸垫 4 4、气缸盖罩、气缸盖罩 气缸盖罩气缸盖罩 二

9、、机体组二、机体组 5 5、油底壳、油底壳 概念：概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。 使用特点：使用特点： 油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有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，减少发动机的磨永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨 损。损。 材料：材料： 薄钢板冲压、铝合金。薄钢板冲压、铝合金。 二、机体组二、机体组 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 1 1、活塞、活塞 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 顶部：顶部：构成燃烧室，承受气体压构成燃烧室，承受气体压

10、 力。力。 头部头部: :安装活塞环，制作安装活塞环，制作 较厚。较厚。 裙部：裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处导向，传力。承受侧压力销座孔处 制有加强筋。制有加强筋。 活塞结构活塞结构 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 （1）活塞顶部）活塞顶部 结构简单、制造结构简单、制造 容易、受热面积容易、受热面积 小、应力分布较小、应力分布较 均匀，多用在汽均匀，多用在汽 油机上。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、位置必须凹坑的形状、位置必须 有利于可燃混合气的燃有利于可燃混合气的燃 烧；提高压

11、缩比，防止烧；提高压缩比，防止 碰气门。碰气门。 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 头部头部 （2 2）活塞头部）活塞头部 位置：位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 工作条件最工作条件最 恶劣，应离恶劣，应离 顶部远些。顶部远些。 1 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3 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： 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 （3 3）活塞裙部）活塞裙部 位置：位置：从油环槽下端

12、面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 作用：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，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。防止破坏油膜。 裙裙 部部 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 活塞在工作时的保护措施活塞在工作时的保护措施 （1 1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性；）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。 （2 2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，

13、以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损；时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的， 向作功行程中受主向作功行程中受主 侧压力的一方偏移了侧压力的一方偏移了1 12mm2mm。 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 活塞销偏置活塞销偏置 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 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 6万公里万公里 材料：材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层） 三、活

14、塞连杆组三、活塞连杆组 活塞环种类活塞环种类 矩形环、扭曲环、梯形环、鼻型环（迈腾）等 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 活塞环三隙活塞环三隙 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 活塞环泵油活塞环泵油 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 油环的刮油作用油环的刮油作用 油环的刮油作用 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 气环密封原理气环密封原理 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 2 2、活塞环、活塞环 3 3、连杆、连杆 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给作用：连接活塞与曲轴，并把活

15、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。曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 连杆与活塞的连接形式连杆与活塞的连接形式 全浮式：全浮式：活活 塞销能在连塞销能在连 杆衬套和活杆衬套和活 塞销座中自塞销座中自 由摆动，使由摆动，使 磨损均匀。磨损均匀。 半浮式：半浮式： 活塞中部活塞中部 与连杆小与连杆小 头采用紧头采用紧 固螺栓连固螺栓连 接，活塞接，活塞 销只能在销只能在 两端销座两端销座 内作自由内作自由 摆动。多摆动。多 用于小轿用于小轿 车车 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 连杆大头的连接

16、形式连杆大头的连接形式 斜切式斜切式 平切式平切式 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 连杆轴瓦连杆轴瓦 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 V V型发动机连杆的布置形式型发动机连杆的布置形式 并列式并列式 主副式主副式 叉型式叉型式 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 连杆螺栓定位方式 锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。 套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。 止口定位 三、活塞连杆组三、活塞连杆组 3 3、连杆、连杆 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 1 1、曲轴、曲轴 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 u 功用：功用：把活塞连杆组传来的气

17、体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动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。发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 u 工作条件：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。受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 1 1、曲轴、曲轴 曲轴上的油路曲轴上的油路 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 1 1、曲轴、曲轴 曲轴的轴向限位曲轴的轴向限位 通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边 轴瓦）。轴瓦）。 主轴颈主轴

18、颈 止推垫止推垫 片片 止推垫止推垫 片片 连杆轴颈连杆轴颈 主轴承盖主轴承盖 1 1、曲轴、曲轴 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 曲轴轴承曲轴轴承 1 1、曲轴、曲轴 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 曲轴支承形式曲轴支承形式 1 1、曲轴、曲轴 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 平衡轴平衡轴 平衡轴简单地说是一个 装有偏心重块并随曲轴同步 旋转的轴，利用偏心重块所 产生的反向振动力，使发动 机获得良好的平衡，降低发 动机的振动。 1 1、曲轴、曲轴 三、曲轴飞轮组三、曲轴飞轮组 曲拐的布置曲拐的布置 u 各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 u 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。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。 比如：四缸机：比如：四缸机：1-3-4-21-3-4-2或或1-2-4-3 1-2-4-3 六缸机：六缸机：1-