engine4-5(曲柄)

1、 任务任务1 基本认知基本认知 1.1 作用及组成： 作用：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，以向工作机械输出机械能 组成： 气缸体与曲轴箱组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 l 力的种类：气体力气体力 ， 运动质量惯性力，磨运动质量惯性力，磨擦力、外界阻力擦力、外界阻力 1、气体作用力Fp ：合力F作用于活塞上，分解成 两个力 ： Fp2压向气缸壁，加剧活塞和缸壁的磨损 Fp1沿连杆轴线，压缩连杆 2、 往复惯性力 Fj ： 旋转惯性力（离心力）Fe ： Fe的水平分力总与Fj方向相同 3、 摩擦力 4、上述各力都具有周期性，从而引起发动机的振动。 加快轴承及轴颈的变形和磨损a)作功行程 b

2、)压缩行程图图2-2 气体压力作用情况示意图气体压力作用情况示意图a)活塞在上半行程的惯性力 b)活塞在下半行程的惯性力图图2-3 往复惯性力和旋转惯性力作用情况示意图往复惯性力和旋转惯性力作用情况示意图 l平衡方法： 1、减小曲柄连杆机构的质量 2、加平衡重、设置平衡机构 3、保证部件动平衡l单缸内燃机的平衡方法： 发动机必须在转速波动比较小的情况下平稳运转，采用两种措施： 1、安装飞轮 2、增加缸数，选用合理的气缸工作顺序2.1 机体组件的功用及组成：机体组件的功用及组成： 组成组成：气缸体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫(密封)、主轴承盖、油底壳、干式或湿式气缸套（镶气缸套） 功用功用：机体

3、组件是发动机的骨架，是曲柄连杆机构、配气机构及各个系统主要的装配基体；气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室；油底壳封闭曲轴箱。 水冷的气缸体和曲轴箱常铸成一体称为气缸体（或机体） （风冷发动机是分别铸造，气缸体单体的）是发动机中最大最重的零件） 功用：功用：为活塞运动导向，对曲轴起支承作用2.2 .1工作条件及要求：工作条件及要求： 机体承受拉、压、弯、扭等机械负荷和很大的热负荷，磨损、腐蚀较严重。 具有足够的强度和刚度， 耐磨损和耐腐蚀 能对气缸进行适当的冷却 较高的尺寸精度，结构紧凑，质量轻。 图2-5 气缸体1-曲轴支乘孔 2-机体 3-气缸 4-水道1-主油道孔；2

4、-冷却水套；3-气缸；4-冷却液孔；5-螺纹孔；6-机体上平面；7-加强筋；8-主轴承座；9-机体下平面；10-曲轴箱11-气缸体 图图2-4 发动机机体发动机机体486eq2491l 一般用高强度的灰铸铁、球墨铸铁或铝合金铸造。 轿车发动机的机体采用铝合金的较多，铝合金机体具有以下优点： 机体与活塞膨胀系数相同，降低噪声和油耗。 导热性好，可以提高压缩比，提高功率 质量轻，便于分配轴荷 散热性好，可以减少冷却液容量，减小散热器尺寸 缺点： 制造成本高 l曲轴箱的结构形式（主轴轴承孔的结构）有三种： 一般式、龙门式、隧道式一般式龙门式隧道式结构特点机体底平面与曲轴轴线在同一平面曲轴轴线高于曲轴

5、箱分开面主轴承孔不剖分高度小，质量轻， ，加工方便曲轴前后端密封差与油底壳密封复杂结构刚度和强度较好，密封简单可靠，维修方便，但工艺性差机体刚度大主轴承同轴度好装拆比较麻烦适用中小型发动机BJ492Q、CA488-3CA6102EQ6100-1黄河6135型柴油机 气缸排列形式有3种:直列式、直列式、V型、水平对置式型、水平对置式三种布置方式比较：三种布置方式比较： 直列式直列式V型型水平对置式水平对置式排成排成方式方式垂直或水平排成一垂直或水平排成一直列直列V型两列排列型两列排列夹角小于夹角小于180度度水平相对排列水平相对排列特点特点宽度小，高度和长宽度小，高度和长度大，加工容易。度大，加

6、工容易。振动较小振动较小宽度大宽度大,高度和长度高度和长度小，形状复杂小，形状复杂刚度大，尺寸小刚度大，尺寸小加工困难加工困难重心低重心低平衡性好平衡性好适用范适用范围围六缸以下发动机六缸以下发动机大功率发动机大功率发动机8缸以上缸以上应用较少应用较少l气缸结构形式有三种:无气缸套式,干气缸套式,湿气缸套式无气缸套式干气缸套式湿气缸套式特点整体合金铸铁铸造气缸套单独铸造气缸套单独铸造气缸内表面需研磨加工,并需特殊热处理缸套外圆和座孔内表面需加工，散热效果差需装配定位和密封刚度差,易漏水缩短气缸中心距刚度大,工艺性好机体刚度大,气缸中心距小,无封闭水套,易铸造,传热好适用红旗CA488-3上海桑

7、塔纳JVCA6102、EQ6100-1广泛用于柴油机l气缸体的冷却方式有两种： 水冷：内部有冷却水套 风冷：导风系统主轴承盖：主轴承盖： 承受较高的机械负荷 采用钢或合金铸铁或球墨铸铁 主轴承盖不能互换 定位方式有侧面定位和套筒定位两种主轴承盖螺栓：主轴承盖螺栓： 压紧主轴承盖并使轴瓦产生必 要的预紧力 承受较高的拉力 多用合金钢制造，需按规定的力矩拧紧一般式机体主轴承盖为整体式一般式机体主轴承盖为整体式l 功用：功用：l2.3.12.3.1工作条件及要求：工作条件及要求： 承受气体力 紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷 燃烧室的热负荷 要求：要求： 足够的强度和刚度 有良好的冷却 l2.3.22

8、.3.2气缸盖材料 一般采用优质灰铸铁或合金铸铁铸造 轿车多采用铝合金气缸盖，其特点： 优点：导热性好，可提高压缩比 铸造性能好，易浇铸复杂结构 缺点： 热负荷高时易变形，底平面温 度 300oC以下。 l2.3.32.3.3气缸盖构造气缸盖结构：气缸盖结构：复杂的箱形零件上面铸有： 进、排气门座孔 气门导管孔 火花塞（喷油器）安装孔 部分水套、进排气道、燃烧室 （凸轮轴承孔、座、润滑油道）影响因素：影响因素：每缸气门数，凸轮轴位置， 冷却 方式，进排气道及燃烧室形状结构分类：结构分类：整体式、分块式、单体式(水冷)l2.3.42.3.4燃烧室 当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、汽缸盖底面以下

9、所形成的空间 结构要求：结构要求： 1、结构紧凑 2、能够增加进气量 3、产生挤气涡流 4、表面光滑，不易积碳 5、保证火焰传播距离最短l汽油机燃烧室的分类及其特点汽油机燃烧室的分类及其特点（如图）（如图）结构气门方向(与气缸轴线)进气道挤气涡流应用实例盆形简单紧凑平行弯度大能EQ6100-1 奥迪100楔形较紧凑倾斜平直能CA6102半球形最紧凑两列倾斜较平直不能国产富康TU蓬形进年来在高性能多气门轿车发动机上广泛应用各种燃烧室l2.3.52.3.5 气缸盖的冷却气缸盖的冷却 气缸盖结构复杂，温差很大，热应力比机械应气缸盖结构复杂，温差很大，热应力比机械应力还大力还大l主要冷却部位：主要冷却

10、部位：1、进排气门之间的鼻梁区和挤气面 2、柴油机进排气门座和喷油器安装 孔之间的三角区 冷却不良会导致：冷却不良会导致：汽油机不正常燃烧 柴油机喷油器过热，气缸盖开裂 解决方法：解决方法：(如图如图)汽油机铸出导流板，导向鼻梁区 柴油机采用分水管或分水孔，直接喷向 三角区l气缸衬垫是气缸体顶面与气缸盖底面间的密封件气缸衬垫是气缸体顶面与气缸盖底面间的密封件l1、气缸衬垫的功用及工作条件：气缸衬垫的功用及工作条件： 功用：保持气缸不漏气 保持机体流向缸盖的冷却液和机油不泄露。 工作条件：承受拧紧气缸盖螺栓的压力 受气缸内高温高压的作用 机油和冷却液的腐蚀 要求：要求：足够的强度， 耐压、耐热、

11、耐腐蚀， 具有弹性l2、分类及结构：分类及结构： 金属-石棉、金属-复合材料、全金属（1）金属-石棉气缸垫： a、石棉基体，外包铜或铁皮 b、钢丝或钢板为骨架，外覆石棉（2）金属-复合材料：（3）全金属气缸垫：l作业 P60（2）l1、要求：螺栓数目要足够，保证压紧均匀，减小局部变形，密封可靠 予紧力要足够，保证必要的密封压力，防止长期工作后发生松弛l2、材料：45或40Cr，经调质处理l3、拧紧方式：l4、定位方式：套桶定位、定位螺栓、销定位气门室罩气门室罩1、功用：储存机油，密封机体或曲轴箱2、结构特点： 薄钢板冲压或主铝制成 内设挡板，局部较深 密封凸缘具有刚度降噪型桑塔纳发动机油底壳桑

12、塔纳发动机油底壳l要求：支承应具有弹性，消除底架扭转对发动机的影响；减少发动机传给底 盘和乘员的振动和噪声 与发动机相连的管子采用软管发动机通过气缸体或飞轮壳或变速器上的支撑支承在车架上， 支承方式一般有三点支承和四点支承功用：功用： 将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用于活塞上的力转变为扭矩对外输出。组成：组成：活塞组活塞组：活塞、活塞活塞、活塞环、活塞销环、活塞销 连杆组连杆组：连杆、连杆连杆、连杆轴瓦、连杆螺栓等轴瓦、连杆螺栓等 l3.1 活塞组活塞组l3.1.1活塞活塞 （1）活塞的功用及工作条件：）活塞的功用及工作条件： 功用：承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转

13、，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。 工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。 要求： 要有足够的刚度和强度，合理的形状和壁厚。 导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损； 质量小,重量轻，尽可能地减小往复惯性力。 热膨胀系数小，摩擦系数小 （2）材料：）材料：铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。 （3）构造）构造:活塞可分为三部分:a）平顶 ； b) 凸顶 ； c) 凹顶图图2-15 活塞顶部形状活塞顶部形状图图2-22活塞顶部标记活塞顶部标记活塞头部活塞头部：由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间由活塞顶至最下面一道

14、活塞环槽之间 的部分。的部分。 分为火力岸和环带两部分活塞头部的作用： a、承受气体压力 b、安装活塞环，与活塞环一起密封气缸， c、将热量通过活塞环传给气缸壁(7080%的热量) 活塞头部一般做得较厚，从活塞顶到环槽区的断面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，过渡圆角变化要尽可能圆滑，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。隔热槽。 为了保为了保护和加强活护和加强活塞环槽可在塞环槽可在铝合金活塞铝合金活塞环槽部位铸环槽部位铸入由耐热合入由耐热合金钢制造的金钢制造的环槽护圈。环槽护

15、圈。 l 活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。 要求：a 良好的导向 b 足够的承压面积工作过程中活塞的变形：工作过程中活塞的变形：裙部变为椭圆原因：受热 受力头部变大原因：受热 受力la 预先做成椭圆形 用于抵消由于受热膨胀不均，长轴垂直与销轴.lb 预先做成阶梯形、锥形 为抵消高度方向的受热膨胀不均匀，预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。l c 活塞群部开槽 在裙部开横向的隔热槽，以减小头部热量向裙部传递，裙部开有纵向的膨胀槽，在热态时又具有补偿作用。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。（ d 有些活塞

16、为了减轻重量，可以拖板式活塞或短活塞l恒范钢片式恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。l自动调节式自动调节式：膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。 （ e e减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。l筒形钢片式：筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中（图），冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。 l表面处理表面处理：为了改

17、善磨合性，活塞表面 镀锡、镀锌、磷化、喷墨l销座孔销座孔：有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。 防止敲缸活塞冷却有三种方法：（如图） 自由喷射冷却法 震荡冷却法 强制冷却法l3.1.2 活塞环活塞环l活塞环是具有弹性的开口环,有气环气环和油环之分。l（1）功用及工作条件：）功用及工作条件： 功用：气环是保证气缸与活塞间的密封性，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁， 油环起刮油和布油的作用， 工作条件：高温、高压、高速和润滑极其困难 要求：要求：活塞环弹性好，强度高、耐磨损平均寿命：平均寿命：6 6万公里万公里 （2）活塞环材料及表

18、面处理：）活塞环材料及表面处理： 良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性性足够的弹性、高的强度 优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、钢 第一道气环：多孔镀铬或钼 第二道气环：镀锡或磷化 油环：镀铬或钼 （3）活塞环与活塞的配合：）活塞环与活塞的配合： 端隙（开口间隙）：0.250.50 侧隙（边隙）：0.040.10 二、三环0.030.07 油环0.250.07 背隙：0.5 1 油环更大l（4）气环）气环 密封机理密封机理作业作业 P P60 (5)(6)60 (5)(6) 种类种类 矩形环、锥面、矩形环、梯形环、桶面环：a)矩形环；b)锥形环；c)内切口扭曲环；d)外切口扭曲环；e)梯形环；

19、f)桶形环 扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。 扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F和F不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。 l桶形环：桶形环：其特点为a 环的外圆面为凸圆弧形；b 环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；c 环上下运动时，均能形成楔形油膜。梯形环：梯形环：当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。