第 3 章 曲柄连杆机构

1、12022-1-22第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构车用发动机构造与原理车用发动机构造与原理2022-1-222本章基本内容本章基本内容3.1 3.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述3.2 3.2 机体组机体组3.3 3.3 活塞连杆组活塞连杆组3.4 3.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组3.5 3.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动2022-1-2233.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述1.1.功能功能2.2.组成组成将热能转变为机械能将热能转变为机械能将往复运动转变成旋转运动，对外输出扭矩。将往复运动转变成旋转运动，对外输出扭矩。机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组机体组、活塞

2、连杆组、曲轴飞轮组1.1.机械负荷机械负荷（1 1）气体作用力；）气体作用力；一一. . 曲柄连杆机构的功用和组成曲柄连杆机构的功用和组成 二二. . 曲柄连杆机构的工作条件曲柄连杆机构的工作条件 24ppDFgp2022-1-2243.1 曲柄连杆机构概述曲柄连杆机构概述2.2.热负荷热负荷3.3.高速运转高速运转4.4.摩擦磨损摩擦磨损（2 2）惯性力；）惯性力；（3 3）侧作用力。）侧作用力。2coscos22RRmFjj2RmFrru 往复惯性力往复惯性力u 旋转惯性力旋转惯性力30sncmm/su 活塞平均速度：活塞平均速度：2022-1-2253.2 机体组机体组2.2.组成：组成

3、：（1 1）气缸盖；（）气缸盖；（2 2）气缸体；）气缸体；（3 3）上、下曲轴箱；（）上、下曲轴箱；（3 3）气缸套；）气缸套；（4 4）主轴承盖；（）主轴承盖；（5 5）飞轮壳及各个连接件。）飞轮壳及各个连接件。u发动机的支架，各系统主要零部件的装配基体。发动机的支架，各系统主要零部件的装配基体。u气缸盖与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。u水套和油道以及油底壳组成冷却系统和润滑系统。水套和油道以及油底壳组成冷却系统和润滑系统。1.1.功能：功能：一一. . 机体组的功能和组成机体组的功能和组成 2022-1-2261.1.功用：功用：2.2.分类：分类：

4、u支承曲柄连杆机构的运动件，保证其相互位置的正确性；支承曲柄连杆机构的运动件，保证其相互位置的正确性；u形成水道、油道；形成水道、油道；u安装附件；安装附件；u承受内燃机工作时所产生的作用力；承受内燃机工作时所产生的作用力；u安装于车辆底盘上的支承点。安装于车辆底盘上的支承点。u缸体缸体- -曲轴箱：普通式、龙门式、隧道式曲轴箱：普通式、龙门式、隧道式u下曲轴箱：油底壳（干式、湿式）下曲轴箱：油底壳（干式、湿式）3.3.材料和制造：材料和制造：3.2 机体组机体组二二. . 气缸体与曲轴箱气缸体与曲轴箱 2022-1-2271.1.功用：功用：2.2.分类：分类：u对活塞起导向作用；对活塞起导

5、向作用；u组成气体的工作空间。组成气体的工作空间。u干式气缸套：干式气缸套：1 13mm3mmu湿式气缸套：湿式气缸套：5 59mm9mm3.3.材料和制造：材料和制造：3.2 机体组机体组u球墨铸铁、合金铸铁、高磷铸铁球墨铸铁、合金铸铁、高磷铸铁三三. . 气缸套气缸套 2022-1-2281.1.功用：功用：3.3.分类：分类：u封闭气缸，与活塞共同组成燃烧室；封闭气缸，与活塞共同组成燃烧室；u为其他机构和零部件提供安装位置；为其他机构和零部件提供安装位置；u整体式、分体式整体式、分体式4.4.材料和制造：材料和制造：3.2 机体组机体组u铸铁、铝合金铸铁、铝合金2.2.特点：特点：u结构

6、复杂、承受高强度的机械负荷和热负荷结构复杂、承受高强度的机械负荷和热负荷四四. . 气缸盖气缸盖 2022-1-2291.1.功用：功用：3.3.分类：分类：u保持气缸密封；保持气缸密封；u保证冷却液和机油不泄漏。保证冷却液和机油不泄漏。u金属石棉衬垫；金属石棉衬垫；u金属复合材料衬垫；金属复合材料衬垫；u全金属衬垫。全金属衬垫。3.2 机体组机体组2.2.要求：要求：u一定的强度和良好的弹性；一定的强度和良好的弹性；u耐压、耐热、耐腐蚀性。耐压、耐热、耐腐蚀性。五五. . 气缸垫气缸垫 2022-1-22103.3 活塞连杆组活塞连杆组2.2.组成：组成：u组成可变的工作容积；组成可变的工作

7、容积；u承受燃气压力；承受燃气压力；u完成力的传递和运动转换。完成力的传递和运动转换。1.1.功能：功能：（1 1）活塞组）活塞组（2 2）连杆组）连杆组u连杆体、连杆盖、连杆衬套、连杆连杆体、连杆盖、连杆衬套、连杆轴瓦和连杆螺栓等轴瓦和连杆螺栓等一一. . 活塞连杆组的功能和组成活塞连杆组的功能和组成 u活塞、活塞环、活塞销和活塞销挡活塞、活塞环、活塞销和活塞销挡2022-1-22111.1.功用：功用：2.2.结构：结构：u头部、裙部头部、裙部3.3.变形：变形：3.3 活塞连杆组活塞连杆组4.4.冷却：冷却：u金属受热膨胀不均匀；金属受热膨胀不均匀；u活塞顶部承受燃气压力；活塞顶部承受燃

8、气压力；u裙部承受侧作用力。裙部承受侧作用力。二二. . 活塞活塞u承受燃烧气体压力；承受燃烧气体压力；u将压力通过活塞销传递给连杆；将压力通过活塞销传递给连杆；u顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。2022-1-22121.1.功用功用u密封高温高压燃气；密封高温高压燃气；u向气缸壁面传热；向气缸壁面传热；u对气缸壁面进行布油和刮油。对气缸壁面进行布油和刮油。3.3 活塞连杆组活塞连杆组三三. . 活塞环活塞环2.2.分类分类u气环气环密封、传热；密封、传热；u油环油环布油、刮油；布油、刮油；3.3.气环气环u矩形环、锥形环、扭曲环、梯形环、桶形环矩形环、

9、锥形环、扭曲环、梯形环、桶形环u矩形环的泵油现象矩形环的泵油现象4.4.油环油环u整体式油环；整体式油环；u钢片组合式油环。钢片组合式油环。2022-1-22133.3 活塞连杆组活塞连杆组1.1.功用：功用：u连接活塞和连杆；连接活塞和连杆；u在活塞和连杆之间传递力。在活塞和连杆之间传递力。2.2.要求：要求：四四. . 活塞销活塞销3.3.配合方式配合方式u与连杆小头衬套为动配合与连杆小头衬套为动配合“全浮全浮式式”；u与活塞为过渡配合或者小过盈配合。与活塞为过渡配合或者小过盈配合。u足够的刚度、强度和耐磨性；足够的刚度、强度和耐磨性；u质量轻、适当的配合间隙和良好的质量轻、适当的配合间隙

10、和良好的表面质量。表面质量。2022-1-22141.1.功用：功用：u将活塞受力传递给曲轴；将活塞受力传递给曲轴；u将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。3.3 活塞连杆组活塞连杆组2.2.结构：结构：3.V3.V型发动机连杆：型发动机连杆：u连杆小头连杆小头u杆身杆身u连杆大头连杆大头u定位方式：圆销定位、锯齿定位、止口定位、套筒定位定位方式：圆销定位、锯齿定位、止口定位、套筒定位u并列连杆、差型连杆、主附连杆。并列连杆、差型连杆、主附连杆。五五. . 连杆连杆2022-1-22153.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组1.1.组成：组成：u将力转换为扭矩对外做功；

11、将力转换为扭矩对外做功；u驱动配气机构和其它机构。驱动配气机构和其它机构。1.1.功能：功能：u曲轴、飞轮、平衡重、减震器、传动齿轮等。曲轴、飞轮、平衡重、减震器、传动齿轮等。2.2.组成：组成：2.2.类型：类型：一一. . 曲轴飞轮组的功用和组成曲轴飞轮组的功用和组成二二. . 曲轴结构曲轴结构u前端（自由端）、后端（功率输出端）、曲柄。前端（自由端）、后端（功率输出端）、曲柄。u整体式、组合式整体式、组合式2022-1-22163.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组u全支承、非全支承。全支承、非全支承。2.2.轴向定位轴向定位1.1.曲轴的支承曲轴的支承三三. . 曲轴的支撑和轴向定位曲轴的支撑和

12、轴向定位u传动齿轮为斜齿轮，产生轴向力；传动齿轮为斜齿轮，产生轴向力；u离合器分离时对曲轴产生轴向力；离合器分离时对曲轴产生轴向力；u车辆上下坡重力的作用产生轴向力。车辆上下坡重力的作用产生轴向力。2022-1-22173.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组1.1.曲柄夹角曲柄夹角i 与气缸数、气缸排列、冲程数有关与气缸数、气缸排列、冲程数有关2.2.发火顺序发火顺序u点火均匀性点火均匀性u平衡性平衡性u发火均匀，相邻两缸不要连续发火；发火均匀，相邻两缸不要连续发火；uV V型机点火顺序应尽量安排成左、右气缸交替点火。型机点火顺序应尽量安排成左、右气缸交替点火。原则：原则：四四. . 曲曲柄夹角与发火顺

13、序曲曲柄夹角与发火顺序2022-1-22183.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动1.1.燃气作用力燃气作用力3.3.活塞上总作用力活塞上总作用力P P的分解与传递的分解与传递一一. . 曲柄连杆机构中的作用力与力矩曲柄连杆机构中的作用力与力矩24ppDFgp2.2.惯性力惯性力2coscos22RRmFjj2RmFrru 往复惯性力往复惯性力u 旋转惯性力旋转惯性力2022-1-22193.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动一一. . 曲柄连杆机构中的作用力与力矩曲柄连杆机构中的作用力与力矩F FN NK KT TZ ZT”T”TTKKF FN”N”NNZZ202

14、2-1-22203.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动1.1.直列发动机的平衡直列发动机的平衡2.V2.V型发动机的平衡型发动机的平衡二二. . 内燃机的平衡内燃机的平衡2122222coscos2coscosjjjjjjFFRmRmRRmF2RmFrrPj1Pj2PrMj1Mj2MrFj1Fj2FrMj1Mj2Mr一次往复一次往复惯性力惯性力二次往复二次往复惯性力惯性力旋转惯性旋转惯性力力一次往复一次往复惯性力距惯性力距二次往复二次往复惯性力矩惯性力矩旋转惯性旋转惯性力矩力矩2022-1-22213.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动3.3.平衡的措施平衡的措施二

15、二. . 内燃机的平衡内燃机的平衡u平衡重；平衡重；u平衡轴。平衡轴。三三. . 内燃机的扭转振动内燃机的扭转振动1.1.单质量的扭转振动系统单质量的扭转振动系统 0tktI Ik ttsin tMtktctI （1 1）无阻尼自由振动）无阻尼自由振动（2 2）有阻尼的强迫振动）有阻尼的强迫振动；2022-1-22223.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动2.2.多质量无阻尼自由振动多质量无阻尼自由振动 0001, 1323 , 2212, 122212, 111ttktIttkttktIttktInnnnnn 0KI 2022-1-22233.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的

16、平衡与扭转振动3.3.干扰力矩的分解干扰力矩的分解tMMMgsin0, 3 , 2 , 1, 2 ,23, 1 ,21干扰力矩的谐次干扰力矩的谐次二冲程机：二冲程机：四冲程机：四冲程机：2022-1-22243.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动4.4.强迫振动强迫振动与与共振共振（1 1）强迫振动强迫振动（2 2）共振）共振 tMKCI 602ciinicin302022-1-22253.5 内燃机的平衡与扭转振动内燃机的平衡与扭转振动5.5.减振措施减振措施（1 1）调频法）调频法（2 2）降幅法）降幅法Ann2n1Ann2n1Ann2n1（3 3）减振器）减振器2022-1

17、-2226a）做功行程 b）压缩行程 2022-1-2227a）活塞在上半行程时 b）活塞在下半行程时 2022-1-22281.曲轴箱通风管盖；2.螺母；3.垫片；4.螺柱；5.气缸盖罩；6.密封垫；7.气缸盖；8(23).水堵（碗形塞）；9.气缸衬垫；10.干式气缸套；11.机体；12(14).密封条；13.后主轴承盖；15.主轴承螺栓；16中间主轴承盖；17.前主轴承盖；18.定时齿轮室盖；19曲轴前油封；20(22).衬垫；21.垫板机体组的组成（机体组的组成（EQ6100-1） 2022-1-22291机体和曲轴箱；2、7碗型塞；3凸轮轴衬套；4、5、22主轴承螺栓；6气缸套；8左侧

18、面碗型塞；9通风弯管；10、30圆柱销；11油道碗型塞；12后端面碗型塞；14、15密封圈、套管；16圆柱销；17弹性圆柱销；18后油封；19、20螺塞、垫圈；21、23内六角圆柱螺钉、垫圈；24、25碗型塞、回油短管；26螺塞；27、29双头螺栓；28飞轮壳；31飞轮壳螺塞；32、33弹簧垫圈、六角螺母；35、36双头螺柱；37螺母；38观察孔盖；39六角螺栓；41碗型盖；42气缸盖螺塞直列发动机机体（直列发动机机体（WD615）2022-1-22301.机体顶面；2.气缸；3.水套；4.主油道；5.横隔板上的加强肋； 6.机体底面；7.主轴承座；8.缸间横隔板；9.机体侧臂；10侧壁上的加

19、强肋水冷发动机的机体水冷发动机的机体 2022-1-22312022-1-2232 图图2 213 13 风冷发动机的汽缸体风冷发动机的汽缸体 1.气缸；2.散热片；3.凸轮轴孔；4.主轴承孔；5.主轴承盖横向紧固螺栓；6.气缸体安装孔；7.定时传动室图图2-72-7 风冷发动机的气缸体与曲轴箱风冷发动机的气缸体与曲轴箱 2022-1-2233a）普通式 b）龙门式 c）隧道式2022-1-22341.密封垫；2.油底壳；3.密封圈；4.雌性放油螺塞油底壳油底壳 2022-1-22352022-1-2236无气缸套缸体曲轴箱无气缸套缸体曲轴箱2022-1-2237b)b)a ) 干式气缸套 b

20、）湿式气缸套有气缸套的缸体曲轴箱有气缸套的缸体曲轴箱 2022-1-2238各种形式的气缸盖各种形式的气缸盖2022-1-2239汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室 (a)楔形燃烧室 (b) 浴盆形燃烧室 (c)半球形燃烧室 柴油机分隔式燃烧室柴油机分隔式燃烧室 （a）涡流室式燃烧室 （b）预燃室式燃烧室2022-1-2240 金属石棉衬垫金属石棉衬垫 2022-1-2241（a）硬铝板；（b）冲压钢片；（a）一叠薄钢片金属衬垫金属衬垫2022-1-2242活塞组；活塞组；连杆组；连杆组；曲轴飞轮组曲轴飞轮组1曲轴定时齿轮；2下止推片；3平衡重；4曲轴；5定位销；6飞轮；7飞轮螺栓；8变速器第一轴承

21、；9、16挡圈；10上止推片；11上气环；12下气环；13油环；14活塞；15活塞销；17连杆螺栓；18连杆体；19连杆盖；20连杆轴承；21连杆螺母2022-1-22431活塞顶；2活塞头部；3活塞裙部；4活塞销孔；5燃烧室凹坑；6气门凹坑；7活塞顶岸；8活塞环岸；9挡圈槽；10活塞销座；11回油孔；12油环槽；13气环槽；14加强肋活塞各部名称活塞各部名称 2022-1-2244 a）平顶活塞；b）凹顶活塞；c）凸顶活塞；d）、e)、f) 直喷式柴油机活塞活塞顶部形状活塞顶部形状 2022-1-22452022-1-2246 1喷油孔；2喷油嘴；3环形油槽；4冷却油道油冷活塞油冷活塞 20

22、22-1-2247a）气环； b）槽孔整体式油环； c）钢带组合式油环1外圆面；2侧面；3内圆面；4径向厚度；5环高；6开口；7开口端面；8端隙；9侧隙；10径向间隙；11回油孔；12上刮油唇；13下刮油唇；14上刮片；15撑簧；16下刮片活塞环各部名称活塞环各部名称2022-1-2248气环的开口形状气环的开口形状气环的密封原理气环的密封原理a)平切口平切口 b)阶梯切口阶梯切口 c)斜切口斜切口2022-1-2249a）矩形环；b）锥面环；c）、d）上侧面内切正扭曲环；e)下侧面外切正扭曲环；f）下侧面内切反扭曲环；g）梯形环；h）楔形环；i）桶面环；j）开槽环；k）、l)顶岸环气环的断面形状气环的断面形状 2022-1-2250矩形环的泵油作用矩形环的泵油作用 2022-1-2251a）进气、压缩、排气行程；b）作功行程扭曲环工作原理扭曲环工作原理梯形环侧隙的变化梯形环侧隙的变化2022-1-2252 a）圆柱形内孔；b）截锥形内孔；c）组合形内孔 活塞销的结构活塞销的结构2022-1-2253a）