汽车构造 第二章 曲柄连杆机构

1、第第2 2章章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的功用：曲柄连杆机构的功用： 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。 组成：组成： 包括机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组2.1 2.1 机体组机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。 机体组由汽缸体、曲轴箱、汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机件组成。图2-1 机体组的组成部件1汽缸盖； 2汽缸体； 3汽缸垫；4汽缸体曲轴箱； 5油底壳曲轴箱曲轴箱汽缸垫汽缸垫汽

2、缸盖汽缸盖汽缸汽缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳汽缸体汽缸体汽缸盖罩汽缸盖罩 汽缸体:水冷发动机的汽缸体和曲轴箱常铸成一体，称为汽缸体曲轴箱。2.1.1 2.1.1 汽缸体与曲轴箱汽缸体与曲轴箱图2-2 汽缸体曲轴箱1曲轴支承孔； 2机体； 3汽缸； 4水道1 1）按安装位置分）按安装位置分1.1.汽缸体的类型汽缸体的类型 图2-3 汽缸体的类型1汽缸体； 2水套； 3凸轮轴孔座； 4加强肋； 5湿缸套； 6主轴承座； 7主轴承座孔； 8安装油底壳平面； 9安装主轴承盖的平面 (a)一般式汽缸体 (b)龙门式汽缸体 (c)隧道式汽缸体一般式汽缸体一般式汽缸体特点：机体高度小，质量轻，结构紧凑

3、，便于机械加工，曲轴拆装方便；但是刚度和强度及曲轴前后端的密封性较差。应用：多用于中小型发动机，如富康ZX轿车TU3.2K发动机、BJ492Q及CA488汽油机的汽缸体均属于这种结构。 龙门式汽缸体龙门式汽缸体特点：强度和刚度好，能承受较大的机械负荷；但是工艺性较差，结构笨重，机械加工较困难。应用：上海大众桑塔纳、捷达及一汽奥迪等汽车的发动机汽缸体均属于这种结构。隧道式汽缸体特点：结构紧凑，刚度和强度好；但是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。应用：多用于主轴承采用滚动轴承的负荷较大的柴油机，如黄河JN1181C13使用的6135Q型发动机的汽缸体就属于这种结构。 2 2）按结构形式分

4、）按结构形式分无汽缸套式有汽缸套式：根据冷却液是否与汽缸套相接触 干式汽缸套和湿式汽缸套干式汽缸套和湿式汽缸套名称特 点示意图干式汽缸套外表面不直接与冷却水接触，刚度和强度都较好，加工复杂、拆装不便、散热不良，壁厚13mm。 湿式汽缸套外表面直接与冷却水接触，散热良好、冷却均匀、加工容易， 强度和刚度不如干缸套，易漏水，壁厚59mm。3 3）按排列形式分）按排列形式分直列式（6缸），V型8缸），水平对置式优缺点：优缺点：直列式：结构简单、长度、高度较大（垂直、倾斜、水平）。水平对置式：高度最小、使轿车和大客车总布置更方便。V型：刚度大、缩短发动机的长度、高度、质量。 (c)水平对置式水平对置式

5、(a)直列式直列式(b)V型型根据冷却介质不同分：水冷、风冷2.2.汽缸体的冷却方式汽缸体的冷却方式汽缸体汽缸体和汽缸和汽缸盖外表盖外表面铸有面铸有散热片散热片冷却水冷却水水冷水冷风冷风冷1.汽缸盖汽缸盖功用：功用：密封汽缸的上部，与活塞、汽缸等共同构成燃烧室。工作条件：工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷大材料：材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金（导热性好，利于提高压缩比）。2.1.2 2.1.2 汽缸盖及汽缸盖衬垫汽缸盖及汽缸盖衬垫1 1）汽缸盖的类型）汽缸盖的类型所有汽缸盖制成一体；可缩短中心距，零件数少，成本低；刚性差，局部损坏时需整个更换；D150mm，中小型内燃机用 两个

6、或三个汽缸合用一个缸盖； 刚性高一个汽缸一个汽缸盖；大缸径的柴油机 （风冷式内燃机）用A A 块状块状B B 单体单体整体式：整体式： 分开式：分开式： 汽缸盖用螺栓紧固在汽缸体上。拧紧螺栓时，必须按由中央对称向四周扩展的顺序分几次进行。最后一次要用扭力扳手按规定的拧紧力矩拧紧，以免损坏汽缸垫而发生漏水现象。如果是铝合金汽缸盖，则最后必须在发动机冷态下拧紧；如果是铸铁汽缸盖，则最后应该在发动机热态时拧紧。2 2）汽缸盖的安装）汽缸盖的安装 对燃烧室的基本要求：结构紧凑，冷却面积小（HC）。能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动类型。表面要光滑，不易积炭。3 3）燃烧室）燃烧室类型特点应用楔

7、形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长,燃烧速度较快。解放盆 形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室,燃烧速度较低,火焰传播距离长，爆燃倾向大。捷达奥迪半球形结构紧凑、排气效果好，火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高。桑塔纳富康多球形其结构紧凑，面容比小，火焰传播距离较短，气门直径较大，且能产生挤气涡流 。夏利蓬 形多用于高性能多气门轿车发动机上，特别是小气门夹角的浅篷形燃烧室得到了较大的发展 欧宝奔驰燃烧室2.2.汽缸盖衬垫汽缸盖衬垫功用：功用：为保证燃烧室的密封，防止漏气、漏水和漏油 。安装位置：安装位置：汽缸盖与汽缸体之间 。分类：分

8、类：按所用材料的不同，汽缸盖衬垫可分为金属石棉汽缸垫和全金属汽缸垫。特性：特性：（1）有足够的强度。在高温、高压燃气作用下不易损坏。（2）耐热和耐腐蚀。在高温、高压燃气下或有压力的润滑油和冷却液的作用下不烧损且不变质。（3）具有一定弹性。对接合面的不平度起补偿作用，以保证密封。（4）拆装方便，可重复使用，且使用寿命长。作用作用： 收集、贮存润滑油； 密封曲轴箱，防止脏物进入机体。材料：材料：常用薄钢板冲压制成2.1.3 2.1.3 油底壳油底壳油底壳1密封垫； 2油底壳； 3密封圈； 4磁性放油螺栓2.2 2.2 活塞连杆组活塞连杆组1第一道气环； 2第二、三道气环； 3油环刮油片； 4油环衬

9、簧； 5活塞环槽； 6活塞销；7卡簧； 8连杆组件； 9连杆小头衬套； 10连杆小头； 11连杆大头螺钉；12连杆大头盖；13连杆大头锁紧螺母； 14连杆大头轴瓦活塞连杆组活塞连杆组活塞组活塞组连杆组连杆组 功用：功用： 活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室；承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 工作环境：工作环境： 高温、散热条件差；顶部工作温度高600700，且分布不均匀；高速，线速度达到10 14m/s，承受 很大的惯性力；活塞顶部承受最高可达3 5MPa（ 汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。 材料：材料： 铝合金：质量小 导热性好；高级铸铁（低速柴 油机）2.2.1

10、2.2.1 活塞活塞活塞应具备的特点A 刚度和强度应足够大，合理的形状和壁厚。B 受热面小，散热好C 热膨胀系数小、导热性能好、比重小，具有较好的减摩性和热强度。 1 1. .活塞的基本结构活塞的基本结构 顶部：顶部：燃烧室的组成部分，结构满 足燃烧要求。头部头部: : 承受气体压力,安装活塞 环，制作较厚。 裙部裙部: :导向，传力。承受侧压 力，销座孔处制有加强筋。1活塞顶； 2活塞头； 3活塞环； 4活塞销座；5活塞销； 6活塞销锁环；7活塞裙； 8加强肋； 9环槽1 1）活塞顶部）活塞顶部 28（1）平顶活塞。平顶活塞的顶部是一个平面，结构及制造工艺简单，受热面积小，顶部应力分布较为均

11、匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。（2）凹顶活塞。凹顶活塞的顶部呈凹陷形，有些汽油机为了改善混合气的形成和燃烧质量而采用凹顶活塞。凹顶的大小还可以用来调节发动机的压缩比。（3）凸顶活塞。凸顶活塞的顶部凸起，起导向作用，有利于改善换气过程。二冲程汽油机常采用凸顶活塞。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。气环槽气环槽油环槽油环槽作用：活塞销孔活塞销孔 承受气体压力、与活塞环一起实现汽缸的密封和将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传递给汽缸壁。 3 3）活塞裙部）活塞裙部位置：位置：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：对活塞在汽缸内的往

12、复运动起导向作用，并承受侧 压力。2.2.活塞的变形与防治措施活塞的变形与防治措施 （1）冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的椭圆。采用的措施采用的措施： （2）上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或桶形（任何情况下都能得到良好润滑，但加工困难）。采用的措施采用的措施：（3）有些汽油机活塞在裙部开槽。 使裙部具有一定弹性，减少冷态时配合间隙，热态时有一定退让性，不至于发生拉缸或卡死开开槽槽目目的的注：注：a) a) 槽底部槽底部形状：圆孔形状：圆孔b) b) 柴油机一般柴油机一般不采用开槽方法不采用开槽方法绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽圆槽圆槽采用的措施采用的措施： （4）采用拖板式活塞

13、。拖板式活塞裙部不受侧向力，两边切去一部分或开孔以减少惯性力和热变形量。采用的措施采用的措施： （5）活塞销偏置 采用的措施采用的措施： a) a)活塞销对中布置活塞销对中布置 b)b)活塞销偏移布置活塞销偏移布置 具有弹性的开口环，自由状时，环外径大于缸径。2.2.2 2.2.2 活塞环活塞环分类及作用：分类及作用：1.1.气环气环 切口切口 气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于汽缸直径，它与活塞一起装入汽缸后，外表面紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。 1 1）气环密封原理）气环密封原理 在自身弹力作用下

14、，环外圆面紧贴汽缸壁，形成第一密封面； 在燃气压力作用下，环下表面压紧环槽侧面，形成第二密封面。 安装时，各环切口位置均匀错开，并避安装时，各环切口位置均匀错开，并避开侧压力最大方向。开侧压力最大方向。与缸径大小有关；与缸径大小有关；一般一般 =0.20.8mm=0.20.8mm。开口间隙大小有严格规定开口间隙大小有严格规定过大，影响密封；过大，影响密封；过小，热膨胀后会卡死。过小，热膨胀后会卡死。？迷宫式密迷宫式密封封2）气环断面形状）气环断面形状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、应用面广。结构简单、制造方便、易于生产、应用面广。

15、扭曲环扭曲环 断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，有锥断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，有锥面环优点（内上外下）。面环优点（内上外下）。锥面环锥面环 减少了环与汽缸壁的接触面，提高了表面接触压减少了环与汽缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。（力，有利于磨合和密封。（0.5-1.50.5-1.5度）度）梯形环梯形环 抗结胶性好（挤出环槽中的积炭），加工困难，抗结胶性好（挤出环槽中的积炭），加工困难，精度要求高。精度要求高。桶面环桶面环 凸圆弧加工困难，对汽缸表面适应性好；润滑良凸圆弧加工困难，对汽缸表面适应性好；润滑良好；密封性好；磨合性好。好；密封性好；磨合性好。气环的泵

16、油作用气环的泵油作用活塞活塞活塞活塞汽汽缸缸汽汽缸缸2.2.油环油环种类普通油环组合油环示意图上刮片上刮片轴向衬簧轴向衬簧径向衬簧径向衬簧下刮片下刮片油环的刮油作用油环的刮油作用2.2.3 2.2.3 活塞销活塞销作用：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。材料与工艺材料与工艺: :优质低碳钢，表面淬火、精磨。 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。1.1.活塞销的形状活塞销的形状连杆连杆活塞销活塞销全浮式：全浮式：活塞活塞销能在连杆衬销能在连杆衬套和活塞销座套和活塞销座中自由摆动，中自由摆动，使磨损均匀使磨损均匀需要有卡环需要有卡环冷态过

17、渡配合冷态过渡配合铝活塞加热然铝活塞加热然后装活塞销后装活塞销半浮式：半浮式：活活塞中部与连塞中部与连杆小头采用杆小头采用紧固螺栓连紧固螺栓连接，活塞销接，活塞销只能在两端只能在两端销座内作自销座内作自由摆动。多由摆动。多用于小轿车用于小轿车 活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合方式 :全浮式（工作时自由转动）、半浮式。2.2.活塞销的连接方式活塞销的连接方式2.2.4 2.2.4 连杆连杆 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。连连杆杆组组件件分分解解图图连杆小头连杆小头杆身杆身连杆大头连杆大头连杆杆身连杆杆身1.1.连杆的结构连杆

18、的结构 连杆主要由连杆小头、连杆杆身、连杆螺栓、连杆大头、连杆轴瓦和连杆盖等组成 1）连杆小头2）连杆杆身3）连杆螺栓4）连杆大头连杆大头（连杆与连杆盖）的定位形式连杆大头（连杆与连杆盖）的定位形式止口定位止口定位套筒定位套筒定位锯齿定位锯齿定位配对加工，同侧标记，不得装反配对加工，同侧标记，不得装反 5 5）连杆轴瓦）连杆轴瓦 瓦片式滑动轴承：承受载荷和导热瓦片式滑动轴承：承受载荷和导热连杆轴承的工作条件：（1）承受交变载荷 （2）高速摩擦 （3）低速大负荷运行时，润滑条件差 （4）润滑油油质不断变化 V型发动机连杆的结构形式并列连杆式并列连杆式主副连杆式主副连杆式叉形连杆式叉形连杆式2.V

19、2.V型发动机的连杆型发动机的连杆2.3 2.3 曲轴飞轮组曲轴飞轮组2.3.1 2.3.1 曲轴曲轴u功用：功用：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。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。1.1.曲轴的组成曲轴的组成 曲轴的曲柄数目等于汽缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲柄数等于汽缸数的一半。 主轴颈和连杆轴颈：主轴颈和连杆轴颈：主轴颈是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。2 2）全支承曲轴）全支承曲轴优点：提高曲轴的刚

20、度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷。缺点：曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长。应用：柴油机一般多采用此种支撑方式。1 1）非全支承曲轴）非全支承曲轴优点：缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小。缺点：主轴承载荷较大。应用：承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式。1-1-主轴颈；主轴颈；2-2-曲轴；曲轴；3-3-连杆轴颈；连杆轴颈；4-4-圆角；圆角；5-5-积污腔；积污腔；6-6-油管；油管；7-7-开口销；开口销；8-8-螺塞；螺塞；9-9-油道；油道；10-10-挡油盘；挡油盘；11-11-回油螺纹回油螺纹 ；12-12-飞轮结合盘飞轮结合盘曲轴上有贯穿曲轴上有贯穿主轴颈主轴颈、

21、曲柄曲柄和和连杆轴颈连杆轴颈的油道的油道连杆轴颈连杆轴颈曲拐曲拐 曲柄销曲柄销（连杆轴颈）（连杆轴颈） 曲柄臂曲柄臂 主轴颈主轴颈平衡块平衡块部分中空兼作油道部分中空兼作油道安装连杆大头安装连杆大头中空连杆轴径中空连杆轴径平衡重平衡重曲柄曲柄减轻或消除弯曲变形减轻或消除弯曲变形平衡离心力偶平衡离心力偶2.2.曲轴前端曲轴前端3.3.曲轴后端曲轴后端曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。4.4.曲轴轴向定位曲轴轴向定位 在曲轴前端或中部的某一道主轴承的两侧安装止推垫片可以实现曲轴的轴向定位。当曲轴向前窜动时，由后止推垫片承受轴向推力；向后窜动时

22、，由前止推垫片承受轴向推力。5.5.曲拐布置和发火次序曲拐布置和发火次序1、各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 2、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：1-3-4-2或1-2-4-3 六缸机：1-5-3-6-2-43、V型发动机左右汽缸尽量交替作功。 4、曲柄布置尽可能对称、均匀，以使发动机工作平衡性好。（1 1）一般规律）一般规律（2 2）常见曲轴曲拐的布置）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其点火次序为： 四行程：720/i二行程：360/i1 1） 直列直列4 4缸四冲程发动机的点火次序和曲拐布置缸四冲程发动机的点火次

23、序和曲拐布置点火次序：各缸完成同名行程的次序。曲轴转角曲轴转角/ /度度（ ）一一 缸缸二二 缸缸三三 缸缸四四 缸缸0 0180180180180360360360360540540540540720720功功功功功功功功排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压1 13 34 42 2四缸四行程发动机的曲拐布置 2 2）直列六缸四冲程发动机点火次序和曲拐布置）直列六缸四冲程发动机点火次序和曲拐布置曲轴转角曲轴转角/ /度度（ ）601201802403003604204805406006607200180180360360540540720一一 缸缸二二 缸缸三三 缸缸 四四 缸缸 五五 缸缸 六六 缸缸排排进进压压进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排进进压压排排：153624功功功功功功功功功功功功直列六缸四行程发动机的曲拐布置3 3）V V型型8 8