发动机_第二章_18860958

1、第二章 机体零件与曲柄连杆机构v 一、概述一、概述v 二、机体组二、机体组v 三、曲柄连杆机构三、曲柄连杆机构v 四、平衡机构四、平衡机构一、概一、概 述述发动机支撑发动机支撑“骨架骨架”传递动力完成能量转换（化学能机械能）传递动力完成能量转换（化学能机械能）改变运动方式（往复改变运动方式（往复旋转）旋转） 1. 1. 功用功用2. 2. 组成组成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一、概一、概 述述3.3.工作条件工作条件4.4.受力分析受力分析高温高温 （Tmax Tmax 2800 K) 2800 K)高压高压 （Pmax Pmax 9 MPa9 MPa）高速高速 （nm

2、ax nmax 6000 rpm 6000 rpm）化学腐蚀，润滑不良化学腐蚀，润滑不良气体作用力气体作用力惯性力和离心力惯性力和离心力摩擦力摩擦力二、机体组二、机体组1. 功用功用 （1）发动机的骨架）发动机的骨架（2）两大机构和发动机各系统的装配基体）两大机构和发动机各系统的装配基体（3）形成燃烧室）形成燃烧室（4）冷却系统和润滑系统的组成部分）冷却系统和润滑系统的组成部分（1）气缸体）气缸体（2）气缸和气缸套）气缸和气缸套（3）气缸盖）气缸盖（4）油底壳）油底壳（5） 气缸垫气缸垫 2. 组成组成1、气缸体、气缸体（1）结构特点）结构特点 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体；风冷发动

3、机气缸体与曲轴箱水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体；风冷发动机气缸体与曲轴箱分别铸造，且气缸体为单体。分别铸造，且气缸体为单体。 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。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。 （2）材料）材料 一般用高强度灰铸铁或铝合金铸成。一般用高强度灰铸铁或铝合金铸成。 （3）要求）要求 足够的强度和刚度；耐磨损和耐腐蚀；结构紧凑、质量轻；必须冷却。足够的强度和刚度；耐磨损和耐腐蚀；结

4、构紧凑、质量轻；必须冷却。(4) 气缸体型式气缸体型式一般式气缸体一般式气缸体 油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。 优点优点: : 机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便； 缺点缺点: : 刚度和强度较差。刚度和强度较差。龙门式气缸体龙门式气缸体 油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。 优点优点: : 强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷； 缺点缺点: : 工艺性较差，结构笨重，加工较困难。工艺性较差，结构笨重，加

5、工较困难。 隧道式气缸体隧道式气缸体 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。较大，曲轴从气缸体后部装入。 优点优点: : 结构紧凑、刚度和强度好。结构紧凑、刚度和强度好。 缺点：加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。缺点：加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。2、气缸和气缸套、气缸和气缸套（1）功用：）功用： 组成燃烧室组成燃烧室 引导活塞往复运动引导活塞往复运动 工作中要保证密封、散热、承受侧压力工作中要保证密封、散热、承受侧压力（2）工作条件：高温、高压、高速、润滑

6、不良）工作条件：高温、高压、高速、润滑不良（3）要求：具有足够的强度和刚度、耐磨、耐高温较高的加工精度和光洁度与）要求：具有足够的强度和刚度、耐磨、耐高温较高的加工精度和光洁度与 活塞配合保证密封活塞配合保证密封（4）材料：一般采用优质合金铸铁铸造，铸造后，对内表面进行热处理，最后）材料：一般采用优质合金铸铁铸造，铸造后，对内表面进行热处理，最后 精加工而成。精加工而成。（5）气缸排列型式：）气缸排列型式： 直列直列 V型型 对置式对置式 星型星型（6） 型式：型式： 整体式整体式 气缸套式气缸套式 干式干式 湿式湿式3、气缸盖、气缸盖(1)功用：功用： 封闭气缸，组成燃烧室封闭气缸，组成燃烧

7、室(2)工作条件：高温、高压工作条件：高温、高压(3)材料：一般采用灰铸铁、合金铸铁、铝合金材料：一般采用灰铸铁、合金铸铁、铝合金(4)型式：型式： 整体式整体式 分块状分块状 单体式单体式(5) 汽油机燃烧室：汽油机燃烧室： 楔形燃烧室楔形燃烧室 盆形燃烧室盆形燃烧室 半球形燃烧室半球形燃烧室 多球形燃烧室多球形燃烧室 篷形燃烧室篷形燃烧室4、油底壳、油底壳 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体；下曲轴箱用来贮存润滑油，并下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体；下曲轴箱用来贮存润滑油

8、，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。 油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。的总体布置和机油的容量。 油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。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，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润

9、滑油泄漏。止润滑油泄漏。5、气缸垫、气缸垫(1) 功用：密封气缸，防止漏气、漏水和漏油功用：密封气缸，防止漏气、漏水和漏油(2) 要求：要求：a. 在高温、高压、水和油的作用下，不烧损、不变形在高温、高压、水和油的作用下，不烧损、不变形 b.要有一定的弹性，保证密封要有一定的弹性，保证密封 c.拆装方便，能重复使用，寿命长拆装方便，能重复使用，寿命长(3) 材料：材料： 金属石棉；金属复合材料；全金属金属石棉；金属复合材料；全金属 铜皮铜皮石棉结构，由于铜皮石棉结构，由于铜皮石棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时石棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的

10、纲丝网或有孔较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。(4) 安装原则：安装原则：(5) 缸盖螺栓缸盖螺栓三、曲柄连杆机构三、曲柄连杆机构1.1.活塞活塞2.2.活塞环活塞环3.3.活塞销活塞销4.4.连杆连杆5.5.连杆轴瓦连杆轴瓦. .曲轴曲轴. .飞轮飞轮. .曲轴扭转减振器曲轴扭转减振器9.9.主轴瓦主轴瓦1. 活活 塞塞(1)(1) 功用：功用： a. a. 顶部组成燃烧室顶部组成燃烧室 b. b. 承受气体压力，实现对外作功承受气体压力，实现对外作功 c. c. 封

11、闭气缸封闭气缸 d. d. 承受气体压力承受气体压力(2) (2) 工作条件：高温、高压、高速、润滑不良工作条件：高温、高压、高速、润滑不良(3) (3) 要求：要求：a. a. 传力可靠传力可靠( (强度和刚度要好强度和刚度要好) ) b. b. 耐高温、耐高压、耐磨耐高温、耐高压、耐磨 c. c. 质量小、重量轻质量小、重量轻 d. d. 导热性能好导热性能好(4) (4) 材料：高强度铝合金材料：高强度铝合金(5) (5) 结构：顶部结构：顶部( (平顶、凹顶、凸顶平顶、凹顶、凸顶) ) 头部：安装活塞环，密封、传热、刮油头部：安装活塞环，密封、传热、刮油 裙部：导向、承受侧压力、安装活

12、塞裙部：导向、承受侧压力、安装活塞1. 活活 塞塞（6 6） 结构特点：结构特点： a. a. 活塞头部厚，裙部薄活塞头部厚，裙部薄; ; b. b. 预先做成椭圆形预先做成椭圆形( (短轴沿销座方向短轴沿销座方向, ,长轴垂直销座方向长轴垂直销座方向) ) c. c. 预先做成锥形、阶梯形，顶部直径小，从小到大过渡。预先做成锥形、阶梯形，顶部直径小，从小到大过渡。 d. d. 预先做成销座凹陷形（浅坑预先做成销座凹陷形（浅坑0.5 - 1 mm)0.5 - 1 mm) e. e. 裙部开槽裙部开槽 隔热槽，隔热槽， | | 热膨胀补偿槽热膨胀补偿槽 f. f. 裙部开孔裙部开孔, , 减少重

13、量（减少重量（10%-20%10%-20%），减少膨胀），减少膨胀 g. “g. “恒范钢片恒范钢片”双金属片双金属片 h. h. 活塞销相对活塞中心偏心活塞销相对活塞中心偏心1-21-2mmmm，减小，减小“拍击拍击” j. j. 油冷活塞油冷活塞 k. k. 短活塞短活塞2. 活塞环活塞环（1 1）功用：）功用： 气环气环 密封传热密封传热 油环油环 刮油布油刮油布油（2 2）工作条件：高温、高压、高速）工作条件：高温、高压、高速（3 3）要求：耐磨、弹性好、刚度好）要求：耐磨、弹性好、刚度好（4 4） 材料：合金铸铁，第一道环镀铬，其它环镀锡或磷化材料：合金铸铁，第一道环镀铬，其它环镀锡

14、或磷化（5 5） 构造构造 气环气环 矩形环（平环）矩形环（平环） 扭曲环扭曲环 锥面环（梯形环）锥面环（梯形环） 桶面环桶面环 油环油环 普通油环（整体环）普通油环（整体环） 组合油环组合油环2. 活塞环活塞环工艺性好，但密封性差。工艺性好，但密封性差。密封性好，但工艺差。密封性好，但工艺差。 密封性和工艺性介密封性和工艺性介于直开口和阶梯开口之于直开口和阶梯开口之间。斜角间。斜角30 或或45 。3. 活塞销活塞销(1) 功用：功用： 连接活塞和连杆小头把活塞承受的气体压力传给连杆。连接活塞和连杆小头把活塞承受的气体压力传给连杆。(2) 工作条件：工作条件： 高温下周期地承受很大的冲击载荷

15、，润滑条件差。高温下周期地承受很大的冲击载荷，润滑条件差。(3) 要求：要求： 足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。(4) 材料：低碳钢和低碳合金钢材料：低碳钢和低碳合金钢 (5) 构造构造 圆柱形圆柱形 两段截锥与一段圆柱组合两段截锥与一段圆柱组合 两段截锥形。两段截锥形。(6) 安装安装 全浮式安装全浮式安装 半浮式安装半浮式安装4. 连杆连杆1) 功用：功用： 连接活塞与曲轴，传递动力连接活塞与曲轴，传递动力 改变运动方式改变运动方式 往复往复 旋转旋转(2) 构造构造 小头小头 杆身杆身 大端大端 平分平分 切割切割 斜分斜分

16、 断裂断裂 (3) 大端定位大端定位 平切口平切口 斜切口斜切口 止口定位止口定位 套筒定位套筒定位 定位销定位定位销定位 锯齿定位锯齿定位5. 连杆轴瓦连杆轴瓦 为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。 轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金

17、常采用的有巴氏合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金常采用的有巴氏合金，铜铝合金，高锡铝合金。金，铜铝合金，高锡铝合金。 连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。作可靠性和延长使用寿命。6.曲轴曲轴(1) 功用：功用：a. 将连杆传来的力转变成扭矩，并传给传动系，对外输

18、出。将连杆传来的力转变成扭矩，并传给传动系，对外输出。 b. 驱动配气机构驱动配气机构 c. 驱动其它辅助装置驱动其它辅助装置(2) 工作条件：受力大且受力复杂工作条件：受力大且受力复杂(3) 材料：中碳钢或中碳合金钢材料：中碳钢或中碳合金钢(4) 结构：结构： 前端前端 若干曲拐若干曲拐 ( 主轴颈、连杆轴颈、曲柄）主轴颈、连杆轴颈、曲柄） 后端后端 (5) 分类：分类： 曲柺连接方式：整体式与组合式曲柺连接方式：整体式与组合式 曲轴主轴颈数：全支承与非全支承曲轴主轴颈数：全支承与非全支承 全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个

19、，即每一个连杆轴颈 两边都有一个主轴颈。两边都有一个主轴颈。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。 6.曲轴曲轴(6) 曲拐布置与发火顺序曲拐布置与发火顺序 作功间隔角作功间隔角 = 7200 / i i为气缸数为气缸数 单缸单缸 7200 功间隔角功间隔角 双缸双缸 3600 四缸四缸 1800 六缸六缸 1200 八缸八缸 900 四缸四缸 1-3-4-2 发火顺序发火顺序 1-2-4-3 六缸六缸 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5 八缸八缸 1-8-4-3-6-5-7-2 6.曲轴曲轴（工作顺序为

20、1342）一缸二缸三缸四缸0-1800功1800-36003600-54005400-72006.曲轴曲轴（工作顺序为1243）一缸二缸三缸四缸0-1800功1800-36003600-54005400-72007.飞轮飞轮(1) 功用：功用：a. 储存能量，帮助曲柄连杆机构越过止点，完成辅助行程。储存能量，帮助曲柄连杆机构越过止点，完成辅助行程。 b. 克服暂时超负荷克服暂时超负荷,使曲轴旋转均匀使曲轴旋转均匀 c. 其它用途（组成离合器，起动）其它用途（组成离合器，起动）(2) 工作条件：高速旋转工作条件：高速旋转(3) 要求：平衡性能好，达到动平衡和静平衡要求：平衡性能好，达到动平衡和静

21、平衡(4) 材料：灰铸铁材料：灰铸铁(5) 结构：结构： 飞轮是一个很重的铸铁圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，飞轮是一个很重的铸铁圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，具有很大的转动惯量。飞轮轮缘上镶有齿圈，齿圈与飞轮紧配合，具有很大的转动惯量。飞轮轮缘上镶有齿圈，齿圈与飞轮紧配合，有一定的过盈量。有一定的过盈量。 在飞轮轮缘上作有记号在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔刻线或销孔)供找压缩上止点用，当飞供找压缩上止点用，当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。8.曲轴扭转减振器曲轴扭转减振器 曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定

22、的自振频率。曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。 当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转

23、减振器的功用就是吸当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。共振。因而加装扭转减振器就很有必要。四四 、平、平 衡衡 机机

24、构构 在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩，在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡则需采用专门的平衡机构。而往复惯性力及其力矩的平衡则需采用专门的平衡机构。 当发动机的结构和转速一定时，一阶往复惯性力与曲轴转角的余当发动机的结构和转速一定时，一阶往复惯性力与曲轴转角的余弦成正比，二阶往复惯性力与二倍曲轴转角的余弦成正比。发动机往弦成正比，二阶往复惯性力与二倍曲轴转角的余弦成正比。发动机往复惯性力的平衡状况与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素复惯性力的平衡状况与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素有关。有关。 四冲程直列四缸

25、发动机。平面曲轴的四缸发动机的一阶往复惯性四冲程直列四缸发动机。平面曲轴的四缸发动机的一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩都平衡，惟二阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩都平衡，惟二阶往复惯性力不平衡。为了平衡二阶往复惯性力需采用双轴平衡机构。两根平衡力不平衡。为了平衡二阶往复惯性力需采用双轴平衡机构。两根平衡轴与曲轴平行且与气缸中心线等距，旋转方向相反，转速相同，都为轴与曲轴平行且与气缸中心线等距，旋转方向相反，转速相同，都为曲轴转速的二倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力曲轴转速的二倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力在垂直于气缸中心线方向

26、的分力互相抵消，在平行于气缸中心线方向在垂直于气缸中心线方向的分力互相抵消，在平行于气缸中心线方向的分力则合成为沿气缸中心线方向作用的力，与大小相等，的分力则合成为沿气缸中心线方向作用的力，与大小相等，方向相反，从而使得到平衡。方向相反，从而使得到平衡。复习思考题复习思考题1.曲柄连杆机构的作用是什么？由哪些主要零部件组成？曲柄连杆机构的作用是什么？由哪些主要零部件组成？2.气缸体有哪几种结构形式？各有何优缺点？各应用于哪类发动机？气缸体有哪几种结构形式？各有何优缺点？各应用于哪类发动机？3.气缸套有哪几种结构形式？各有何利弊？气缸套有哪几种结构形式？各有何利弊？4.湿式气缸套机体通常分为封顶式和敞开式两种，试分析它们的优缺点及应用场湿式气缸套机体通常分为封顶式和敞开式两种，试分析它们的优缺点及应用场合。合。5.常见的汽油机燃