第二章曲柄连杆机构

1、1第二章 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概述概述 22.1 2.1 概概 述述 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的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。旋转运动而对外输出动力。 1 1、机体组、机体组 2 2、活塞连杆组、活塞连杆组 3 3、曲轴飞轮组、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用一、曲柄连杆机构的功用二、组成二、组成32.2 2.2 机机 体体 组组机体组组成：机体组组成：4机体组组成：机体组组成：曲轴箱曲轴箱气缸垫气缸垫气缸盖气

2、缸盖气缸气缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳气缸体气缸体气缸盖罩气缸盖罩5一、气缸体一、气缸体1 1、气缸体、气缸体: :水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称 为气缸体为气缸体曲轴箱曲轴箱6油底壳安油底壳安装平面和装平面和曲轴旋转曲轴旋转中心在同中心在同一高度一高度油底壳安装平面低于油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心曲轴的旋转中心气缸体上曲气缸体上曲轴的主轴承轴的主轴承孔为整体式孔为整体式（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2 2、气缸体分类、气缸体分类一般式龙门式隧道式7名名 称称性性 能能应应 用

3、用一般式一般式机体高度小、重量轻、结机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。刚度和强度差。492Q492Q汽油机，汽油机，9090系系列柴油机。列柴油机。龙门式龙门式强度和刚度较好。工艺性强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。差、结构笨重、加工困难。捷达轿车、富康轿捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车车、桑塔纳轿车隧道式隧道式结构紧凑、刚度和强度好。结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。拆卸不方便。负荷较大的柴油机负荷较大的柴油机上上 。性能与应用比较性能与应用比较8（2 2）根据冷却方式不同分：）根据冷却方式

4、不同分： 水冷、风冷水冷、风冷散热片散热片冷却水冷却水9（3 3）根据气缸的排列方式）根据气缸的排列方式结构简单、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。缩短了机体的长度缩短了机体的长度和高度，增加了刚和高度，增加了刚度，减轻了发动机度，减轻了发动机重量；形状复杂，重量；形状复杂，加工困难。加工困难。高度小，总体高度小，总体布置方便。布置方便。10（4 4）干式气缸套和湿式气缸套）干式气缸套和湿式气缸套名称名称特特 点点示意图示意图干缸套干缸套外壁外壁不直接不直接与冷却水接与冷却水接触。壁厚触。壁厚1 13mm3mm。湿缸套湿缸套外壁外壁直接直接与冷却水接

5、触。与冷却水接触。壁厚壁厚5 59mm9mm。强度和刚度强度和刚度都较好，加都较好，加工复杂，拆工复杂，拆装不便，散装不便，散热不良热不良。散热良好、冷散热良好、冷却均匀、加工却均匀、加工容易。容易。 强度和强度和刚度不如干缸刚度不如干缸套，易漏水。套，易漏水。11二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用：功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 材料：材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 工作条件：工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷

6、很大。1 1、气缸盖、气缸盖( (书）书）12气缸垫气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的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。密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸盖气缸盖气缸盖罩气缸盖罩衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞2 2、气缸盖罩和气缸垫、气缸盖罩和气缸垫注意：缸体与缸盖的紧固注意：缸体与缸盖的紧固1314汽油机燃烧室形状汽油机燃烧室形状3 3、燃烧室、燃烧室15三、油底壳三、油底壳1 1、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。2 2、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永油底壳底部还装

7、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，减少发动机的磨损久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损3 3、材料：、材料： 薄钢板冲压薄钢板冲压 16四、发动机的支承（书）四、发动机的支承（书）三点支承四点支承2个2个2个1个172.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖181 1、功用：、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。 2 2、工作环境：、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达高温、散热条件差；顶部工作温度高达

8、600600700K700K，且分，且分布不均匀；高速，线速度达到布不均匀；高速，线速度达到10m/s10m/s， 承受很大的惯性力。活塞顶承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达部承受最高可达3 35MPa5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。结。 高温、高压、高速、高惯性力高温、高压、高速、高惯性力3 3、材料：、材料： 铝合金：质量小铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁导热性好；灰铸铁活塞应具活塞应具备的特点备的特点 A A 刚度和强度应足够大，传力可靠。刚度和强度应足够大，传力可靠。 B B 导热性能好，耐高压、高温、磨损导热性能好，耐高压、

9、高温、磨损 C C 质量较小，尽可能减少往复惯性力质量较小，尽可能减少往复惯性力 D D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙部耐热的活塞顶及弹性的活塞裙部 E E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、活一、活 塞塞194 4、结构、结构 顶部：顶部：构成燃烧室，承受气体压力。构成燃烧室，承受气体压力。头部头部: :安装活塞环，制作较厚。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。导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。 20（1）活塞顶部）活塞顶部功用功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力

10、。结构简单、制造容结构简单、制造容易、受热面积小、易、受热面积小、应力分布较均匀，应力分布较均匀，多用在汽油机上多用在汽油机上。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、位置必凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。防止碰气门。21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、防

11、止可燃混合气、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、防止可燃混合气漏到曲轴箱内漏到曲轴箱内. . 2 2、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：22（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。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23活活塞塞裙裙部部的的椭椭圆圆变变形形24（1 1）预先做成阶梯形、锥形）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温

12、度活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。阶梯形、锥形。 5 5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：结构措施：（2 2）预先做成椭圆形）预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座垂直

13、，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。趋近正圆。25（3 3）活塞裙部开槽）活塞裙部开槽横向绝热槽横向绝热槽减少裙部受热减少裙部受热有的兼作油环回油孔有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽纵向膨胀槽留有膨胀余地留有膨胀余地活塞强度降低活塞强度降低绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽26（4 4）为了减小铝合金活）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的结恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍恒范钢为含

14、镍33%33%36%36%的的低碳铁镍合金，其膨胀系低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的数仅为铝合金的1/101/10，而，而销座通过恒范钢片与裙部销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。胀变形量。276 6、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，以减少换向 时的敲击声，且使

15、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，向作功有的汽油机上，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行程中受主侧压力的一方偏移了1 12mm2mm。28（二）活塞环（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为是具有弹性的开口环，分为气环气环和和油环油环。 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） 切口切口气环气环（1 1）气环）气环 作用：作用

16、：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。29气环的密封原理：气环的密封原理：将将2 23 3道气环的切口相互错开形成道气环的切口相互错开形成“迷宫式迷宫式”封气装置。封气装置。切口切口气环气环3031（2 2）油环）油环种类种类普通油环普通油环组合式油环组合式油环示意图示意图刮油片刮油片轴向衬环轴向衬环径向衬环径向衬环刮油片刮油片32油环的刮油作用油环的刮油作用油环的刮油作用33（三）活塞销（三）活塞销作用：作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞

17、承受的气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。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。优质低碳钢，表面淬火、精磨。34构造：构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，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。以及两段截锥与一段圆柱的组合形。活 塞 销圆柱形两段截锥与一段圆柱结合两段截锥形35连杆连杆活塞销活塞销全浮式：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

18、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形式形式: :全浮式（工作时自由转动）、半浮式。全浮式（工作时自由转动）、半浮式。36（四）连杆（四）连杆作用：作用：连接连接活塞活塞与与曲轴曲轴，并把活塞承受的气体压力，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的传给曲轴，使活塞的往复往复运动变成曲轴的运动变成曲轴的旋转旋转运运动。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连杆大头大头37连杆大头的连接形式连杆大头的连接形式平切式平切式斜切式斜切式注意：连杆螺栓的紧固注意：连杆螺栓的紧固38连杆轴瓦连杆轴瓦3940V V型发动机连杆的

19、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412.4 2.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成一、曲轴飞轮组的组成起动爪起动爪正时齿轮正时齿轮主轴瓦主轴瓦皮带轮皮带轮扭转减振器扭转减振器飞轮飞轮曲轴曲轴42二、曲轴二、曲轴1 1、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。动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。2 2、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。43 3

20、3、结构：、结构：前端轴前端轴连杆轴颈连杆轴颈曲轴轴颈曲轴轴颈后端轴后端轴平衡重平衡重曲拐曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄曲柄444 4、材料：、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。5 5、分类：、分类：整体式（常用）整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）6 6、组成：、组成：（1 1）主轴颈）主轴颈曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、曲

21、轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。机均采用。全支承：全支承：非全支承：非全支承： 曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。大，缩短了曲轴的总长度。用于支撑曲轴。用于支撑曲轴。4546（2 2）连杆轴颈）连杆轴颈（3 3）曲柄）曲柄曲轴臂，用于曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆连接主轴颈和连杆轴颈轴颈（4 4）平衡块）平衡块平衡离心力偶平衡离心力偶减轻或消除弯曲减轻或消除弯曲变形变形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平衡重

22、平衡重曲柄曲柄47（5 5）前端轴和后端轴）前端轴和后端轴前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1. . 2止推轴承止推轴承3. .止推片止推片4. .正时齿轮正时齿轮5. .甩油盘甩油盘6. .油封油封7. .皮带轮皮带轮8. .起动爪起动爪曲轴的前端7曲轴向前移曲轴向前移动，后止推轴承动，后止推轴承与曲轴臂端面摩与曲轴臂端面摩擦；轴向后移动，擦；轴向后移动，前止推轴承与正前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。时齿轮端面摩擦。418632548后端轴：安装飞轮后端轴：安装飞轮前后端轴都设有防漏装置：前后端轴都设有防漏装置：挡油盘、回油螺纹、油封等。挡油盘、回油螺

23、纹、油封等。曲轴后端回油螺纹49（6 6）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）。轴承来实现的（翻边轴瓦）。主轴颈主轴颈止推垫片止推垫片止推垫片止推垫片连杆轴颈连杆轴颈主轴承盖主轴承盖50三、曲拐的布置三、曲拐的布置1 1） 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。 2 2） 连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的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。前半部和后半部交替进行。 比如：四缸机：比如：四缸机：1-

24、3-4-21-3-4-2或或1-2-4-3 1-2-4-3 六缸机：六缸机：1-5-3-6-2-41-5-3-6-2-4； 3 3） V V型发动机左右气缸尽量交替作功。型发动机左右气缸尽量交替作功。 4 4） 曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。好。（1 1）一般规律）一般规律51（2 2）常见曲轴曲拐的布置）常见曲轴曲拐的布置 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置点火顺序：各缸完成同名行程的次序。点火顺序：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

25、180180360360540540720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对缸数为对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为：的发动机而言，其发火顺序为： 四行程：四行程：720/i 二行程：二行程：360/i52四缸四行程发动机的曲拐布置四缸四行程发动机的曲拐布置53直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置发火顺序：发火顺序：1-5-3-6-2-454六缸四行程发动机的曲拐布置六缸四行程发动机的曲拐布置55八缸四行程发动机的曲拐布置八缸四行程发动机的曲拐布置1-8-4-3-6-5-7-21-8-4-3-6-

26、5-7-256 四行程四行程V8发动机的工作循环发动机的工作循环 发火顺序为发火顺序为1-8-4-3-6-5-7-257四、曲轴扭转减振器四、曲轴扭转减振器作用：作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。动平稳，可靠工作。种类：种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。 橡胶式摩擦片式硅油式58皮带盘皮带盘惯性盘惯性盘硫化橡胶层硫化橡胶层减振器圆盘减振器圆盘皮带轮毂皮带轮毂曲轴前端曲轴前端当曲轴发生扭转振动当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。能量，消减了扭振。橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图59五、飞轮五、飞轮（一）功用：（一）功用： 1.1. 将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆