曲柄连杆机构的功用及组成活塞组三课件

1、汽车工程系1一、曲柄连杆机构的功用及组成功用将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩组成活塞组连杆组曲轴飞轮组汽车工程系2组成汽车工程系3返回汽车工程系4二、活塞组组成： 活塞 活塞环 活塞销汽车工程系5活塞（ Piston ）功用及工作条件要求及材料活塞构造 顶部 头部 裙部活塞形状活塞冷却返回汽车工程系6活塞功用及工作条件功用活塞顶部是燃烧室的组成部分承受燃气压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转工作条件 发动机中工作条件最严酷的零件高温：顶部温度高达2500以上高压：汽油机爆压35MPa，柴油机69MPa，增压柴油机1416MPa高速：活塞速度(91

2、3m/s)润滑不良：活塞沿气缸壁面高速滑动，承受侧压力，润滑条件差返回汽车工程系7活塞要求及材料要求：足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚受热面小、散热好活塞材料应膨胀系数小、导热性能好、比重小，具有较好的减摩性和热强度活塞材料：铝合金、铸铁、钢铝合金的优点：比重小（铸铁的1/3）、导热性好（铸铁的34倍）缺点：热膨胀系数大，温度升高时强度和硬度下降较快返回汽车工程系8钢活塞汽车工程系9陶瓷活塞具有良好的综合性能:高温强度高、耐磨性强、隔热性好、密度低、刚度好。用它代替金属材料能大幅度提高热机效率、降低能源消耗，达到轻量化效果。返回汽车工程系10活塞构造参考图2-20汽车工程系11活塞顶部-汽油

3、机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关大多数汽油机采用平顶活塞汽车工程系12活塞顶部-汽油机汽车工程系13活塞顶部-汽油机缸内直喷汽油机活塞(MITSUBISHI)汽车工程系14活塞顶部-柴油机顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。汽车工程系15活塞顶部-柴油机返回汽车工程系16活塞头部部位活塞顶至油环槽下端面之间的部分（第一道活塞环槽到活塞销孔以上部位）作用安装活塞环，与其一起实现密封、散热构造气环槽和油环槽，其中油环槽底面上加工有回油孔或横向切槽汽车工程系17活塞头部-过渡圆角、隔热槽头部较厚便于传热减小第一环热负荷R较大减小热阻汽车工程系18活塞头部-耐热护圈活塞环槽的磨损是影

4、响活塞使用寿命的重要因素 汽车工程系19活塞头部-纤维增强合金圆环返回汽车工程系20活塞裙部部位油环槽下端面起至活塞底面的部分作用为活塞在气缸内作往复运动导向承受侧压力要求良好的导向均匀的、适宜的间隙足够的实际承压面积活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面，承受压缩侧向力的一面称次推力面。汽车工程系21主推力面、次推力面汽车工程系22拖鞋式裙部在保证裙部有足够承压面积条件下，将不承受侧压力的一侧的裙部全部（或部分）去掉，叫（半）拖鞋式裙部，这样的活塞叫（半）拖鞋式活塞优点重量轻裙部具有较大的弹性，可减小裙部与气缸套装配间隙避免与曲轴平衡重运动干涉汽车工程系23汽车工程系24返回汽车工程系25活

5、塞变形机械变形、热变形均使活塞裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大 为了保证活塞工作时为圆柱形，须预先在冷态下把活塞加工成其裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形汽车工程系26冷态活塞形状-锥形裙活塞沿高度方向的温度是上高下低，膨胀量也相应是上大下小为了使工作时活塞趋于圆柱形，预先把活塞制成上小下大的锥形或桶形。 汽车工程系27冷态活塞形状-桶形裙裙部与气缸壁之间能形成双向楔形油膜，使裙部有较高的承载能力和良好的润滑。汽车工程系28钢片形状参见图2-30c汽车工程系29返回汽车工程系30活塞的冷却自由喷射冷却振荡冷却强制冷却（广为增压发动机所采用）(蛇形)汽车工程系31活塞的冷却汽车工程系32活塞

6、环（Piston ring）返回活塞环包括气环和油环汽车工程系33气环功用密封、传热、刮油工作条件高温、高压、高速滑动要求良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹性、足够的机械强度安装后的端隙0.250.8mm，间隙过大漏气，过小则易卡死被扭断汽车工程系34汽车工程系35汽车工程系36气环种类（断面形状）汽车工程系37气环种类-矩形环 断面为矩形，结构简单，制造方便，应用最广与气缸壁接触面积大，利于活塞散热磨合性差随活塞往复运动，产生“泵油作用” ，机油消耗量增加，容易积炭。 汽车工程系38气环种类-锥面环 断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.51.5)，减小了环与气缸壁的接触面

7、，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损安装时，不能装反，否则会引起机油上窜 汽车工程系39气环种类-扭曲环将内圆面的上边缘或外圆面的下边缘切掉一部分，则称这种环为正扭曲环；若将内圆面的下边缘切掉一部分，为反扭曲环。在环面上切去部分金属称为切台。 汽车工程系40环不能窜动，不会泵油，减轻了对环槽的冲击在进气、压缩、排气行程中扭曲，与锥形环类似在作功行程高压作用下，与矩形环相同汽车工程系41气环种类-梯形环 断面呈梯形随活塞侧压力方向变化，侧隙和径向间隙都发生变化，将环槽中的积炭挤出。故抗粘结性好，延长环的使

8、用寿命一般用于柴油机活塞第一道环缺点加工困难，精度要求高汽车工程系42气环种类-桶面环 桶面环的外圆为外凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构桶面环上下运动时，均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损与气缸呈圆弧接触，有利于密封，且对缸壁表面适应性好外凸圆弧表面加工较困难 汽车工程系43气环种类-顶岸环返回汽车工程系44油环功用刮油、布油、密封类型槽孔式槽孔撑簧式钢带组合式汽车工程系45油环类型-槽孔式返回 靠油环的弹力与缸壁贴合刮油。 上下刮油唇、中间集油槽和回油孔。 结构简单；加工容易；成本低。汽车工程系46油环类型-槽孔撑簧式返回增大了环与气缸壁的接触压力，使环的刮油能力和

9、耐久性有所提高。但成本较高。汽车工程系47油环类型-钢带组合式常用弹簧钢做成，接触应力大，刮油能力强撑簧不仅使刮片与气缸壁贴紧，而且还使刮片与环槽侧面贴紧。接触压力加大，增强了刮油能力，防止了上窜机油汽车工程系48活塞销（Piston pin）功用连接活塞和连杆、传递力工作条件高温、周期性冲击力、润滑条件差要求足够的刚度、强度、耐磨、质量轻材料低碳钢、低碳合金钢汽车工程系49活塞销偏置在许多高速发动机中，活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线12mm。活塞运动到上止点推力面换向时，先摆后靠，减轻敲击。汽车工程系50活塞销的连接全浮式与连杆小头和活塞上销孔均有相对转动。半浮式只在活塞销孔内转动。

10、汽车工程系51三、连杆组组成连杆体(连杆)连杆盖连杆螺栓连杆轴承返回汽车工程系52连杆功用连接活塞与曲轴，传递动力改变运动方式工作条件承受压缩、拉伸、弯曲的交变载荷要求足够的刚度、强度、质量轻材料中碳钢、中碳合金钢；稀土镁球墨铸铁；纤维增强铝合金；钛合金汽车工程系53连杆构造构造小头杆身大头分类平切口连杆斜切口连杆汽车工程系54连杆构造汽车工程系55连杆小头全浮式各装配面均不固定优点：活塞销磨损均匀形状取决于活塞销尺寸及其与小头的连接方式汽车工程系56连杆小头半浮式活塞销固定在连杆小头孔内无衬套和挡圈汽车工程系57连杆小头与楔形销座配合使用可以降低主要受力表面压强汽车工程系58连杆杆身汽车工程

11、系59连杆大头连杆大头做成剖分式，用连杆螺栓把连杆盖拧紧到杆身上平切口、斜切口方便拆卸时从气缸上端取出汽车工程系60连杆盖定位汽车工程系61汽车工程系62连杆螺栓（Connecting-rod bolt）载荷拉、压交变载荷要求：增加弹性精细加工过渡圆角非定位圆柱面直径小于螺纹内径材料优质合金钢汽车工程系63连杆轴瓦汽车工程系64V型发动机连杆V型发动机左右两个气缸的连杆安装在同一个曲柄销上并列连杆主副连杆叉形连杆返回汽车工程系65V型发动机连杆并列式主副式叉式汽车工程系66补充：钛连杆汽车用钛的首要因素是减重和提高性能，而从外观及符合所需标准等方面考虑也需要用钛来制作零部件。据资料介绍，每降低10的车重，废气排放量可减少10，燃料消耗节省7。因此，汽车的轻量化将起到节能、环保一举两得的功效，钛则是实现汽车减重的最理想金属。汽车（包括摩托车）是钛的一个新兴发展市场，但成本是一般汽车上使用钛材今后的课题。连杆：用钛合金制造连杆对发动机减重很有效，能大大提高性能。汽车上用钛量最多的国家是美国与日本。美国已生产出赛车用的钛制进气气门、排气气门、气门护圈、降连杆等部件。每年专用于汽车上的钛材达50吨