第2讲 曲柄连杆机构

第2章曲柄连杆机构2.1概述2.1.1功用与组成把燃气作用在活塞顶的力转变为曲轴的转矩。1）机体组：曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。2）活塞连杆组：承受气体压力：传递推动力。3）曲轴飞轮组：承受推动力，转变为扭矩向外输出，并储能。

曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。功用：活塞的往复运动－－曲轴的旋转运动，活塞上的力－－曲轴对外输出的转矩以驱动汽车车轮转动组成：活塞连杆组和曲轴飞轮组的零件。

1河西学院机电系

机电系2河西学院机电系

机电系2.1.2受力分析1、气体作用力3河西学院机电系

机电系2、往复惯性力和离心力（1）往复惯性力与活塞、活塞销、连杆小头质量及曲轴转速有关；（2）离心力与曲柄半径、旋转部分质量及曲轴转速有关。3、摩擦力4河西学院机电系

机电系2.2机体组功用及组成主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。5河西学院机电系

机电系2.2.1气缸体1）曲轴箱－－气缸体的结构形式a平底式（一般式）：机体的底平面与曲轴轴线齐平b龙门式：底平面下沉到曲轴轴线以下的机体，由于高度增加，其弯曲刚度和扭转刚度均比平底式机体有显著提高，与油底壳的密封也较简单。c隧道式：主轴承孔不剖分的机体结构。刚度大，主轴承孔的同轴度好，但是由于大直径滚动轴承的圆周速度不能很大，且滚动轴承较贵，因此限制了隧道式机体在高速发动机上的应用。6河西学院机电系

机电系2）气缸排列形式直列式、V型、对置式7河西学院机电系

机电系3）气缸套形式气缸内表面：受高温高压燃气作用、与高速运动的活塞接触、易磨损为提高耐磨性、延长气缸的寿命：不同的气缸结构和表面处理方法无缸套、干缸套、湿缸套

无缸套机体：

合金铸铁，内表面珩磨铝合金，多孔镀铬8河西学院机电系

机电系干气缸套式机体是在一般灰铸铁机体的气缸套座孔内压入或装入干式气缸套，气缸套不与冷却液接触。干式气缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的形位精度和便于拆装。9河西学院机电系

机电系－湿式气缸套：气缸套外壁与冷却液直接接触。用合金铸铁制造的湿式气缸套的壁厚一般为5～8mm。－A，B，C。湿式气缸套下部用1～3道耐热耐油的橡胶密封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式气缸套上部的密封是利用气缸套装入机体后，气缸套顶面高出机体顶面0.05～0.15mm。10河西学院机电系

机电系2.2.3气缸盖、气缸衬垫和气门室罩盖（1）作用及组成－封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。－要求有高强度、刚度。冷却，－材料：优质灰铸铁、合金铸铁、铝合金－结构：箱形，对顶置式发动机，一般应有进、排气门座，气门导管、冷却水套、火花塞或喷油泵安装孔等。11河西学院机电系

机电系12河西学院机电系

机电系1.气缸盖

单体气缸盖：只覆盖一个气缸，>140mm分块气缸盖：覆盖两个以上气缸整体气缸盖：覆盖所有的一列气缸，小直径<105，小缸数<613河西学院机电系

机电系2.燃烧室：当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。

对燃烧室的要求：a结构尽可能紧凑，冷却面积小；b压缩终了气体具有一定涡流运动，提高燃烧速度；c增大进气门面积。14河西学院机电系

机电系汽油机燃烧室种类：

楔形：充气效率高，燃烧速度快，动力性和经济性好，但工作粗暴。

浴盆形：结构简单，进气阻力大。

半球形：充气效率高，散热损失小。

蓬形：与半球形相仿，高速性好。

多球形：结构紧凑，气道平直，可产生挤气涡流。15河西学院机电系

机电系气缸盖冷却气缸盖的冷却水套与气缸体冷却水套相通，利用循环水冷却燃烧室等高温部分。3.气缸衬垫保持气缸密封不漏气，保证机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。（1）工作条件：高温、高压、一定的腐蚀。（2）要求：足够强度；耐热耐腐蚀；具有一定弹性；拆装方便。（3）种类：a金属－石棉衬垫：使用多（石棉包铜皮，扎孔钢板覆粘接剂石棉，孔包边）b金属－复合材料衬垫：钢板粘覆复合材料，孔不锈钢包边c全金属衬垫：铝，橡胶环密封孔16河西学院机电系

机电系17河西学院机电系

机电系2.2.3油底壳（薄钢板制）（1）作用：储存机油并封闭曲轴箱（2）特点：a局部做的较深；b内设挡板；c下设放油塞。18河西学院机电系

机电系2.2.4发动机支承（1）形式：三点或四点支承（2）特点：支承必须是弹性19河西学院机电系

机电系20河西学院机电系

机电系小结发动机工作时，机体承受很大的机械负荷与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。应力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。机体材料

高强度灰铸铁铝合金铸造21河西学院机电系

机电系2.3

活塞连杆组活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等。

2.3.1活塞

（1）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。（2）工作条件：高压，高温、高速。

要求：具有一定强度和刚度，质量小；冷却；热膨胀系数小；导热性好；耐磨性好。（3）材料：广泛采用铝合金22河西学院机电系

机电系构造：活塞包括顶部、头部和裙部23河西学院机电系

机电系a顶部顶部形状与选用的燃烧室形式、压缩比有关。24河西学院机电系

机电系b头部：－活塞环槽以上的部分。－上气环、下气环、油环，－槽作用：承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶吸收的热量通过环传到气缸壁。25河西学院机电系

机电系活塞环槽－－耐热护圈26河西学院机电系

机电系c裙部：－油环槽下端面至活塞底面的部分。为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。－由于活塞裙部在受热后会产生变形，因此，为保证活塞与气缸壁之间适当的间隙，活塞裙部在冷态下具有一定的形状，椭圆裙，N为侧向力。－上小下大－另一方面，为减小裙部的热变形，可采取一些措施。27河西学院机电系

机电系28河西学院机电系

机电系在现代汽车发动机上,活塞广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部。半拖鞋式裙部拖鞋式裙部优点：①质量轻，比全裙式活塞轻10％～20％，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。

②裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。

③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉29河西学院机电系

机电系-为减少敲缸，活塞销座轴线向在作功行程中受侧压力的一面偏1－2mm。30河西学院机电系

机电系为减小活塞头部和顶部的热负荷，对活塞可进行油冷却。主要有自由喷射冷却、振荡冷却法和强制冷却法。31河西学院机电系

机电系2.3.2活塞环:

活塞环包括气环和油环。活塞环的结构：活塞环的工作条件是高温、高压、高速和交变应力。材料：耐磨、耐热、导热、韧性、强度－球墨铸铁、合金铸铁、钢带。32河西学院机电系

机电系（1）气环A作用：密封和传热B密封原理：在环的弹力和燃气压力的作用下，使燃气不能通过环与缸壁接触面及环与槽的接触面窜到曲轴箱。33河西学院机电系

机电系C开口形状：直开口、阶梯形和斜开口34河西学院机电系

机电系35河西学院机电系

机电系D断面形状：36河西学院机电系

机电系37河西学院机电系

机电系矩形环：工艺和导热性好，但会产生泵油现象；38河西学院机电系

机电系锥面环，磨合性好，泵油作用小，但传热差；39河西学院机电系

机电系扭曲环，不泵油，易磨合，广泛应用；40河西学院机电系

机电系梯形环，可将环槽中杂质挤出，抗粘结性好，用于柴油机，第一道活塞环；41河西学院机电系

机电系桶面环，密封好，但工艺复杂；42河西学院机电系

机电系顶岸环，密封性好。43河西学院机电系

机电系（2）油环A作用：刮油－靠自身弹力－环形集油槽，刮油唇－回油孔

44河西学院机电系

机电系B类型：槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合45河西学院机电系

机电系46河西学院机电系

机电系47河西学院机电系

机电系（3）活塞环组合依各环的特点，从提高密封性、刮油能力和润滑性角度出发，可选择不同的组合方式。2.3.3活塞销

用于连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的气体作用力传给连杆。要有足够强度、刚度和耐磨性，质量要轻。一般用低碳钢或低碳合金钢制造。内孔形状有圆柱形、两段截锥形、组合形。48河西学院机电系

机电系2.3.4连杆（1）作用：将活塞承受的力传给曲轴。（2）受力：承受压缩、拉伸和弯曲等的交变载荷，要求足够强度、刚度，质量小。一般用中碳钢或合金钢模锻而成。（3）构造：一般由连杆衬套、连杆小头、杆身、连杆大头、连杆轴瓦、连杆盖和螺栓组成。49河西学院机电系

机电系A连杆小头与活塞销连接，有全浮和半浮两种连接方式。50河西学院机电系

机电系51河西学院机电系

机电系B杆身做成工字形，有些加工有油道。52河西学院机电系

机电系C连杆大头与曲轴的曲柄销连接。53河西学院机电系

机电系一般做成剖分式的：平切口和斜切口。两种切口方式有不同的定位。54河西学院机电系

机电系D连杆轴瓦是装在连杆大头的分成两半的滑动轴承。一般厚1－3mm。轴瓦背面冲出凸台，以防止轴向移动或转动。有些内表面加工油槽。55河西学院机电系

机电系4、曲轴的止推轴承

用于保证曲轴的轴向定位。（1）翻边轴瓦

56河西学院机电系

机电系（2）半圆环止推片

57河西学院机电系

机电系（3）止推轴承环58河西学院机电系

机电系EV型发动机连杆左右两列气缸连杆支于同一个曲柄销上。

a并列连杆式：可通用，活塞运动规律相同，但增加发动机长度；

b主副连杆式：不能互换，运动规律及受力不同。

c叉形连杆：运动规律相同，但刚度不高，工艺复杂。59河西学院机电系

机电系2.4曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮及其他不同作用的零件和附件组成。60河西学院机电系

机电系2.4.1曲轴（1）作用：曲轴承受连杆传来的力，从而产生绕其本身轴线的力矩工作条件：承受周期性的弯曲和扭转载荷。要求：足够的抗弯、抗扭、疲劳强度，足够刚度；耐磨、质量小材料：一般用中碳钢或中碳合金钢模锻；球墨铸铁。（2）构造曲轴由曲柄销、曲柄臂及主轴颈构成的单元曲拐组成。61河西学院机电系

机电系62河西学院机电系

机电系A、按曲拐连接方式：整体式和组合式63河西学院机电系

机电系64河西学院机电系

机电系B、按支承方式：全支承和非全支承65河西学院机电系

机电系（3）润滑性：对实心结构，其润滑靠内部油道，对空心，靠其中油管。66河西学院机电系

机电系（4）曲拐的布置：取决于气缸数、气缸排列形式、发动机工作顺序在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点：1)应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象。各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次。对于气缸数为i

的四冲程发动机，其发火间隔角应为720°/i，即曲轴每转720°/i时，就有一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。4)V型发动机左右两列气缸应交替发火。

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机电系3、工作循环中活塞往复运动的行程数：四冲程、二冲程68河西学院机电系

机电系发动机曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序69河西学院机电系

机电系70河西学院机电系

机电系71河西学院机电