第2章-曲柄连杆机构

汽车拖拉机学2009年8月第2章曲柄连杆机构张黎骅AUTOMOBILEANDTRACTOR主要内容§2.1机体组§2.2活塞连杆组§2.3曲轴飞轮组§2.4曲柄连杆机构受力分析与平衡§2.5小结第2章曲柄连杆机构一、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。1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组二、组成承受机械载荷：1、气体压力、往复惯性力、离心力、摩擦力2、汽车行驶中产生的冲击力。以上各种力，使曲柄连杆机构和机体的各零件承受了不同形式的载荷，为保证工作可靠，需要采取相应结构措施。三、工作条件曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳§2.1机体组机体组组成1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体—曲轴箱。气缸体的工作特点：高温、高压、高速运动摩擦。气缸体的结构特点：足够的强度和刚度，高精度内表面。奥迪100汽车发动机气缸体气缸体曲轴箱一、气缸体（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同名称性能应用一般式（平分式）机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。捷达、富康、桑塔纳隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴油机上。油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。2、分类散热片2.风冷式气缸体1.水冷式气缸体水道（2）根据冷却方式不同（3）根据气缸的排列方式结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。轿车中应用不多3.对置式气缸体1.直列式气缸体2.V型气缸体a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型构造性能及应用整体式气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。（4）整体式和镶嵌式气缸体名称特点零件图干缸套外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。湿缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。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。性能如何？（5）干缸套和湿缸套气缸垫气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞三、气缸盖功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。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。上置式凸轮轴铝合金与铸铁相比有何优越性？导热性好、利于提高压缩比，适用与高速高强化汽油机三、气缸盖名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪燃烧室的要求？四、燃烧室1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。2、材料：有弹性、耐热性、耐压性3、安装时注意方向五、气缸垫为了保证整个气缸盖平面均匀压紧，紧固气缸盖螺栓时，必须使用扭矩扳手按规定顺序，分2～3次拧紧到规定扭矩。拆卸气缸盖时，松开气缸盖螺栓的顺序与紧固顺序相反，分2～3次完成。注意不要在热车时拆卸气缸盖，以免气缸盖变形翘曲。汽缸盖的安装与拆卸490Q柴油机缸盖螺钉拧紧力矩为140~150N.m。气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖§2.2活塞连杆组1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600~700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/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。3、材料：铝合金，质量小、导热性好；灰铸铁活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力（一）活塞功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。4、结构（1）活塞顶部形状示意图平顶凸顶凹顶结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。活塞顶分类位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。作用1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。2、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。活塞销孔（2）活塞头部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：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。（3）活塞裙部--活塞裙部制成椭圆形，短轴在销座轴方向。--上小下大的圆锥形形状。销座方向裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形工作时向里变形锥形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。（4）活塞裙部形状(1)侧压力作用(2)汽缸气体压力作用(3)受热膨胀活塞裙部的变形规律和原因分析--活塞裙部沿圆周方向变形不均匀，形成椭圆形，长轴轴在销座轴方向。--活塞裙部沿轴向方向变形不均匀，形成上大下小的圆锥形。缸壁间隙：活塞裙部与气缸套的最大间隙。间隙过大，会造成发动机敲缸；间隙过小，会造成发动机拉缸，甚至抱缸。上小下大的圆锥形拖板式活塞开槽活塞（汽油机）绝热槽膨胀槽圆槽双金属活塞活塞销偏置活塞销对中布置活塞销偏移布置1）镀锡油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油机）易脆断可加速磨合，自润滑。3）表面粗糙化有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。裙部表面的保护（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里切口气环（1）气环作用：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。开口间隙侧隙背隙活塞环间隙1.端间隙（开口间隙）端间隙过小，活塞环易卡死，从而加速与缸壁的磨损，甚至使环折断或刮伤缸壁;端间隙过大，易漏气和上窜机油。活塞环在正确的汽缸内的安装位置上，其切口处保留的间隙，称为端间隙。其大小与缸径、顺序有关。一般为0.25~0.3mm。活塞环装入活塞环槽时，活塞环与环槽之间的间隙，称为侧间隙。一般为0.04~0.15mm。侧间隙过小，活塞环会因受热膨胀而卡死在环槽中，使环失去弹性，不起密封与刮油作用；侧间隙过大，密封性不好，环与环槽撞击严重而加速磨损，对于气环还会加剧“泵油作用”。2.侧间隙活塞环装入活塞环槽时，活塞环背面与环槽之间的间隙，称为背隙。(一般为0.5~1mm)。为了测量方便，维修中以环的厚度与环槽的深度差来表示背隙。3.背隙第一密封面第二密封面气体作用力气体作用力惯性力自身弹力摩擦力活塞环的密封原理第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密封面作用；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；第一密封面（自身弹力）第二密封面（惯性力、摩擦力、气体作用力）第二次密封（高压气体作用）靠活塞环弹簧力产生的密封（第一密封面）是第二次密封的前提。错口安装活塞环的密封原理活塞环的密封原理气环的泵油作用演示气环断面形状形状特点示意图矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应用面广；但有泵油作用扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小泵油作用，减轻磨损锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封；可形成油膜改善润滑，但导热性差，不适用第一道环梯形环可将沉积在环中的结胶挤出，避免环折断，且密封性较好；但加工困难，精度要求高桶面环上下均可形成油膜，且对活塞的摆动适应性好，接触面小，利于密封，但外圆为凸圆弧形，加工困难种类普通油环组合式油环示意图特点结构简单，易加工，成本低与汽缸壁接触压力高，适应性好，刮油效果强，但成本高刮油片轴向衬环径向衬环刮油片回油孔（2）油环油环的刮油作用（三）活塞销构造：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。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。连杆活塞销全浮式半浮式全浮连接的特点：活塞销能在连杆小头、销座孔中自由转动，三者间可相对运动，减少了磨损并使磨损均匀活塞销的连接方式（四）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。连杆组件分解图连杆的结构小头：内有青铜衬套杆身：一般为“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻大头：与曲轴相连，做成“分开式”。平切口与杆身轴线垂直，斜切口与杆身轴线成30-60°夹角。切口的定位方式：平切口：螺栓定位斜切口：四种定位方式装配记号：面向发动机前方V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式连杆轴瓦定位凸键油槽润滑减磨合金层§2.4曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴二、曲轴1、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。2、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。3、结构曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲柄4、曲轴的支承方式概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。种类优点缺点应用全支承曲轴提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长应用较广泛，柴油机一般多采用此种支撑方式非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小主轴承载荷较大承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式5、曲轴的润滑润滑方式：压力润滑相应结构：曲柄销和主轴颈的空心结构主轴颈、曲柄销和轴瓦上的油道油道6、平衡重平衡重的作用：平衡离心惯性力和力矩，使发动机运转平稳，减小轴承载荷。平衡重的位置：曲柄的反方向上（或其背面）平衡重的类型：整体式、装配式

密封圈（sealingring)

曲轴(crankshaft)止推片（thrustbearing)缸体(cylinderblock)

皮带轮（pulley)

正时齿轮（timinggear)启动爪甩油盘7、曲轴的前端的密封飞轮曲轴回油螺纹石棉油封缸体主轴瓦盖8、曲轴后端的密封9、曲轴的轴向定位防止曲轴的轴向窜动，采用止推装置进行轴向定位。类型：翻边轴瓦：轴瓦两侧各翻出一侧面立边，来挡住曲轴的轴向移动。但工艺复杂，成本高，很少采用。止推片：半环状钢片，装在主轴承盖槽内。止推钢环：用于曲轴第一道主轴颈（自由端）1）相邻作功的两缸相距尽可能远；2）作功间隔角相等，即曲轴每转720／i;3)曲轴的自身平衡。4)V型发动机左右气缸尽量交替作功。曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排列形式和发动机的点火顺序。10.曲轴曲拐的布置（2）常见曲轴曲拐的布置1）四冲程四缸发动机曲拐布置四个曲拐在同一平面内，点火间隔：180°2）四冲程四缸发动机点火顺序点火顺序：各缸完成同名行程的次序。另一发火次序：1-2-4-33）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置4）四冲程六缸发动机点火顺序四、曲轴扭转减振器（一）扭转振动自由扭转振动

强迫扭转振动共振功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声、磨损严重等临界转速：发生共振时的转速（二）扭转减振器皮带盘惯性盘橡胶垫减振器圆盘皮带轮毂曲轴前端功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。安装：扭转振动较大的曲轴自由端当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。橡胶摩擦式扭转减振器四、飞轮（1）功用：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，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。（2）构