曲柄连杆机构 汽车构造课件

第三章曲柄连杆机构机体组活塞连杆组曲轴飞轮组概述

§3.1概述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、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用二、组成多缸发动机的曲柄连杆机构演示

三、工作条件承受机械载荷：1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力2、汽车行驶中产生的冲击力。§3.2机体组机体组组成：曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳一、气缸体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——曲轴箱一汽奥迪100汽车发动机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低于曲轴的旋转中心气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为2、气缸体分类一般式龙门式隧道式名称性能应用一般式机体高度小、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。捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车隧道式结构紧凑、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。性能与应用比较（2）根据冷却方式不同分：水冷、风冷散热片冷却水风冷气缸体和气缸盖（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。对置气缸式发动机（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体1、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。2、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。（5）干式气缸套和湿式气缸套名称特点示意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。二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用：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。1、气缸盖气缸垫：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。气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞2、气缸盖罩和气缸垫3、燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程短、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汽油机燃烧室形状燃烧室名称特点示意图应用多球形结构紧凑、火焰传播距离短、气门直径大，能产生挤气涡流TJ376Q蓬形多用于高性能轿车发动机奔驰320三、油底壳1、概念：贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、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久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损3、材料：薄钢板冲压

桑塔纳发动机油底壳四、气缸垫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§3.3活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖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，使之变形，破坏配合联结。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

D耐热的活塞顶及弹性的活塞裙

E活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、活塞（1）活塞顶部

功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。4、结构

顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，制作较厚。

裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。

（1）活塞顶部结构简单、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。（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽可镶嵌耐热护圈油环槽工作条件最恶劣，设置隔热槽可以减少一道环热量 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：活塞销孔（3）活塞裙部位置：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）活塞裙部裙部裙部表面的保护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。活塞裙部的椭圆变形演示（1）预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。

4、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结构措施：（2）预先做成椭圆形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。活塞形状工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。活塞上小下大。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桶形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。拖鞋式（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽开槽活塞（汽油机）恒范活塞：在活塞销座处镶恒范钢片，牵制销轴方向的热膨胀。自动补偿活塞：将普通碳素钢片铸在销座处铝合金内侧，限制裙部的热膨胀。绝热槽膨胀槽圆槽（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。6、活塞在工作时的保护措施（1）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。（2）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，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。（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（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。一般两道密封不良；启动困难，功率下降，机油消耗增加，活塞环温度高损坏要求；耐磨、导热、耐热、冲击韧性、弹性、强度开口形状：直开口、阶梯形开口、斜开口切口0.25~0.8mm气环气环的密封原理：第一密封面：环的外圆与汽缸壁第二密封面：环的下侧与与环槽下侧面端隙适量将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。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；磨合性差，有“泵油作用”（桑塔娜JV第一道）扭曲环断面不对称，受力不平衡，活塞环扭曲，消除“泵油作用”。做功行程同矩形环。内园上边或外园下边切掉为正扭曲环；内园下边切掉为反扭曲环（捷达EA827、切诺机2.4、依维柯第一、二道）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。传热性差，不做第一道环。记号向上（TJ376、富康TU第二道）梯形环抗粘结性好，经常用做柴油机（奔驰）第一道气环桶面环外圆为凸圆弧形，密封性、磨合性、适应性好，减轻磨损（CA488、TJ376、富康TU第一道）（2）油环

作用：刮油、涂油种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片油环的刮油作用油环的刮油作用（三）活塞销作用：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。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。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。连杆活塞销全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。半浮式：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。（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小头杆身连杆大头连杆轴瓦连杆大头的连接形式平分式斜分式汽油机经常采用平分式，斜分式用于柴油机。安装时注意定位。连杆大头孔在连杆体与连杆盖组合之后镗削，同一侧有记号，不可调换；连杆螺栓需用规定扭矩用扭力扳手分几次拧紧。V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式连杆相同，通用。增加了发动机长度一列汽缸主，一列汽缸副，运动不同。发动机短运动规律同，发动机短；制造困难§3.4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：前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐：由一个连杆轴颈（曲柄销）和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄

3、结构：前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄曲轴的结构曲拐：由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成直列发动机曲拐数等于汽缸数；V型发动机曲拐数等于汽缸数一半4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。5、分类：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以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）6、组成：（1）主轴颈曲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机均采用。全支承：非全支承：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。——用于支撑曲轴。曲轴的支承方式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。直列：主轴颈数为汽缸数加一；V型：汽缸数一半加一（2）连杆轴颈（3）曲柄——曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈（4）平衡块平衡离心力偶减轻或消除弯曲变形部分中空兼作油道安装连杆大头中空连杆轴径平衡重曲柄（5）前端轴和后端轴前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1.2止推轴承3.止推片4.正时齿轮5.甩油盘6.油封7.皮带轮8.起动爪曲轴的前端7两止推轴承白金合面相背曲轴向前移动，后止推轴承与曲轴臂端面摩擦；轴向后移动，前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。4186325后端轴：安装飞轮前后端轴都设有防漏装置：挡油盘、回油螺纹、油封等。曲轴后端回油螺纹（6）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轴承来实现的（翻边轴瓦）。主轴颈止推垫片止推垫片连杆轴颈主轴承盖桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组三、曲拐的布置1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。2）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。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸机：1-5-3-6-2-4；

3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。（1）一般规律（2）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其发火间隔角为：四行程：720°/i

二行程：360°/i①四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。曲轴转角（度）

一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排进压排进压排进压排进压1↓3↓4↓2四缸四行程发动机的曲拐布置②直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置曲轴转角（度）601201802403003604204805406006607200～180180～360360～540540～720一缸二缸三缸四缸五缸六缸排进压进压排进压排进压排进压排进压排发火顺序：1-5-3-6-2-4功功功功功功六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（红旗轿车SV100型发动机）1-8-4-3-6-5-7-2四、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等临界转速：发生共振时的转速四、曲轴扭转减振器作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转动平稳，可靠工作。种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。

橡胶式摩擦片式硅油式（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。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