第二章曲柄连杆机构

第二章曲柄连杆机构主要内容二、机体组

三、活塞连杆组四、曲轴飞轮组一、概述

一、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、曲柄连杆机构的功用2、组成（1）机体组主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸垫等不动件。（2）活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。（3）曲轴飞轮组

主要包括曲轴、飞轮等。一、概述多缸发动机的曲柄连杆机构演示

机体组曲轴飞轮组活塞连杆组1、机体组组成：二、机体组

气缸体与曲轴箱气缸与气缸套气缸盖与气缸垫曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩（1）气缸体

气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动部件相互之间的准确位置关系。a）作用b）构造上部：气缸下部：上曲轴箱内部：冷却水道、润滑油道二、机体组

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按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为c)气缸体分类一般式龙门式隧道式二、机体组

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：二、机体组

根据冷却方式不同分：水冷、风冷散热片冷却水二、机体组

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，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。二、机体组

(2)气缸套a、原因：整体式气缸虽然强度和刚度好，但对材料要求高，成本高。采用气缸套可以降低了制造成本，延长气缸使用。b、分类：干式气缸套和湿式气缸套二、机体组

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。(3)气缸盖3）气缸盖的形式分开式：（一缸一盖、二缸一盖、三缸一盖等）用于缸径较大的发动机。整体式：多用于缸径较小、缸盖负荷较轻的发动机。1）气缸盖功能密封气缸上部，与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。2）气缸盖材料二、机体组

灰铸铁或合金铸铁，铝合金气缸盖罩气缸盖气缸垫：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。a、顶置气门式汽油机燃烧室4）燃烧室:

汽油机燃烧室、柴油机燃烧室二、机体组

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、散热面积大、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、结构简单、不够紧凑、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪汽油机燃烧室比较与应用二、机体组

b、侧置气门式汽油机燃烧室L型T型二、机体组

c、柴油机燃烧室直接喷射式燃烧室二、机体组

分隔式燃烧室二、机体组

（4）汽缸垫与油底壳1）汽缸垫 功用：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）油底壳（下曲轴箱） 功用：密封上曲轴箱，储存润滑油。二、机体组

三、活塞连杆组1、活塞2、活塞环3、活塞销4、连杆5、连杆轴承1、活塞（1）功用活塞顶与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，承受气缸中气体压力并通过活塞销和连杆将压力传给曲轴。（2）活塞结构

三、活塞连杆组顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，起导热、密封的作用，制作较厚。

裙部：为活塞在气缸内作往复运动导向，并承受侧压力凹坑的形状、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。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。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。a、活塞顶部汽油机多采用平顶、有些采用凹顶;柴油机多采用各种各样的凹坑.三、活塞连杆组b、活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。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：头部三、活塞连杆组环槽环槽护圈可保护和加强铝合金活塞环槽隔热槽(有时)

使部分热流转向二、三环主要结构气环油环热负荷较高发动机采用三、活塞连杆组c、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。裙部三、活塞连杆组3）活塞工作环境：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。4）活塞材料：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三、活塞连杆组气环：密封、导热，兼起刮油和布油的辅助作用通常每个活塞装有2～3道气环油环：刮油、布油，兼起密封作用三、活塞连杆组2、活塞环：是具有弹性的开口环，分为气环和油环。通常每个活塞1～2道油环

（1）气环的切口形状

三、活塞连杆组（2）气环的断面形状

为了提高压强和密封，加速磨合，减小泵油和改善润滑（布油和刮油），除合理选择材料及加工工艺外，在构造上出现了许多不同断面形状的气环，常见的有如下几种：三、活塞连杆组矩形环锥形环扭曲环梯形环桶形环

（3）气环的密封原理：三、活塞连杆组气环可能漏气的通道有三条：环面与气缸壁间；环与环槽的侧面间；开口间隙处。前两处是可以密封的。

活塞环在自由状态下，其外圆直径略大于缸径，所以装入气缸后，环就产生一定的弹力与缸壁压紧，形成了第一密封面。由于活塞头部与缸壁间有间隙，活塞环还有侧隙和背隙，气缸内未被密封的气体不能通过第一密封面下窜，便窜入侧隙和背隙，把环压到环槽端面形成第二密封面。

将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。（4）气环（矩形环）的泵油原理：三、活塞连杆组当活塞带着活塞环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下来的润滑油充入环槽下方；当活塞又带动活塞环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽的上方，如此反复运动，就将润滑油泵到活塞顶。（5）油环

作用：油环用来刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油膜，这样既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。此外，油环也起到封气的辅助作用。通常每个活塞1～2道油环。三、活塞连杆组分类：油环分为普通式与组合式两种。

油环的刮油作用

三、活塞连杆组活塞向下运动刮油活塞向上运动布油3、活塞销

（1）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。（2）材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。（3）结构：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。三、活塞连杆组连杆活塞销全浮式：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（4）形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。三、活塞连杆组4、连杆2）组成：

连杆小头、杆身和大头1）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。连杆组件分解图三、活塞连杆组3）连杆大头的连接形式平切式斜切式三、活塞连杆组4）V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式三、活塞连杆组曲轴飞轮组分解图四、曲轴飞轮组1、曲轴飞轮组的组成曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。四、曲轴飞轮组起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴2、功用：将做功冲程把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出；在其他冲程，靠惯性经过连杆推动各缸活塞进行进气、压缩、排气，并驱动配气机构和其他附属装置。四、曲轴飞轮组曲轴飞轮曲拐：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3、曲轴四、曲轴飞轮组

曲轴的功用是把活塞的往复运动变为旋转运动，对外输出功率并用来驱动发动机各辅助系统工作。曲轴实物图四、曲轴飞轮组1）材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。2）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）3）曲轴的结构（1）主轴颈——用于支撑曲轴。四、曲轴飞轮组主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴颈全支承：非全支承：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。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。四、曲轴飞轮组按主轴颈的数目全支承曲轴非全支承曲轴（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块曲柄四、曲轴飞轮组4)曲拐的布置a、各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。b、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；c、V型发动机左右气缸尽量交替作功。d、曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。（1）一般规律四、曲轴飞轮组曲拐（2）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其点火顺序为：四缸机—720°/4

六缸机—720°/6①四缸四行程发动机的点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、曲轴飞轮组发火间隔角：四缸四行程发动机的曲拐布置四、曲轴飞轮组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