内燃机曲柄连杆

内燃机曲柄连杆第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第一节固定件包括：

气缸盖罩

气缸盖

气缸垫

气缸体

密封垫

油底壳第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日一气缸体是内燃机的主体，是装配其他零部件和附件的支承架，整个是一铸件受力情况复杂要求：强度、结构紧凑、刚性材料：优质灰铸铁（常用），

也有铝合金结构方面：内有冷却水套：用以充水的空间，

气缸体和气缸盖的水套是互

相连通的。润滑油道其他孔道第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日曲轴箱：气缸体下面用来安装曲轴的空间部位。分为上、下部分：上曲轴箱：与气缸体铸成整体（又称机体）下曲轴箱：又分为干式：箱内不储存机油，机油经回油管流回机油箱湿式：箱内储存有机油机体的结构型式水冷风冷：气缸体与曲轴箱分开制造第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日机体的结构型式

（水冷）主要特点应用龙门式

（拱桥式）曲轴箱剖分平面大大低于曲轴中心线，刚度大柴油机，有的汽油机隧道式

（整体式）主轴承孔不分开，结构的刚度高小型单、双缸发动机一般式（平分式）曲轴箱剖分面与主轴承剖分面基本重合，质量轻、刚度差轻型车用汽油机第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日气缸与气缸套燃烧室由？、？、？构成。两种气缸内壁直接在机体上的镗孔作为内壁：负荷较小、缸径不大的汽油机。气缸内壁最大的问题是：磨损，→大修机体内装气缸套：柴油机和强度较高的汽油机机体材料成本低，气缸套用耐磨材料第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日气缸套。可分为：干式：不与冷却水直接接触，

优点、缺点，多用于汽油机湿式：与冷却水接触

优点、缺点，多用于柴油机，材料：高磷铸铁热处理：为了提高耐磨性，主要方法第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日二气缸盖功用：封闭气缸上部，

与？、？构成燃烧室。其上可能装有：进排气门、

气门摇臂、喷油器或火花塞结构上：冷却水套、气门座孔、螺栓孔柴油机：涡流室或预燃室汽油机：燃烧室材料：优质灰铸铁，也有铝合金结构型式：单体缸盖、块状缸盖、整体缸盖(比较优缺点)螺栓的拧紧：由中央向四周均匀交替地逐次进行第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日气缸盖与气缸体的分界第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日三气缸垫作用：装于缸体和缸盖之间，用以保证气缸体和气缸盖间的密封，使发动机不漏气、不漏水、不漏油结构：金属-石棉缸垫塑性金属衬垫第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日四油底壳作用储存润滑油，并密封曲轴箱加工一般用薄钢板压冲压制成也有用铸铁或铝合金铸成的结构放油塞稳油板有的外面设有散热片第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日五发动机的支承弹性地支承在车架上三点支承四点支承：对容易发生较大变形的工程机械底盘不宜采用。★内燃机冷却方式：风冷：用空气来冷却。在缸体缸盖表面铸有许多散热片以增加散热面积，保障散热充分。水冷：用水来冷却。在气缸周围和气缸盖中设有充水的空腔，用管道互通，称为水套/道。第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第二节活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆将活塞的往复直线运动转变为旋转运动第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日一活塞功用：承受燃气的压力，并经过连杆将力传给曲轴工作条件：高温、高压、高速，润滑差，腐蚀要求要有足够的强度和刚度要有足够的耐热性轻的质量，以减少往复惯性力表面耐磨材料铸铁：耐磨、强度高，热膨胀系数小，成本低。缺点：质量大，导热性差铝合金：质量轻而导热性好，中小型高速内燃机中应用广泛。缺点是热膨胀大。第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日活塞的结构顶部汽油机：平顶柴油机：特殊形状的燃烧室(各种凹坑，详见第八章)头部：壁加厚，切有活塞环槽上面为气环槽最下面1～2道为油环槽，槽底面钻有许多小孔(作用：油环从气缸壁刮下多余的润滑油从小孔流回曲轴箱)有的还有隔热槽(图3-12)、环槽护圈(图3-13)。裙部：最低一道环以下的部分。作用：为活塞导向并将活塞的侧向力传给气缸壁。其长度依侧向力大小而定。销座：用以安装活塞销第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日活塞裙部的变形热变形：销座附近金属较厚，热膨胀大力变形：气体压力，侧向力

使裙部直径沿活塞销轴线方向增大，成椭圆形第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日铝活塞结构措施（防热变形）上小下大的阶梯形或锥形活塞裙部制成椭圆形因裙部受热变成椭圆形(销座轴线方向变大)，所以预先将裙部制成椭圆形(销座轴线方向为短轴)，则工作时近似为圆形裙部切槽（汽油机）横槽：隔热槽，开在销座两边，兼作油环的泄油通道。纵向直槽：一道或两道，使裙部有一定弹性，冷态时间隙尽可能小，热态时活塞又不在气缸中滞住，又称补偿槽安装时应使纵槽朝向作功行程时不受侧向力的一边槽的交点或终点处开圆孔，避免应力集中柴油机一般不开槽：强度和刚度要求高在活塞中镶铸膨胀系数小的钢片，牵制裙部的热膨胀活塞与气缸壁间的间隙过小：在工作中可能出现活塞在气缸中滞住或刮伤气缸壁的现象（拉缸）过大：冷车起动时活塞会敲击气缸，还会漏气和窜机油第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日二活塞环是开口环，有弹性，自由状态时其直径大于缸径，装入气缸后产生弹力压紧在缸壁上。分：上端是气环下端1～2道是油环功用：气环：1）密封；2）传热（散热）油环：刮油、布油（刮去气缸壁上多余的润滑油，并使缸壁上的油膜分布均匀，辅助密封）材料：优质灰铸铁或合金铸铁第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日结构：开口的圆环端隙(开口间隙)：装入后开口处留有的间隙，防止活塞环受热膨胀时卡死在气缸中安装时各环的开口处要互相错开(180或120度)侧隙(边隙)：高度方向上的间隙封气原理气环外圆表面与气缸壁紧紧贴合：本身

的弹力、膨胀行程时形成的活塞环背压，

少量气体在环的切口处通过。各环错开，形成“迷宫式”的封气结构断面形状(图3-21)第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日油环的作用气环的泵油作用结果：润滑油被泵入燃烧室危害：积碳，火花塞沾油不能燃烧或喷油器孔堵塞因此：要装有油环，当活塞往复运动时，将气缸壁多余的润滑油刮下，经油环上的排油孔和活塞上的回油孔流回曲轴箱。普通油环（图3-24）钢片组合油环（图3-25）目前较多内燃机采用二道气环和一道油环的三环结构第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日三活塞销作用：连接活塞和连杆小头，……传力给连杆空心圆柱体结构，以使质量轻材料：低碳钢（20钢或合金钢）；浮式安装法：发动机工作时，销在联杆小头及活塞销座中能自由转动→磨损均匀冷态时，销在座孔中为过盈配合；装配时先将铝活塞加热后装入第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日四连杆功用：连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，把活塞的往复直线运动转为曲轴的旋转运动材料：优质中碳钢或合金钢，模锻结构连杆小头：安装活塞销，青铜衬套作减摩轴承连杆杆身：连接大、小头，一般为“工”字形断面连杆大头：安装在曲轴曲柄销上，一般为可分的第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日连杆大头的剖分形式平切口斜切口连杆螺栓连杆轴承大头一般采用分开式滑动轴承（即轴瓦）第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日四曲轴飞轮组组成：曲轴、飞轮及其辅助零件作用：承受连杆传来的力，生成转矩，通过飞轮对外输出功率和带动发动机其他辅件工作。第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日一曲轴功用将连杆传来的气体压力转变成扭矩，然后传给传动装置。工作条件受力复杂：弯曲、扭转、剪切、拉压等复杂交变应力；还有扭转振动、弯曲振动；应力集中→疲劳破坏曲柄销、主轴颈及其轴承在高比压下相对旋转→磨损、发热和烧损要求：足够的强度和刚度轴颈-轴承应具有足够的承压面积和较高的耐磨性合理的油孔布置和曲柄排列材料优质碳钢(45号)或合金钢模锻；球墨铸铁(中小型柴油机)第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日曲轴的结构（组成）曲轴：主轴颈、曲柄销(连杆轴颈)、曲柄臂、自由端、功率输出端、平衡块第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日主轴颈：支承曲轴，是曲轴的回转轴心。有的作成中空的。可采用滑动轴承或滚动轴承。曲柄销：与连杆大头相配合。常作成中空的。一般采用分开式滑动轴承。见P65曲柄臂：连接曲柄销和主轴颈的，常作成椭圆形。以上三者之间有贯通的油道。自由端：一般装有正时齿轮、挡油圈、皮带轮和起动爪等，油封装置，有的还有扭转减振器。（图3-36）功率输出端：有安装飞轮的凸缘、挡油圈及回油螺纹等，油封装置。平衡块：平衡曲轴的不平衡惯性力和力矩，减轻主轴承的负荷。与曲轴制成一体，也有单独制成用螺钉装合在曲柄臂上，也有的发动机曲轴上不装平衡块。第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日曲轴的分类按支承情况分全支承式：每个曲柄销的两端都有支承点(主轴颈)非全支承式：每两个曲柄销公用一对支承点比较：全支承式曲轴抗弯曲强度高，主轴承负荷小。缺点是制造和结构较复杂，且曲轴的长度较大。因柴油机工作负荷大，大多数柴油机采用全支承曲轴，车用汽油机也多采用。按结构型式分整体式：尺寸紧凑、质量较轻、强度高，中小型广泛采用。组合式：全部或部分分开制造，然后组合成一体。结构、制造和装配都比较复杂、质量较大，成本较高。曲轴的轴向定位保证曲柄连杆机构的正确位置及正时齿轮的正常间隙与正时止推轴承或止推片第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日曲轴的形状和发动机的发火次序曲轴的形状及曲柄销间的相互位置（即曲拐的布置）与冲程数、气缸数、气缸排列方式和各气缸作功行程发生的顺序有关。要同时满足惯性力的平衡和发动机工作平稳的要求。四冲程发动机各缸的发火间隔时间（应力求均匀）：＝720°/i（℃A）第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日四冲程直列四缸机的发火次序发火间隔＝720°/4＝180℃A曲柄销布置：四个曲柄销在同一个平面，1、4缸的曲柄销朝上，2、3缸的朝下，相隔180度。发火次序：1－3－4－2或1－2－4－3

1－3－4－2℃A1缸2缸3缸4缸0~180进气压缩排气作功180~360压缩作功进气排气360~540作功排气压缩进气540~720排气进气作功压缩第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日四冲程直列六缸机的发火次序发火间隔＝720°/6＝120℃A曲柄销布置：六个曲柄销分别布置在三个平面内，各平面互成120度。1、6缸朝上，2、5缸朝左，3、4缸朝右，1-5-3-6-2-41、6缸朝上，3、4缸朝左，2、5缸朝右，1-4-2-6-3-5前后两缸作功行程有60度的重叠。

这对工作平稳性是有利的V8机的曲柄销布置

发火次序第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期日二飞轮是一个铸铁制成的圆盘功用：……四缸和四缸以上发动机飞轮的转动惯量可以小些与曲轴装配后，要经过严格的平衡校准，以免产生离心力而引起发动机的振动及加速主轴承的磨损。外周齿圈：与起动机的驱动齿轮啮合，供起动之用。上止点标记：用以和飞轮壳上的相应标记对准，以便进行发动机的某些调整工作。第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期日第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期日曲柄连杆机构的

运动与受力分析

第四节第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期日一、曲柄连杆机构的运动分析活塞的位移：式（3－2）活塞的速度：式（3－3）活塞的加速度：式（3－4）第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期日二、曲柄连杆机构的受力分析将曲柄连杆机构简化为两个集中质量集中于活塞销中心的往复运动质量mj集中于曲柄销中心的旋转运动质量mr发动机机体受力和力矩结果往复惯性力Pj一级往复惯性力Pj1二级往复惯性力Pj2旋转惯性力Pr倾覆力矩MN第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期日经几何关系的推导，得活塞的加速度为：往复惯性力：Pj1称为一级往复惯性力，是曲轴转角的余弦函数，曲轴旋转一周，它变化一个周期。Pj2称为二级往复惯性力，是曲轴转角二倍的余弦函数，曲轴旋转一周，它变化两个周期。

第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期日旋转惯性力倾覆力矩MN=－Mi图3-44，侧向力PN和P’N构成力偶MN

，由机体承受，与指示扭矩大小相等，方向相反，称为反扭矩，它力图使发动机倾倒，故又称倾覆力矩。反扭矩是曲柄连杆机构对机体作用的力矩。一般发动机的反扭矩不易被察觉，因为它被支座的约束反力所抗衡了。分析中，其他力被忽略：活塞的重力，活塞与缸壁的摩擦力，活塞运动的空气阻力等。第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期日发动机的平衡

第五节第四十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期日一、基本概念机体上的力和力矩有三个：Pj

、Pr、MN

。他们的大小和方向都作周期性变化，经由联结螺栓传给发动机支承，从而整台机车（整车）产生振动。内燃机的反扭矩是无法平衡的。对于一台