第3章曲柄连杆机构

①气缸体曲轴箱组（机体组）：缸体、缸盖、缸垫、气门室罩、油底盘。

②活塞连杆：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆盖、连杆螺栓。

③曲轴飞轮组：曲轴、飞轮。

第二章曲柄连杆机构1、组成：

一、曲柄连杆机构的作用与组成第一节概述

2、作用：把高压气体作用在活塞顶部的压力转变为曲轴的扭矩，通过传动系传给驱动轮。（即进行热功转换。）二、工作条件1.热力负荷：因高温会使发动机零件失去工作能力。如烧伤、膨胀变形等。2.机械负荷：气体压力、惯性力、摩擦力。

3.高速、化学腐蚀：废气中的（CO,NO,HC）与机件接触使之受到腐蚀。1

、气体作用力（气压力）：作功行程作用在活塞顶部的气压力最大，其次是压缩行程。Fp2作用于缸壁Fp1沿连杆方向作用于曲柄销上均布的合力Fp三、曲柄连杆机构的受力情况(1)

作功行程：

Fp1

FR使主轴曲轴颈与主轴承产生压紧。Fs

除使主轴颈与主轴承产生压紧力还对曲轴形成扭矩T，推动曲轴旋转，T=Fs

×

r

（2）压缩行程：F'RF'p2把活塞压向气缸另一侧F'p1

F'pF's

=>T'

=F's

×r(旋转阻力矩，阻碍曲轴旋转)气体作用力的后果：使活塞与气缸壁，曲轴主轴颈与主轴承间产生不均匀磨损。F'p

(1)往复运动的物体当速度发生变化时，会产生往复惯性力，使零件受附加载荷作用。0vmax0加速减速*上述各力作用于曲柄连杆机构及机体的各有关零件上，使它们受到压缩、拉伸、弯曲、扭转等不同形式的载荷，为了保证工作可行减少磨损，在结构上要采取相应的措施。往复惯性力与离心力作用的后果：加剧发动机的振动（上下振动，水平振动）,增加发动机曲柄连杆机构的各部件及所有轴颈、轴承的磨损。3、摩擦力：存在于作相对运动而又相互接触的零件表面之间。如气缸壁与活塞间等。2、往复惯性力与离心力：上下运动的(Fcy,Fcx)水平方向运动的(Fcx,Fcy)

(2)物体绕某一中心作旋转运动，会产生离心力Fc

第二节机体组（气缸体曲轴箱组）机体组：包括气缸体、缸盖、缸垫、气门室罩、油底壳。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油底壳油封气门室罩

上部：气缸、水套。下部：曲轴轴承、凸轮轴轴承座。

1、组成：一、气缸体：工作条件：主要承受变高的机械负荷及较高的化学腐蚀、热力负荷，因而气缸体应具有足够的刚度及强度、耐腐蚀。2、工作条件及材料：材料：（要能耐高温、耐腐蚀、耐磨损）优质灰铸铁。气缸内壁按2级精度衍磨加工。

3、气缸体结构形式：应用性能特重型的柴油机上。主轴承不分开（配用组合式曲轴）。结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。隧道式中、重型载重车气缸体下表面降至曲轴轴线以下。强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。龙门式轿车、轻微型货车气缸体下表面与曲轴轴线在同一平面。机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。一般式名称4、气缸体的冷却方式：水冷：在气缸及缸盖中设水套——充水的空腔。风冷：在气缸体及缸盖外表面铸散热片。（图1）（图2）

（图1）（图2）

5、多缸发动机的气缸排列形式：直列式：发动机的各气缸成一字型排列。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，增加了宽度，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。多用于赛车。双列式：V型Φ<180°；P型Φ=180°。对置气缸式发动机强度和刚度好，能承受大负荷。维修成本高。气缸直接镗在气缸体上。整体式气缸体降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。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。镶嵌式气缸体性能及应用构造类型6、气缸套：材料：缸套用耐磨性好的合金铸铁或合金钢制造。缸体可用价格较低的优质灰铸铁。气缸套型式：干缸套：外表面不与冷却水直接接触

缸套装入座孔后，通常高出缸体0.05—0.15mm。这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，保证密封。湿缸套：外表面与冷却水直接接触。优、缺点比较结构特点名称干式缸套和湿式缸套的特点比较强度和刚度都较好。但加工复杂，拆装不便，散热不良。外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。干式缸套散热良好、冷却均匀、加工容易。但强度和刚度不如干缸套，易漏水，需设上、下定位带和密封带。湿式缸套外壁直接与冷却水接触。壁厚5~9mm。定位环带定位环带密封环带

二、气缸盖与气缸垫

1、缸盖的作用：封闭气缸形成燃烧室。缸盖内也有冷却水套，冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以利用循环水来冷却燃烧室等高温部件。

2、缸盖的构造：除有燃烧室、水套、火花塞孔（或喷油器孔）、还有进、排气门座、气门导管孔、推杆孔、进、排气门道水等。有（一缸一块、二缸一块、三缸一块）结构刚性差，受热压后易变形影响密封，损坏时必须全块更换。整体式制造、维修方便，刚性大。

分开式结构特点名称（大多数发动机用）(1)灰铸铁（或合金铸铁）：该材料高温强度高，铸造性好，价格低。但导热性差，重量大。(2)铝合金：材料导热性好，但高温强度低，易变形成本高。（少数发动机用）3、工作条件：高热负荷、较高的机械负荷。4、材料：导热性好，高温强度高，铸造条件好。

5、燃烧室：由活塞顶部与缸盖上相应的凹部空间组成。设计要求：结构尽少能紧凑、压缩终了形成良好涡流。（以保证气体充分混合，完全燃烧，发出更大的功率。）示意图特点名称

蓬形性能与半球形相似，缸内气流进行挤气运动比半球形容易，燃烧室也比半球形燃烧室易于加工。配气机构采用2根凸轮轴。碗形燃烧室在活塞顶内，采用平底缸盖，缸盖工艺性好，但活塞的高度及质量增加，活塞的散热性也差。结构紧凑、燃烧速率高、散热面小，热效率高，动力性好。但结构复杂，配气机构用2根凸轮轴。半球形结构简单、紧凑，压缩终了能形成良好涡流。但激冷面大，HC↑。楔形结构较简单，工艺性好、成本低，但不够紧凑，涡流稍弱。盆形汽油机燃烧室形状6、气缸垫：作用：密封。（防止燃气、冷却水、润滑油发生窜漏。）

材料：目前应用最广泛的是：金属—石棉缸垫。安装：光滑面朝缸体，机油孔、水套孔与缸体和缸盖对正。（用规定力矩3次由内向外成对角线拧紧。）7、气缸盖的安装：用螺栓紧固到气缸体上。因为铝缸盖的膨胀比大于钢螺栓。若缸盖为铸铁制，可在发动机热时最后拧紧。如果：缸盖为铝合金制，则必须在发动机冷态下拧紧。气缸盖的安装操作方式用规定力矩分3次由内向外成对角线拧紧。三、机油盘（油底壳）：贮存机油。钢板冲压出来或用铝合金铸造，有利于散热。

通过气缸体和飞轮壳（或变速器壳）上的支撑点支承在车架上。发动机在车架上的支承是弹性的，以减少冲击，振动及噪声。四、发动机支承：支承方法：三点支承、四点支承。三点支承四点支承

第三节活塞连杆组活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。一、活塞：1、功用：与缸盖共同构成燃烧室，承受气压力，并传给连杆以推动曲轴旋转。2、工作条件：机械负荷大（气压力、惯性力、摩擦力）热力负荷大（200—400ºC）活塞在气缸中的工作情况

（1）早期发动机活塞的材料是灰铸铁。优点：高温强度高，耐磨性好，铸造性能好，成本低。缺点：比重大，导热性差。（2）现代发动机活塞的材料是铝合金。优点：导热性好。比灰铸铁大了3—4倍，比重小。缺点：热膨胀系数大耐磨性差，成本高。高温下易变形。要采取热处理加以弥补。3、活塞材料活塞应具备的特点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4、活塞的构造：顶部、头部、裙部。顶头裙凸顶凹顶平顶示意图形状

形状：汽油机：柴油机：凹顶凸顶（二冲程）平顶（四冲程）（1）活塞顶部：作用：与缸盖共同围成燃烧室。结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用于四冲程汽油机。凸起呈球状，有利于改善换气过程。用于二冲程汽油机。凹坑的形状有利于混合气的混合及燃烧。

形状：上部2—3道气环环槽下部1—2道油环环槽（2）活塞头部：作用：承受气压力、传力、密封、传热。B、为防止环槽磨损可铸入用奥氏体铸铁（耐热、耐磨）做成的环槽护圈。

环槽护圈

A、为防止第一道环因温度过高而产生拉缸，常在头部顶岸开隔热槽。目的：改变热流方向，将原来应由第一环承受的热量，散走一部分到二、三道环。隔热槽(3)活塞裙部作用：为往复运动导向，承受气压力。

结构形状：a.活塞裙部的横断面做成与其变形相适应。圆受热膨胀

椭圆若冷态时为冷态下设计成椭圆，热膨胀为圆，椭圆度0.15~0.35横断面（俯视图）在销座附近的裙部外表铣0.5~1.0mmb.活塞纵断面做成与变形相适应。

C、裙部上方开绝热横槽、防胀纵槽。

d、在销座两侧嵌铸膨胀系数低的恒范钢片，以牵制裙部的热膨胀。由发动机前方向后看，纵槽应开在活塞右侧，不能与底部垂直不开到底。注意：活塞裙部变形演示

e、在采取一系列结构措施后，可把活塞与壁间的配合间隙制得尽可能小，以防产生敲缸。

柴油机活塞的特点：因为柴油机的ε大（机械负荷大、热力负荷大）

a：柴油机活塞群部一概不开槽，以保证刚度。b：裙部椭圆度大，活塞与缸壁的配合间隙也大，易产生漏气、窜油。c：柴油机比汽油机具有更多的气环和油环。d：为减少热力负荷常采用油冷活塞。柴油机活塞实物演示

活塞销座偏置：e=1~2mm

二、活塞环（气环、油环）

气环：2、材料：耐热、耐磨、强度高，合金铸铁。（表面镀多孔性铬以增加强度）1、气环作用：密封、传热。活塞环开口应错开90°

~120°，开口不易对活塞销及活塞销垂直位置。3、构造：有缺口的弹性状圆环。（缺口0.25~0.8mm）4、密封原理：

5、气环断面类