学习情境二 曲柄连杆机构结构与维修

学习情境2曲柄连杆机构与维修学习任务1:活塞连杆组学习任务2:曲轴飞轮组三、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、车辆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学习任务1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（一）活塞

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，热胀系数要小。C质量较小，尽可能减少往复惯性力。铝合金：

优点：质量小；导热性好。缺点：热膨胀系数较大；在温度升高时，强度和硬度下降较快。

硅铝合金：

具有较小的膨胀系数和密度，耐磨性也较好。

铜镍镁铝合金：

高强度和耐热性较好，膨胀系数和密度都较大。少数机械负荷和热负荷较大的柴油机应用。灰铸铁：

成本低、耐热性好，且膨胀系数小，能减少装配间隙。4、结构

（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。活塞顶分类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。

（2）活塞头部位置：活塞环槽以上的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。作用：1、承受气体压力，并传给连杆；

2、与活塞环一起实现气缸的密封；

3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。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，防治破坏油膜。裙部的变形及采取的相应措施1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。2、变形规律（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。制造时变形后3.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。（3）

销座处凹陷0.5mm～1.0mm。--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。--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桶形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。（4）

裙部开绝热—膨胀槽（“T”形）其中横槽叫绝热槽，竖槽叫膨胀槽绝热槽膨胀槽（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。1）

恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%～36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。（图2—25）活塞裙部结构上小下大的圆锥形裙部椭圆形,长轴垂直与销座孔方向;桶形活塞开槽活塞(5)活塞的冷却方式1振荡冷却：利用连杆杆身输送到连杆小头的机油喷到活塞内部的环形油槽中进行冷却。2喷油冷却：在活塞顶部材料内用石蜡铸造出蛇行管，利用安装在机体上的喷油嘴对蛇形管的一端喷入机油的方法，来带走活塞顶的大部分热量。3强制冷却（4）活塞销座（1）作用：与活塞销组成一对摩擦副，它将活塞顶部气体作用力通过活塞销座传给活塞销，然后在传递到连杆与曲轴。（2）要求：有足够的强度，足够的承压面积和耐磨性。（3）构造：销座孔内有安装弹性卡环的卡环槽。（4）偏置销座1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm～2mm。2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。思考1、活塞连杆机构由哪些零件组成及功用。2、汽油机的燃烧室有哪几种及特点。3、活塞裙部结构。（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。切口气环活塞环的间隙（图2—37）（1）

端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm；（2）

侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm；（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm；Δ2Δ3气环的密封原理气环的泵油作用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、应用面广扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲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。梯形环加工困难，精度要求高桶面环外圆为凸圆弧形图2-30气环的断面形状缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有少量“泵油”现象。5）梯形环：如图所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一道气环。…（e）梯形环（a）间隙变化（b）受力情况图2-32梯形环工作示意图总结：扭曲环的优点：a)密封性、磨合性好（线接触）；...b)防止“泵油”现象；...c)形成油楔，改善润滑；...d)提高刮油能力。...扭曲环的缺点：

a)扭转角不超过1º，工艺性差；...

b)不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。...b)仍有“泵油”现象。...（d）锥面环优点：

缺点：b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；...小锥角，不超过2º，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有“泵油”现象。...3）锥面环：4）桶面环：与气缸壁凸圆弧面接触。…a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；...c)密封性改善。...

a)工艺性差（凸圆弧面难加工）；...（f）桶面环（2）油环的断面均分布若干个中间泄油孔，设计重点在于提高与气缸壁的接触比压，以提高刮油能力油环的刮油作用（a）（b）油环的结构特点：（1）油环置于最后一道环槽，背隙内气体压力极低，因此，油环置于气缸内时，必须具有较大的初始弹力。...（2）油环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（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。活塞销的连接方式连杆活塞销全浮式半浮式1.全浮式（1）定义：在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。2.半浮式(1)定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）（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。连杆组件分解图工作环境1、受力:活塞销传来的气体作用力和活塞组往复运动时的惯性力。2、弯矩：由于连杆变速摆动，使连杆承受一定的弯矩。力与力矩是的大小和方向是周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。要求：质量可能小的条件下有足够的刚度和强度。加工：中碳钢或合金钢经模锻或辊段锻而成，然后在进行机械加工和热处理。1、小头：用来安装活塞销，以连接活塞。（喷油孔）2、杆身：常做成“工”字形断面。3、大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。

构造连杆大头的连接形式平分式斜分式(2)斜切口定位方式

止口定位：优点是工艺简单；缺点是定位不大可靠(1)切口形式：有平切口和斜切口两种。

套筒定位：是在连杆盖的每一个螺栓孔中压配一个刚度大而且剪切强度高的短套筒．

锯齿定位：优点是锯齿接触面积大，贴合紧密，定位可靠，结构紧凑；缺点是对齿距公差要求严格。五、连杆轴承（俗称小瓦）1、作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。

2.组成：由钢背和减磨层组成。钢背由1mm～3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。减磨合金层油槽润滑定位凸键V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉式1、并列式优点：连杆可以通用，两列气缸的活塞连杆组运动规律相同。缺点：两列气缸轴心线沿曲轴轴向错开一段距离，使曲轴长度增加，刚度降低。2、主副连杆式

优点：减小了发动机的轴向尺寸；缺点：主副连杆不能互换，运动规律和受力不同。3、叉型连杆式

优点：运动规律相同缺点：结构复杂，工艺性差，刚度较低。学习任务2

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：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、曲柄组成曲轴的分类全支承：相邻曲拐间都有主轴颈。非全支承：相邻曲拐间不都有主轴颈。主轴颈＝气缸数÷2＋1：非全支承曲轴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、装配式桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组(1)前端轴与后端轴作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。（2）前后端的密封：曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。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曲轴的轴向定位（1）

原因发动机工作时,曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向串动的趋势。故必须用推力轴承加以限制。（2）

安装注意只能有一处轴向定位。两种：翻边轴瓦的翻边部分；单制的具有减摩合金层的止推片。曲轴的轴向定位功用：保证曲柄连杆机构在曲轴受轴向力时能够正常工作。轴向定位措施：1.翻边轴瓦2.止推片3.止推环4.止推轴承三、曲拐的布置（1）一般规律

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。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。（2）常见曲轴曲拐的布置1）四冲程四缸发动机曲拐布置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。3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置四冲程六缸发动机点火顺序3）V型四冲程八缸发动机曲轴曲拐布置四、飞轮（一）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。（二）构造

飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。一缸上止点记号作用是：调整点火正时飞轮一般中间尺寸较薄，边缘较厚。为