发动机之曲柄连杆机构.ppt
2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,1,第三章 曲柄连杆机构,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,2,曲柄连杆机构的功用,热能,机械能,燃气压力,转 矩,连杆,活塞,曲轴,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,3,曲柄连杆机构能量转换,热能 转变为机械能 向工作机构 输出 机械能,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,4,曲柄连杆机构工作过程,将活塞顶上的燃气 压力 转变为曲轴 转矩,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,5,曲柄连杆机构的组成,1、机体组 气缸体 曲轴箱 气缸套 气缸盖 气缸垫 油底壳等,2、活塞连杆组 活塞 活塞环 活塞销 连杆等,3、曲轴飞轮组 曲轴 飞轮等,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,6,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,7,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,8,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,9,1.机体组的功用 机体组是发动机的支架 是各机构与系统的装配机体 气缸盖密封气缸、形成燃烧室 机体与气缸盖内水套冷却系统 机体与气缸盖内油道润滑系统,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,10,（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却（以免损坏和变形）发动机中最大的零件 承受拉、压、弯、扭等机械负荷 承受高温燃气很大的热负荷 发动机大部分零件安装在机体上（2）力求结构紧凑、质量轻 尽量减小整机的重量（发动机最大的零件）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）（3）机体材料 一般高强度灰铸铁、铝合金 合金铸铁,机体工作条件、要求及材料,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,11,气缸的排列方式（发动机形式）,直列式,V型式,对置式,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,12,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,13,气缸W型式,大众W12 由两个夹角为15的V6发动机，以72的夹角组成 拥有5.6升的排量,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,14,A8L6.0及其W12发动机,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,15,气缸的结构形式（气缸套）,（1）无气缸套式,优点：缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量 机体刚度大、工艺性好 缺点：耐磨合金铸铁 成本高 无气缸套式铝合金缸体 气缸表面镀铬，提高耐磨性,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,16,干式缸套,灰铸铁或铝合金缸体,可卸干式缸套,（2）干式缸套式,13,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,17,（3）湿式缸套式,普通铸铁或铝合金缸体,AB环带：径向定位 凸缘C：轴向定位 缸套顶面略高于缸体平面：0.050.15mm 密封圈：下部13道密封圈,A,B,C,0.050.15,59,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,18,干、湿式缸套比较,和冷却水直接接触 与缸体配合较松 壁厚 59mm,不直接和冷却水接触 与缸体紧配合 壁厚 13mm,缸套材料：合金铸铁或合金钢,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,19,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,20,6.水冷和风冷气缸体,（1）水冷气缸体,利用水套中的冷却水流过高温零件的周围带走多余热量,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,21,缸体与 曲轴箱 分开铸 缸体和缸盖铸有 散热片 如有风扇可加强 散热,（2）风冷气缸体,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,22,气缸盖,1.气缸盖的组成 密封气缸上部形成燃烧室 冷却水套与缸体水套相通 设有进排气座、气门导管孔 设有进排气通道 汽油机缸盖：设有火花塞座孔 柴油机缸盖：设有喷油器座孔,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,23,气缸盖,气缸盖示意图,气缸盖实物,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,24,5.燃烧室,（1）燃烧室基本要求 结构经凑：（表面积/容积）要小，减小热损失，提高热效率 能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率 能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧 柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,25,（2）汽油机燃烧室,楔形,盆形,半球形,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,26,（3）柴油机燃烧室,直喷式燃烧室,形燃烧室,球形燃烧室,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,27,分开式燃烧室,涡流燃烧室,预燃燃烧室,喷油器,喷油器,涡流室,预燃室,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,28,直喷式燃烧室,燃烧室容积 集中于活塞顶上的 燃烧室凹坑内,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,29,涡流燃烧室,空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动 大部分柴油在涡流室内燃烧形成二次涡流混合燃烧,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,30,思考题（续）,1.曲柄连杆机构的功用和组成？2.气缸体的结构形式及概念比较?3.气缸的三种排列方式及特点?4.比较干式和湿式缸套的特点?5.机体组由哪些零件组成？6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？,课外,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,31,活塞连杆组,活塞,活塞环,活塞销,连杆组,曲轴 飞轮组,活塞 活塞环 活塞销 连杆组,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,32,活 塞,活塞功用（1）承受气缸中的燃气压力（2）将燃气作用力通过活塞销和连杆传给曲轴，推动曲轴旋转（3）参与组成燃烧室,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,33,工作条件：高温、高压、高速往复直线运动 要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,34,成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。锻造：强度比铸造高、导热性较好，适用于强化发动机，制造成本高。,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,35,活塞构造,活塞顶部,活塞头部,活塞裙部,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,36,（1）活塞顶部（燃烧室组成部分）,汽油机多采用平顶、有些采用凹顶,二冲程汽油机多用凸顶,柴油机多采用各种各样的凹坑,凸顶,凹坑,平顶,凹顶,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,37,（2）活塞头部（活塞环槽以上部位）,承受气体压力,将热量通过活塞环传给气缸壁,与活塞环实现 气缸密封,主要作用,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,38,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,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,39,（3）活塞裙部（活塞环槽以下部位）,功用,椭圆变形,为活塞导向和承受侧压力,燃气压力使裙部弯曲变形,侧压力使销座轴线方向增大,热变形使销座轴线方向增大,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,40,活塞裙部椭圆形,冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,41,活塞销座附近裙部外表面下陷,为减少活塞销座附近处的热变形量,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,42,活塞销座轴线布置,活塞越过上止点时侧压力方向改变会产生“敲缸”噪声,可减轻活塞“敲缸”噪声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大,主推力面,活塞销偏移布置(偏移活塞轴线12mm),活塞销对中布置,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,43,二、活 塞 环,1.活塞环功用,气环,刮油 均匀油膜 辅助密封,油环,密封 导热,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,44,三、活 塞 销,1.活塞销功用,连接活塞和连杆,将活塞承受的力传给连杆,活塞销,连杆衬套,卡环,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,45,四、连 杆 组,连杆衬套,连杆体,连杆螺栓,连杆轴承上轴瓦,连杆轴承下轴瓦,连杆盖,螺母,连杆衬套,连杆体,连杆轴承上轴瓦,连杆轴承下轴瓦,连杆盖,连杆螺栓,集油孔,喷油孔,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,46,1.连杆组功用,活塞,曲轴,往复运动,旋转运动,连杆,力,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,47,3.连杆构造,小头,杆身,大头,小头,杆身,大头,集油孔,喷油孔,纵向油道,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,48,（3）连杆大头,剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）,平切口,斜切口,结合面与连杆轴线垂直,刚度大 变形小 成本低,汽油机采用平切口,结合面与连杆轴线成3060夹角,连杆体能从缸体上端取出,多用于柴油机,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,49,4.V型发动机连杆,（1）并列连杆,前后连杆可通用,左右两列活塞运动规律相同,增加了曲轴和发动机长度,优点,缺点,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,50,（2）主副连杆,主副连杆不能互换,两列活塞运动规律和上止点位置不相同,优点,不会增加发动机长度,缺点,主连杆,副连杆,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,51,（3）叉形连杆,两列气缸无需错开,两列气缸中活塞运动规律相同,连杆大头结构复杂、刚度较差,优点,缺点,叉形连杆,内连杆,叉形连杆轴承,内连杆轴承,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,52,思考题?,1.指出右图中各零件的名称？(活塞连杆部分),课堂,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,53,曲轴飞轮组,飞轮,曲轴,曲轴轴承,曲轴 曲轴前后 端密封 曲轴扭转 减震器 飞轮 曲轴轴承 平衡机构,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,54,一、曲 轴,1.曲轴功用,曲轴,气体压力,转矩,飞轮,汽车传动系,驱动配气机构和其它辅助装置,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,55,3.曲轴构造,平衡重,输出端,曲轴前端,主轴颈,连杆轴颈,曲柄臂,单元曲拐,自由端,曲轴后端,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,56,（1）曲轴分类,按单元曲拐连接方式分类,整体式曲轴,各单元曲拐锻造或铸造成整体,工作可靠 质量轻 结构简单 加工面少,主轴颈,连杆轴颈,曲柄臂,概念,特点,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,57,组合式曲轴,由单元曲拐组合装配,方便制造和更换 结构复杂 拆装不便,曲柄臂兼作主轴颈,单元曲拐,滚动轴承(主轴承),配用隧道式机体,概念,特点,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,58,按主轴颈数分类,全支承曲轴,相邻两个曲拐间都有主轴颈,抗弯曲能力强 可减轻主轴颈载荷,概念,主轴颈多 加工面多曲轴和机体较长,缺点,优点,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,59,非全支承曲轴,主轴颈数少于全支承曲轴,概念,缺点,优点,与全支承曲轴恰好相反,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,60,（3）曲轴前端,曲轴带轮,空调压缩机,动力 转向泵,张紧轮,导向轮,发电机,曲轴正时齿形带轮,曲轴链轮,凸轮轴正时齿形带轮,水泵,机油泵,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,61,曲轴前端驱动,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,62,（4）曲轴后端,曲轴带轮,曲轴正时齿形带轮,曲轴链轮,安装飞轮用凸缘,飞轮,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,63,（5）曲轴润滑,机油,机体油道,主轴承,主轴颈,曲轴油孔,连杆轴承,连杆轴颈,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,64,（1）直列四缸发动机工作循环,发火间隔角 720/4=180,工作顺序 1-3-4-2 1-2-4-3,1,4,3,2,1-4,2-3,180,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,65,工作循环表（1-3-4-2）,作功,作功,作功,作功,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,66,（2）直列六缸发动机工作循环,发火间隔角 720/6=120,工作顺序 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5,1,4,3,2,1-6,3-4,120,5,6,2-5,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,67,工作循环表（1-5-3-6-2-4）,作功,作功,作功,作功,作功,作功,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,68,（3）V8发动机工作循环,发火间隔角 720/8=90,工作顺序 R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1,R1,R1-L1,90,R4,R3,R2,L1,L4,L3,L2,R2-L2,R3-L3,R4-L4,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,69,工作循环表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）,作功,作功,作功,作功,作功,作功,作功,作功,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,70,四、飞 轮,1.飞轮功用 能量存储器：保证发动机运转平稳 摩擦式离合器的主动件 轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈 刻有上止点记号：用于调整点火正时、喷油正时或配气正时,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,71,2.飞轮结构,盘形零件,轮缘较宽厚以获得较大转动惯量,与曲轴动平衡，定位销和飞轮螺栓,多用灰铸铁，高速发动机应采用球墨铸铁或铸钢,2023/9/6,北京邮电大学自动化学院,72,思考题?,1.指出右图中各零件的名称？(曲轴部分),课堂,
