《曲柄连杆机构讲》PPT课件.ppt

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1、第三章 曲柄连杆机构,主要内容：曲柄连杆机构组成及功用 机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组知识点：曲柄连杆机构的功用 曲柄连杆机构的组成,曲柄连杆机构,第一节 概述1.功用 曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。,2.工作条件 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速

2、度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,3.组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮,第二节 机体组,机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。,机体组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,1.气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴

3、箱常铸成一体，称为气缸体轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度。,气缸体,曲轴箱,气缸体视频,.气缸体.MPG,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。,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以三种形式：一般式、龙门式、隧道式,(1)一般式气缸体 优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差(2)龙门式气

4、缸体 优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3)隧道式气缸体 其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。,气缸的冷却：为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。,水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。,气缸的排列方式：对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车

5、的总体布置。气缸体还可以分成：直列式，V型和对置式三种。,(1)直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。,结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。,(2)V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角180，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上

6、的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。,缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。八缸以上发动机使用,(3)对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。,高度小，总体布置方便。轿车中应用不多,气缸体：整体式气缸体和镶嵌式气缸体,气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。,干式气缸套的特点：是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂

7、，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。湿式气缸套的特点：是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。,气缸套视频,.气缸.MPG,2.曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲箱 曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱：上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于

8、发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。,上曲轴箱,3.气缸盖 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。,气缸垫,气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而

9、柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。汽油机燃烧室常见的三种形式：,燃烧室,4.气缸垫,功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。材料：有弹性、耐热性、耐压性 安装时注意方向,第三节 活塞连杆组,活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成：,1.活塞功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。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。材料：铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁：,构造：活塞可分为三部分，活塞顶

10、部、活塞头部和活塞裙部。,（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。活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求.,活塞顶的分类,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。多用在二冲程汽油机上,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：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,活塞销孔,气环槽,油环槽,作用：,1、安装活塞环、与活塞一起密封气缸。2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部

11、吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,（3）活塞裙部,位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。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。,侧压力：指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。,1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油机）可加速磨合，自润滑。3）表面粗糙化 有规律的粗糙

12、化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。,裙部表面的保护,（4）活塞形状,-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。,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;,开槽活塞（汽油机）,绝热槽,膨胀槽,圆槽,2.活塞环活塞环：是具有弹性的开口环，有气环和油环分。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

13、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,气环的密封作用：,第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背 面（背隙处），加强了第一密封面作用；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；,气环作用演示,活塞环间隙：端隙：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。0.250.50。侧隙：又称边隙，是活塞环高度方向与环槽之间的间隙。背隙：是活塞及活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.51。,气环断面形状：,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,回油孔,油环的刮油

14、作用：油环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽。当活塞向下移动时，油环将缸壁上多余的机油刮下通过小孔或切槽流加曲轴箱；当活塞向上移动时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。,3.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。热处理：,活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式：全浮式安装和半浮式安装。,全浮连接的特点：活塞销能在连杆小头、销座孔中自由转动，三者间可相对运动，减少了磨损并使磨损均匀,活塞销,连杆,“全浮式”安装，当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动

15、，这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有档圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。“半浮式”安装的特点是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，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。小轿车上应用较多。,4.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。连杆的结构,

16、连杆组件分解图,连杆的结构,小头：内有青铜衬套杆身：一般为“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻大头：与曲轴相连，做成“分开式”。平切口与杆身轴线垂直，斜切口与杆身轴线成30-60度夹角。,切口的定位方式：平切口：螺栓定位斜切口：四种定位方式,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉式,连杆轴瓦,连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应与连杆上相应的油孔对齐。V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的，称为叉形连杆。,第四节 曲轴飞轮组,曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。,起动爪,正时齿

17、轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,1.曲轴曲轴是发动机最重要的机件之一（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）材料：曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。,（4）构成：主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数

18、等于气缸数的一半。,前端轴,连杆轴颈,主轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲柄,（5）曲轴的支承方式,概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。,（6）曲轴的类型,整体式：应用广泛组合式：一般用于隧道式气缸体，分段加工，整 体加长。,（7）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,（8）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,（9）曲轴的前端和后端,曲轴前端：正时齿轮或正时齿形带轮、皮带轮、甩油盘

19、曲轴后端：安装飞轮用凸缘、回油螺纹等,（10）曲轴的轴向定位,防止曲轴的轴向窜动，采用止推装置进行轴向定位。类型：翻边轴瓦：轴瓦两侧各翻出一侧面立边，来挡住曲轴的轴向移动。但工艺复杂，成本高，很少采用。止推片：半环状钢片，装在主轴承盖槽内。,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,2、曲拐的布置,（1）一般规律 各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。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。V型发动机左右气缸尽量交替作功。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）四行程四缸发动机曲拐布置,四个曲拐在同一平面内，点火间隔：180,2）四

20、行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。,另一发火次序：1-3-4-2,3）直列四行程六缸发动机曲轴曲拐布置,4）四行程六缸发动机点火顺序,3.飞轮（1）功用：用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转;飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。,（2）构造,飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量；中间较薄，为减小质量,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。为什么？,视频活塞连杆组、曲轴飞轮组构造,