曲轴连杆机构.ppt

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1、第二章 曲柄连杆机构,活塞连杆组,曲轴飞轮组,2.1 概 述,将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。,1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,一、曲柄连杆机构的功用,二、组成,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,3.2 机 体 组,机体组组成：,曲轴箱,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,气缸体,气缸盖罩,一、气缸体,1、气缸体:作用：发动机的基体和骨架，安装零件要求：具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力)气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量)水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴箱

2、,2、气缸体分类（1）根据冷却方式不同分：,水冷、风冷,散热片,冷却水,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,（2）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,一般式,龙门式,隧道式,性能与应用比较,（3）根据气缸的排列方式,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，增加了刚度，减轻了发动机重量；但宽度增加，形状复杂，加工困难。,高度小，总体布置方便。,单列式：一般6缸以下的发动机采用直列式，如解放CA1091型、CA1040型、红旗CA7220型和北京BJ2023型等V型：一般用于6缸以上的大功率发动机

3、对置式：适用于摩托车及发动机中置的大客车,气缸：作用：气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔。要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化学腐蚀气缸套：提高气缸的耐磨性：(1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表面淬火、镀铬)-成本高(2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨 性好、检修方便及费用低,（4）干式气缸套和湿式气缸套,强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。,散热良好、冷却均匀、易制造、易拆卸。强度和刚度不如干缸套，易漏水、漏气广泛应用于汽车柴油机上。,三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,功用：密封气缸的上部，与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。

4、注：铝合金的气缸盖：有利于提高散热性能和压缩比工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。,1、气缸盖,分类：整体式：汽油机因缸径较小、缸盖负荷较 轻，一般采用整体式气缸盖分开式：功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式气缸盖，即一缸、二缸或三缸一盖。优点：制造和维修方便、减小变形对密封的影响结构：内有与气缸体相通的冷切水套、燃烧室、火花塞座孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排气道,气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。,气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,2、气缸盖罩和气缸垫,气缸垫：(1)作用：气缸盖与气缸体之间的密封件，保证燃烧室不漏气。(2)

5、要求：在高温、高压燃气作用下具有足够的强度，不宜损坏。耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气下或有压力的机油和冷切液的作用下不烧损、不变质具有一定弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、不平度以及发动机工作时反复出现的变形，以保证密封。拆装方便，能重复使用，寿命长,(3)材料：金属石棉气缸垫纯金属气缸垫:由单层或多层金属片制成 国外有些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫，要求气缸盖和气缸体的接合面有更高的加工精度气缸盖罩：起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压而成，上设机油加注口和曲轴箱通风口,3、燃烧室 形状对发动机的工作影响很大(1)要求：结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程使混合气在

6、压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧(2)形状分类,汽油机燃烧室形状,三、油底壳,1、概念：贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、使用特点：(1)设有挡油板减轻油面的波动。(2)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、3、材料：(1)薄钢板冲压(2)采用带有散热肋片的铝合金铸造而成的轻金属油底壳3,四、发动机的支承：1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。2、四点支承：前后各有两个支承点。,3.3 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,点此观看活塞连杆组的

7、录像,1、功用：(1)承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转(2)与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室 2、工作环境：高温、散热及润滑条件差；顶部工作温度高达600700K，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35MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3、要求,一、活 塞,3、材料：(1)汽油机：铝硅合金，硅的成分越多，热膨胀系数越小，磨损越小，但制造工艺性较差。(2)柴油机：合金铸铁和耐热钢制造(热、机械负荷大),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。,结构简单、制造容易、散热面积小、应力分布较均匀，多用

8、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。常用于二冲程汽油机,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的形成与燃烧；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。,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。4、承受气体压力，并通过活塞销传给连杆。,作用：,（3）活塞裙部,位置：活塞环槽以下的所有部分，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,活塞裙部的椭圆变形演示,（1）预先做成阶梯形、

9、锥形 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。,5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：,（2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一小部分。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。,（3）活塞裙部开槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,（4）采用双金属活塞：为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸入或嵌入膨胀系数

10、低的钢片。恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。,6、活塞在工作时的保护措施,（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性；主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。,（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损；有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。,（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、润滑条件差(第一道气环)。平均寿命：6

11、万公里材料：合金铸铁或球墨铸铁注意点：1、有时表面涂有保护层：改善活塞环的滑动性能入耐磨性能2、第一道气环(承受压力最大)：表面常镀上多孔性铬，硬度高，能贮存少量的润滑油，改善润滑条件，延长活塞环的使用寿命。,（1）气环 作用：密封和传导热量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,气环的密封原理：,将23道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。,气环的泵油原理：,动态演示,点此观看录像,气环断面形状：,（2）油环,作用：布油(活塞上行)刮油润滑油密封(辅助作用),（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,油环的刮油

12、作用,油环的刮油作用,（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。要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差),材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。,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。,连杆,活塞销,全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。,半浮式：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。多用于小轿车,形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。,（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

13、往复运动变成曲轴的旋转运动。,连杆组件分解图,连杆小头,杆身,连杆大头,要求：有足够的强度和刚度，质量要尽量小(承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个较长的杆件),材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用球墨铸铁。小型发动机的连杆，用高强度铝合金制造。组成：连杆小头、杆身、大头,连杆大头的连接形式,平切式,斜切式,连杆轴瓦,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉型式,3.4 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,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：

14、受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润滑和耐磨性、较高的动平衡精度,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,曲拐数决定因素：,1、发动机的气缸数2、发动机的排列方式故：1、直列发动机的曲拐数等于气缸数2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半,4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。,5、分类：整体式（常用）组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）,6、组成：,（1）主轴颈,相邻两个曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴,用于支

15、撑曲轴。按曲轴主轴颈的数目可分为：,否则,全支承曲轴：(1)直列式：主轴颈数比气缸数多一个；V型：主轴颈数比气缸数的一半多一个。(2)特点：刚度较好、负荷相对较小，但曲轴和发动机机体长度增加(3)应用：多用于柴油机和负荷较大的汽油机非全支承曲轴特点：长度短，结构和制造工艺简单应用：中小负荷的汽油机,（2）连杆轴颈(曲柄销),（3）曲柄,曲轴臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,（5）前端轴和后端轴,前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）,曲轴的前端,7,两止推轴承白金合面相背,曲轴向前移,动，后止推轴承,与曲轴臂端面摩,擦；轴向后移动，,前止推轴承与正,时齿轮

16、端面摩擦。,5,后端轴：安装飞轮,前后端轴都设有防漏装置：,挡油盘、回油螺纹、油封等。,曲轴后端,回油螺纹,（6）曲轴的轴向限位,通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。,三、曲拐的布置,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。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3 六缸机：1-5-3-6-2-4；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。,（1）一般规律,（2）常见曲轴曲拐的布置,对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为：四行程：720

17、/i 二行程：360/i,四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置,点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,功,功,功,功,1342,四缸四行程发动机的曲拐布置,直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置,发火顺序：1-5-3-6-2-4,功,功,功,功,功,功,六缸四行程发动机的曲拐布置,八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）,1-8-4-3-6-5-7-2,四、曲轴扭转减振器,作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。,种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡

18、胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。,橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图,五、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。,飞轮上的标记符号：,在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。,解放CA6102型发动机的记号是：上止点 16 奥迪100飞轮上有“0”标记。,例如：,标记,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,小 结,活塞连杆组,作用及组成,曲轴飞轮组,掌握飞轮的作用,