汽车构造曲柄连杆机构.ppt

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1、第二章 曲柄连杆机构(5h),2.2 机体组,2.3 活塞连杆组,2.4 曲轴飞轮组,2.1 概述,2.1 概 述,1、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动；2、将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出扭矩。,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:,三、工作条件:高温、高压、高速、化学腐蚀。,四、受力分析：1、气体作用力：在作功行程中，气体作用力Fp作用在活塞顶上，传到活塞销上，分解为Fp1、Fp2；分力Fp1沿连杆传到曲柄销上，并可分解为FR和FS；垂直于曲柄的分力FS对曲轴中心形成转矩Ttq，推动曲轴旋转；分力Fp2则将活塞压向气缸的左侧。,（

2、1）作功行程图2-1 气体压力作用情况示意图,在压缩行程中，作用在活塞顶上的气体压力FP也可以分解为两个分力FP1和FP2，而FP1又可以分解为Fs和FR，分力Fs对曲轴造成一个旋转阻力矩Ttq，企图阻止曲轴旋转，而FP2则将活塞压向气缸的另一侧。总之，气体压力作用在活塞顶上，通过活塞销、连杆传力给曲轴，最终由机体主轴承承受。同时，曲轴终端产生输出扭矩，而倾倒力矩则使机体左右摇晃，因此，需通过螺栓使机体固定在车架上。,（2）压缩行程图2-1 气体压力作用情况示意图,2、往复惯性力与离心力：活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。如

3、图（2-2）。,（1）活塞在上半行程时的惯性力,（2）活塞在下半行程时的惯性力,图2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图,偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径向外。曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。3、摩擦力：忽略不记。五、总结：曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转作用。,2.2 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

4、,气缸体,气缸盖罩,组成：气缸体（有的发动机有曲轴箱）、气缸盖和油底壳组成。一、气缸体 水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与上曲轴箱（其内腔为曲轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为下曲轴箱。气缸体内孔一般镶入气缸套，其内表面形成气缸工作表面。,（一）作用：1、内孔（1）形成气缸工作容积；（2）活塞运动导向。2、外部（1）各机构和系统的装配基体；（2）散热。,（三）材料和工艺：1、材料（1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢（2）气缸体：灰铸铁或铝合金,2、气缸工作表面制造工艺（2级加工精度）,（1）精镗（2）珩磨（网纹状）,

5、1、改善磨合条件，磨合 2、避免拉缸（金属熔着磨损）时间短,（二）要求：1、耐高温、高压 2、耐磨损 3、耐腐蚀 4、足够的刚度和强度,（三）、气缸体结构特点：,（a）一般式,（b）龙门式,（c）隧道式,图2-3 气缸体示意图,（a)一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上。优点是制造方便，质量轻，高度低，但刚度低，适用于汽油机。,(b)油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心,(c)气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式,1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,性能与应用比较,优点：刚度和强度较好，但工艺性较差，适用于柴油机和 强化汽油机。（3）隧道式气缸体：气缸体上有完整的主轴承座孔（图2-3

6、c）。其优点是刚度最 好，主轴承座孔不易变形，便于安装滚动主轴承支承的组合曲轴，各缸主轴承孔同轴度易保证，制造方便，但质量大，高度高。2、按冷却方式分（1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套（图2-4）（2）风冷式：气缸体外铸有散热片（图2-5）,图2-4 水冷发动机和气缸盖,图2-5 风冷发动机的气缸体和气缸盖,散热片,冷却水,冷却水,3、按镶缸套方式分为两种：（1）干式缸套：图（a）所示，不直接与冷却水接触，薄壁（1-3mm），过盈压配在气缸体内孔中。优点：密封性好，气缸体刚性好，不易变形。缺点：,a、制造成本增加：气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变形。b、热负荷增

7、加：缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。c、气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。d：缸心距增加，曲轴易弯曲变形：水套封闭。,气缸套,水套,气缸体,图 2-6（a）干式气缸套,（2）湿式缸套：气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接触，薄厚（5-9mm），缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下端带1-3道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。,湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05-0.15 mm，这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧

8、，以密封燃气。优点：气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短，曲轴不易弯曲。缺点：气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆。,0.050.15mm,气缸套,水套,气缸体,橡胶封水圈,图 2-6（b）湿式气缸套,（轴向定位）,（径向定位）,（径向定位）,干式气缸套和湿式气缸套比较,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、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。,4、按气缸排 列形式分,双列,直立,V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）,水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）,单列,平卧,图2-7 多缸发动

9、机气缸排列型式,（1）单列直立式（直列式）,（2）V型,（3）水平对置式,高度小，总体布置方便。,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；形状复杂，加工困难。,二、气缸盖与气缸垫,（一）气缸盖1、组成：气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。2、作用：（1）密封气缸上部（2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）（3）构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）3、要求：（1）耐高温、高压（2）耐腐蚀（3）足够的刚度和强度4、材料：（1）铝合金压铸：a、导热性好（汽油机及少

10、数 b、质量轻 柴油机）c、铸造流动性好（风冷发动机散热片铸 造容易）d、刚度低:易变形导致漏气、漏水 f、强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛 g、不耐高温:超过350C，强度急剧降低,（2）灰铸铁或合金铸铁：a、刚度、强度高（大部分柴油机）b、耐高温 c、导热性差:缸盖底面鼻梁区 易开裂 d、质量重,5、结构特点：（1）多缸发动机:,a、单体气缸盖：每缸一盖，刚性好，制造容易，维 修方便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。b、整体气缸盖：只有一盖，缸心距最短，发动机紧 凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难，维修成本增加。（现代发动机大部分采用）c、组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。,（2）按所用燃料

11、分 a、汽油机：（1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔;（2）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排 气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾 化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸 在气缸盖的两侧;（3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。b、柴油机：（1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔;（2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响 充气效率，降低发动机功率）;（3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内 部）。（3）按冷却方式分：a、水冷：内铸水套，入水口与气缸体上水套相 通，上部出水口通过节温器与散热器入

12、 水口相通。b、风冷：外铸散热片，平行于来流方向。,6、汽油机燃烧室：（1）要求：a、结构尽可能紧凑，F/V小 b、压缩终了时能形成一定强 度的挤压涡流,减少热量损失缩短火焰传播距离,提高i,提高火焰传播速率促进油、气混合,促使混合气,及时充分,燃烧,a、楔形燃烧室（2）结构特点：b、盆形燃烧室 c、半球形燃烧室,结构较简单、紧凑压缩终了时能形成挤压涡流,结构较简单、紧凑能形成进气涡流,结构最为紧凑，高配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气门倾斜，气门传动困难）,图2-13 汽油机燃烧室形状,（a）,（b）,（c）,燃烧室比较,（二）气缸垫,1、作用：密封,燃气冷却水、机油,2、要求：,（1）一

13、定的强度要求（2）耐热、耐腐蚀（3）一定的弹性,a、密封（变形以补偿结合面的不平度）b、能重复使用（在一定公差内）,3、材料与结构：（1）金属+石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。,（2）金属片：带凸纹,强度高，冲压;低碳钢板，铜板,铝板。适用于增压等强化发动机。4、安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,4、气缸盖螺栓的拧紧次序：必须

14、由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，,图2-15 丰田佳美3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序,这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。,三、油底壳1、作用：储存机油并密封曲轴箱。2、要求：（1）结合面平整，密封性好（2）刚性好，避免振动、机械噪声过大（3）散热性好3、材料与结构：材料：低碳合金钢板或铝合金冲压而成

15、；结构：为了加强油底壳内机油的散热，油底壳底部铸有散热肋片。油底壳形状后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板，避免油面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不,图2-16 桑塔纳轿车油底壳结构,畅。油底壳底部装有磁性放油塞，吸集机油中的金属屑，减少磨损。,2.3 活塞连杆组,组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆,1、作用：（1）构成燃烧室；（2）传递动力。,2、要求：（1）活塞质量小：往复惯性力小；（2）热膨胀系数小：冷态装配间隙小，减轻敲缸现象；（3）导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易积碳，活塞 顶不易热裂；（4）耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；（5）耐高温：高温时机械

16、强度不会下降太多；（6）足够的刚度和强度：a、销座不会弯曲变形；b、活塞顶不会压碎。,一、活塞,3、材料与工艺：,（1）材料：a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；（质量小，导热性好，适用于一般发动机）b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺 栓连接。1、刚度好，高温强度高；2、热膨胀系数低，配缸间隙小；仅适用于极少数大功率 强化柴油机 3、耐磨（环槽）；4、质量居中。,（2）工艺：,a、铸造：质量大，加工工序多；b、锻造：居中；c、模锻：质量小，加工少。,4、结构特点：,（1）基本结构：由顶部、头部、裙部组成（图2-20所示）。,图220 活塞结构,1活塞顶部,2活塞头部,3活塞裙部,结构简

17、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。,a、顶部：组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。,（b）活塞头部,位置：油环以上部分。,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。,作用：,其主要结构特点是：）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度逐渐 扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位 置之 上，目的是使活塞顶吸收的热量平均分摊

18、给各 道活塞环，避免第一道活塞环过热；）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环 槽窄的隔热槽，隔断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上；）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐 热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度 高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄 漏和窜机油;）四冲程汽油机一般2-3道气环，1道油环，最低一道油 环槽内转有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下 后，经 过这些小孔流回油底壳。,（c）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,

19、发动机工作时活塞裙部的变形：1、机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯 曲变形，裙部挤压变形；2、热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。,结论：机械变形和热变形均使得裙部断面变成长轴沿活塞销方向的椭圆。,（a）活塞销对中布置,冷态敲缸现象：活塞装配时应留有间隙。冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的机械变形和热变形时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。,由于冷态装配间隙的存在:活塞工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的次推力面侧贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸壁的一侧），时而是活塞的主推力面侧贴紧气缸壁（作功行程时贴紧

20、气缸壁的一侧），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。,(1)活塞销偏置：偏向主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽油机;,（b）活塞销负偏置,图2-23 活塞销偏置时的工作情况,减轻冷态敲缸现象的主要结构措施：,(2)减少冷态装配间隙：通过改进结构措施，制成反椭圆裙部断面，牵制裙部工作时的热变形，从而在保证活塞工作时不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙，减轻发动机冷车敲缸现象。,（1）预先做成阶梯形、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

21、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，制造活塞时采取采取的措施：,（2）预先做成椭圆形 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）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嵌入钢片。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

22、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：分成气环和油环两大类。,（一）作用：,2、油环：,1、气环：平均寿命：6万公里,图2-25 活塞环,（1）密封（防止燃气漏入曲轴箱）；是主要作用，是传热作用的前提。（2）传热（将活塞头部吸收的70%80%的热量传导给气缸壁）。,（1）润滑（气缸壁上铺油膜）；.（2

23、）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；.（3）辅助密封。.,（二）工作特点：,（1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；.（2）交变的弯曲应力（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。.,（三）要求：,（四）材料：,（1）足够的强度、冲击韧性；.（2）耐高温（第1道气环）、耐磨。.,（1）一般用合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环以提高 弹力和冲击韧性）；.（2）第1道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并 能储存少量机油，以改善润滑条件）；.（3）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞）（以改善磨合性能）。,（五）气环的密封机理：,第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力F1

24、）；.第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力F1 作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,第一密封面,F1,图2-26 气环的密封机理,第二密封面（燃气压力F2）；.气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）。.第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,F,第二密封面,图2-26 气环的密封机理,1、第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此气环装入气缸时产生的初始弹力F1很重要。.2、由图2-27可知，第一道气环的初始弹力F1要求最小，随后的几道气环

25、的初始弹力F1大小要求依次递增。,气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,图2-27 各环间隙处的气体压力递减图,图2-26 气环的密封机理,图2-28 气环的切口形状,（六）气环的结构特点：（1）切口形状：1）直角切口：工艺性好，密封效果差；2）阶梯切口：密封好，工艺性差；.3）斜切口：介于中间，但套装时尖角易折断；.4）带防转销钉槽切口：方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。,1）矩形环：,（2）气环的断面形状：,工艺最简单，导热性好，但存在“泵油”现象。.,矩形环的“泵油”作用原理解释：,活塞下行时，分两种情况：在进气行程中，由于环

26、与缸壁的摩擦阻力以及环本身的惯性，环将靠紧环槽的上侧平面，缸壁上的机油就被刮入下边隙与背隙内；.在膨胀作功行程中，燃气压力的作用大于摩擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。.,图2-30 气环的断面形状,图2-29 矩形环的泵油作用,活塞环的泵油作用及危害原因：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。,2）扭曲环：,a)正扭曲环：内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去 部分金属；.,b)反扭曲环：内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去 部分金属；

27、.,图2-30 气环的断面形状,（a）正扭曲内切环,（b）反扭曲内切环,图2-31 扭曲环的作用原理,扭曲环成因见图2-31所示：,活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力F1与内侧环的弹力F2不在一条直线上，于是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油”现象。.环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下。这样，活塞向上运动时，因“油楔”作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。,总结：扭曲环的优点：,a)密封性、磨合性好（线

28、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1，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。.,a)工艺性差（凸圆弧面难加工）；.b)仍有“泵油”现象。.,（d）锥面环,优点：,缺点：,a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；.b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；.c)密封性改善。.,3）锥面环：小锥角，不超过2，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有“泵油”现象。.,4）桶面环：与气缸壁凸圆弧面接触。,（f）桶面环,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

29、，仍有“泵油”现象。,5）梯形环：,如图2-32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,（2）油环的断面形状如图2-25所示，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（图2-33）。,（3）油环分为两种类型：,图2-33 油环的刮油作用,（a）,（b）,（七）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。.,图2-34 油环的断面形状,1）普

30、通槽孔式油环：合金铸铁，鼻形倒角（图2-34）。,（a）异向外倒角油环.（b）同向外倒角油环.（c）同向内倒角油环.（d）鼻式油环.（e）双鼻式油环.,2）组合钢片式油环：接触比压大，刮油能力强，泄油 通 路大，惯性质量小，但制造成本高（图2-35）。,图2-35 组合油环1-钢片；2-衬簧；3-径向衬簧；4-轴向衬簧；5-活塞,三、活塞销与销座,（一）活塞销,1、作用：,连接活塞和连杆小头，传递动力。.,2、要求：,3、材料与工艺：,一般为低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳或渗氮热处理以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研磨。.,（1）足够的刚度、强度和冲击韧性；.（2）表面耐磨；.（3

31、）质量小。.,图 2-36 活塞销的内孔形状,4、结构特点：管状（图 2-36所示）。.,（1）等截面圆柱形：易加工，但质量大；.（2）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工；.（3）组合形：居中。,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。,5、活塞销连接方式：,装配时，应先将铝合金活塞预热（7090C的水或油中加热），然后将销装入。,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

32、运动。,连杆组件分解图,连杆小头,杆身,连杆大头,3、要求：在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。,刚度不足的后果：（1）大头孔失圆：烧轴瓦，甚至咬死。.（2）杆身弯曲：偏磨，漏气，窜机油。.,（1）连杆小头：一般压入减磨的锡青铜衬套4，小头顶部铸有 工艺凸台，减重用；小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油雾，润滑活塞销。（2）杆身：通常做成“工”字形断面，以求在刚度足够的前提下 尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。,2、工作特点：复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等交变载荷。.,4、材料与工艺：中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。.,5、结构特点：由连杆小头1、杆身2、连杆大头3（包括连杆

33、盖9）三部分组成。,通常做成分开式的，以便于拆装活塞连杆组，被分开的部分叫连杆盖9，两者之间用连杆螺栓连接。连杆与连杆盖之间有配对记号，拆装时应注意一致。.,图2-39 连杆装配标记,（3）连杆大头：,连杆大头孔内过盈压入上、下两半薄壁钢轴瓦，在其内表面上涂有0.30.7mm厚的减磨合金层，具有保持油膜、减少摩擦阻力和易于磨合的作用，主要有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。轴瓦背面制有定位凸肩，防止轴瓦转动；轴瓦内表面开有油槽用以储油和作垃圾槽用。.,6、汽车发动机连杆分类：,（1）平切口：,连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，汽油机和较小功率柴油机用。.,定位可靠，结构简单（利用连杆螺栓上经

34、过精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的连杆螺栓孔来保证）；,连杆大头沿着与杆身轴线成3060 夹角切开，常用于曲柄销直径较粗的较大功率柴油机，否则，连杆大头尺寸太大，无法从气缸中拆下活塞连杆组。.,定位不可靠（切口方向受到附加剪切力，连杆螺栓易剪断，连杆盖脱落会击穿气缸体）。,优点是：,（2）斜切口：,缺点是：,平切式,斜切式,定位可靠（锯齿接触面大，贴合紧密），结构紧凑，但齿距公差要求高，否则，会因个别齿脱空影响连杆组件的刚度，也会造成连杆大头孔失圆。,图2-41斜切口连杆大头的定位方式,斜切口定位方式：,1）止口定位：,工艺简单，但定位不可靠（径向脱离无法阻止）,2）套筒定位：,定位精度

35、较高，但工艺要求高（若孔距不准确，则可能因过定位而造成大头孔严重失圆）,3）锯齿定位：,（a）止口定位,（b）套筒定位,（c）锯齿定位,7、V型发动机连杆分类：,（1）并列连杆：左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，连杆可以通用，两缸活塞连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度降低。常用于V6、V8汽车发动机。,（2）主副连杆：副连杆铰接在主连杆凸耳上，曲轴不加长，但相邻两缸活塞连杆组运动规律和受力不相同。.,并列式,主副式,叉型式,相邻两缸的一个连杆大头做成叉形，另一个连杆大头套于其叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线不需错位，但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且连

36、杆大头的刚度也不高。,（3）叉形连杆：,1、起动爪,2.4曲轴飞轮组,2、起动爪锁紧垫圈,3、扭转减震器,4、带轮,5、挡油片,6、定时齿轮,7、半圆键,8、曲轴,9、主轴承上下轴瓦,10、中间轴瓦,11、止推片,12、螺柱,13、润滑脂嘴,14、螺母,15、齿环,16、圆柱销,17、一、六气缸活塞处在上止点时的记号（钢球）,图2-44 桑塔纳2000时代超人轿车AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图,曲轴带轮,曲轴正时齿形带轮,曲轴链轮（驱动油泵）,止推片,主轴承下轴瓦,转速传感器脉冲轮,飞轮,飞轮齿圈,曲轴正时齿形带轮,凸轮轴正时齿形带轮,正时齿形带,水泵齿形带轮,张紧轮,1、作用：,一、曲轴,

37、（1）.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。（2）.驱动配气机构及其它附属装置。,2、工作条件：,3、要求：,（3）旋转惯性力系达到良好的平衡（离心力合力及 其合力矩为零时称为完全平衡，亦称动平衡）。,4、材料及工艺：,（1）多采用优质中碳钢或中碳合金钢如铬镍钢（18CrNi5）、铬铝钢（34CrAl16）模锻而成，其主轴颈和曲柄销工作表面均需高频淬火或氮化，再经过精磨；其轴颈圆角过渡处不经淬火，采用滚压强化工艺，以提高疲劳强度。优点是机械疲劳强度高，轴颈直径可以较细，发动机结构紧凑，但表面加工质量要求高，否则，容易引起应力集中。.,承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心力以及由

38、此产 生的扭矩、弯矩的共同作用。.,（1）足够的刚度、疲劳强度和冲击韧性；.,（2）各工作表面润滑良好、耐磨；.,（2）过去，国产的许多发动机采用高强度的稀土球墨铸铁铸造曲轴，优点是制造成本低，铸铁比钢的耐磨性、抗扭振性好，但发动机体积庞大。,5、曲轴的基本组成：,6、曲轴的结构特点：,3）曲轴后端 6（功率输出端）。,3）V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。.,图2-45 整体式曲轴,1）曲轴前端3（自由端）；,2）若干个由曲柄销2、.,左、右曲柄5（包括平衡块4）、左、右主轴颈1.组成的曲拐；,1-主轴颈2-连杆轴颈（曲柄销）3-前端轴4-平衡块5-曲柄6-后端凸缘,1）曲轴的曲拐数取

39、决于气缸的数目和排列形式；.,2）直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；,7、曲轴的基本分类：,可分为整体式曲轴和组合式曲轴。.,图2-46 组合式曲轴（6135柴油机）,（1）整体式曲轴刚性好，现代汽车发动机多采用模锻而成的中碳钢或中碳合金钢整体式曲轴，以追求汽车发动机结构紧凑。(2）组合式曲轴用于（稀土球墨铸铁铸造的曲轴，特点是制造成本低，便于系列化。.为减轻质量和离心力（为保证刚度要求，轴颈直径较粗），有时将曲柄销和主轴颈做成空心的，可兼做润滑油道。,第一道主轴颈之前的部分（图2-47）。装有驱动其他装置的机件（正时齿,图2-47 曲轴前端结构,止推垫片,（驱动风扇和水泵）带轮,起动爪,油

40、封,甩油盘,正时齿轮,滑动推力轴承,(a)全支承曲轴:,在相邻曲拐之间都设置一个主轴颈。.,优点是曲轴刚性好，不易弯曲，缺点是缸心距加大，机体加长，制造成本增加。柴油机多用全支承曲轴。.,(b)非全支承曲轴:,多用于中小功率的汽油机。,(4)曲轴前端：,轮4、带轮7及起动爪8、止推垫片3、甩油盘5、油封6、扭转减振器等。.,8-主轴承盖,(5)曲轴后端：,最后一道主轴颈之后的部分。一般在其后端为安装飞轮的法兰盘。.,曲轴前、后端的封油原理：,常用的防漏装置有甩油盘、填料油封、自紧油封和回油螺纹等。一般发动机都采用复合式防漏装置，由甩油盘与其它一至二种防漏装置组成。.,曲轴前端甩油盘的外斜面应朝

41、外，当被齿轮挤出和甩出的润滑油落到甩油盘上时，沿壁面流回油底壳中。,图2-48 曲轴后端的结构（6100）,1-轴承座（曲轴箱体）.,2-甩油盘,3-回油螺纹.,4-飞轮,5-飞轮螺栓、螺母,6-曲轴凸缘盘,7-填料油封,回油螺纹的螺旋方向应为右旋，当曲轴旋转时，机油也被带动旋转，因为机油有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻力Fr。Fr可分解为平行于螺纹的分力Fr1和垂直于螺纹的分力Fr2。机油在Fr1的作用下，顺着螺纹槽道流回机油盘。,图2-49回油螺纹的封油原理,(6)曲轴主轴承：,曲轴轴承按其承载方向可分为径向轴承和轴向（推力）轴承。.,径向轴承用于支承曲轴，一般用滑动轴承，即上、下两半

42、轴瓦，少数大功率柴油机用滚动轴承（与球墨铸铁铸成的组合式曲轴对应）。.,轴向（推力）轴承用于限制曲轴的轴向窜动（发动机工作时，曲轴常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势），保证曲柄连杆机构各零件正确的相对位置。但曲轴受热膨胀时，又应允许其自由伸长，故曲轴上的轴向定位装置必须有，但只能设于一处，通常设在中间主轴承处。现代汽车发动机常将径向轴承和推力轴承合而为一，制成翻边滑动轴承。,图2-50 多层推力轴承1-凸肩 2-油槽 3-钢质薄壁 4-基层 5-镍涂层 6-磨耗层 7-油孔 8-卷边,平面曲拐，相邻曲拐两两相对（图2-51），发火顺序是1或12431，发火间隔角等于720/4

43、=180。,(7)多缸发动机曲拐布置和发火顺序：曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和各缸的作功行程交替顺序（发火顺序）。.,发火顺序的要求：,(a)发动机每完成一个循环，各缸都应发火一次，且各缸作功间隔应均匀，即发火间隔角应等于720/I;.,(b)应使连续作功的两缸相距尽可能远，避免相邻两缸发生进气重叠现象，同时降低主轴承负荷。.,直列四缸发动机：,图2-51 直列四缸发动机曲拐布置,空间曲拐，各平面曲拐成120夹角，发火间隔角是720/6=120（图2-52），发火顺序是15 3 6 2 4 1或1 4 2 6 3 5 1。,图2-52 直列六缸发动机的曲拐布置,直列六

44、缸发动机：,表2-3 直列六缸机工作循环表（发火顺序：1-5-3-6-2-4-1）,空间曲拐，各平面曲拐成90夹角，发火间隔角是720/8=90（图2-53），发火顺序是184365721。,图2-53 V型八缸发动机的曲拐布置,V型八缸发动机：,但曲轴的局部（即内部）却受到较大的弯曲力矩，过大会使主轴承过载，振动加剧。因此，四缸机一般在曲柄的反方向上设置平衡重，通常采用四块平衡重，以免曲轴转动惯量过大，容易发生共振，降低发动机最高工作转速。六缸机通常采用八块平衡重，方案较多。,（a）受力分析,（b）平衡重布置,图2-54 直列四缸机平衡重作用示意图,(8)曲轴平衡重布置：,平衡重一般用于平衡

45、发动机不平衡的离心力及离心力矩，有时也被用于部分平衡往复惯性力。.,对于汽车发动机常用的直列四缸机、六缸机，从整体上看，旋转惯性力系和一阶往复惯性力系已得到完全平衡（由于曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主轴颈成镜面对称，惯性力合力及其合力矩均为零）（六缸机二阶往复惯性力系也已得到完全平衡，但四缸机的二阶往复惯性力系惯性力合力不为零），.,二、曲轴扭转减振器,曲轴转动惯量愈大，自振频率愈低，愈易发生共振，曲轴扭转振幅极大，破坏配气相位的准确性，产生冲击噪声，甚至导致曲轴因扭转变形过大而断裂。.,曲轴是一种扭转弹性系统，连杆作用于曲柄销上的力呈周期性变化，使曲轴转速忽快忽慢，造成曲轴的扭转振动。.,因

46、此，对曲轴刚度较小、转动惯量较大、缸数多及转速高的发动机，一般在曲轴前端装有曲轴扭转减振器，此处扭转振幅最大。,惯性盘5与圆盘3有了相对角振动，橡胶垫4的扭转变形消耗了扭转振动能量，振幅减小。,图2-55 8V100型发动机橡胶式扭转减振器,6-带盘,1、摩擦式扭转减振器（汽车发动机）：,其工作原理是使曲轴扭转振动能量逐渐消耗于减振器内的摩擦，从而使振幅逐渐减小。可分为：,（a）橡胶式扭转减振器（图2-55）,转动惯量较大的惯性盘5与薄钢片制成的减振器圆盘3都同橡胶垫4硫化粘结，,减振器圆盘3毂部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮6上，后者与曲轴前端螺栓固紧，因此，圆盘3与带轮、曲轴同步转动，,1

47、-曲轴前端,2-带轮毂,3-减振器圆盘,4-橡胶垫,5-惯性盘,橡胶减振器的主要优点是结构简单、质量小、工作可靠，但橡胶对曲轴扭转振动的衰减作用不够强，而且，橡胶易因摩擦生热而容易老化。.,两个惯性盘1松套在风扇带轮6的轮毂上（之间有衬套），轴向上在带轮与平衡重4之间，可轴向移动，但不能相对转动。,2,图2-56干摩擦式扭转减振器 1-惯性盘 2-弹簧 3-曲轴 4-平衡重 5-摩擦片 6-带轮,（b）干摩擦式扭转减振器（图2-56）:,这样，当曲轴带动带轮、平衡重发生扭转振动时，由于惯性盘、带轮、平衡重与摩擦片之间的摩擦消耗了曲轴扭转振动的能量，振幅减小。,在带轮6与一惯性盘之间以及平衡重4

48、与另一惯性盘之间各有一摩擦片5。装在两个惯性盘之间的弹簧2使惯性盘压紧摩擦片。,（c）硅油-橡胶式扭转减振器（图2-57）:该减振器结构紧凑（质量和容积均较小）、减振性能良好。减振体2浮动地装在密封外客1中，两者之间间隙很小（0.50.7mm），其中充满高粘度的有机硅油。当曲轴发生扭转振动时，带着外壳1一起振动，而转动惯量较大的减振体2基本上是匀速转动，于是两者之间发生相对滑动，使硅油受剪切，摩擦生热而消耗振动的能量，从而减小了扭转振幅。显然，摩擦使硅温度升高，粘度下降，对曲轴的扭振衰减作用减弱。,图2-57 150系列车用柴油机粘液摩擦式扭转减振器1-密封外壳 2-减振体 3-衬套4-侧盖

49、5-注油螺塞孔,三、飞轮,1、作用：（1）储存动能，克服阻力使发动机的工作循环周而复始，使曲轴转 速均匀，并使发动机具有短时间超载的能力；（2）驱动其它辅助装置；（3）传递扭矩给汽车传动系，是离合器的驱动件；（4）飞轮上正时刻度记号作为配气机构、供油系统（柴油机）、点 火系统（汽油机）正时调整角度用。,2、要求：质量尽可能小的前提下具有足够的转动惯量，因而轮缘通常做得宽而厚。3、材料、工艺、结构特点：（1）一般用灰铸铁，当轮缘速度超过50米/秒时要采用球铁或铸钢。（2）飞轮外缘上的齿圈是热压配的，齿圈磨损失效后可以更换，但拆装齿圈时应注意加热后进行。（3）多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡

50、校准。为了拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲轴之间的连接螺栓应不对称布置。,图2-58 发动机发火定时记号1-离合器外壳的记号 2-观察孔盖板3-飞轮上的记号,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,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,曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。,曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了