汽車發(fā)動機的曲柄連桿機構(gòu)

1、.汽車發(fā)動機的曲柄連桿機構(gòu)【概述】曲柄連桿機構(gòu)是汽車發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動機構(gòu)，用來傳遞力和改變運動方式。工作中，曲柄連桿機構(gòu)在做功行程中把活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，對外輸出動力，而在其他三個行程中，即進氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成活塞的往復(fù)直線運動。總的來說曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機借以產(chǎn)生并傳遞動力的機構(gòu)。通過它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。發(fā)動機工作時，曲柄連桿機構(gòu)直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉(zhuǎn)速度又很高，活塞往復(fù)運動的線速度相當(dāng)大，同時與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機構(gòu)還受到化學(xué)腐蝕作用，并且潤滑困難。可見，曲柄連桿機構(gòu)的工作條件相當(dāng)

2、惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕作用。【組成】曲柄連桿機構(gòu)的主要零件可以分為三組，即機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。機體組機體是構(gòu)成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。發(fā)動機的機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。氣缸體氣缸體是發(fā)動機各個機構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來保持發(fā)動機各運動部件相互之間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。一、氣缸體的工作條件、要求及

3、材料（ 1）應(yīng)具有足夠的強度和剛度、耐磨損和耐腐蝕、適當(dāng)冷卻? 發(fā)動機中最大的零件? 承受拉、壓、彎、扭等機械負荷? 承受高溫燃氣很大的熱負荷? 發(fā)動機大部分零件安裝在機體上（ 2）力求結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕? 盡量減小整機的重量（發(fā)動機最大的零件）? 加強肋（減小質(zhì)量、保證剛度與強度）（ 3）機體材料? 一般高強度灰鑄鐵或球墨鑄鐵、合金鑄鐵? 為了減輕質(zhì)量、加強散熱采用鋁合金精選文檔.二、氣缸體的分類（一）按結(jié)構(gòu)形式根據(jù)氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為一般式、龍門式和隧道式三種形式。（1） 一般式氣缸體 其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。 這種氣缸體的優(yōu)點是機體高度

4、小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點是剛度和強度較差（ 2）龍門式氣缸體 其特點是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。它的優(yōu)點是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；但其缺點是工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。（ 3）隧道式氣缸體 這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強度好，但其缺點是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。（二）按冷卻方式分為了能夠使氣缸內(nèi)表面在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋進行適當(dāng)?shù)乩鋮s。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風(fēng)冷。（ 1）水冷發(fā)動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工

5、有冷卻水套，并且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內(nèi)不斷循環(huán)，帶走部分熱量，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。（ 2）風(fēng)冷發(fā)動機是以空氣作為冷卻介質(zhì)的發(fā)動機。它在氣缸及缸蓋的外壁鑄造出一些散熱片，并用冷卻風(fēng)扇使空氣高速吹過散熱片表面，帶走發(fā)動機散出的熱量, 使發(fā)動機冷卻。（三）按氣缸的排列形式現(xiàn)代汽車上基本都采用水冷多缸發(fā)動機，對于多缸發(fā)動機，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動機外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點，對發(fā)動機機體的剛度和強度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置。按照氣缸的排列方式不同，氣缸體還可以分成單列式，V 型和對置式三種。三、氣缸套氣缸套主要分為干式氣缸套和濕式氣缸套兩種。（1）干式氣缸套：即氣缸套的外表

6、面不直接與冷水接觸。主要用于中、小型發(fā)動機。（ 2）濕式氣缸套：即氣缸套的外表面與冷卻水直接接觸。主要用于大負荷或鋁合金氣缸體的發(fā)動機。曲軸箱（油底殼）缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱， 故又稱為油底殼圖。 油底殼受力很小， 一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機的總體布置和機油的容量。油底殼內(nèi)裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤＞x文檔.氣缸

7、蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。一、氣缸蓋的結(jié)構(gòu)缸蓋上裝有進、 排氣門座， 氣門導(dǎo)管孔， 用于安裝進、 排氣門， 還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。二、燃燒

8、室形式氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室形狀直接影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)，所以對燃燒室有兩個基本要求： （ 1）結(jié)構(gòu)要緊湊，冷去面積要小，以減少熱量損失，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。 （ 2）充氣效率高，混合氣在壓縮過程中具有一定的渦流運動，以提高混合氣的混合質(zhì)量為燃燒速度，保證混合氣及時、完全地燃燒。由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。汽油機的燃燒室是由活塞頂部與氣缸蓋上相應(yīng)的凹部空間形成。常見的三種形式為半球形燃燒室、楔形燃燒室和盆形燃燒室。（1）半球形燃燒室半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火花塞布

9、置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結(jié)構(gòu)上也允許氣門雙行排列，進氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機構(gòu)變得較復(fù)雜，但有利于排氣凈化，在轎車發(fā)動機上被廣泛地應(yīng)用。（2）鍥形燃燒室楔形燃燒室結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動， 有利于提高混合氣的混合質(zhì)量， 進氣阻力小，提高了充氣效率。 氣門排成一列， 使配氣機構(gòu)簡單， 但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長些，切諾基轎車發(fā)動機采用這種形式的燃燒室。（3）盆形燃燒室盆形燃燒室， 氣缸蓋工藝性好， 制造成本低， 但因氣門直徑易受限制， 進、排氣效果要比半球形燃

10、燒室差。 捷達轎車發(fā)動機、 奧迪轎車發(fā)動機采用盆形燃燒室。三、氣缸蓋的安裝拆卸：從兩邊向中間分23 次逐步擰松。安裝：從中間向兩邊分23 次逐步擰緊。氣缸墊氣缸墊裝于氣缸體和氣缸蓋之間，其作用是保證氣缸體和氣缸蓋之間的密封性，防止氣缸漏氣、水套漏水和潤滑油泄漏。氣缸墊的材料要有一定的彈性，能補償結(jié)合面的不平度，以確保密封，同時要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形。目前應(yīng)用較多的是銅皮棉結(jié)構(gòu)的氣精選文檔.缸墊，由于銅皮棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時較之石棉不易變形。有的發(fā)動機還采用在石棉中心用編織的綱絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成的氣缸墊?；钊B桿組活塞連桿組是

11、發(fā)動機中的主要運動組件。其作用是將活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動以及將作用在活塞頂上的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S承的轉(zhuǎn)矩?；钊B桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成?；钊钊淖饔檬桥c氣缸蓋和氣缸壁共同組成燃燒室，承受氣缸中燃燒氣體的壓力，并將通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸的旋轉(zhuǎn)。一、活塞的工作條件活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時溫度可達 2500K 以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達 600 700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機高達3 5MPa，柴油機

12、高達69MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度 (8 12m/s) 往復(fù)運動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時受到燃氣的化學(xué)腐蝕作用。二、活塞的結(jié)構(gòu)活塞由活塞頂部、頭部和裙部三大部分組成。（1）活塞頂部根據(jù)活塞頂部形狀的不同可分為平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成形頂活塞。（2）活塞頭部精選文檔.活塞環(huán)槽以上的部分稱為活塞頭部。上面加工有若干道用來安裝氣環(huán)與油全裙式裙部環(huán)的環(huán)槽， 上面的 23 道安裝氣環(huán)， 下面的 12 道安裝油環(huán)。 在油環(huán)槽

13、的底面鉆有許多徑向小孔，可使油環(huán)刮下來的潤滑油通過小孔流回油底殼。（3）活塞裙部活塞環(huán)以下的部分稱為活塞裙部?；钊共康淖饔檬窃跉飧變?nèi)為活塞的運動導(dǎo)向并承受側(cè)壓力?；钊共坑袃煞N：全裙式裙部和拖板式裙部。拖板時裙部（ 4）活塞銷座孔活塞銷座孔的作用是安裝活塞銷，并將氣體的壓力傳給連桿。兩座孔外端加工有卡環(huán)槽，用來安裝卡環(huán)以限制活塞銷的軸向竄動?；钊谶\動過程中受到側(cè)壓力的作用，而一般發(fā)動機的活塞銷座孔軸線與活塞軸線垂直相交，這樣的布置形式會使敲缸噪聲大；將其偏移12mm ，這樣大減小的敲缸聲?；钊h(huán)活塞環(huán)裝配在活塞環(huán)槽中，與活塞連桿組一起裝于氣缸體內(nèi)?；钊h(huán)是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣

14、，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走。其中密封作用是主要的，因為密封是傳熱的前提。如果密封性不好，高溫燃氣將直接從氣缸表面流入曲軸箱。這樣不但由于環(huán)面和氣缸壁面貼合不嚴(yán)而不能很好散熱，而且由于外圓表面吸收附加熱量而導(dǎo)致活塞和氣環(huán)燒壞；油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油竄入氣缸燃燒掉，又可以減少活塞、活塞環(huán)與氣缸壁的摩擦阻力，此外，油環(huán)還能起到封氣的輔助作用。活塞環(huán)的工作條環(huán)境極其惡劣，是壽命最短的零件之一。為延長其使用壽命，通常第一道氣環(huán)外圓面進行多孔鍍鉻處理。其余的采用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合

15、性。（1）氣環(huán)氣環(huán)為一帶切口的環(huán)狀態(tài)結(jié)構(gòu)， 在自由狀態(tài)下時其外形尺寸略大于氣缸內(nèi)徑。 。氣環(huán)的主要作用是保證活塞與氣缸壁間的密封，防止氣缸中高溫、高壓燃氣竄入曲軸箱，并將活塞頭部的大部分熱量傳給氣缸壁，避免活塞過熱。精選文檔.（ 2）油環(huán)油環(huán)的作用是活塞上行時，使飛濺在氣缸壁上的潤滑油均勻頒布，有利于活塞、活塞環(huán)和氣缸壁的潤滑；活塞下行時，刮除氣缸壁上多余的潤滑油，防止?jié)櫥透Z入氣缸燃燒。活塞銷活塞銷的作用是連接活塞和連桿小頭，并將活塞所承受的氣體作用力傳給連桿?；钊N在高溫條件下承受很大的周期性沖擊載荷，潤滑條件較差，因此必須具有足夠的剛度、強度和良好的耐磨性，質(zhì)量盡可能小。連桿組連桿組的作

16、用是將活塞承受的力傳給曲軸，將活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。精選文檔.*連桿軸瓦：安裝在連桿大頭孔內(nèi)，用以保護連桿軸頸及連桿大頭孔。是由鋼帶各減磨合金層組成的分開式薄壁軸承。曲軸飛輪組曲軸飛輪組包括曲軸和飛輪。曲軸曲軸的作用是把活塞連桿組傳來的氣體作用為轉(zhuǎn)變?yōu)榱亍?另外還可用來驅(qū)動配氣機構(gòu)及其他各種輔助裝置。一、曲軸的結(jié)構(gòu)曲軸主要由前端軸、 若干個曲拐和后端軸三部分組成。曲軸有整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)兩種類型。（1）整體式曲軸（ 2）組合式曲軸二、曲軸的支承方式根據(jù)主軸頸數(shù)的不同，曲軸分為全支承和非全支承兩種。三、曲拐的布置與多缸發(fā)動機的工作順序在安排發(fā)動機工作順序時應(yīng)盡量遵循如下規(guī)則（1）使連續(xù)作功的兩缸盡可能相距遠些。（2）各氣缸的作功間隔角應(yīng)該相等（720o/i ）。（3）如果是V 型發(fā)動機，則左右兩列氣缸應(yīng)交替作