發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)

1、第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)概述 1. 功用曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來傳遞力和改變運(yùn)動(dòng)方式。工作中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在作功行程中把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外輸出動(dòng)力，而在其他三個(gè)行程中，即進(jìn)氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)?？偟膩碚f曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)借以產(chǎn)生并傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。通過它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。2.工作條件發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲柄連桿機(jī)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(yùn)動(dòng)的線速度相當(dāng)大，同時(shí)與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)還受到化學(xué)腐蝕作用，并且潤滑困

2、難?？梢?，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件相當(dāng)惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕作用。3.組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件可以分為三組，機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。第二節(jié) 機(jī)體組 機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機(jī)體必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。機(jī)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（圖2-1）圖2-11.氣缸體(cylinder block)水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體-軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，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

3、，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋，冷卻水套和潤滑油道等。氣缸體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，根據(jù)氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為以下三種形式。（如圖2-2）圖2-2（）一般式氣缸體：其特點(diǎn)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(diǎn)是機(jī)體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度較差 （）龍門式氣缸體：其特點(diǎn)是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的機(jī)械負(fù)荷；但其缺點(diǎn)是工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。 （）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(dòng)軸承，主軸承孔較大，

4、曲軸從氣缸體后部裝入。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好，但其缺點(diǎn)是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。 為了能夠使氣缸內(nèi)表面在高溫下正常工作，必須對(duì)氣缸和氣缸蓋進(jìn)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（圖2-3）。圖2-3水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，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(duì)氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。現(xiàn)代汽車上基本都采用水冷多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的剛度和強(qiáng)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，氣缸體還可以分成直列式，型和對(duì)置

5、式三種（如圖2-4）。圖2-(1) 直列式排列發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的。單列式氣缸體結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，但發(fā)動(dòng)機(jī)長度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動(dòng)機(jī)多采用單列式。例如捷達(dá)轎車、富康轎車、紅旗轎車所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)均采用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，把發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜一個(gè)角度。(2) V型排列氣缸排成兩列，左右兩列氣缸中心線的夾角180，稱為型發(fā)動(dòng)機(jī)，型發(fā)動(dòng)機(jī)與直列發(fā)動(dòng)機(jī)相比，縮短了機(jī)體長度和高度，增加了氣缸體的剛度，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，但加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的寬度，且形狀較復(fù)雜，加工困難，一般用于8缸以上的發(fā)動(dòng)機(jī)，6缸發(fā)動(dòng)機(jī)也有采用這種形式的氣缸體。 (3) 對(duì)置式排列氣缸排成

6、兩列，左右兩列氣缸在同一水平面上,即左右兩列氣缸中心線的夾角180，稱為對(duì)置式。它的特點(diǎn)是高度小，總體布置方便，有利于風(fēng)冷。這種氣缸應(yīng)用較少。 氣缸直接鏜在氣缸體上叫做整體式氣缸，整體式氣缸強(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的載荷，這種氣缸對(duì)材料要求高，成本高。如果將氣缸制造成單獨(dú)的圓筒形零件(即氣缸套)，然后再裝到氣缸體內(nèi)。這樣，氣缸套采用耐磨的優(yōu)質(zhì)材料制成，氣缸體可用價(jià)格較低的一般材料制造，從而降低了制造成本。同時(shí)，氣缸套可以從氣缸體中取出，因而便于修理和更換，并可大大延長氣缸體的使用壽命。氣缸套有干式氣缸套和濕式氣缸套兩種（圖2-5）。干式氣缸套的特點(diǎn)是氣缸套裝入氣缸體后,其外壁不直接與冷卻水接

7、觸,而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚較薄，一般為13mm。它具有整體式氣缸體的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度和剛度都較好，但加工比較復(fù)雜，內(nèi)、外表面都需要進(jìn)行精加工，拆裝不方便，散熱不良。濕式氣缸套的特點(diǎn)是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套僅在上、下各有一圓環(huán)地帶和氣缸體接觸，壁厚一般為59mm。它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內(nèi)表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但缺點(diǎn)是強(qiáng)度、剛度都不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。應(yīng)該采取一些防漏措施。圖2-52. 曲軸箱(crankcase) 氣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

8、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（圖2-6）。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(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。油底殼內(nèi)裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動(dòng)時(shí)油面波動(dòng)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(dòng)機(jī)的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤D2-63. 氣缸蓋(cylinder head)（圖2-7） 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?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)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

9、卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。圖2-7缸蓋上還裝有進(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)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。 氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響很大，由于汽油機(jī)和柴油機(jī)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(jī)的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機(jī)的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。這里

10、只介紹汽油機(jī)的燃燒室，而柴油機(jī)的燃燒室放在柴油供給系里介紹。汽油機(jī)燃燒室常見的三種形式（圖2-8）。圖2-8(1) 半球形燃燒室 半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，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(jìn)氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機(jī)構(gòu)變得較為復(fù)雜，但有利于排氣凈化，在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上被廣泛地應(yīng)用。 (2) 楔形燃燒室 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(yùn)動(dòng)，有利于提高混合氣的混合質(zhì)量，進(jìn)氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機(jī)構(gòu)簡單，但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑?/p>

11、距離長些，切諾基轎車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達(dá)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、奧迪轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用盆形燃燒室。4.氣缸墊（圖2-9）圖2-9氣缸墊裝在氣缸蓋和氣缸體之間，其功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。氣缸墊的材料要有一定的彈性,能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度,以確保密封，同時(shí)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)的氣缸墊，由于銅皮-棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時(shí)較之石棉不易變形。有的發(fā)動(dòng)機(jī)還采用在石棉中心用編織的綱絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架

12、，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成的氣缸墊。 注意:安裝氣缸墊時(shí),首先要檢查氣缸墊的質(zhì)量和完好程度,所有氣缸墊上的孔要和氣缸體上的孔對(duì)齊,將光滑的一面朝向氣缸體,防止被高溫氣體沖壞。其次要嚴(yán)格按照說明書上的要求上好氣缸蓋螺栓。擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，必須由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分23次進(jìn)行，最后一次擰緊到規(guī)定的力矩。 第三節(jié) 活塞連桿組 活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成，如圖2-10。圖2-10一. 活塞（圖2-11） 圖2-11功用：活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。

13、活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時(shí)溫度可達(dá) 以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時(shí)溫度很高，頂部高達(dá)600700K,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(jī)高達(dá)35MPa，柴油機(jī)高達(dá)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(812m/s)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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。活塞在這種惡劣的條件下工作，會(huì)產(chǎn)生變形并加速磨損，還會(huì)產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時(shí)受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。要求：(1) 要有足夠的剛度和強(qiáng)度，傳力可靠；(2) 導(dǎo)熱性能好，要耐高壓、耐高溫、耐磨損；(

14、3) 質(zhì)量小，重量輕，盡可能地減小往復(fù)慣性力。鋁合金材料基本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強(qiáng)度鋁合金，但在一些低速柴油機(jī)上采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼。 構(gòu)造：活塞可分為三部分，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。 1.活塞頂部（圖2-12）圖2-12活塞頂部承受氣體壓力，它是燃燒室的組成部分，其形狀、位置、大小都和燃燒室的具體形式有關(guān)，都是為滿足可燃混合氣形成和燃燒的要求，其頂部形狀可分為四大類，平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成型頂活塞。平頂活塞頂部是一個(gè)平面，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，受熱面積小，頂部應(yīng)力分面較為均勻，一般用在汽油機(jī)上，柴油機(jī)很少采用。 凸頂活塞頂部凸起呈球頂形，其頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向

15、作用，有利于改善換氣過程，二行程汽油機(jī)常采用凸頂活塞。 凹頂活塞頂部呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的燃燒，有雙渦流凹坑、球形凹坑、形凹坑等等。 2.活塞頭部 活塞頭部指第一道活塞環(huán)槽到活塞銷孔以上部分。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，起密封作用，又稱為防漏部。柴油機(jī)壓縮比高，一般有四道環(huán)槽，上部三道安裝氣環(huán)，下部安裝油環(huán)。汽油機(jī)一般有三道環(huán)槽，其中有兩道氣環(huán)槽和一道油環(huán)槽，在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環(huán)從氣缸壁上刮下的機(jī)油經(jīng)過這些小孔流回油底殼。第一道環(huán)槽工作條件最惡劣，一般應(yīng)離頂部較遠(yuǎn)些。 活塞頂部吸收的熱量主要也是經(jīng)過防漏部通過活塞環(huán)傳給氣缸壁，再由冷卻水傳出去?？?/p>

16、之，活塞頭部的作用除了用來安裝活塞環(huán)外，還有密封作用和傳熱作用，與活塞環(huán)一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，同時(shí)還將(7080)%的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。 3.活塞裙部 活塞裙部指從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括裝活塞銷的銷座孔?；钊共繉?duì)活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。裙部的長短取決于側(cè)壓力的大小和活塞直徑。所謂側(cè)壓力是指在壓縮行程和作功行程中，作用在活塞頂部的氣體壓力的水平分力使活塞壓向氣缸壁。壓縮行程和作功行程氣體的側(cè)壓力方向正好相反，由于燃燒壓力大大高于壓縮壓力，所以，作功行程中的側(cè)壓力也大大高于壓縮行程中的側(cè)壓力（圖2-13）。活塞裙部承受側(cè)壓力的

17、兩個(gè)側(cè)面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。點(diǎn)擊這里觀看運(yùn)動(dòng)件受力分析圖2-13結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（）預(yù)先做成橢圓形（圖2-14）：圖2-14為了使裙部兩側(cè)承受氣體壓力并與氣缸保持小而安全的間隙，要求活塞在工作時(shí)具有正確的圓柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均勻，活塞銷座孔部分的金屬厚，受熱膨脹量大，沿活塞銷座軸線方向的變形量大于其他方向。另外,裙部承受氣體側(cè)壓力的作用,導(dǎo)致沿活塞銷軸向變形量較垂直活塞銷方向大。這樣，如果活塞冷態(tài)時(shí)裙部為圓形，那么工作時(shí)活塞就會(huì)變成一個(gè)橢圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙不相等，造成活塞在氣缸內(nèi)卡住，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法正常工作。因此，在加工時(shí)預(yù)先把活塞裙部做成橢圓形狀

18、。橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時(shí)趨近正圓。()預(yù)先做成階梯形、錐形（圖2-15）：圖2-15活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部大、下部小。為了使工作時(shí)活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預(yù)先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。（）活塞裙部開槽（圖2-16）：圖2-16為了減小活塞裙部的受熱量，通常在裙部開橫向的隔熱槽，為了補(bǔ)償裙部受熱后的變形量，裙部開有縱向的膨脹槽。槽的形狀有形或形槽。橫槽一般開在最下一道環(huán)槽的下面，裙部上邊緣銷座的兩側(cè)（也有開在油環(huán)槽之中的），以減小頭部熱量向裙部傳遞，故稱為隔熱槽。豎槽會(huì)使裙部具有一

19、定的彈性，從而使活塞裝配時(shí)與氣缸間具有盡可能小的間隙，而在熱態(tài)時(shí)又具有補(bǔ)償作用，不致造成活塞在氣缸中卡死，故將豎槽稱為膨脹槽。裙部開豎槽后，會(huì)使其開槽的一側(cè)剛度變小，在裝配時(shí)應(yīng)使其位于作功行程中承受側(cè)壓力較小的一側(cè)。柴油機(jī)活塞受力大，裙部一般不開槽。 ()有些活塞為了減輕重量，在裙部開孔或把裙部不受側(cè)壓力的兩邊切去一部分,以減小慣性力，減小銷座附近的熱變形量，形成拖板式活塞或短活塞（圖2-17），拖板式結(jié)構(gòu)裙部彈性好，質(zhì)量小，活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。 圖2-17（）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量,有些汽油機(jī)活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片（圖2-18）。恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)

20、特點(diǎn)是，由于恒范鋼為含鎳%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。圖2-18（）有的汽油機(jī)上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的,向作功行程中受主側(cè)壓力的一方偏移了12mm（圖2-19）。這種結(jié)構(gòu)可使活塞在從壓縮行程到作功行程中較為柔和地從壓向氣缸的一面過渡到壓向氣缸的另一面，以減小敲缸的聲音。在安裝時(shí)，這種活塞銷偏置的方向不能裝反，否則換向敲擊力會(huì)增大，使裙部受損。圖2-19二. 活塞環(huán)(piston ring)活塞環(huán)（圖2-20）是具有彈性的開口環(huán)，有氣環(huán)和油環(huán)之分。圖2-20功用：氣環(huán)的是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣

21、，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?yàn)槊芊馐莻鳠岬那疤?。如果密封性不好，高溫燃?xì)鈱⒅苯訌臍飧妆砻媪魅肭S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(shí)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時(shí)在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)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工作條件：活塞環(huán)在高溫、高壓、高速和潤滑極其困難的條件下工作，尤其是第一道環(huán)最為困難，長期以來，活塞環(huán)一直是發(fā)動(dòng)機(jī)上使用壽命最短的零件。活塞環(huán)工作時(shí)

22、受到氣缸中高溫高壓燃?xì)獾淖饔茫瑴囟群芨?特別是第一道環(huán)溫度可高達(dá)600K)，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)隨活塞一起作高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下機(jī)油可能變質(zhì)，使環(huán)的潤滑條件變壞，難以保證良好的潤滑，因而磨損嚴(yán)重。另外，由于氣缸壁的錐度和橢圓度，活塞環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿徑向會(huì)產(chǎn)生一張一縮運(yùn)動(dòng)，使環(huán)受到交變應(yīng)力而容易折斷。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。目前廣泛采用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵（在優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵中加入少量銅、鉻、鉬等合金元素)，第一道環(huán)鍍鉻，其余環(huán)一般鍍錫或磷化。1.氣環(huán) 氣環(huán)開有切口，具有彈性，在自由狀態(tài)下外徑大于氣缸直徑，它與活塞一起裝入氣缸后，外表面緊貼在氣缸壁上，形成第一密封面，被封閉的氣體不能

23、通過環(huán)周與氣缸之間，便進(jìn)入了環(huán)與環(huán)槽的空隙，一方面把環(huán)壓到環(huán)槽端面形成第二密封面，同時(shí)，作用在環(huán)背的氣體壓力又大大加強(qiáng)了第一密封面的密封作用（圖2-21），氣環(huán)密封效果一般與氣環(huán)數(shù)量有關(guān)，汽油機(jī)一般采用2道氣環(huán)，柴油機(jī)一般多采用3道氣環(huán)。圖2-21氣環(huán)的斷面形狀很多，最常見的有矩形環(huán)、扭曲環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)和桶面環(huán)（圖2-22）。圖2-22 矩形環(huán) 斷面為矩形，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于生產(chǎn)，應(yīng)用最廣。但是矩形環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)把氣缸壁面上的機(jī)油不斷送入氣缸中。這種現(xiàn)象稱為氣環(huán)的泵油作用 （圖2-23）。點(diǎn)擊這里觀看動(dòng)畫圖2-23活塞下行時(shí)，由于環(huán)與氣缸壁的摩擦阻力及環(huán)的慣性，環(huán)被壓靠在環(huán)

24、槽的上端面上，氣缸壁面上的油被刮入下邊隙和內(nèi)邊隙；活塞上行時(shí)，環(huán)又被壓靠在環(huán)槽的下端面。結(jié)果第一道環(huán)背隙里的機(jī)油就進(jìn)入燃燒室，竄入燃燒室的機(jī)油，會(huì)在燃燒室內(nèi)形成積炭，造成機(jī)油的消耗量增加，另外上竄的機(jī)油也可能在環(huán)槽內(nèi)形成積炭，使環(huán)在環(huán)槽內(nèi)卡死而失去密封作用，劃傷氣缸壁，甚至使環(huán)折斷，可見泵油作用是很有害的，必須設(shè)法消除。為了消除或減少有害的泵油作用，除了在氣環(huán)的下面裝有油環(huán)外，廣泛采用了非矩形斷面的扭曲環(huán)。 扭曲環(huán) 是在矩形環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分，使斷面呈不對(duì)稱形狀，在環(huán)的內(nèi)圓部分切槽或倒角的稱內(nèi)切環(huán)，在環(huán)的外圓部分切槽或倒角的稱外切環(huán)。裝入氣缸后，由于斷面不對(duì)稱，產(chǎn)生不平衡力的

25、作用，使活塞環(huán)發(fā)生扭曲變形。活塞上行時(shí)，扭曲環(huán)在殘余油膜上浮，可以減小摩擦，減小磨損?；钊滦袝r(shí)，則有刮油效果，避免機(jī)油燒掉。同時(shí)，由于扭曲環(huán)在環(huán)槽中上、下跳動(dòng)的行程縮短，可以減輕泵油的副作用。目前被廣泛地應(yīng)用于第2道活塞環(huán)槽上，安裝時(shí)必須注意斷面形狀和方向，內(nèi)切口朝上，外切口朝下，不能裝反。 錐面環(huán) 斷面呈錐形，外圓工作面上加工一個(gè)很小的錐面（0.51.5），減小了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了表面接觸壓力，有利于磨合和密封?；钊滦袝r(shí)，便于刮油；活塞上行時(shí)，由于錐面的“油楔”作用，能在油膜上飄浮過去，減小磨損，安裝時(shí)，不能裝反，否則會(huì)引起機(jī)油上竄。 梯形環(huán) 斷面呈梯形，工作時(shí),梯形環(huán)在壓縮行程

26、和作功行程隨著活塞受側(cè)壓力的方向不同而不斷地改變位置，這樣會(huì)把沉積在環(huán)槽中的積炭擠出去，避免了環(huán)被粘在環(huán)槽中而折斷?？梢匝娱L環(huán)的使用壽命。但是主要缺點(diǎn)是加工困難，精度要求高。 桶面環(huán) 桶面環(huán)的外圓為凸圓弧形，是近年來興起的一種新型結(jié)構(gòu)。當(dāng)桶面環(huán)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)。均能與氣缸壁形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入摩擦面，減小磨損。由于它與氣缸呈圓弧接觸，故對(duì)氣缸表面的適應(yīng)性和對(duì)活塞偏擺的適應(yīng)性均較好，有利于密封，但凸圓弧表面加工較困難2.油環(huán) 油環(huán)有普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種（圖2-24）。圖2-24（1）普通油環(huán) 普通油環(huán)又叫整體式油環(huán)。環(huán)的外圓柱面中間加工有凹槽，槽中鉆有小孔或開切槽，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，將缸壁上

27、多余的機(jī)油刮下，通過小孔或切槽流回曲軸箱；當(dāng)活塞上行時(shí)，刮下的機(jī)油仍通過回油孔流回曲軸箱。有些普通環(huán)還在其外側(cè)上邊制有倒角,使環(huán)在隨活塞上行時(shí)形成油楔,可起均布潤滑油的作用，下行刮油能力強(qiáng)，減少了潤滑油的上竄（圖2-25）。圖2-25（2）組合式油環(huán)如圖所示的組合環(huán)由上下兩片側(cè)軌環(huán)與中間的擴(kuò)脹器組成，側(cè)軌環(huán)用鍍鉻鋼片制成，擴(kuò)脹器的周邊比氣缸內(nèi)圓周略大一些，可裝側(cè)軌環(huán)緊緊壓向氣缸壁。這種油環(huán)的接觸壓力高，對(duì)氣缸壁面適應(yīng)性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明顯。圖2-24右側(cè)所示的組合環(huán)由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成，它具有上述組合環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。近年來汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上越來越多地采用了組合式油環(huán)。它的缺

28、點(diǎn)主要是制造成本高。三.活塞銷（piston pin（圖2-26） 活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。 活塞銷在高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，其本身又作擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且處于潤滑條件很差的情況下工作，因此，要求活塞銷具有足夠的強(qiáng)度和剛度，表面韌性好，耐磨性好，重量輕。所以活塞銷一般都做成空心圓柱體，采用低碳鋼和低碳合金鋼制成，外表面經(jīng)滲碳淬火處理以提高硬度，精加工后進(jìn)行磨光，有較高的尺寸精度和表面光潔度?；钊N的內(nèi)孔有三種形狀：a 圓柱形；b 兩段截錐與一段圓柱組合；c兩段截錐形。 圓柱形孔結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，但從受力角度分析，中間部分應(yīng)力最大，兩端較小，所以這種

29、結(jié)構(gòu)質(zhì)量較大，往復(fù)慣性力大；為了減小質(zhì)量，減小往復(fù)慣性力，活塞銷做成兩段截錐形孔，接近等強(qiáng)度梁，但孔的加工較復(fù)雜；組合形孔的結(jié)構(gòu)介于二者之間。圖2-26活塞銷與活塞銷座孔及連桿小頭襯套孔的連接配合有兩種方式（圖2-27）：“全浮式”安裝和“半浮式”安裝。圖2-27“全浮式”安裝，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞銷、連桿小頭和活塞銷座都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣，活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動(dòng)，使磨損均勻。為了防止全浮式活塞銷軸向竄動(dòng)刮傷氣缸壁，在活塞銷兩端裝有檔圈，進(jìn)行軸向定位。由于活塞是鋁活塞，而活塞銷采用鋼材料，鋁比鋼熱膨脹量大。為了保證高溫工作時(shí)活塞銷與活塞銷座孔為過渡配合。裝配時(shí)，先把鋁活塞加熱到一

30、定程度，然后再把活塞銷裝入，這種安裝方式應(yīng)用較廣泛。“半浮式”安裝的特點(diǎn)是活塞中部與連桿小頭采用緊固螺栓連接，活塞銷只能在兩端銷座內(nèi)作自由擺動(dòng)，而和連桿小頭沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；钊N不會(huì)作軸向竄動(dòng)，不需要鎖片。小轎車上應(yīng)用較多。四.連桿連桿（圖2-28）的功用是連接活塞與曲軸。連桿小頭通過活塞銷與活塞相連，連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2-28連桿工作時(shí)，承受活塞頂部氣體壓力和慣性力的作用，而這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。這就要求連桿強(qiáng)度高，剛度大，重量輕。連桿一般都采用中碳

31、鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后經(jīng)機(jī)加工和熱處理，連桿分為三個(gè)部分：即連桿小頭，連桿桿身2和連桿大頭3(包括連桿蓋)。連桿小頭與活塞銷相連。對(duì)全浮式活塞銷，由于工作時(shí)小頭孔與活塞銷之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以常常在連桿小頭孔中壓入減磨的青銅襯套。為了潤滑活塞銷與襯套，在小頭和襯套上銑有油槽或鉆有油孔以收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛濺上來的潤滑油并用以潤滑。有的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭采用壓力潤滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。采用半浮式活塞銷是與連桿小頭緊配合的，所以小頭孔內(nèi)不需要襯套，也不需要潤滑。 連桿桿身通常做成“”字形斷面，抗彎強(qiáng)度好，重量輕，大圓弧過渡，且上小下大，采用壓力法潤滑的連桿，桿身中部都制有連通大、

32、小頭的油道。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連，大頭有整體式和分開式兩種。一般都采用分開式，分開式又分為平分和斜分兩種。 平分-分面與連桿桿身軸線垂直（圖2-29），汽油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)?，一般汽油機(jī)連桿大頭的橫向尺寸都小于氣缸直徑，可以方便地通過氣缸進(jìn)行拆裝，故常采用平切口連桿。圖2-29斜分-分面與連桿桿身軸線成3060夾角。柴油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)椋裼蜋C(jī)壓縮比大，受力較大，曲軸的連桿軸頸較粗，相應(yīng)的連桿大頭尺寸往往超過了氣缸直徑，為了使連桿大頭能通過氣缸，便于拆裝，一般都采用斜切口，最常見的是45夾角。把連桿大頭分開可取下的部分叫連桿蓋，連桿與連桿蓋配對(duì)加工，加工后，在它們同一側(cè)打上配

33、對(duì)記號(hào)，安裝時(shí)不得互相調(diào)換或變更方向。為此，在結(jié)構(gòu)上采取了定位措施。平切口連桿蓋與連桿的定位多采用連桿螺栓定位，利用連桿螺栓中部精加工的圓柱凸臺(tái)或光圓柱部分與經(jīng)過精加工的螺栓孔來保證的。斜切口連桿常用的定位方法有鋸齒定位、圓銷定位、套筒定位和止口定位。連桿蓋和連桿大頭用連桿螺栓連在一起，連桿螺栓在工作中承受很大的沖擊力，若折斷或松脫，將造成嚴(yán)重事故。為此，連桿螺栓都采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并精加工和熱處理特制而成。安裝連桿蓋擰緊連桿螺栓螺母時(shí)，要用扭力板手分23次交替均勻地?cái)Q緊到規(guī)定的扭矩，擰緊后還應(yīng)可靠的鎖緊。連桿螺栓損壞后絕不能用其它螺栓來代替。 連桿軸瓦（圖30）：為了減小摩擦阻力和曲軸連桿軸頸

34、的磨損，連桿大頭孔內(nèi)裝有瓦片式滑動(dòng)軸承，簡稱連桿軸瓦。軸瓦分上、下兩個(gè)半片，目前多采用薄壁鋼背軸瓦，在其內(nèi)表面澆鑄有耐磨合金層。耐磨合金層具有質(zhì)軟，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨損等特點(diǎn)。耐磨合金常采用的有巴氏合金，銅鋁合金，高錫鋁合金。連桿軸瓦的背面有很高的光潔度。半個(gè)軸瓦在自由狀態(tài)下不是半圓形，當(dāng)它們裝入連桿大頭孔內(nèi)時(shí)，又有過盈，故能均勻地緊貼在大頭孔壁上，具有很好的承受載荷和導(dǎo)熱的能力，并可以提高工作可靠性和延長使用壽命。圖2-30連桿軸瓦上制有定位凸鍵，供安裝時(shí)嵌入連桿大頭和連桿蓋的定位槽中，以防軸瓦前后移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，有的軸瓦上還制有油孔，安裝時(shí)應(yīng)與連桿上相應(yīng)的油孔對(duì)齊。 型

35、發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)兩個(gè)氣缸的連桿是裝在曲軸的一個(gè)連桿軸頸上的,稱為叉形連桿。(圖2-31)圖2-31第四節(jié) 曲軸飛輪組 曲軸飛輪組（圖2-32）主要由曲軸、飛輪和一些附件組成。圖2-321.曲軸（圖2-33）圖2-33曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的機(jī)件之一。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等。 工作時(shí)，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負(fù)荷的沖擊作用。同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。 曲軸一般用

36、中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強(qiáng)度，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以達(dá)到較高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個(gè)主軸頸、一個(gè)連桿軸頸和一個(gè)曲柄組成了一個(gè)曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)（直列式發(fā)動(dòng)機(jī)）；型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種（圖2-34），一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。圖2-34全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個(gè)，即每一個(gè)連桿

37、軸頸兩邊都有一個(gè)主軸頸。如六缸發(fā)動(dòng)機(jī)全支承曲軸有七個(gè)主軸頸。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)全支承曲軸有五個(gè)主軸頸。這種支承，曲軸的強(qiáng)度和剛度都比較好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。柴油機(jī)和大部分汽油機(jī)多采用這種形式。 非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的總體長度有所減小。有些汽油機(jī)，承受載荷較小可以采用這種曲軸型式。 曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，通過曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過渡，以減少應(yīng)力集中。直列發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。V型發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 曲柄是主

38、軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力矩，有時(shí)還用來平衡一部分往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 曲軸前端裝有正時(shí)齒輪，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及起動(dòng)爪等。為了防止機(jī)油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個(gè)甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機(jī)油向后竄漏。 曲軸的形狀和曲拐相對(duì)位置(即曲拐的布置)取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序。安排多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序應(yīng)注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，同時(shí)避免可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象。作功間隔應(yīng)力求均勻，也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)在完成一個(gè)工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個(gè)氣缸都應(yīng)發(fā)火作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時(shí)間以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角。四行程發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，其轉(zhuǎn)角為720，在曲軸轉(zhuǎn)角720內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸應(yīng)該點(diǎn)火作功一次。且點(diǎn)火間隔角是均勻的，因此四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火間隔角為720/i，(i為氣缸數(shù)目)，即曲軸每轉(zhuǎn)720/i，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 （）四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序和曲拐布置（圖2-35）：圖2-35四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角為720/4180，曲軸每轉(zhuǎn)半圈(180)作功一次，四個(gè)缸的作功行程是交替進(jìn)行的，并在