第二章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)汽車與電氣工程系汽車教研室汽車構(gòu)造-發(fā)動機(jī)第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)概述第二節(jié)機(jī)體組第三節(jié)活塞連桿組第四節(jié)曲軸飛輪組曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成：機(jī)體組活塞連桿組曲軸飛輪組曲柄連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)概述一、功用：將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動的機(jī)械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而對外輸出動力。（能量的轉(zhuǎn)換、運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換）多缸發(fā)動機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)演示曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用熱能機(jī)械能燃?xì)鈮毫?/p>

轉(zhuǎn)矩連桿活塞曲軸二、組成1、機(jī)體組：不動件氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊2、活塞連桿組：運(yùn)動件活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等3、曲軸飛輪組：曲軸、飛輪、減振器三、工作條件高溫：>2500K高壓：5~10MPa（柴）；3~5MPa（汽）高速：nmax=3000~6000r/min；vmax>10m/s(100~200行程/秒)化學(xué)腐蝕四、受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)受的力主要有：氣體壓力P往復(fù)慣性力Pj旋轉(zhuǎn)離心力Pc摩擦力F汽車行駛中產(chǎn)生的沖擊力PPjPCF1、

氣體壓力(1)作功行程：(2)壓縮行程：PpPpPpRpTpNpSpNpSpMp(1)作功行程總壓力PpRp:壓緊主軸承SpNp:側(cè)壓力(面向發(fā)動機(jī)，朝向左側(cè))Tp:壓緊連桿軸承；推動曲軸旋轉(zhuǎn)(順時針)PpTpRpNpMpSp總壓力PpRp:壓緊主軸承SpNp:側(cè)壓力(面向發(fā)動機(jī)，朝向右側(cè))Tp:壓緊連桿軸承；阻礙曲軸旋轉(zhuǎn)(逆時針)(2)壓縮行程2、

往復(fù)慣性力Pj：在上下止點(diǎn)活塞運(yùn)動方向改變，速度為零，加速度最大，慣性力也最大；在行程中部附近，活塞運(yùn)動速度最大，加速度為零，慣性力也等于零。PjPj上半行程加速：Pj向上（與運(yùn)動方向相反，阻止加速）性質(zhì)產(chǎn)生條件:直線運(yùn)動物體速度變化時下半行程減速：Pj向下（與運(yùn)動方向相同，阻止減速）3、

離心慣性力PC：離心力加速軸承與軸頸的磨損，也引起發(fā)動機(jī)振動而傳到機(jī)體外。PcPC方向:沿曲柄半徑向外性質(zhì)產(chǎn)生條件:物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時產(chǎn)生大小:與曲柄半徑、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量、曲軸轉(zhuǎn)速有關(guān)分解水平分力PCX:產(chǎn)生水平方向振動垂直分力PCY:加劇上下振動

(方向始終與Pj相同)往復(fù)慣性力和離心力作用情況示意圖4、摩擦力F：指相互運(yùn)動件之間的摩擦力，它是造成配合表面磨損的根源。F由氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸蓋、氣缸墊組成。第二節(jié)機(jī)體組機(jī)體組組成：曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼氣缸蓋罩一、氣缸體與曲軸箱氣缸體:水冷發(fā)動機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱。一汽奧迪100汽車發(fā)動機(jī)氣缸體作用：是發(fā)動機(jī)的基體和骨架，承受高溫高壓氣體作用力。性能要求：足夠的強(qiáng)度和剛度；結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕；便于機(jī)械加工；氣缸內(nèi)表面耐高溫高壓、耐磨損腐蝕。材料：缸體：灰鑄鐵、鋁合金缸套：優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵內(nèi)表面工藝：熱處理；對稱式結(jié)構(gòu)；2級精度研磨加工1、上部：氣缸。(引導(dǎo)活塞做往復(fù)運(yùn)動的圓筒)內(nèi)有缸套、外制水套。2、下部：曲軸箱。(支撐曲軸，運(yùn)動空間)上有主軸承座孔、主油道和分油道。(一)

構(gòu)造(二)氣缸體的分類：1、按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分一般式龍門式隧道式定義：主軸承座孔中心線位于曲軸箱分開面上。特點(diǎn)：剛度小，前后端呈半圓形，與油底殼接合面的密封較困難。應(yīng)用：中小型發(fā)動機(jī)。油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。（1）一般式(平分式)定義：主軸承座孔中心線高于曲軸箱分開面。特點(diǎn)：剛度較大，油底殼前后端為一平面，密封簡單可靠。應(yīng)用：大中型發(fā)動機(jī)。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。（2）

龍門式(拱橋式)定義：主軸承座孔不分開。特點(diǎn)：剛度最大，主軸承同軸度易保證，主軸承用滾動軸承。應(yīng)用：負(fù)荷較大的柴油機(jī)。氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式。（3）

隧道式(整體式)1、按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分名稱性能應(yīng)用一般式（平分式）機(jī)體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工拆卸。剛度和強(qiáng)度差，密封差。492Q汽油機(jī)，90系列柴油機(jī)。龍門式密封好，強(qiáng)度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。捷達(dá)轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。（組合式曲軸）負(fù)荷較大的柴油機(jī)上。(1)直列式：多用于六缸以下的發(fā)動機(jī)。(2)Ｖ型式：它縮短了發(fā)動機(jī)的長度和高度，多用于六缸以上的發(fā)動機(jī)。(3)對置式：是V型的特殊形式。2、

按氣缸的排列形式分直列式：包括垂直式、傾斜式、水平式V6發(fā)動機(jī)透視圖結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，但發(fā)動機(jī)長度和高度較大?？s短了機(jī)體的長度和高度，增加了剛度，減輕了發(fā)動機(jī)的重量；形狀復(fù)雜，加工困難。高度小，總體布置方便。3、根據(jù)冷卻方式不同分(1)水冷(2)風(fēng)冷散熱片冷卻水水冷和風(fēng)冷4、按缸套形式分氣缸套(1)目的：解決成本與壽命之間的矛盾。(氣缸內(nèi)鑲了用耐磨的高級鑄鐵材料制成的氣缸套，而缸體則可用價廉的普通鑄鐵或質(zhì)量輕的鋁合金制成，這樣，既延長了使用壽命，又節(jié)省了好材料。)(2)型式：干式缸套濕式缸套(3)干式缸套定義：其外表面不直接與冷卻水接觸。特點(diǎn)：1)壁厚較薄(1mm~3mm)；2)與缸體承孔過盈配合；3)不易漏水漏氣。1~3mm(4)濕式缸套①定義：其外表面直接與冷卻水接觸。②特點(diǎn)：1)壁厚較厚（5mm～9mm）；2)散熱效果好；3)易漏水漏氣；4)易穴蝕5~9mm0.05~0.15mm活塞銷孔1）徑向：靠上下兩個凸出的、與氣缸體間為動配合的圓環(huán)帶A和B。2）軸向：利用缸套上部凸緣與缸體相應(yīng)的臺階C。0.05~0.15mmBAC③定位：④密封：上部：缸套頂面高出缸體0.05mm～0.15mm，當(dāng)氣缸蓋螺栓擰緊后，缸套與缸體凸臺接合處、缸套與缸墊接合處，承受較大的壓緊力。0.05~0.15mm下部：1～3個耐熱耐油的橡膠密封圈。干缸套和濕缸套的比較強(qiáng)度和剛度都較好，加工復(fù)雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強(qiáng)度和剛度不如干缸套，易漏水。外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1~3mm。干缸套外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5~9mm。濕缸套示意圖特點(diǎn)名稱5、整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸。類型構(gòu)造性能及應(yīng)用整體式氣缸直接鏜在氣缸體上強(qiáng)度和剛度好，能承受大負(fù)荷。成本高。鑲嵌式用耐磨優(yōu)質(zhì)材料制成氣缸套，再裝到一般材料制成的氣缸體內(nèi)。降低了制造成本，便于修理和更換氣缸套，延長了氣缸體的使用壽命。（三）曲軸箱1、概念：曲軸箱：氣缸體下部用來安裝曲軸的部分。2、結(jié)構(gòu)：上軸箱：與氣缸體鑄成一體下軸箱：貯存潤滑油（油底殼）桑塔納發(fā)動機(jī)油底殼1.功用：貯存和冷卻機(jī)油并封閉曲軸箱。2.構(gòu)造：（1）用薄鋼板沖壓而成。（鋁合金—加強(qiáng)散熱）（2）前或后有較深的部位，保證上下坡能吸油。（3）內(nèi)部設(shè)有穩(wěn)油擋板，以防止汽車振動時油底殼油面產(chǎn)生較大的波動。（4）最低處有放油螺塞，吸附金屬碎屑。（5）曲軸箱與油底殼之間有密封襯墊。二、油底殼三、氣缸蓋1、功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。2、工作條件：由于接觸溫度很高的燃?xì)?，所以承受的熱?fù)荷很大。3、形式：單體缸蓋、塊狀缸蓋、整體缸蓋。4、材料：灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金。氣缸墊氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞5、結(jié)構(gòu)：冷卻水套、燃燒室、進(jìn)排氣門道、氣門導(dǎo)管孔、進(jìn)排氣門座、火花塞孔（汽油機(jī)）噴油器座孔（柴油機(jī)）。6、汽油機(jī)燃燒室性能要求：結(jié)構(gòu)緊湊、冷卻面積小。（減小熱量損失，縮短火焰行程。）使混合氣行程渦流運(yùn)動。（混合充分均勻，提高燃燒速度，保證及時充分燃燒。）6、汽油機(jī)燃燒室常見形狀：特點(diǎn)：1)氣門平行于氣缸軸線；2)有擠氣—冷激面，可形成擠氣渦流；3)盆的形狀狹窄，氣門尺寸受限，換氣質(zhì)量較差，燃燒速度較低，CO和HC排放較高而NOX的排放較低。（1）盆形燃燒室：特點(diǎn):1)氣門斜置，氣流導(dǎo)流較好，充氣效率高；2)有擠氣—冷激面，可形成擠氣渦流；燃燒速度較快，CO和HC排放較低而NOX的排放稍高。（2）楔形燃燒室：（3）半球形燃燒室：特點(diǎn)：1)氣門成橫向V型排列，因此氣門頭部直徑可以做得較大，換氣好；2)火花塞位于燃燒室的中部火焰行程短，燃燒速度最高，動力性、經(jīng)濟(jì)性最好。是高速發(fā)動機(jī)常用的燃燒室；3)CO和HC排放最少，而NOX的排放較高。6、汽油機(jī)燃燒室捷達(dá)奧迪切諾基桑塔納夏利富康應(yīng)用工藝性好、成本低、進(jìn)排氣效果不如半球形燃燒室盆形結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱面積小、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長楔形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高半球形示意圖特點(diǎn)名稱

其它形式的燃燒室1、作用：保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水和漏油。2、性能要求：（1）高溫高壓下強(qiáng)度足夠，不易損壞。（2）耐熱耐壓、耐腐蝕。（3）有彈性，可補(bǔ)償結(jié)合面不平。（4）易拆裝，可重復(fù)使用。四、氣缸墊1）金屬—石棉墊：（見a、b）外包銅皮和鋼片，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加強(qiáng)，內(nèi)填石棉（常摻入銅屑或鋼絲，以加強(qiáng)導(dǎo)熱）。3、構(gòu)造以編織的鋼絲網(wǎng)（圖c）或有孔鋼板（圖d）為骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口處用金屬片包邊。1）、2）一面光滑，一面帶金屬卷邊。2）金屬骨架—石棉墊：3）純金屬墊：（見圖e）由單層或多層金屬片（銅、鋁或低碳鋼）制成，用于某些強(qiáng)化發(fā)動機(jī)。4、安裝注意：油水孔對齊；鋁合金缸蓋，光滑面對缸蓋，冷態(tài)擰緊螺栓。鑄鐵缸蓋，光滑面對缸體，熱態(tài)擰緊螺栓。Santana發(fā)動機(jī)：“OPENTOP”面朝上。螺栓擰緊：從中間向四周對稱順序分2-3次進(jìn)行，直至規(guī)定力矩。五、氣缸蓋罩作用：密封、防塵。材料：薄鋼板沖壓而成。結(jié)構(gòu)：機(jī)油加注口、曲軸箱通風(fēng)口等。六、發(fā)動機(jī)支撐1、三點(diǎn)支撐前二后一：BJ492Q前一后二：CA6102、EQ61002、四點(diǎn)支撐：NJ系列3、彈性支撐：軟管、拉桿、橡膠墊圈等。（減輕振動、變形。）第三節(jié)活塞連桿組氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋一、活塞（一）功用：1、承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)；2、頂部與缸壁、缸蓋共同組成燃燒室。（二）工作環(huán)境：1、高溫：燃?xì)鉁囟?500K，散熱條件差，活塞頂部工作溫度高達(dá)600~700K，且分布不均勻；機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，熱膨脹增大，破壞配合。2、高壓：承受燃?xì)鉀_擊壓力（3~5MPa（汽）、6~9MPa（柴）），側(cè)壓力加大，磨損加劇，活塞易變形，破壞配合聯(lián)結(jié)。3、高速：線速度達(dá)到8~12m/s，慣性力大，產(chǎn)生附加載荷。4、潤滑困難。（三）性能要求：1)足夠的強(qiáng)度和剛度（特別是活塞環(huán)槽區(qū)域要求有較大的強(qiáng)度，以免活塞環(huán)被擊碎。），傳力可靠。2)較小的質(zhì)量，以保持較小的慣性力。3)耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙。（耐熱耐壓耐磨耐腐）4)良好的導(dǎo)熱性和合理的熱膨脹性，以便有合理的安裝間隙。5)活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)。（四）材料：鋁合金：質(zhì)量輕（鑄鐵50%~70%）；導(dǎo)熱好（鑄鐵3倍）；熱膨脹系數(shù)大；溫度升高，強(qiáng)硬度下降快。鋁硅合金：硅11~14%,銅、鎳、鎂各1%,鐵、鈦、鋅<1%,其余為鋁。硅含量越高，熱膨脹系數(shù)越小，磨損越小；但制造工藝性越差?；诣T鐵：合金鑄鐵、耐熱鋼：柴油機(jī)。（五）結(jié)構(gòu)頭部1、活塞頂部（1）功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。（2）形狀：與燃燒室形狀有關(guān)。活塞頂部活塞頭部活塞裙部（2）汽油機(jī)活塞頂部形狀：形狀示意圖平頂(EQ6100)凸頂(AUDI100)凹頂(FIAT125P)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較均勻，多用在汽油機(jī)上。提高壓縮比，凸起呈球狀、頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向作用，有利于改善換氣過程。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；防止碰氣門?；钊敳炕钊^部活塞裙部2、活塞頭部(1)位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。氣環(huán)槽油環(huán)槽工作條件最惡劣，應(yīng)離頂部遠(yuǎn)些?；钊N孔(2)作用：

承壓：承受氣體壓力，傳遞給連桿。密封：與活塞環(huán)一起密封氣缸，防止混合氣漏到曲軸箱內(nèi)。散熱：吸收頂部的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。(3)結(jié)構(gòu)：厚頂：便于散熱。環(huán)槽數(shù)：3~4(汽）；4~5(柴)最下一至二道為油環(huán)，槽底有若干小孔，用于回油。隔熱槽(少數(shù)、第一道環(huán)槽上部較窄)：分散第一道環(huán)的熱量。活塞頂部活塞頭部活塞裙部3、活塞裙部(1)位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。(2)作用：導(dǎo)向:承受側(cè)壓力:傳力：活塞銷孔活塞裙部受力（3）裙部工作變形分析活塞裙部的橢圓變形演示①徑向：燃?xì)鈮毫?，彎曲變形銷座金屬堆積，膨脹量大側(cè)壓力，擠壓變形

②軸向：溫度和質(zhì)量分布不均熱膨脹上大下小活塞沿銷軸方向直徑增大長軸在活塞銷軸方向上的橢圓（4）采取措施①活塞軸向縱斷面制成上小下大的截錐形。②活塞徑向橫斷面制成橢圓形，長軸垂直于銷座孔軸線方向，即側(cè)壓力方向。③銷座孔外表面處凹陷0.5~1.0mm。制造時變形后④裙部開絕熱—膨脹槽（“T

”形或“

Π”形槽）。絕熱槽（橫槽）：減少頭部熱量向裙部擴(kuò)散。膨脹槽（豎槽）：使裙部具有一定的彈性。(朝右)⑤采用雙金屬活塞

(在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌鑄入鋼片，以減少裙部的膨脹量)

A恒范鋼片式：

活塞銷座通過恒范鋼片與裙部相連，而恒范鋼片(含鎳33~36%)的膨脹系數(shù)僅為鋁合金的十分之一。這樣，使裙部膨脹量大為減少。B自動調(diào)節(jié)式(復(fù)式鋼片式):膨脹系數(shù)小的低碳鋼片貼在銷座鋁層的內(nèi)側(cè)，依靠鋼片的牽制作用，及鋼片與鋁殼之間的雙金屬效應(yīng)來減小裙部側(cè)壓力方向的膨脹量。C筒形鋼片式：澆鑄時，將鋼筒夾在鋁合金中，冷凝時鋼筒內(nèi)外側(cè)的鋁合金分別產(chǎn)生“收縮縫隙”和拉應(yīng)力。工作時因要先消除“收縮縫隙”和拉應(yīng)力而膨脹量減小。⑥裙部表面的保護(hù)常見：鉛、錫、石墨、磷化等保護(hù)方式A鑄鋁活塞：汽油機(jī)：鍍錫(油膜破壞時，起潤滑作用；又可加速磨合作用。)柴油機(jī)：磷化B鍛鋁活塞(柴油機(jī))：涂石墨(易脆斷可加速磨合，自潤滑。)C表面粗糙化:有規(guī)律的粗糙化，可加速磨合，溝谷可存機(jī)油潤滑。拖板式活塞⑦拋物線形裙部：受側(cè)壓力一方易形成雙向“油楔”。(潤滑好，承載能力高；形狀復(fù)雜，難加工。)⑧柴油機(jī)油冷活塞：振蕩(BJ422Q)噴油(CA6110C)⑨銷座有筋片與內(nèi)壁相連：提高剛度。⑩拖板式活塞(BJ492Q)：重量輕，慣性小；增加裙部彈性；為曲軸加平衡塊準(zhǔn)備了空間。其它措施：活塞銷的偏置使活塞從壓縮行程到作功行程柔和的從氣缸的一邊過渡到另一邊，減少敲缸的聲音。銷座偏置1、定義：活塞銷座朝向承受作功側(cè)壓力的一面（圖示左側(cè)）偏移1mm～2mm。2、作用：減輕活塞換向時對氣缸壁的敲擊。3、原理：因銷座偏置，在接近上止點(diǎn)時，作用在活塞銷座軸線以右的氣體壓力大于左邊，使活塞傾斜，裙部下端提前換向。而活塞在越過上止點(diǎn)，側(cè)壓力反向時，活塞才以左下端接觸處為支點(diǎn)，頂部向左轉(zhuǎn)（不是平移），完成換向。活塞銷的偏置可見偏置銷座使活塞換向分成了兩步，第一步是在氣體壓力較小時進(jìn)行，且裙部彈性好，有緩沖作用；第二步雖氣體壓力大，但它是個漸變過程。為此，兩步過渡使換向沖擊力大為減弱。二、活塞環(huán)具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。平均壽命：6萬公里（一）氣環(huán)1、作用：(1)密封：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣。(2)傳熱：將活塞頂部吸收的大部分熱量傳給缸壁。(3)輔助刮油、布油:2、工作條件：高溫、高壓、高速(徑向、軸向)、極難潤滑。切口氣環(huán)3、活塞環(huán)的間隙（1）端隙(開口間隙)Δ1：是活塞環(huán)裝入氣缸后開口處的間隙。一般為0.25mm~0.50mm。Δ1(2)側(cè)隙(邊隙)Δ2：是環(huán)高方向上與環(huán)槽之間的間隙。

第一道0.04mm~0.10mm；其它氣環(huán)0.03mm~0.07mm;油環(huán)一般側(cè)隙較小，0.025mm~0.07mm。(3)背隙Δ3：是活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部的間隙。通常為0.5mm~1mm。Δ2Δ3活塞環(huán)的間隙1-氣缸；2-活塞環(huán)；3-活塞；△1-開口間隙；△2-側(cè)隙；△3-背隙

4、材料與表面處理合金鑄鐵（優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵+銅、鉻、鉬等）；球墨鑄鐵：鋼片環(huán)：粉末冶金的金屬陶瓷、聚四氟乙烯：第一道環(huán)：鍍多孔性鉻；其余環(huán)：鍍錫、磷化、噴鉬；5.氣環(huán)的密封原理(1)第一密封面的建立：活塞環(huán)彈力的作用。環(huán)在自由狀態(tài)下，環(huán)外徑＞缸徑，裝缸后在其彈力P0作用下與缸壁壓緊，形成第一密封面。第一密封面P0活塞環(huán)在運(yùn)動時產(chǎn)生慣性力Pj，與缸壁間產(chǎn)生摩擦力F，以及側(cè)隙有氣體壓力P1，在這三個力的共同作用下，使環(huán)靠在環(huán)槽的上側(cè)或下側(cè)，形成第二密封面。(2)第二密封面的建立：PjFP1第二密封面V竄入背隙和側(cè)隙的氣體，使環(huán)對缸壁和環(huán)槽進(jìn)一步壓緊，加強(qiáng)了第一、二密封面的密封。(3)氣環(huán)的第二次密封：氣環(huán)的密封原理1-第一密封面；2-第二密封面；PA-第一密封面的壓緊力；PB-第二密封面的壓緊力；P-氣缸內(nèi)氣體壓力；P1-環(huán)側(cè)氣體壓力；P2-背壓力；P0-環(huán)的彈力；Pj-環(huán)的慣性力；F-環(huán)與缸壁的摩擦力

(4)氣環(huán)的布置開口位置相互錯開成“迷宮式”；在保證密封的前提下，盡量減少氣環(huán)數(shù)目。6、氣環(huán)的切口(0.25~0.80mm)形狀：直角形(a)：工藝性好，密封性差。階梯形(b)：密封形好，工藝性差。斜口形(c)：介于上二者之間。帶防轉(zhuǎn)銷釘槽形(d)：用于二行程發(fā)動機(jī)。7、氣環(huán)斷面形狀形狀特點(diǎn)示意圖矩形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng)用面廣。扭曲環(huán)斷面不對稱，受力不平衡，使活塞環(huán)扭曲。錐面環(huán)減少了環(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。梯形環(huán)加工困難，精度要求高。桶面環(huán)外圓為凸圓弧形。氣環(huán)斷面形狀：a)矩形環(huán)；b)錐形環(huán)；c)內(nèi)切口扭曲環(huán)；d)外切口扭曲環(huán)；e)梯形環(huán)；f)桶形環(huán)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于生產(chǎn)，與缸壁接觸面積大，散熱好，應(yīng)用最廣。缺點(diǎn)：矩形環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動時，會把氣缸壁面上的機(jī)油不斷送入氣缸中。這種現(xiàn)象稱為“氣環(huán)的泵油作用”。(1)矩形環(huán)：斷面為矩形(2)錐形環(huán)：斷面呈錐形1）特點(diǎn)：在環(huán)的外圓工作面上加工一個很小的錐面(0.5°～1.5°)，減小了環(huán)與氣缸壁的接觸面(線接觸)，提高了表面接觸壓力，有利于磨合和密封。活塞下行時，便于刮油；活塞上行時，由于錐面的“油楔”作用，能在油膜上“飄浮”過去，有布油作用，可形成楔形油膜，減小磨損。2）安裝：(不能裝反，否則會引起機(jī)油上竄)錐角朝下（在環(huán)端有向上或TOP等標(biāo)記）；傳熱性差，常裝在第二、三道環(huán)槽上。（3）

扭曲環(huán)：將矩形環(huán)內(nèi)圓上方或外圓下方切成臺階或倒角，斷面呈不對稱形狀。內(nèi)切環(huán)：在環(huán)的內(nèi)圓部分切槽或倒角。外切環(huán)：在環(huán)的外圓部分切槽或倒角。扭曲原理：當(dāng)活塞環(huán)裝入氣缸后，由于斷面不對稱，產(chǎn)生不平衡力的作用，使活塞環(huán)發(fā)生扭曲變形。（環(huán)受到壓縮產(chǎn)生彎曲變形，斷面中性層以外產(chǎn)生拉應(yīng)力、中性層以外產(chǎn)生壓應(yīng)力，矩形環(huán)由于中性層內(nèi)外斷面不對稱，使F和F不在同一平面內(nèi)，從而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞環(huán)發(fā)生微量的扭曲變形。）扭曲環(huán)的作用原理a)矩形環(huán)；b)扭曲環(huán)

特點(diǎn)及安裝特點(diǎn)：A、具有錐形環(huán)的特點(diǎn)：線接觸，改善磨合和密封。活塞上行時，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，則有刮油效果，避免機(jī)油燒掉。B、減小了泵油作用：由于扭曲環(huán)在環(huán)槽中上、下跳動的行程縮短，可以減輕"泵油"的副作用。C、作功行程環(huán)不再扭曲，兩個密封面達(dá)到完全接觸，利于散熱。安裝：內(nèi)切口朝上，外切口朝下。(廣泛應(yīng)用于第2道活塞環(huán)槽上,必須注意斷面形狀和方向。)(內(nèi)上切扭曲環(huán)裝入第一道環(huán)槽，外下切扭曲環(huán)裝入第二、三道環(huán)槽。)

(4)梯形環(huán)：斷面呈梯形優(yōu)點(diǎn)：有利于清除積炭，延長使用壽命：加強(qiáng)了密封作用：氣體壓力的水平分力強(qiáng)化了背壓力。缺點(diǎn)：上下面精磨，精度要求高，工藝復(fù)雜，加工困難。應(yīng)用：梯形環(huán)用于熱負(fù)荷較大的柴油機(jī)的第一道環(huán)。梯形環(huán)在壓縮行程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。梯形環(huán)工作情況1-氣缸壁；2-活塞；3-扭曲環(huán)(5)桶形環(huán)：是近年來興起的一種新型結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為：1）環(huán)的外圓面為凸圓弧形；2）環(huán)面與缸壁圓弧接觸，避免了棱角負(fù)荷，對氣缸表面的適應(yīng)性和對活塞偏擺的適應(yīng)性均較好，有利于密封；3）環(huán)上下運(yùn)動時，均能形成楔形油膜：當(dāng)桶面環(huán)上下運(yùn)動時，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；4）凸圓弧表面加工較困難。8、氣環(huán)的泵油作用及危害（1）原因：存在側(cè)隙和背隙；環(huán)在環(huán)槽中上下運(yùn)動。（2）現(xiàn)象：當(dāng)活塞帶著環(huán)下行（進(jìn)氣行程）時，環(huán)靠在環(huán)槽的上方，環(huán)從缸壁上刮下的潤滑油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞帶著環(huán)上行（壓縮行程）時，環(huán)靠在環(huán)槽的下方，同時將油擠壓到環(huán)槽上方；如此反復(fù)，就將潤滑油泵到活塞頂。氣環(huán)的泵油作用演示（3）危害：A增加了潤滑油的消耗；B火花塞沾油不跳火；C燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞；D環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)，甚至使環(huán)在環(huán)槽內(nèi)卡死而失去密封性；E加劇了氣缸的磨損。（4）措施：采用扭曲環(huán)；采用組合式油環(huán)；油環(huán)下設(shè)減壓腔?；钊麥p壓腔（二）油環(huán)1.作用：刮油。將氣缸壁上多余的潤滑油刮下來?；钊蛳逻\(yùn)動時，將缸壁上多余的機(jī)油刮下，通過小孔或切槽流回曲軸箱；活塞上行時，刮下的機(jī)油仍通過回油孔流回曲軸箱。2.類型種類普通油環(huán)組合油環(huán)示意圖刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油片(1)普通油環(huán)(整體式油環(huán)):其外圓圓柱面中間加工有環(huán)形凹槽，槽底開有回油用的小孔或窄槽。整體式油環(huán)1-槽；2-回油孔有些普通環(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。(2)組合油環(huán):由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。1-鋼片；2-襯簧；3-徑向襯簧；4-軸向襯簧；5-活塞。組合式油環(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。右側(cè)所示的組合環(huán)由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環(huán)組成。組合式油環(huán)特點(diǎn)(應(yīng)用越來越廣泛)1)片薄，對缸壁比壓大，密封好：第一密封面，靠徑向力，因襯簧長大于刮片長而產(chǎn)生徑向力。第二密封面，靠軸向力，因襯簧和鋼片總厚度大于環(huán)槽高而產(chǎn)生軸向力。2)無側(cè)隙，不竄油；重量小，刮油能力強(qiáng)；回油暢；3)各片獨(dú)立，可分別動作，對氣缸壁面適應(yīng)性好；4)制造成本高,必須鍍鉻。

三、活塞銷（一）作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。（二）工作條件：高溫、沖擊載荷、潤滑差。（三）性能要求：剛度、強(qiáng)度足夠。（四）材料及熱處理低碳鋼或低碳合金鋼制成的厚壁管狀體。表面滲碳（提高表面硬度，保證心部沖擊韌性。精磨，拋光。（五）活塞銷形狀：（六）內(nèi)孔形狀：圓柱形（a)兩段截錐形(c)兩段截錐與一段圓柱的組合形(b)（七）活塞銷的連接方式1.全浮式(1)定義：在發(fā)動機(jī)正常工作溫度下，活塞銷在連桿小頭孔和活塞銷座孔中都能轉(zhuǎn)動。(2)裝配：(銷與銷座孔在冷態(tài)時為過渡配合，采用分組選配法。高溫工作時，為0.01~0.02mm間隙。)熱裝合：將活塞放入熱水或熱油中加熱(70~90℃)后，迅速將銷裝入。2.半浮式(1)定義：銷與銷座孔和連桿小頭兩處，一處固定，一處浮動。（一般固定連桿小頭）(2)裝配：加熱連桿小頭后，將銷裝入，冷態(tài)時為過盈配合。四、連桿1、作用：連接；傳力；變換運(yùn)動方式。（連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運(yùn)動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。）2、組成：連桿組由連桿體（小頭、桿身、大頭）、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成。連桿組件分解圖3、受力分析：氣體壓力、往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)離心力；產(chǎn)生拉伸、彎曲、壓縮等交變載荷。4、材料及加工：中碳鋼（民）或合金鋼（軍）稀土鎂球墨鑄鐵模鍛或輥鍛機(jī)械加工，熱處理。5、構(gòu)造1-小頭；2-桿身；3-大頭；4、9-裝配記號（朝前）；5-螺母；6-連桿蓋；7-連桿螺栓；

8-軸瓦；10-連桿體；11-襯套；12-集油孔

小頭桿身大頭(1)小頭：用來安裝活塞銷，以連接活塞。集油孔或集油槽（潤滑活塞銷）青銅襯套（2）桿身：常做成“工”字形斷面。（3）大頭：與曲軸的連桿軸頸相連。形式：整體式：小功率汽油機(jī)、摩托車。分開式：組合先鏜，有配對標(biāo)記。（大頭一般做成分開式，即連桿體大頭和連桿蓋。）①切口形式：平切口：汽油機(jī)斜切口：柴油機(jī)（便于拆裝）平切口斜切口：②切口定位方式連桿螺栓定位：靠連桿螺栓的光圓柱部分與螺栓孔的配合來定位。其定位精度較差，用于直切口連桿。鋸齒形定位：依靠接合面的齒形定位。套或銷定位：依靠套或銷與連桿體（或蓋）的孔緊配合定位。止口定位：有些連桿的大頭在面對氣缸主承壓面的一側(cè)，鉆一噴油孔（1～1.5mm），以潤滑氣缸主承壓面。③噴油孔：6、V型發(fā)動機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)并列式主副式叉式并列式：連桿通用；兩活塞運(yùn)動規(guī)律相同；兩列缸縱向錯開。主副式：與并列式相反。叉形：優(yōu)點(diǎn)：同并列式；缺點(diǎn)：大頭復(fù)雜，剛度差。7、連桿螺栓承受交變載荷；用優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛制或冷鐓成形；安裝時分2~3次擰到規(guī)定力矩，鎖止，防松。8、連桿的安裝1、不能破壞連桿桿身與蓋的配對及裝合方向，在二者的同一側(cè)打有配對標(biāo)記。2、不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標(biāo)記，大頭側(cè)面有缸號標(biāo)記。五、連桿軸承（俗稱小瓦）1.作用：保護(hù)連桿軸頸及連桿大頭孔。2.組成：由鋼背和減磨層組成。鋼背:1mm～3mm的低碳鋼制成。減磨層:0.3mm～0.7mm的減磨合金，層質(zhì)較軟能保護(hù)軸頸。定位凸鍵油槽潤滑減磨合金層鋼背3.減磨層材料（1）白合金（巴氏合金）：減磨性能好，但機(jī)械強(qiáng)度低，且耐熱性差。常用于負(fù)荷不大的汽油機(jī)。（2）銅鉛合金：機(jī)械強(qiáng)度高，承載能力大，耐熱性好。多用于高負(fù)荷的柴油機(jī)。但其減磨性能差。（3）鋁基合金：鋁銻鎂合金低錫鋁合金高錫鋁合金1）鋁銻鎂合金和低錫鋁合金：機(jī)械性能好，負(fù)載能力強(qiáng)，但其減磨性能差。主要用于柴油機(jī)。2)高錫鋁合金：具有較好的機(jī)械性能和減磨性能，廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)和汽油機(jī)。4、軸瓦的安裝及定位瓦背光滑，粗糙度?。欢ㄎ煌规I；潤滑油槽；軸瓦在自由狀態(tài)下的曲率半徑略大于座孔半徑，連桿螺栓緊固后，便產(chǎn)生一定的配合過盈量。靠合適的過盈量保證軸瓦在工作時不轉(zhuǎn)、不移、不振，并可使軸瓦與座孔緊密貼合，以利散熱。第四節(jié)曲軸飛輪組一、曲軸（一）功用：承受連桿傳來的氣體壓力；轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵?；?qū)動配氣機(jī)構(gòu)及其它附屬裝置。（二）工作條件：離心力、氣體壓力、往復(fù)慣性力；產(chǎn)生彎矩、轉(zhuǎn)矩，形成彎曲、扭曲變形。（三）性能要求：剛度、強(qiáng)度足夠；耐磨、平衡、潤滑。（四）材料：優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼。高頻淬火、氮化、精磨。稀土球墨鑄鐵。（五）形式：整體式、組合式（隧道式氣缸體）前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲柄（六）構(gòu)造：曲軸由前端軸（自由端）、曲拐（若干）、后端軸（功率輸出端）組成。曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端的曲柄及主軸頸構(gòu)成。前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲柄（1）組成：一個連桿軸頸和它兩端的曲柄及主軸頸構(gòu)成一個曲拐。（2）數(shù)目：直列機(jī)=氣缸數(shù)；V形機(jī)=氣缸數(shù)/2。（3）主軸頸和連桿軸頸：

1）主軸頸是曲軸的支承部分；

2）連桿軸頸與連桿大頭相連；常為空心，以減小質(zhì)量和離心力，并作為潤滑油道。1、曲拐3）按主軸頸數(shù)目分類：①全支承曲軸：每個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸。主軸頸數(shù)=氣缸數(shù)+1（直列機(jī)）主軸頸數(shù)=氣缸數(shù)/2+1（V形機(jī)）特點(diǎn)：剛度好，負(fù)荷小；長度增加。應(yīng)用：稀土球墨鑄鐵曲軸、柴油機(jī)、大負(fù)荷汽油機(jī)。實(shí)例：桑塔納、奧迪、寶來等。②非全支承曲軸：主軸頸數(shù)等于或少于連桿軸頸數(shù)。主軸頸數(shù)<氣缸數(shù)+1（直列機(jī)）主軸頸數(shù)<氣缸數(shù)/2+1（V形機(jī)）特點(diǎn)：長度短，結(jié)構(gòu)及制造工藝簡單，剛度差。應(yīng)用：中小負(fù)荷汽油機(jī)。③比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用全支承曲軸提高曲軸的剛度和彎曲強(qiáng)度，減輕主軸承的載荷曲軸的加工表面增多，主軸承數(shù)增多，使機(jī)體加長柴油機(jī)一般多采用此種支撐方式非全支承曲軸縮短了曲軸的長度，使發(fā)動機(jī)總體長度有所減小主軸承載荷較大承受載荷較小的汽油機(jī)可以采用此種方式曲軸上有貫穿主軸頸、曲柄和連桿軸頸的油道，以便潤滑主軸頸和連桿軸頸。4）曲軸油道曲軸油道當(dāng)曲柄銷上的油孔與連桿大頭上的油孔對準(zhǔn)時，潤滑油可從中噴出，對配氣機(jī)構(gòu)和氣缸壁進(jìn)行飛濺潤滑。在曲柄銷和軸承(瓦)上的徑向油孔內(nèi)，有時插入一吸油管(圖2-36)．管口位于油腔中心。曲軸旋轉(zhuǎn)時，潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)因離心作用而甩向油腔壁，油腔中心的清潔機(jī)油就經(jīng)吸油管流到曲柄銷工作表面。1-主軸頸；2-曲軸；3-連桿軸頸；4-圓角；5-積污腔；6-油管；7-開口銷；

8-螺塞；9-油道；10-擋油盤；11-回油螺紋（4）曲柄和平衡重：曲柄：用來連接主軸頸和連桿軸頸的。平衡重：作用：平衡各機(jī)件產(chǎn)生的離心力、慣性力及其力矩；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減小負(fù)荷。布置：常與曲柄方向相反，平衡轉(zhuǎn)矩。形式：整體式、裝配式平衡試驗(yàn)：（5）曲拐的布置1）

布置原則①各缸作功間隔角盡量相等，以使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對直列多缸四沖程發(fā)動機(jī)，作功間隔角為720°/缸數(shù)。②連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠(yuǎn)，最好是在發(fā)動機(jī)的前半部和后半部交替進(jìn)行；以減少主軸承連續(xù)載荷和避免相鄰兩缸進(jìn)氣門同時開啟的搶氣現(xiàn)象。③V型發(fā)動機(jī)左右兩氣缸盡量交替作功。④曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機(jī)工作平衡性好。2）常用曲拐布置①直列四沖程四缸發(fā)動機(jī)曲拐對稱布置于同一平面內(nèi)。相鄰作功氣缸的曲拐夾角為720°

/4=180°

。發(fā)動機(jī)工作順序有1—3—4—21—2—4—31.42.3曲軸轉(zhuǎn)角第一缸第三缸第四缸第二缸0~180

作功壓縮進(jìn)氣排氣180~360排氣

作功壓縮進(jìn)氣360~540進(jìn)氣排氣

作功壓縮540~720壓縮進(jìn)氣排氣

作功四沖程四缸發(fā)動機(jī)點(diǎn)火順序

(點(diǎn)火順序：各缸完成同名行程的次序。)1—3—4—2②直列四沖程六缸發(fā)動機(jī)曲拐對稱布置于三個平面內(nèi)。相鄰作功氣缸的曲拐夾角為720°

/6=120°

。發(fā)動機(jī)工作順序有

1—5—3—6—2—4和1—