第3章發(fā)動機之曲柄連桿機構(gòu)

27七月2023北京郵電大學自動化學院127七月2023北京郵電大學自動化學院2曲柄連桿機構(gòu)的功用熱能機械能燃氣壓力

轉(zhuǎn)矩連桿活塞曲軸27七月2023北京郵電大學自動化學院3曲柄連桿機構(gòu)能量轉(zhuǎn)換熱能

轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能向工作機構(gòu)輸出機械能27七月2023北京郵電大學自動化學院4曲柄連桿機構(gòu)工作過程將活塞頂上的燃氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)矩27七月2023北京郵電大學自動化學院5曲柄連桿機構(gòu)的組成1、機體組

氣缸體曲軸箱氣缸套氣缸蓋氣缸墊油底殼等2、活塞連桿組

活塞活塞環(huán) 活塞銷連桿等3、曲軸飛輪組

曲軸飛輪等27七月2023北京郵電大學自動化學院627七月2023北京郵電大學自動化學院727七月2023北京郵電大學自動化學院827七月2023北京郵電大學自動化學院91.機體組的功用

機體組是發(fā)動機的支架是各機構(gòu)與系統(tǒng)的裝配機體氣缸蓋密封氣缸、形成燃燒室機體與氣缸蓋內(nèi)水套—冷卻系統(tǒng)機體與氣缸蓋內(nèi)油道—潤滑系統(tǒng)27七月2023北京郵電大學自動化學院10（1）應具有足夠的強度和剛度、耐磨損和耐腐蝕、適當冷卻（以免損壞和變形）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、鋁合金合金鑄鐵

機體工作條件、要求及材料27七月2023北京郵電大學自動化學院11

氣缸的排列方式（發(fā)動機形式）直列式V型式對置式27七月2023北京郵電大學自動化學院12氣缸W型式大眾W12由兩個夾角為15°的V6發(fā)動機，以72°的夾角組成擁有5.6升的排量

27七月2023北京郵電大學自動化學院13A8L6.0及其W12發(fā)動機

27七月2023北京郵電大學自動化學院14

氣缸的結(jié)構(gòu)形式（氣缸套）（1）無氣缸套式優(yōu)點：縮短氣缸中心距，減小機體尺寸質(zhì)量機體剛度大、工藝性好缺點：耐磨合金鑄鐵成本高無氣缸套式鋁合金缸體氣缸表面鍍鉻，提高耐磨性

27七月2023北京郵電大學自動化學院15干式缸套灰鑄鐵或鋁合金缸體可卸干式缸套（2）干式缸套式1~327七月2023北京郵電大學自動化學院16（3）濕式缸套式普通鑄鐵或鋁合金缸體AB環(huán)帶：徑向定位凸緣C：軸向定位缸套頂面略高于缸體平面：0.05~0.15mm密封圈：下部1~3道密封圈ABC0.05~0.155~927七月2023北京郵電大學自動化學院17干、濕式缸套比較和冷卻水直接接觸與缸體配合較松壁厚5～9mm

不直接和冷卻水接觸與缸體緊配合壁厚1～3mm

缸套材料：合金鑄鐵或合金鋼27七月2023北京郵電大學自動化學院1827七月2023北京郵電大學自動化學院196.水冷和風冷氣缸體（1）水冷氣缸體利用水套中的冷卻水流過高溫零件的周圍帶走多余熱量27七月2023北京郵電大學自動化學院20缸體與曲軸箱分開鑄缸體和缸蓋鑄有散熱片如有風扇可加強散熱（2）風冷氣缸體27七月2023北京郵電大學自動化學院21氣缸蓋

1.氣缸蓋的組成

密封氣缸上部形成燃燒室冷卻水套與缸體水套相通

設有進排氣座、氣門導管孔設有進排氣通道汽油機缸蓋：設有火花塞座孔柴油機缸蓋：設有噴油器座孔27七月2023北京郵電大學自動化學院22氣缸蓋氣缸蓋示意圖氣缸蓋實物27七月2023北京郵電大學自動化學院235.燃燒室（1）燃燒室基本要求結(jié)構(gòu)經(jīng)湊：（表面積/容積）要小，減小熱損失，提高熱效率能增大進氣門直徑或進氣道通道面積：增加進氣量，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和功率能在壓縮行程終點產(chǎn)生擠氣渦流：以提高混合氣燃燒速度，保證混合氣充分燃燒汽油機燃燒室：應保證火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短，以防止發(fā)生不正常燃燒柴油機燃燒室：應與燃油噴射、空氣渦流運動進行良好配合27七月2023北京郵電大學自動化學院24（2）汽油機燃燒室楔形盆形半球形27七月2023北京郵電大學自動化學院25（3）柴油機燃燒室①直噴式燃燒室ω形燃燒室球形燃燒室27七月2023北京郵電大學自動化學院26②分開式燃燒室渦流燃燒室預燃燃燒室噴油器噴油器渦流室預燃室27七月2023北京郵電大學自動化學院27直噴式燃燒室燃燒室容積集中于活塞頂上的燃燒室凹坑內(nèi)27七月2023北京郵電大學自動化學院28渦流燃燒室空氣被擠入渦流室形成強烈有規(guī)則渦流運動大部分柴油在渦流室內(nèi)燃燒形成二次渦流混合燃燒27七月2023北京郵電大學自動化學院29思考題（續(xù)）1.曲柄連桿機構(gòu)的功用和組成？2.氣缸體的結(jié)構(gòu)形式及概念比較?3.氣缸的三種排列方式及特點?4.比較干式和濕式缸套的特點?5.機體組由哪些零件組成？

6.汽油機和柴油機燃燒室的種類？課外27七月2023北京郵電大學自動化學院30

活塞連桿組

活塞活塞環(huán)活塞銷連桿組曲軸飛輪組

活塞

活塞環(huán)

活塞銷

連桿組

27七月2023北京郵電大學自動化學院31活

塞

活塞功用

（1）承受氣缸中的燃氣壓力（2）將燃氣作用力通過活塞銷和連桿傳給曲軸，推動曲軸旋轉(zhuǎn)（3）參與組成燃燒室27七月2023北京郵電大學自動化學院32工作條件：高溫、高壓、高速往復直線運動

要求：活塞的質(zhì)量要小，可以減小慣性力；熱膨脹系數(shù)要小，減小受熱時的變形；導熱性好，防止活塞過熱，發(fā)生損壞；耐磨性好，防止在往復運動中大量磨損。

材料：常用鋁合金制造，質(zhì)量小，導熱性好，但是熱膨脹系數(shù)大，高溫下，強度和硬度下降很快。有的柴油機采用高級鑄鐵或耐熱鋼制造。27七月2023北京郵電大學自動化學院33成型方法鑄造：高溫強度下降較小、成本低，易出現(xiàn)氣孔、縮松等鑄造缺陷。

鍛造：強度比鑄造高、導熱性較好，適用于強化發(fā)動機，制造成本高。27七月2023北京郵電大學自動化學院34

活塞構(gòu)造活塞頂部活塞頭部活塞裙部27七月2023北京郵電大學自動化學院35（1）活塞頂部（燃燒室組成部分）汽油機多采用平頂、有些采用凹頂二沖程汽油機多用凸頂柴油機多采用各種各樣的凹坑凸頂凹坑平頂凹頂27七月2023北京郵電大學自動化學院36（2）活塞頭部（活塞環(huán)槽以上部位）承受氣體壓力將熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁與活塞環(huán)實現(xiàn)氣缸密封①主要作用27七月2023北京郵電大學自動化學院37環(huán)槽環(huán)槽護圈可保護和加強鋁合金活塞環(huán)槽隔熱槽(有時)

使部分熱流轉(zhuǎn)向二、三環(huán)②主要結(jié)構(gòu)氣環(huán)油環(huán)熱負荷較高發(fā)動機采用27七月2023北京郵電大學自動化學院38（3）活塞裙部（活塞環(huán)槽以下部位）①功用

②橢圓變形

為活塞導向和承受側(cè)壓力燃氣壓力使裙部彎曲變形側(cè)壓力使銷座軸線方向增大熱變形使銷座軸線方向增大27七月2023北京郵電大學自動化學院39活塞裙部橢圓形冷態(tài)下把活塞加工成裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓形27七月2023北京郵電大學自動化學院40活塞銷座附近裙部外表面下陷為減少活塞銷座附近處的熱變形量27七月2023北京郵電大學自動化學院41④活塞銷座軸線布置活塞越過上止點時側(cè)壓力方向改變會產(chǎn)生“敲缸”噪聲可減輕活塞“敲缸”噪聲，但會引起裙部兩端尖角的磨損或變形增大主推力面活塞銷偏移布置(偏移活塞軸線1~2mm)活塞銷對中布置27七月2023北京郵電大學自動化學院42二、活

塞

環(huán)

1.活塞環(huán)功用

氣環(huán)

刮油均勻油膜輔助密封油環(huán)密封導熱

27七月2023北京郵電大學自動化學院43三、活

塞

銷

1.活塞銷功用

連接活塞和連桿

將活塞承受的力傳給連桿

活塞銷連桿襯套卡環(huán)27七月2023北京郵電大學自動化學院44四、連

桿

組

連桿襯套連桿體連桿螺栓連桿軸承上軸瓦連桿軸承下軸瓦連桿蓋螺母連桿襯套連桿體連桿軸承上軸瓦連桿軸承下軸瓦連桿蓋連桿螺栓集油孔噴油孔27七月2023北京郵電大學自動化學院451.連桿組功用活塞曲軸往復運動旋轉(zhuǎn)運動連桿力27七月2023北京郵電大學自動化學院463.連桿構(gòu)造

小頭桿身大頭小頭桿身大頭集油孔噴油孔縱向油道27七月2023北京郵電大學自動化學院47（3）連桿大頭①剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）

平切口斜切口結(jié)合面與連桿軸線垂直剛度大變形小成本低汽油機采用平切口結(jié)合面與連桿軸線成30°~60°夾角連桿體能從缸體上端取出多用于柴油機27七月2023北京郵電大學自動化學院484.V型發(fā)動機連桿

（1）并列連桿前后連桿可通用左右兩列活塞運動規(guī)律相同增加了曲軸和發(fā)動機長度優(yōu)點缺點27七月2023北京郵電大學自動化學院49（2）主副連桿主副連桿不能互換兩列活塞運動規(guī)律和上止點位置不相同優(yōu)點不會增加發(fā)動機長度缺點主連桿副連桿27七月2023北京郵電大學自動化學院50（3）叉形連桿兩列氣缸無需錯開兩列氣缸中活塞運動規(guī)律相同連桿大頭結(jié)構(gòu)復雜、剛度較差優(yōu)點缺點叉形連桿內(nèi)連桿叉形連桿軸承內(nèi)連桿軸承27七月2023北京郵電大學自動化學院51思考題?1.指出右圖中各零件的名稱？(活塞連桿部分)課堂27七月2023北京郵電大學自動化學院52曲軸飛輪組

飛輪曲軸曲軸軸承曲軸

曲軸前后端密封

曲軸扭轉(zhuǎn)減震器

飛輪

曲軸軸承

平衡機構(gòu)

27七月2023北京郵電大學自動化學院53一、曲

軸

1.曲軸功用曲軸氣體壓力轉(zhuǎn)矩飛輪汽車傳動系驅(qū)動配氣機構(gòu)和其它輔助裝置27七月2023北京郵電大學自動化學院543.曲軸構(gòu)造

平衡重輸出端曲軸前端主軸頸連桿軸頸曲柄臂單元曲拐自由端曲軸后端27七月2023北京郵電大學自動化學院55（1）曲軸分類①按單元曲拐連接方式分類

整體式曲軸各單元曲拐鍛造或鑄造成整體工作可靠質(zhì)量輕結(jié)構(gòu)簡單加工面少主軸頸連桿軸頸曲柄臂概念特點27七月2023北京郵電大學自動化學院56組合式曲軸由單元曲拐組合裝配方便制造和更換結(jié)構(gòu)復雜拆裝不便曲柄臂兼作主軸頸單元曲拐滾動軸承(主軸承)配用隧道式機體概念特點27七月2023北京郵電大學自動化學院57②按主軸頸數(shù)分類全支承曲軸相鄰兩個曲拐間都有主軸頸抗彎曲能力強可減輕主軸頸載荷概念主軸頸多加工面多曲軸和機體較長缺點優(yōu)點27七月2023北京郵電大學自動化學院58非全支承曲軸主軸頸數(shù)少于全支承曲軸概念缺點優(yōu)點與全支承曲軸恰好相反27七月2023北京郵電大學自動化學院59（3）曲軸前端曲軸帶輪空調(diào)壓縮機動力轉(zhuǎn)向泵張緊輪導向輪發(fā)電機曲軸正時齒形帶輪曲軸鏈輪凸輪軸正時齒形帶輪水泵機油泵27七月2023北京郵電大學自動化學院60曲軸前端驅(qū)動27七月2023北京郵電大學自動化學院61（4）曲軸后端曲軸帶輪曲軸正時齒形帶輪曲軸鏈輪安裝飛輪用凸緣飛輪27七月2023北京郵電大學自動化學院62（5）曲軸潤滑機油機體油道主軸承主軸頸曲軸油孔連桿軸承連桿軸頸27七月2023北京郵電大學自動化學院63（1）直列四缸發(fā)動機工作循環(huán)發(fā)火間隔角720?/4=180?工作順序1-3-4-21-2-4-314321-42-3180?27七月2023北京郵電大學自動化學院64工作循環(huán)表（1-3-4-2）曲軸轉(zhuǎn)角(°)第一缸第二缸第三缸第四缸0~180排氣壓縮進氣180~360排氣進氣壓縮360~540進氣壓縮排氣540~720壓縮進氣排氣作功作功作功作功27七月2023北京郵電大學自動化學院65（2）直列六缸發(fā)動機工作循環(huán)發(fā)火間隔角720?/6=120?工作順序1-5-3-6-2-41-4-2-6-3-514321-63-4120?562-527七月2023北京郵電大學自動化學院66工作循環(huán)表（1-5-3-6-2-4）曲軸轉(zhuǎn)角(?)

第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0~1800~60排氣壓縮進氣60~120壓縮排氣120~180進氣180~360180~240排氣壓縮240~300

進氣300~360壓縮排氣360~540360~420進氣420~480排氣壓縮480~540進氣540~720540~600壓縮排氣600~660進氣660~720作功作功作功作功作功作功27七月2023北京郵電大學自動化學院67（3）V8發(fā)動機工作循環(huán)發(fā)火間隔角720?/8=90?工作順序R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190?R4

R3

R2

L1L4

L3

L2

R2-L2R3-L3R4-L427七月2023北京郵電大學自動化學