汽車構(gòu)造-2.第二章-曲柄連桿機(jī)構(gòu)-課件

第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：

曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成及功用機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組知識點：曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成第一節(jié)概述1.功用

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動機(jī)構(gòu)，用來傳遞力和改變運動方式。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(jìn)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(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)借以產(chǎn)生并傳遞動力的機(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)動機(jī)工作時，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(jī)構(gòu)還受到化學(xué)腐蝕作用，并且潤滑困難?？梢姡B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第二節(jié)機(jī)體組機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動機(jī)的骨架，是發(fā)動機(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。機(jī)體組成：曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼1.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，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，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(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。氣缸體曲軸箱油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式。(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(jī)體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點是剛度和強(qiáng)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(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的機(jī)械負(fù)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(qiáng)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。汽缸的冷卻與冷卻方式：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(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。水冷發(fā)動機(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，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。

氣缸的排列方式：對于多缸發(fā)動機(jī)，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點，對發(fā)動機(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，V型和對置式三種。

(1)直列式

發(fā)動機(jī)的各個氣缸排成一列，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)動機(jī)長度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動機(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)動機(jī)均采用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發(fā)動機(jī)的高度，把發(fā)動機(jī)傾斜一個角度。結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，但發(fā)動機(jī)長度和高度較大。(2)V型

氣缸排成兩列，左右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°，稱為V型發(fā)動機(jī)，V型發(fā)動機(jī)與直列發(fā)動機(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)動機(jī)的重量，但加大了發(fā)動機(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)動機(jī)，6缸發(fā)動機(jī)也有采用這種形式的氣缸體?？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。六缸以上發(fā)動機(jī)使用(3)對置式

氣缸排成兩列，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γ＝180°，稱為對置式。它的特點是高度小，總體布置方便，有利于風(fēng)冷。這種氣缸應(yīng)用較少。高度小，總體布置方便。轎車中應(yīng)用不多氣缸體：整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體a、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。b、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。氣缸套有干式氣缸套和濕式氣缸套兩種。

干式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁不直接與冷卻水接觸，而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚較薄，一般為1～3mm。它具有整體式氣缸體的優(yōu)點，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)帶和氣缸體接觸，壁厚一般為5～9mm。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。2.曲軸箱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。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(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(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?.氣缸蓋

功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。

材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。

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。

氣缸墊氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機(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。這里只介紹汽油機(jī)的燃燒室，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：其它：碗型、4氣門蓬形燃燒室比較名稱特點示意圖應(yīng)用半球形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程短、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納夏利富康楔形結(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長切諾基盆形工藝性好、成本低、進(jìn)排氣效果不如半球形燃燒室捷達(dá)奧迪4.氣缸墊功用：安裝在氣缸蓋和氣缸體之間，保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水和漏油。材料：有彈性、耐熱性、耐壓性安裝時注意方向可否有替代？簡化設(shè)計第三節(jié)活塞連桿組活塞活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成：功用：承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。工作環(huán)境：高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達(dá)600-700K，且分布不均勻；高速，線速度達(dá)到10～14m/s，承受很大的慣性力?；钊敳砍惺茏罡呖蛇_(dá)3-6MPa（汽油機(jī)）的壓力。最大值6～9MPa,增壓可達(dá)13～15MPa。材料：

鋁合金：質(zhì)量小導(dǎo)熱性好—汽車普遍采用的！灰鑄鐵：個別高級鑄鐵、耐熱鋼活塞應(yīng)具備的特點A剛度和強(qiáng)度應(yīng)足夠大，傳力可靠B導(dǎo)熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C質(zhì)量較小，盡可能減少往復(fù)慣性力構(gòu)造：活塞可分為三部分，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。

（1）活塞頂部功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力?；钊敳渴侨紵业慕M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?；钊?shù)姆诸惤Y(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。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。多用在二沖程汽油機(jī)上凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。平頂活塞頂部是一個平面，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、U形凹坑等等。

（2）活塞頭部

位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。活塞銷孔氣環(huán)槽油環(huán)槽作用：

1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸。2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。？（3）活塞裙部位置：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。作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力，防止破壞油膜。側(cè)壓力：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?；钊共砍惺軅?cè)壓力的兩個側(cè)面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。1）鍍錫油膜破壞時，起潤滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨(柴油機(jī)）可加速磨合，自潤滑。3）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。裙部表面的保護(hù)

（4）活塞形狀--工作時，活塞受熱膨脹，由于銷座方向的金屬材料較多，所以膨脹量較大。所以在生產(chǎn)時先將活塞制成橢圓形，短軸在銷座軸方向。--上小下大的圓錐形形狀。銷座方向裙部受側(cè)壓力的作用，導(dǎo)致活塞發(fā)生變形工作時向里變形桶形不受壓力的部分，去掉后可以減輕質(zhì)量。活塞裙部結(jié)構(gòu)上小下大的圓錐形裙部橢圓形,長軸垂直與銷座孔方向;桶形活塞開槽活塞開槽活塞（汽油機(jī)）絕熱槽膨脹槽圓槽恒范鋼片材料：含鎳33~36%,線膨脹系數(shù)式鑄鋁合金的1/10。2.活塞環(huán)活塞環(huán)：是具有彈性的開口環(huán)，有氣環(huán)和油環(huán)分。工作條件：高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命：6萬公里

（1）氣環(huán)作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。切口氣環(huán)氣環(huán)結(jié)構(gòu)開口間隙：背隙：側(cè)隙：氣環(huán)的密封作用：第一密封面：活塞環(huán)直徑大于氣缸直徑，裝入后產(chǎn)生彈性貼緊在氣缸壁上而形成；加強(qiáng)密封：竄入環(huán)槽的少量氣體作用在環(huán)的背面（背隙處），加強(qiáng)了第一密封面作用；第二密封面：竄入環(huán)槽的少量氣體作用在環(huán)槽底面，形成第二密封面；氣環(huán)的泵油作用氣環(huán)的泵油作用演示活塞環(huán)間隙：

端隙：又稱開口間隙，是活塞環(huán)裝入氣缸后開口處的間隙。0.25－0.50ｍｍ。

側(cè)隙：又稱邊隙，是活塞環(huán)高度方向與環(huán)槽之間的間隙。

背隙：是活塞及活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部的間隙。0.5－1ｍｍ。氣環(huán)斷面形狀：形狀特點示意圖矩形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于生產(chǎn)、應(yīng)用面廣；但有泵油作用扭曲環(huán)斷面不對稱，受力不平衡，使活塞環(huán)扭曲，減小泵油作用，減輕磨損錐面環(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；可形成油膜改善潤滑，但導(dǎo)熱性差，不適用第一道環(huán)梯形環(huán)可將沉積在環(huán)中的結(jié)焦擠出，避免環(huán)折斷，且密封性較好；但加工困難，精度要求高桶面環(huán)上下均可形成油膜，且對活塞的擺動適應(yīng)性好，接觸面小，利于密封，但外圓為凸圓弧形，加工困難氣環(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)。（2）油環(huán)種類普通油環(huán)組合式油環(huán)示意圖特點結(jié)構(gòu)簡單，易加工，成本低與汽缸壁接觸壓力高，適應(yīng)性好，刮油效果強(qiáng)，但成本高刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油片回油孔油環(huán)的刮油作用：油環(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)活塞向下移動時，油環(huán)將缸壁上多余的機(jī)油刮下通過小孔或切槽流加曲軸箱；當(dāng)活塞向上移動時，刮下的機(jī)油仍通過回油孔流回曲軸箱。

3.活塞銷作用：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。構(gòu)造：活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形，兩段截錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。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："全浮式"安裝和"半浮式"安裝。全浮連接的特點：活塞銷能在連桿小頭、銷座孔中自由轉(zhuǎn)動，三者間可相對運動，減少了磨損并使磨損均勻活塞銷連桿“全浮式”安裝，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，活塞銷、連桿小頭和活塞銷座都有相對運動，這樣，活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動，使磨損均勻。為了防止全浮式活塞銷軸向竄動刮傷氣缸壁，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