《汽車構(gòu)造（上冊）》課件第2章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)VIP

第2章曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)功用及組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析干、濕式缸套的定位及防漏燃燒室、活塞、活塞環(huán)、連桿的結(jié)構(gòu)和裝配特點(diǎn)曲軸的結(jié)構(gòu)、定位及防漏用術(shù)語

2.1概述

2.1.1功用與組成功用：將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能組成：機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組1.氣體壓力2.1.2工作條件及受力分析：高溫、高壓、高速、化學(xué)腐蝕

氣缸內(nèi)氣體壓力不斷變化，最高達(dá)3~5MP

氣缸蓋受向上推力活塞頂受向下推力活塞側(cè)面與氣缸壁間有側(cè)壓力2.往復(fù)慣性力和離心力

曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的大小方向不斷變化，產(chǎn)生慣性力，分為：（1）往復(fù)慣性力：大?。篜j=m×a；方向：與a相反上止點(diǎn)下止點(diǎn)0Vmax0PjaPja上止點(diǎn)下止點(diǎn)0Vmax0PjaPja離心慣性力定義：曲柄、連桿軸頸、連桿大頭等圍繞曲軸軸線作圓周運(yùn)動(dòng)的力大?。篜c=mRω2方向：背離曲軸旋轉(zhuǎn)中心危害：給主軸頸、主軸承、連桿軸頸、連桿軸承附加力，加速部位磨損，引起振動(dòng)3.摩擦力相互接觸表面作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)存在摩擦力大?。篺=Nμ方向：與相對運(yùn)動(dòng)方向相反2.2機(jī)體組1.結(jié)構(gòu)形式定義：氣缸體是氣缸的殼體，曲軸箱是支乘曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的殼體整體式：氣缸體與曲軸箱鑄成一體分開式：氣缸體與曲軸箱分開鑄造，再用螺栓連接2.2.1氣缸體組成：氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套和氣缸蓋和氣缸墊功用：作為發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，由它來保持發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件相互之間的位置關(guān)系。整體式氣缸體2.工作條件與要求

條件：氣缸與燃?xì)饨佑|，活塞作高速運(yùn)動(dòng)，曲軸箱承受較大機(jī)械和熱負(fù)荷。

要求：氣缸體須有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。

3.構(gòu)造氣缸：引導(dǎo)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒曲軸箱：支撐曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。凸輪軸座孔：支撐凸輪軸的旋轉(zhuǎn)水套：保證氣缸在高溫下正常工作，對水冷發(fā)動(dòng)機(jī)，制有水套。4.氣缸的排列形式優(yōu)缺點(diǎn)：直列式：結(jié)構(gòu)簡單、長度、高度較大（垂直、傾斜、水平）。對置式：高度最小、使轎車和大客車總布置更方便V型：剛度大、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的長度、高度、質(zhì)量。排列形式：直列排列（<6缸）、V型排列（>8缸），對置式5.曲軸箱型式型式：１）平分式；２）龍門式；３）隧道式優(yōu)缺點(diǎn)：１）

平分式：便于機(jī)械加工，制造方便，但剛度小，多用于中小型發(fā)動(dòng)機(jī)２）

龍門式：結(jié)構(gòu)剛度較大，但工藝性較差。多用中型發(fā)動(dòng)機(jī)３）

隧道式：結(jié)構(gòu)剛度最大、主軸承同軸度易保證，多用于機(jī)械負(fù)荷大的大型發(fā)動(dòng)機(jī)

為滿足氣缸工作條件、要求，可以從結(jié)構(gòu)、加工精度、材料等方面采取措施。剛度、強(qiáng)度——采用不同的曲軸箱型式。冷卻——水套或散熱器耐磨損、耐高溫、耐腐蝕——材料，氣缸體采用優(yōu)質(zhì)灰鑄體，為提高氣缸的耐磨性、加入少量合金元素：鉻、磷6.氣缸與氣缸套缸套：1）干式缸套；2）濕式缸套。干式：不易漏水漏氣，結(jié)構(gòu)剛度大，質(zhì)量輕，但冷卻，散熱差干式缸套濕式缸套濕式缸套形式：1）缸體上.直接加工缸筒；2）鑲嵌標(biāo)準(zhǔn)缸徑的氣缸套缸套類型缸套的定位徑向定位：凸出的圓環(huán)帶A、B軸向定位：上部凸緣的下表面C（三）缸套的密封漲封式：1.密封槽開在缸套上

壓封式：2.密封槽開在缸體上2.2.2氣缸蓋與氣缸墊1.氣缸蓋功用：密封活塞上部，與活塞、氣缸共同構(gòu)成燃燒室。工作條件：承受燃?xì)獾臒帷C(jī)械負(fù)荷（1）功用及工作條件（3）結(jié)構(gòu)設(shè)進(jìn)、排氣門座及氣門導(dǎo)管和進(jìn)、排氣通道。水冷：設(shè)水套風(fēng)冷：設(shè)散熱片汽油機(jī)：設(shè)火花塞座孔柴油機(jī)：設(shè)噴油器座孔（２）分類整體式、塊狀式、單體式特點(diǎn)：

大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)多用分開式氣缸蓋，即：一缸一蓋，二缸或三缸一蓋，缸徑較小發(fā)動(dòng)機(jī)采用整體式氣缸蓋（3）材料與氣缸蓋的緊固材料：灰鑄體、合金鑄體、鋁合金（重量輕、散熱能力強(qiáng)，但易變形）二次擰緊緊固從中央對稱地向四周、分次逐步進(jìn)行，最后按規(guī)定扭矩?cái)Q緊拆卸時(shí)按相反方向進(jìn)行。注意：鋁合金氣缸蓋必須在發(fā)動(dòng)機(jī)冷狀態(tài)下擰緊（因鋁缸蓋>鋼螺栓）鑄體氣缸蓋在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)最后擰緊。缸體缸蓋2.汽油機(jī)燃燒室對燃燒室基本要求：（1）面容比要小；（

2）結(jié)構(gòu)緊湊；（

3）能產(chǎn)生一定的渦流運(yùn)動(dòng)；（4）充氣效率高；（

5）表面光滑燃燒室類型：（1）楔形；2）半球形；3）碗形；４）盆形；５）蓬形楔形燃燒室盆形燃燒室碗形燃燒室蓬形燃燒室半球形燃燒室2.2.3氣缸墊1.作用與要求.作用：保證氣缸體與氣缸蓋間的密封，防止漏氣、漏水。要求：1）有足夠的強(qiáng)度，不易損壞；2）耐熱耐腐蝕能力

3）具有一定彈性，能補(bǔ)償接合面不平度，確保密封。4）拆裝方便、能重復(fù)使用、壽命長2.氣缸墊的構(gòu)造1）金屬—石棉墊；2）純金屬墊；注意：安裝方向：1）氣缸墊的卷邊朝向易休整面和硬平面2.2.4油底殼構(gòu)造特點(diǎn)：設(shè)放油塞；設(shè)擋油板；薄鋼板沖壓而成；軟木襯墊。功用：儲(chǔ)存和冷卻機(jī)油并封閉曲軸箱。2.3活塞連桿組2.3.1活塞活塞頂部與缸蓋、缸壁共同組成燃燒室。承受氣體力、將此力通過活塞銷傳給連桿，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。1.功用、工作條件與要求要求:運(yùn)動(dòng)速度高、受交變力作用工作條件：工作溫度高、氣體壓力大；3）導(dǎo)熱性好；5）與缸壁間有較小摩擦系數(shù)和間隙。2）質(zhì)量盡量小、保持最小慣性力4）足夠的耐熱性；1）具有足夠的強(qiáng)度和剛度；2.活塞基本構(gòu)造分為：頂部、頭部和裙部。1）活塞頂部目前廣泛采用鋁合金活塞頂部活塞環(huán)活塞銷活塞銷鎖環(huán)活塞裙頂部環(huán)槽活塞裙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀：平、凹、凸頂

背面有加強(qiáng)筋工藝：力求光潔;

可在頂部噴鍍陶瓷;它耐高溫、耐腐蝕，但與鋁的結(jié)合性能較差，易龜裂剝落。2）活塞環(huán)槽部3）活塞裙部作用：為活塞運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向；承受側(cè)壓力護(hù)圈作用：（1）承受，傳遞氣體壓力；（2）與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸密封；（3）將活塞頂吸收的熱量通過活塞環(huán)傳導(dǎo)到氣缸壁上（2）油環(huán)槽底面上鉆許多徑向小孔構(gòu)造特點(diǎn)：（1）切有2~3道環(huán)槽。（1~2裝氣環(huán)）（3）加環(huán)槽護(hù)圈（4）加工隔熱槽受力分析：1）把裙部斷面加工為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓形。2）直徑加工成上小下大的近似圓錐形；3）活塞裙部沿銷座外端面鑄造時(shí)凹陷0.5~1mm活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：4）采用雙金屬活塞a.恒范鋼片式；b.自動(dòng)調(diào)節(jié)式；c.筒形鋼片式5）其他結(jié)構(gòu)

1.噴油冷卻（油冷活塞）

2.隔熱膜（a）溫控結(jié)構(gòu)（b）裙部表面保護(hù)1.鍍；2.外表面磷化3.涂石墨（鍛鋁活塞）；4.表面粗糙化（c）偏置銷座（d）減壓腔（e）桶形裙3.活塞的安裝方向和頂面標(biāo)記活塞頂面有方向標(biāo)記（因活塞裙部膨脹槽位置、頂部形狀不對稱、氣門坑或偏置銷座等原因）2.3.2活塞環(huán)1.作用

1）氣環(huán)：密封和傳熱作用。

2）油環(huán)：刮油和布油作用。

2.工作條件與缸壁間高速滑動(dòng)摩擦、與環(huán)槽側(cè)面的上下撞擊。由于活塞的錐度和橢圓度，活塞環(huán)會(huì)沿徑向產(chǎn)生一張一縮的運(yùn)動(dòng)，使環(huán)受交變應(yīng)力而容易折斷在高溫、高壓、高速潤滑困難下工作。高溫?zé)嶝?fù)荷使環(huán)的耐磨性能、彈性性能下降，是發(fā)動(dòng)機(jī)零件中工作壽命最短的。環(huán)徑環(huán)側(cè)環(huán)面環(huán)厚環(huán)高油孔3.材料及表面處理環(huán)由優(yōu)質(zhì)灰鑄體、球墨鑄體或合金鑄體制造（具有耐磨、導(dǎo)熱、磨合、沖擊韌性和足夠彈性）表面處理：多孔鍍鉻或噴鉬。4.間隙活塞安裝時(shí)留有端隙、側(cè)隙、背隙Δ1—端隙（開口間隙）Δ2—側(cè)隙（邊隙）Δ3—背隙氣環(huán)氣環(huán)漏氣通道：a.環(huán)面與氣缸壁間；b.環(huán)與環(huán)槽側(cè)面間 c.開口端隙處。1）第一密封面建立。在自由態(tài)下，D活塞環(huán)>D缸徑，裝入氣缸，環(huán)產(chǎn)生一定的彈力P0與缸壁壓緊，形成第一密封面。2）第二密封面建立。

氣缸內(nèi)未被密封的氣體不能通過第一密封面下竄，進(jìn)入側(cè)隙和背隙。

環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面密封壓緊力由氣體壓力P1、活塞環(huán)慣性力Pj、和摩擦力F三個(gè)沿氣缸軸線方向力決定。

∑F=P1+Pj+F∑F<0：靠在環(huán)槽的下側(cè)（壓縮、作功、排氣行程）∑F>0：靠在環(huán)槽的上側(cè)（進(jìn)氣行程）∑F=0：浮動(dòng)于環(huán)槽中跳上跳下（環(huán)的顫振，危險(xiǎn)）3）氣環(huán)第二次密封

竄入活塞環(huán)背隙和側(cè)隙的氣體，產(chǎn)生背壓力和側(cè)壓力，使環(huán)對缸壁和環(huán)槽進(jìn)一步壓緊。顯著加強(qiáng)第一、二密封面密封。漏氣通道環(huán)槽中氣體壓力的下降4）開口端隙的防漏

它是唯一的漏氣通道，各環(huán)的開口按迷宮式封氣路線錯(cuò)開安裝。活塞環(huán)泵油作用及危害活塞下行活塞上行危害：1）增加了潤滑油消耗2）火花塞可能因沾油不能產(chǎn)生電火花3）使燃燒室積碳增多，甚至環(huán)槽內(nèi)形成積碳。擠壓活塞環(huán)而失去密封作用。泵油過程：由于側(cè)隙和背隙，當(dāng)活塞下行——環(huán)靠在環(huán)槽上方——刮下的油充滿環(huán)槽下方—活塞上行——環(huán)靠在環(huán)槽下方——潤滑油泵入活塞頂氣環(huán)的特殊斷面（結(jié)構(gòu)措施）采取減小環(huán)質(zhì)量、特殊斷面形狀氣環(huán)，油環(huán)下設(shè)減壓腔或用組合環(huán)式油環(huán)等方法可減少泵油危害3）扭曲環(huán)矩形環(huán)錐形環(huán)內(nèi)切口扭曲環(huán)外切口扭曲環(huán)梯形環(huán)桶形環(huán)1）矩形環(huán)

結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，便于活塞頭部散熱2）錐形環(huán)線接觸—單位壓力大—利于密封和磨合，但傳熱性較差。扭曲原理活塞環(huán)裝入—受壓產(chǎn)生彎曲變形——中性層外產(chǎn)生拉應(yīng)力——內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力—拉應(yīng)力合力F1指向環(huán)中心——壓應(yīng)力合力F2背離環(huán)中心——矩形環(huán)中性層內(nèi)外端面對稱——不產(chǎn)生扭矩—扭曲環(huán)中性層內(nèi)外斷面不對稱——形成力偶——活塞環(huán)發(fā)生微量扭曲變形。矩形環(huán)扭曲環(huán)特點(diǎn)：1）線接觸、利于密封和走合、能刮油、布油和形成形油膜2）減小了環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的上下移動(dòng)量，從而減小了泵油作用3）作功行程側(cè)壓和背壓使扭曲環(huán)不再扭曲，兩密封面完全接觸。普通油環(huán)油孔油環(huán)

活塞在上、下行過程中，油環(huán)都刮下氣缸壁上多余的潤滑油，經(jīng)油環(huán)徑向油孔和活塞上的回油孔流回油底殼。分類：普通油環(huán)和組合油環(huán)。1）普通油環(huán)

為增強(qiáng)刮油效果，在其外圓上切環(huán)行槽，槽底開若干回油用的小孔或窄槽

為保證對缸壁的壓力，又有較好的柔性，改善對缸壁貼合的適應(yīng)性，有的發(fā)動(dòng)機(jī)將油環(huán)減薄，在其加裝襯簧活塞下行刮油活塞上行刮油鋼片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)組合油環(huán)2）組合油環(huán)組成：鋼片、軸向、徑向襯簧。軸向力：自由狀態(tài)襯簧和兩鋼片的總厚度大于環(huán)槽的高度徑向力彈力使鋼片第一密封面密封。軸向彈力使兩鋼片分別貼合在環(huán)槽上、下側(cè)，使第二密封面密封，消除了側(cè)隙。2.3.3活塞銷2.結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：厚壁管狀體；變截面結(jié)構(gòu)3.活塞銷連接方式1）全浮式：活塞銷在連桿小頭及活塞銷座內(nèi)部都有合適的配合間隙。功用：連接活塞和連桿，把活塞所受的力傳給連桿。1.功用與工作條件工作條件：承受大小和方向不斷變化的沖擊載荷

作低速擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，油膜不易建立全浮式卡簧活塞銷2）半浮式半浮式連接：銷與銷座孔和連桿小頭兩處，一處固定，一處浮動(dòng)。2.3.4連桿1.組成與功用

連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等功用：將活塞承受的力傳給曲軸。

3.連桿體、連桿蓋構(gòu)造1）小頭：安裝活塞銷，連接活塞。小頭孔內(nèi)，壓青銅襯套或鐵基粉末冶金襯套。2.工作條件

承受氣體壓力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生的沖擊性拉壓交變負(fù)荷。連桿承受彎曲交變載荷。2）桿身：常為“工”字形斷面，壓力潤滑的連桿身內(nèi)鉆有縱向油道3）大頭：（1）切口形式：平切口、斜切口；（2）定位方式：連桿螺栓、鋸齒形、套或銷、止口定位4.連桿軸承1）作用與工作條件作用：使連桿軸頸和連桿大頭間保持良好的油膜，減小摩擦阻力，加速磨合。工作條件：（1）承受交變載荷；（3）低速大負(fù)荷時(shí)潤滑差，可能會(huì)燒瓦。（2）高速摩擦（摩擦熱使?jié)櫥驼扯认陆?，潤滑變壞，磨損加?。┹S瓦連桿蓋鋼背垃圾槽減磨合金層定位唇2）組成鋼背（低碳鋼）：基體

減磨層：由澆鑄在鋼背內(nèi)圓的薄層減膜合金制成。對減磨合金性能要求：（1）足夠的疲勞強(qiáng)度；（2）良好的減磨性能（3）良好的耐腐蝕性。（4）足夠的結(jié)合強(qiáng)度；（4）過盈配合（過盈可保證軸瓦工作時(shí)不轉(zhuǎn)、不移、不振，并可以使軸瓦與座孔緊密貼合，利于散熱。（5）內(nèi)表面結(jié)構(gòu)有更低的粗糙度，以便建立良好的油膜。3）結(jié)構(gòu)（1）背面結(jié)構(gòu)；（2）定位裝置：定位唇、定位槽、定位孔、定位銷（3）自由彈勢：2.4曲軸飛輪組2.4.1曲軸組成：曲軸、飛輪、正時(shí)齒輪、皮帶輪、扭轉(zhuǎn)減振器1.功用

把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵觯贿€驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)及其他各種輔助裝置2.工作條件及要求1）承受周期變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力和離心力，2）在周期載荷下，引起扭轉(zhuǎn)和彎曲振動(dòng)而產(chǎn)生附加應(yīng)力3）轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不斷變化,軸頸處不易形成良好油膜.4）緊急制動(dòng)等情況下,曲軸會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng).要求:細(xì)長件曲軸工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形、疲勞破壞和軸頸磨損，因此要有足夠的剛度、強(qiáng)度和一定的耐磨性，并需要很好的平衡。3.材料曲軸要求用強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性較高的材料制造，一般用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼鍛制，主軸頸和曲柄銷表面上——高頻淬火或氮化處理——精磨；4.構(gòu)造分整體式和組合式兩種：組成：前端軸、主軸頸、曲柄銷、曲柄、平衡重、后端軸曲拐：曲柄銷和它兩端的曲柄及主軸頸構(gòu)成一個(gè)曲拐。1)主軸頸和曲柄銷（連桿軸頸）全支承式非全支承式是高速滑動(dòng)摩擦部分，表面經(jīng)淬火處理，軸頸兩端與曲柄連接處都有半徑要求嚴(yán)格的圓角，噴丸、滾壓等強(qiáng)化處理。按主軸頸數(shù)，曲軸可分為：全支承曲軸、非全支承曲軸全支承曲軸可提高曲軸剛度和彎曲強(qiáng)度，可減輕主軸承載荷。非全支承曲軸結(jié)構(gòu)簡單常用于中小負(fù)荷汽油機(jī)。連桿軸頸(曲柄銷)曲柄銷一般是空心的，目的是減小質(zhì)量和離心力。2）曲柄和平衡重作用：曲柄用來連接主軸頸和連桿軸頸；平衡重是平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力和離心力矩的。平衡重有的與曲軸制成一體，有的則是裝配式曲軸必須進(jìn)行動(dòng)平衡校核無平衡重加平衡重油道：貫穿主軸頸、曲柄和連桿軸頸。空心的曲柄銷減小了重量和離心力，又構(gòu)成了積污腔。3）曲拐布置（1）各缸作功間隔角要盡量均衡。對直列發(fā)動(dòng)機(jī)，連續(xù)工作的兩缸相對曲拐夾角要相等，并等于工作循環(huán)期間曲軸轉(zhuǎn)角除以氣缸數(shù)。四缸：曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)（720度）各缸都應(yīng)作功一次，則相連作功的兩缸對應(yīng)的曲拐互成：720/4=180度（2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠(yuǎn)?？蓽p少主軸承載荷，避免相連兩缸進(jìn)氣門同時(shí)開啟發(fā)生搶氣現(xiàn)象。123412341234（3）V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩排氣缸盡量交替作功。4）曲拐布置盡可能對稱，均勻，使發(fā)動(dòng)機(jī)平衡性好a.直列四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐布置該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作發(fā)火順序有兩種：1—3—4—2；1—2—4—3工作順序：1—3—4—2的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)表b.直列四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸曲拐布置

曲拐均勻布置在互成120度的三個(gè)平面內(nèi)，相連工作兩缸的曲拐夾角為：720/6=120.發(fā)火順序?yàn)椋?—5—3—6—2—4（各缸作功行程在前半部與后半部氣缸交替進(jìn)行）其工作循環(huán)如表：曲軸后端軸軸承座軸承蓋凸緣盤回油螺紋飛輪飛輪螺栓4）前端軸與后端軸組成結(jié)構(gòu)

前端軸結(jié)構(gòu)：裝正時(shí)齒輪，皮帶輪、甩油盤、止推片；起動(dòng)爪。曲軸前端軸起動(dòng)爪皮帶輪正時(shí)齒輪甩油盤后端軸結(jié)構(gòu)：后端有凸緣盤，用來裝飛輪。還一些防漏裝置。不少曲軸沒有凸緣盤，飛輪用螺栓緊固于曲軸后端面。前后端防漏曲軸前端：擋油盤、自緊油封防漏過程：大量潤滑油飛濺落在擋油盤上、盤隨曲軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，甩到正時(shí)