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(共86张PPT)第二章 曲柄连杆机构汽车构造第一节 曲柄连杆机构的受力及运动分析一、运动分析活塞组、连杆小头：上下往复运动；连杆大头、杆身、连杆盖：主要做左右摆动，同时伴有上下往复运动；曲轴、飞轮：主要做旋转运动。以上各零部件均是做变速运动、周期性的。二、受力种类及受力分析1） 气体作用力（主要）（1）作功行程Fp分解为Fp1 和Fp2：Fp2：垂直于缸壁，使活塞与缸壁之间产生侧压 力。Fp1：沿着连杆方向，作用在曲柄销上。Fp1 继续分解为：Fr：沿着曲柄方向。Fs：为曲柄垂直方向，对曲轴产生一有用力矩：T＝S*R（2）压缩行程Fp'分解为Fp’1 和Fp’2：Fp’2：垂直于缸壁，使活塞与缸壁之间产生侧压力。Fp’1：沿着连杆方向，作用在曲柄销上。Fp’1 ：继续分解为：Fr’：沿着曲柄方向。Fs’：为曲柄垂直方向，对曲轴产生一阻力矩。2） 惯性力（主要）（1）往复惯性力1）活塞从上止点到下止点：前半行程：加速度方向向下，往复惯性力方向向上。后半行程：加速度方向向上，往复惯性力方向向下。2）活塞从下止点到上止点：前半行程：加速度方向向上，往复惯性力方向向下。后半行程：加速度方向向下，往复惯性力方向向上。往复惯性力使发动机产生上下震动。（2）离心力Fcy：始终与往复惯性力的方向一致，加剧了发动机的上下震动。Fcx：使发动机产生水平方向的震动。3）摩擦力和其它（因为较小，故分析时忽略）第二节 机体组一、气缸体－曲轴箱（水冷、风冷）1、气缸体－曲轴箱结构形式1）一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上。加工简单容易。如492QA发动机的气缸体。2）龙门式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面不在同一平面上。工艺性差，刚度、强度较好。如6102发动机的气缸体。3）隧道式气缸体：为了安装滚动轴承，曲轴座孔加工成隧道式，曲轴为组合式曲轴。结构刚度最好。如6135发动机。2、工作条件和材料1）气缸工作条件：气缸受到高温、高压的冲击；受到腐蚀；活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等。2）材料：优质合金铸铁 。但是为了降低成本，通常是机体用灰铸铁，气缸孔用优质合金铸铁，而采用气缸套。3、气缸套1）干式气缸套外表面不直接与冷却水接触；壁厚1～3mm；外表面加工精度高，与气缸孔配合紧密，不易漏水、漏气。多用于功率较小的汽油机上或不用。2）湿式气缸套外表面直接与冷却水直接接触；壁厚5～9mm；外表面加工较粗糙；设置有漏水密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；多用于车用柴油机上。二、气缸盖1、作用封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室；是配气机构的多数零件的安装机体。2、工作条件和材料1）工作条件：受到高温、高压的冲击；受到腐蚀作用。2）材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金（汽油机用）3、结构形式1）整体缸盖：一台发动机一个气缸盖。结构较紧凑，零件数目少，成本低，发动机的总长度减少；但刚性差，易变形，使得发动机的密封性下降，系列化程度差，加工报废率高；适用于缸径2）块状缸盖：2缸或2缸以上共用一个缸盖。适用于105mm3）单体缸盖：一缸一个缸盖。缸径>105mm可用；缸径>120mm的优先采用；缸径>160mm 都采用。4、汽油机燃烧室1）对汽油机燃烧室的要求（1）有利于提高热效率（2）有利于排气净化（3）有利于换气（4）有利于燃烧平静（5）有利于组织气流运动2）几种典型燃烧室：（1）盆型：结构简单，但不够紧凑。（2）楔型：结构简单，较紧凑，能形成挤气流，但使得HC排放增加。（3）半球型：结构紧凑，但配气机构复杂，工作较粗暴，多用于高速汽油机。三、气缸垫：多用金属石棉衬垫。四、缸盖螺栓：拧紧：从中间往两边依次对角分次进行；拧松：从两边往中间依次对角进行五、油底壳：放油螺塞带磁性，对随着润滑油进入油底壳的铁屑进行吸附。第三节 活塞连杆组活塞组：活塞、活塞环（气环、油环）、活塞销、卡环等。连杆组：连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺钉等。一、活塞1、作用1）承受力、传力。2） 组成燃烧室。2、 工作条件（非常恶劣）三高：高温、高压、高速两难：冷却困难、润滑困难一腐蚀：受到酸性物质的腐蚀3、材料常用：铸铝合金（高硅铝合金、铝铜合金）强化发动机：高级铸铁、耐热钢（主要为了提高其强度）新型：金属陶瓷（有组合式的（陶瓷用于活塞顶部），也有整体式的）总之，对于转速较高的发动机来说，活塞材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机，现在多用灰铸铁。4、加工制造方法1）铸造2）锻造3）液态模锻5、结构1）顶部：汽油机：二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多用平顶。柴油机：有平顶、凹顶、ω形、碗形、盆型、花瓣形等。2）头部（又叫环槽部、防漏部）头部：又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环槽的部分。作用：密封、传热、传力 。护槽圈（图2-19）3）裙部：指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分。（1）作用：承受侧压力、导向。（2）裙部的椭圆变形A、原因 （图2-20）A）沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受热膨胀后，此处的膨胀量就最大。B）在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形。C）气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向。B、预防和控制裙部椭圆变形的措施Ⅰ、尽量减少活塞的受热 。Ⅱ、使活塞的侧表面形状与变形相适应 。Ⅲ、对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。Ⅳ、在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。（图2-21、2-22、2-23）Ⅴ、采用油冷活塞。（图2-24）Ⅵ、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形（图2-26）（ 3 ）活塞销座A、作用：支承活塞销，将活塞顶部气体作用力经过活塞销传给连杆。B、活塞销偏移布置（图2-25）目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击气缸的噪音与磨损。（4）裙部的表面处理汽油机：常用镀锡方法柴油机：一般是磷化，还有的用涂石墨。6、活塞在气缸内的安装注意事项1）按照活塞顶部的指定标记安装（注意喷油方向、气门方向）2）同台发动机的活塞质量差不能超过10g，并与相同尺寸公差的缸盖配合。3）开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压力（主、次推力面）的一面，以免活塞在运动时划伤气缸壁。二、活塞环按照用途分为：气环和油环。汽油机：气环2～3道；油环数1道。柴油机：气环3～4道；油环数1～2道。柴油机气环数多于汽油机的原因：1）柴油机压缩比大于汽油机；2）柴油机转速低于汽油机；3）柴油机的配缸间隙大于汽油机。（一）气环1、作用1）与活塞一起密封高温高压的燃气下窜入曲轴箱。（主要）2）将活塞头部的热量传给气缸壁。3）辅助油环控制气缸壁上的润滑油。2、工作条件恶劣：活塞环（气环）是发动机零件中工作寿命最短的。总的说：高温、高压、高速、润滑困难、磨损严重等。3、材料多用合金铸铁、钢片、粉末冶金、金属陶瓷等。对于强化发动机：则用球墨铸铁，以加强环的强度和冲击韧性。第一环：条件最恶劣，所以要求表面镀铬。其余各环：镀锡或者磷化、喷石墨及硫化处理，以提高其与气缸壁的磨合性。4、密封原理第一密封面：由气环装入气缸后在自身的弹力作用下形成，为气环外缘面与缸壁接触的面。第二密封面：由下窜入上侧隙的气体压力形成，为气环的下端面与环槽下面形成。第二次密封：由下窜入背隙的气体压力形成，加强了第一密封面的密封性。5、气环的切口形状四种：1）直切口 2）斜切口3）搭切口 4）封闭切口6、常见气环的断面形状1）矩形断面（气环横剖面为矩形）结构简单，加工容易，成本较低，报废率少，贴合性、结合性、磨合性较差，耐磨性也较差，密封效果不好，泵机油现象严重。（图2-30）2）微锥面环环的磨合性和贴合性大大提高，此环多用在第二、三道上，起强化密封的作用。3）扭曲断面环正扭曲内切环（用作第二、三道环）和反扭曲锥面环（多用于第一道环上）。4）梯形环 （图2-32）用于热负荷比较高的柴油机上，多用于第一道。优点：（1）抗胶结作用比较强，有自洁作用。（2）与其它环比较，提高了环的密封性。5）桶面环普遍用在强化柴油机中的第一道。特点：结构有利于润滑；对气缸的表面适应性和对活塞偏摆适应性均好，有利于密封。缺点：凸圆弧表面加工困难。6）桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。7）开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。8）顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。（二）油环1、作用1）刮掉缸壁上多余的机油，并且均匀分布缸壁上的机油。2）辅助密封。2、分类（图2-33）1）普通油环（整体式油环）2）组合式钢片油环（三）安装活塞环的注意事项1、活塞环装入气缸之后，环的开口间隙要适当,0.2～0.4mm。2、活塞环在环槽中的上下侧隙要适当，0.04～0.15mm。3、安装活塞环时，应将活塞环切口错开，以减少漏气。另外，切口不能朝向活塞销轴线方向。4、镀络环应装入第一环槽（外表面光亮的为第一环）。5、微锥面环、扭曲环、倒角油环上下不能装反，否则将产生将机油泵入燃烧室的危险。6、先装油环再装气环。三、活塞销（一）作用1、连接活塞与连杆小头。2、将活塞承受的气体力传给连杆。（二）材料多用低碳钢和低碳合金钢。同时要求其芯部具有一定的韧性。为了减轻质量，常将其做成空心圆柱形。（三）内孔形状1）圆柱形（加工容易，但质量较大）2）组合形（介于前后两者之间）3）两段截锥形（质量较小，但加工较难）（四）连接固定方法全浮式（常用）和 半浮式。（五）活塞销的安装与拆卸将活塞加热安装和拆卸。四、连杆组基本结构（一）作用1、传力：将活塞所承受的力传给曲轴。2、转变运动形式：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。（二）工作条件主要是受力（周期性变化的气体作用力和惯性力等）（三）材料多用合金钢与优质锻钢。如40＃、45＃、40Cr等。（四）小头（五）加工：配对加工。（六）大头1、剖分形式：平剖： 剖分面与连杆中心线垂直。刚性好，加工方便，对于连杆螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。多用于小型汽油机。但在装配时易出现大头碰伤气缸壁的现象。斜剖：剖分面与连杆中心线成30～60°夹角。减少了连杆大头的外形尺寸。但使得连杆螺栓不仅受到拉伸力而且还受到剪切力。多用于功率较大的发动机，比前者多用。2、定位方式平剖：利用连杆螺栓光杆部分的精确加工与连杆螺栓孔的精确配合来定位。斜剖：1)止口定位 2）套筒定位 3）锯齿定位3、连杆轴瓦组成：钢背和减摩合金层（作用：具有保持油膜、减少摩擦阻力和加速磨合的作用）。4、 V型内燃机连杆1)并列连杆 2)主副连杆 3)叉片式连杆5、连杆螺栓：为标准件。材料：40Cr、35CrMo、40CrMo等 。拧紧后，应安装防松装置。6、连杆大头安装注意事项1） 大头与大头盖配对加工、配对安装。2） 连杆螺栓的装配预紧力应符合工厂规定，并且分2～3次均匀拧紧。3） 螺栓头部（或螺母）应具有防松装置（即锁紧装置），如铁丝、锁紧片、开口销、自锁螺母等。4）大头孔钻有喷孔的，其孔必须对准主承压面以保证润滑。第四节 曲轴飞轮组组成：由曲轴和飞轮以及其它不同功用的零件和附件组成。一、 曲轴1、 作用：承受连杆传来的力，并将此力转换成绕其自身的轴线的力矩。2、 结构：1） 前端：正时齿轮、正时链轮、皮带轮端；车用发动机还装有曲轴扭转减震器、启动爪（中、小发动机）。2） 后端：飞轮端（功率输出端）。3） 曲轴轴颈、曲柄（臂）、曲柄销（连杆轴颈）、平衡重等。3、工作条件及材料工作条件：是高速旋转件，承受弯曲和扭转载荷。材料要求：刚度、强度、耐磨性要好。材料：中碳钢（45＃）或中碳合金钢（40Cr等）强化机：稀土球墨铸铁。但刚性差，所以曲轴支承要求较高。另外，曲轴支承受力处都必须进行耐磨处理。 4、类型1）按照结构分：整体式和组合式2） 按照支承形式分：全支承和非全支承5、 连杆轴颈（曲柄销）一般采用空心轴颈。连杆轴颈的润滑依靠与主轴颈之间的斜油道来润滑。6、 曲柄（臂）和平衡重曲柄臂：多采用椭圆形。平衡重：减轻主轴颈负荷；减轻曲轴的内力矩，平衡发动机不平衡的离心力矩，一般不平衡往复惯性力。二、主轴承用来支承曲轴主轴颈，采用滑动轴承。多用分开式，安装在机体的主轴承座上。主轴承盖与主轴承配对加工，配对安装。轴瓦分上、下瓦，安装轴瓦时，不能将上下瓦装反，上瓦上有油孔，加工有油槽，以润滑主轴颈。三、 多缸机曲拐布置及发火顺序发火顺序：各缸做功冲程交替进行的次序。发火顺序设定原则：1、使连续做功的两缸相距应尽可能的远。2、三缸以上发动机做功间隔时间（发火间隔角）应力求均匀。例如：四缸机 ：1-3-4-2或1-2-4-3六缸机：1-5-3-6-2-4 或1-4-2-6-3-5工作循环表：四、飞轮1、作用：1） 克服短暂过载2）动力输出3）点火正时4）启动发动机2、安装注意事项1）飞轮与曲轴一起进行动平衡试验后，不能互换。2）飞轮的安装螺栓应按造规定的力矩拧紧。

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