活塞连杆机构与工作原理*1一、曲轴连杆机构v1、曲轴连杆机构是将气缸内的可燃混合气燃 烧膨胀时将放出的热量转变为机械能。 v2、曲轴连杆机构有作用v是承受气体高温、高压，利用气体的压力推 动活塞运动，通过连杆使曲轴旋转活塞的直 线往复运动转为曲轴的放置运动，从而输出 扭矩。 Date23、主要构件的组成v气缸体曲轴箱：气缸体、气缸盖、气缸套、 缸垫、上下曲轴箱等机件的组成。v活塞连杆组：活塞、活塞环活塞销、连杆、 衬套、连杆轴承等机件的组成。v曲轴飞轮组： 曲轴、飞轮等组件。Date3二、活塞概述主要是承受气缸中燃烧气体的压力，并将力通过活塞销传给连杆促使曲轴旋转产生扭力对外作功。Date4活塞的要求v1)有足够的强度和刚度v2)须有尽可能小的质量v3)要求 活塞的材有较好的导热率，膨胀系数v4)要求活塞工作时与气缸有较小的摩擦且耐磨损 Date5三、活塞连杆组Date6组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承Date7材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；导热性好（约为铸铁的三倍）；热膨胀系数大。 Date8活塞一般结构：活塞顶、活塞头、活塞裙等三部 分组成，还有环槽部、活塞销座二部分。销座Date9（一）顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气 体压力。 汽油机活塞的顶部形状有： 1、平顶：受热面积小，广泛采用。 2、凸顶：与半球形燃烧室配用。 3、凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也 可用凹坑的深度来调整压缩比。 Date10形状目的是：v能够使气体产生涡流和有利于燃烧v尽可能减少炭渣堆积有足够的强度和刚度，并且减少质量v有利于散热 Date11（二）活塞头v活塞头部：安装活塞环的部分,它的作用是防止活塞环上部气体下漏或润滑油进入燃室. 活塞头部开有活塞环,活塞环的数目与防漏的关系:活塞环越多防漏越好导热越好,但是磨擦损失加大,造成气缸磨损快。Date12（三）活塞裙部v作用：是导向部分,引导活塞在气缸中作往复运动,并将连杆的侧向力传给气缸壁。v 活塞裙部的结构：膨胀槽、绝热槽v裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。Date13活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡 环槽，用以安装卡环。 Date14活塞的变形及采取的相应措施 变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 Date15(四)变形规律 1、活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间 隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨 胀系数大于铸铁； 2、活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下 低，壁厚上厚下薄； 3、裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线 方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压 力作用的结果。 点击观看 活塞变形动画Date16冷态时正常工作时头部椭圆裙部截锥体Date17（五）结构措施 （1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 （2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔 轴线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。Date18（5）采用双金属活塞 ：即在活塞裙部或销 座内嵌铸入钢片，以 减少裙部的膨胀量。 1） 恒范钢片式：活塞 销座通过恒范钢片与 裙部相连，而恒范钢 片（含镍33%36%） 的膨胀系数仅为铝合 金的十分之一。这样 ，使裙部膨胀量大为 减少。Date192） 自动调节式：膨胀系数小的低碳钢 片贴在销座铝层的内侧， 依靠钢片的牵制作用，及 钢片与铝壳之间的双金属 效应来减小裙部侧压力方 向的膨胀量。Date203)筒形钢片式：浇铸时，将钢 筒夹在铝合金中， 冷凝时钢筒内外侧 的铝合金分别产生“ 收缩缝隙”和拉应力 。工作时因要先消 除“收缩缝隙”和拉应 力而膨胀量减小。 Date21四、活塞环v活塞环是具有弹 性的开口环，有 气环和油环之分 。Date22（一）、作用v封闭活塞与气缸壁的间隙，使气缸体不致于从气缸漏入曲轴箱内而降低内燃机的功率。v将气缸壁上涂上一层润滑油，减少磨擦，并且将气缸壁上多的润滑油刮回曲轴箱内以防止润滑油窜入燃室内。v导热作用将活塞的热量传导气缸壁上，从而保证发动机正常温度。高温燃气接触，散热差，为了内燃机的正常工作，所以材料应做到导热率好膨胀系数小）。Date23（二）活塞环 （气环和油环）v1、气环和油环v 气环也称压缩环：内燃机常采用2道3道气 环。v 2、常用的形状的有：矩形环、锥形环、扭 曲环、梯形环Date24（1）矩形环 结构简单，与缸壁接触面积大，散热好， 但易泵油。矩形断面Date25（2）锥形环 1）特点：与缸壁线接 触，有利于密封和磨合。下 行有刮油作用，上行有布油 作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向 上或TOP等标记）；锥形环传热性差，常装 到第二、三道环槽上。Date26（3）扭曲环将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角 而成。扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩 产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性 层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不 对称，使拉力和压力不在同一平面内，从而形成力 偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形 。 eDate271）特点 具有锥形环的特点； 减小了泵油作用； 作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全 接触，利于散热。 2）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外 下切扭曲环装入第二、三道环槽。 Date28（4）桶形环 其特点为： 1）环的外圆面为凸圆弧形； 2）环面与缸壁圆弧接触，避 免了棱角负荷； 环上下运动时，均能形成楔形 油膜。 Date29（5）梯形环 当活塞在侧压力作用下 左、右换向时，环的侧 隙和背隙将不断变化， 使胶状油焦不断从环槽 中被挤出。梯形环用于 热负荷较大的柴油机的 第一道环。 Date302、油环：也称刮油环v油环的主要作用于是将气缸内壁多余的润滑油刮回油底壳，防止润滑油窜入燃烧室内，并且给气缸壁上涂上一层均匀的润滑油。v油环的刮油特点：图示讲解。v活塞环的材料：采用耐磨性、耐热性、导热性、冲击韧生及与气缸材料磨合性均好，并具有适当的弹性病的材料制成。合金铸铁加入适量的元素。也有钢片制成。v油环组成：刮油片、径向衬簧、轴向衬 簧（看图讲解）v油环组成的装配方法：首先将径向衬簧装入槽内，再将下刮片和轴向衬簧装入，最后装入上刮片。Date313、活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。Date32现象：当活塞带着环下行（进 气行程）时，环靠在环槽的上 方，环从缸壁上刮下的润滑油 充入环槽下方；当活塞又带着 环上行（压缩行程）时，环又 靠在环槽的下方，同时将油挤 压到环槽上，如此反复，就将 润滑油泵到活塞顶。 点击观看 活塞环泵油动画Date33泵油的危害： （1）增加了润滑油的消耗； （2）火花塞沾油不跳火； （3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏； （4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失 去密封性； （5）加剧了气缸的磨损。 Date34防止活塞环泵油的措施： （1）采用扭曲环； （2）采用组合式油环； （3）油环下设减压腔 Date351）作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2）类型（1）整体式其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。4、油环Date36v（2） 组合式：v 由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。Date37组合式油环的特点v1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧 长大于刮片长而产生径向力。v 第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚 度大于环槽高而产生轴向力。v2) 无侧隙，不窜油。v3) 刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。v4) 上下片可分别动作，适应性好。v5) 回油能力强。点击观看动画 Date38五、活塞销（一）作用连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。（二）结构用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。Date39（三）连接方式v1.全浮式v（1）定义v在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。Date40v(2)装配v1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组 选配法。v2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后， 迅速将销装入。Date41v2.半浮式v(1)定义v销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮 动。（一般固定连杆小头）(2)装配 加热连杆小头后， 将销装入，冷态时 为过盈配合。 Date42五、连杆v（一）功用：将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。v（二）组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。Date43（三）构造v1.小头：用来安装活塞 销，以连接活塞。v2.杆身：常做成“工”字 形断面。v3.大头：与曲轴的连杆 轴颈相连。大头一般做 成分开式，即连杆体大 头和连杆盖Date44(1)切口形式v有平切口和斜切口两种。Date45v(2)切口定位方式v连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与 螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用 于直切口连杆。 Date46v锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。v套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖） 的孔紧配合定位。v 止口定位Date47(3)喷油孔 有的连杆的大头 面对气缸主承压 面的一侧，钻一 喷油孔（1mm 1.5mm），以润滑 气缸主承压面。 Date48（四）连杆的安装v1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二 在者的同一侧打有配对标记。v2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记， 大头侧面有缸号标记。Date49（五）连杆轴承（俗称小瓦）1、作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。Date50v2、组成v 由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。Date51v2、减磨层材料v（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。v（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。v(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。v 1）铝锑镁合金和低锡铝合金：v 械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。v 2)高锡铝合金：v 具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。 Date52六、轴瓦的定位Date53七、曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、减振器等组成。 Date54（一）曲轴v1、功用v1）把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。v2）驱动配气机构及其它附属装置。v材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。Date552、构造v 曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平 衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主 轴颈构成一个曲拐。Date56v3、主轴颈和连杆轴颈v1)主轴颈是曲轴的支承部分。v 每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称 为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈 数者称为非全支承曲轴。Date572)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的 油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。 Date584、曲柄和平衡重曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重 的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩Date59v5、曲拐的布置v（1）布置原则v1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四 冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。v2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连 续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气 现象。v3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功Date60（2）常用曲拐布置v1）直列四冲程四缸发动机v曲拐对称布置于同一平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。v发动机工作顺序有两种 1342 1243Date611.42.3Date62曲轴转 角第一缸 第二缸