第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构9/4/20241第一节概述一、功用：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力9/4/20242二、组成：1、机体组：气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫-不动件9/4/202432、活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件9/4/202443、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮减振器9/4/20245三、受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。PPjPCF9/4/202461、气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPSPPRPTP9/4/20247(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPPSPRPTP9/4/202482、往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。Pj9/4/202493、离心惯性力PC：旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。Pc9/4/2024104、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。F9/4/202411第二节机体组机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。9/4/2024121、构造气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。9/4/2024132、气缸的排列形式（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。（3）对置式：是V型的特殊形式。9/4/2024143、曲轴箱的型式（1）平分式定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。应用：中小型发动机。9/4/202415（2）龙门式定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。应用：大中型发动机。9/4/202416（3）隧道式定义：主轴承座孔不分开。特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。应用：负荷较大的柴油机。9/4/202417二、油底壳1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2.构造：（1）用薄钢板冲压而成。（2）内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。（3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。9/4/202418三、气缸套1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。9/4/2024192.型式（1）干式缸套13mm定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁 厚 较 薄 （ 1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。13mm9/4/202420（2）湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀59mm0.050.15mm9/4/202421定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。0.050.15mmAB9/4/202422密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。0.050.15mm9/4/2024231）下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈。9/4/202424四、气缸盖1、结构：气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。9/4/2024252、汽油机燃烧室（图213）（1）盆形燃烧室：其特点为1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。9/4/2024269/4/202427（2）楔形燃烧室：其特点为1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。9/4/202428（3）半球形燃烧室：其特点为1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。9/4/202429五、气缸垫1.作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。9/4/2024302.构 造 （ 图 214）金属石棉垫：（见a、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。9/4/202431（1）金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。9/4/202432纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。9/4/202433安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。9/4/202434第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组9/4/202435组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承。9/4/202436一、活塞（一）功用1、与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；2、承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。9/4/202437（二）材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为1、质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；2、导热性好（约为铸铁的三倍）；3、热膨胀系数大。9/4/202438（三）组成（图216）根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。销座9/4/2024391、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：（图217）（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。9/4/2024402、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。9/4/202441（四）活塞的变形及采取的相应措施1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。9/4/2024422、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。9/4/202443制造时变形后9/4/2024443.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。9/4/202445（4）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。（图224）9/4/202446（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。（图225）9/4/2024472）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。9/4/2024483)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中（图227），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。9/4/202449（五）偏置销座（图232）1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。9/4/2024509/4/2024519/4/2024523、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。9/4/202453可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。9/4/202454