第二章 机体组及曲柄连杆机构概述概述机体组机体组曲炳连杆机构曲炳连杆机构1 概述概述一、功用一、功用将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。转运动而对外输出动力。二、组成二、组成1、机体组、机体组2、活塞连杆组、活塞连杆组3、曲轴飞轮组、曲轴飞轮组三、工作条件三、工作条件承受机械载荷：承受机械载荷：1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力2、汽车行驶中产生的冲击力。、汽车行驶中产生的冲击力。2 机体组发动机的支撑。组成：气缸盖、气缸体、气缸垫、曲轴箱、油底壳。2 机体组机体组组成：机体组组成：曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸气缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳气缸盖罩气缸盖罩一、机体一、机体1、机体、机体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为机体。材料一般采用高强度灰铸铁或铝合金铸造。为机体。材料一般采用高强度灰铸铁或铝合金铸造。2、机体的分类：、机体的分类：名称名称性能性能应用应用 一般式一般式（平底式）（平底式）机体高度小、重机体高度小、重量轻、结构紧凑，量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。便于加工拆卸。刚度和强度差。刚度和强度差。492Q汽油汽油机，机，90系系列柴油机。列柴油机。龙门式龙门式强度和刚度较好。强度和刚度较好。工艺性差、结构工艺性差、结构笨重、加工困难。笨重、加工困难。捷达轿车、捷达轿车、富康轿车、富康轿车、桑塔纳轿桑塔纳轿车车隧道式隧道式结构紧凑、刚度结构紧凑、刚度和强度好。难加和强度好。难加工、工艺性差、工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。曲轴拆卸不方便。负荷较大负荷较大的柴油机的柴油机上上 。油底壳安装平油底壳安装平面和曲轴旋转面和曲轴旋转中心在同一高中心在同一高度。度。油底壳安装油底壳安装平面低于曲平面低于曲轴的旋转中轴的旋转中心。心。机体上曲轴机体上曲轴的主轴承孔的主轴承孔为整体式。为整体式。（1）按机体与油）按机体与油底壳安装平面位置底壳安装平面位置不同分为不同分为 （2）根据冷却方式不同）根据冷却方式不同1、水冷、水冷2、风冷、风冷散热片散热片风冷机体和气缸盖风冷机体和气缸盖（3）根据气缸的排列方式）根据气缸的排列方式结构简单、加工结构简单、加工容易，但发动机容易，但发动机长度和高度较大。长度和高度较大。缩短了机体的长度和高缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状了发动机的重量；形状复杂，加工困难。复杂，加工困难。高度小，总体布置方便。对置气缸式发动机对置气缸式发动机（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体）整体式气缸体和镶嵌式气缸体1、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。2、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型类型构造构造性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气缸气缸直接镗在气缸体上体上强度和刚度好，能强度和刚度好，能承受大负荷。成本承受大负荷。成本高。高。镶嵌式镶嵌式用耐磨优质材料制用耐磨优质材料制成气缸套，再装到成气缸套，再装到一般材料制成的气一般材料制成的气缸体内。缸体内。降低了制造成本，降低了制造成本，便于修理和更换气便于修理和更换气缸套，延长了气缸缸套，延长了气缸体的使用寿命。体的使用寿命。（5）干缸套和湿缸套）干缸套和湿缸套名称名称特点特点示意图示意图干缸套干缸套外壁外壁不直接不直接与冷却与冷却水接触。壁厚水接触。壁厚13mm。湿缸套湿缸套外壁外壁直接直接与冷却水与冷却水接触。壁厚接触。壁厚59mm。强度和刚强度和刚度都较好，度都较好，加工复杂，加工复杂，拆装不便，拆装不便，散热不良。散热不良。散热良好、冷散热良好、冷却均匀、加工却均匀、加工容易。容易。强度和刚度不强度和刚度不如干缸套，易如干缸套，易漏水。漏水。性能如何性能如何？二、曲轴箱1、概念：、概念：曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。2、结构：、结构：上轴箱上轴箱 与气缸体铸成一体与气缸体铸成一体 下轴箱下轴箱 贮存润滑油（油底壳）贮存润滑油（油底壳）3、材料：、材料：薄钢板冲压薄钢板冲压桑塔纳发动机油底壳桑塔纳发动机油底壳三、气缸盖三、气缸盖1、功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧、功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。室。2、工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负、工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。荷很大。3、材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金（目前国产轿车发动、材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金（目前国产轿车发动机缸盖均采用铝合金缸盖）。机缸盖均采用铝合金缸盖）。气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸盖罩气缸盖罩衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞4、汽油机燃烧室、汽油机燃烧室名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程段、结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、燃烧速率高、热损失小、热效率高热效率高桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康楔形楔形结构简单、紧凑、散热结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长火焰传播距离长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、进工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃排气效果不如半球形燃烧室烧室捷达捷达奥迪奥迪5、柴油机燃烧室统一式：相对散热面积小，经济性好，工作粗暴。分隔式：相对散热面积大，经济性差，工作柔和，排放低。四、气缸垫四、气缸垫1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。和漏油。2、材料：有弹性、耐热性、耐压性、材料：有弹性、耐热性、耐压性3、安装时注意方向、安装时注意方向缸盖螺栓拆装方法：安装：由内向外，对称拧紧。拆卸：由外向里，对称拧松。3 曲柄连杆机构一、功用及组成功用是将往复运动转变成曲轴的旋转运动，同时将作用在活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。组成：活塞组、连杆组、曲轴飞轮组的零件气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖活塞连杆组（一）活塞（一）活塞1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、工作环境：、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达高温、散热条件差；顶部工作温度高达600700K，且，且分布不均匀；高速，线速度达到分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达活塞顶部承受最高可达3 5MPa（汽油机）的压力，使之（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。变形，破坏配合联结。3、材料：、材料：铝合金：质量小铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁导热性好；灰铸铁活塞应具备活塞应具备的特点的特点A 刚度和强度应足够大，传力可靠。刚度和强度应足够大，传力可靠。B 导热性能好，耐高压、高温、磨损导热性能好，耐高压、高温、磨损C 质量较小，尽可能减少往复惯性力质量较小，尽可能减少往复惯性力二、二、 活塞组活塞组3、结构、结构（1）活塞顶部）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体 压力。压力。活塞顶分类活塞顶分类形状形状示意图示意图平顶平顶凸顶凸顶凹顶凹顶结构简单、制造容结构简单、制造容易、受热面积小、易、受热面积小、应力分布较均匀，应力分布较均匀，多用在汽油机上多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部凸起呈球状、顶部强度高，起导向作强度高，起导向作用、有利于改善换用、有利于改善换气过程。气过程。凹坑的形状、位置必凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。防止碰气门。（2）活塞头部）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽气环槽油环槽油环槽工作条件工作条件最恶劣，最恶劣，应离顶部应离顶部远些。远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：作用：活塞活塞销孔（3）活塞裙部）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。防治破坏油膜。裙部表面的保护裙部表面的保护1）镀锡）镀锡油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。2）涂石墨）涂石墨(柴油机）柴油机）易脆断可加速磨合，自润滑。易脆断可加速磨合，自润滑。3）表面粗糙化）表面粗糙化有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。机油润滑。（4）活塞形状）活塞形状工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。短轴在销座轴方向。销座方向销座方向裙部受侧压力的作用，裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形导致活塞发生变形工作时向里变形工作时向里变形桶形桶形不受压力的不受压力的部分，去掉部分，去掉后可以减轻后可以减轻质量。质量。开槽活塞（汽油机）开槽活塞（汽油机）绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽圆槽圆槽活塞结构特点总结：活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。上小下大的圆锥。裙部开槽。采用恒范钢片、双金属活塞。（二）活塞环（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：平均寿命：6万公里万公里（1）气环）气环作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。密封原理：活塞环开口相互错开，形成迷宫式漏气通道。密封原理：活塞环开口相互错开，形成迷宫式漏气通道。开口端隙一般为开口端隙一般为0.20.8mm，端隙过大，漏气严重；端隙过大，漏气严重；端隙过小，活塞环受热后端隙过小，活塞环受热后易卡死或折断。易卡死或折断。切口切口气环气环气环断面形状：气环断面形状：形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应结构简单、制造方便、易于生产、应用面广用面广扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲扭曲锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。表面接触压力，有利于磨合和密封。梯形环梯形环 加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高桶面环桶面环 外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形气环的泵油作用气环的泵油作用气气环环的的泵泵油作用演示油作用演示扭曲环安装：扭曲环安装：内圆切槽朝上，外圆切槽朝下。内圆切槽朝上，外圆切槽朝下。切口错开。切口错开。（2）油环种类普通油环（槽孔式、槽孔撑环式）组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片油环的刮油作用气气环环的的泵泵油作用演示油作用演示（三）活塞销（三）活塞销作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。体压力传递给连杆。构造：构造： 活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。活塞销的连接方式连杆活塞销全浮式半浮式活塞销的偏置活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。边过渡到另一边，减少敲缸的声音。三、连杆组三、连杆组作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。要求：足够的抗疲劳强度和结构刚度，质量应尽量小。材料：连杆体和连杆盖由优质中碳钢或中碳合金钢模锻或辊锻而成，连杆螺栓由优质合金钢制成。连杆组件构造分解图组成：连杆大头、小头、杆身V型发动机连杆的布置形式并列式并列式主副式主副式叉式叉式连杆轴瓦定位凸键定位凸键油槽润滑油槽润滑减磨合金层减磨合金层连杆大头的连接形式平分式斜分式四、四、 曲轴飞轮组曲轴飞轮组一）、曲轴飞轮组的组成一）、曲轴飞轮组的组成起动爪起动爪正时齿轮正时齿轮主轴瓦主轴瓦皮带轮皮带轮扭转减振器扭转减振器飞轮飞轮飞轮螺栓飞轮螺栓曲轴曲轴二）、曲轴二）、曲轴1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。置。2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。变载荷的冲击。3、材料：、材料：45、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻等中碳钢和中碳合金钢模锻而成。而成。4、结构：前端轴前端轴连杆轴颈连杆轴颈曲轴轴颈曲轴轴颈后端轴后端轴平衡重平衡重曲拐曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄曲柄曲轴组成：曲轴前端、曲拐、平衡重、曲轴后端曲轴后端：功率输出端曲轴前端：自由端桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组三）、曲拐的布置三）、曲拐的布置 1 、一般规律、一般规律1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。运转平稳。2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。发动机的前半部和后半部交替进行。3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。作平衡性好。 2、常见曲轴曲拐的布置、常见曲轴曲拐的布置1）四冲程四缸发动机）四冲程四缸发动机曲拐布置曲拐布置2）四冲程四缸发动机）四冲程四缸发动机点火顺序点火顺序点火顺序：各缸完成同名行程的次序。点火顺序：各缸完成同名行程的次序。发火间隙：按点火顺序相邻两缸点火的间隙（以发火间隙：按点火顺序相邻两缸点火的间隙（以曲轴的转角计）。曲轴的转角计）。1-3-4-2；1-2-4-3。3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置点火顺序：点火顺序：1-5-3-6-2-4；1-4-2-6-3-5 。四冲程六缸发动机点火顺序四冲程六缸发动机点火顺序某发动机的型号是6100Q汽油机，其作工顺序为1-5-3-6-2-4，问：（1）该发动机型号的含义是什么？（2）该发动机发火（作功）间隙角是多少CA？（3）当第二缸位于进气下止点时，其余各缸分别在什么位置？ 四）、曲轴扭转减振器四）、曲轴扭转减振器（一）扭转振动（一）扭转振动自由扭转振动自由扭转振动强迫扭转振动强迫扭转振动共振共振功率损失、曲轴扭功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击正时齿轮产生冲击噪声等噪声等临界转速：发生共振时的转速临界转速：发生共振时的转速（二）扭转减振器（二）扭转减振器皮带盘皮带盘惯性盘惯性盘橡胶垫橡胶垫减振器圆盘减振器圆盘皮带轮毂皮带轮毂曲轴前端曲轴前端功用：吸收曲轴扭转功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭振动的能量，消减扭转振动。转振动。当曲轴发生扭转振当曲轴发生扭转振动时，力图保持等动时，力图保持等速转动的惯性盘便速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，扭转振动的能量，消减了扭振。消减了扭振。橡胶摩擦式扭转减振器橡胶摩擦式扭转减振器五）、飞轮五）、飞轮（一）功用：（一）功用：储存能量，使发动机运转平稳（二）构造 飞轮边缘部分做的飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转厚些，可以增大转动惯量动惯量齿圈在发动机起动齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。合，带动曲轴旋转。一缸上止点记号一缸上止点记号曲轴的结构曲拐：由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成曲拐：由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成曲轴的支承方式曲轴的支承方式优点优点缺点缺点应用应用全支承曲轴全支承曲轴提高曲轴的刚度和提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主弯曲强度，减轻主轴承的载荷轴承的载荷曲轴的加工表曲轴的加工表面增多，主轴面增多，主轴承数增多，使承数增多，使机体加长机体加长柴油机一般多柴油机一般多采用此种支撑采用此种支撑方式方式非全支承曲轴非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度使发动机总体长度有所减小有所减小主轴承载荷较主轴承载荷较大大承受载荷较小承受载荷较小的汽油机可以的汽油机可以采用此种方式采用此种方式概念：概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。曲轴，否则称为非全支承曲轴。作业1、曲柄连杆机构由哪些零件组成？其功用是什么？2、试述气缸体的三种形式及特点。3、汽油机、柴油机的燃烧室有哪几种？有何特点？4、铝合金活塞预先作成椭圆形、锥形或阶梯形，为什么？5、什么是矩形环的泵油作用？有什么危害？6、什么是发动机的点火顺序？什么是发动机的作功间隔角？