曲柄连杆机构课件.ppt

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1、第二章 曲柄连杆机构,机体组,活塞连杆组,曲轴飞轮组,概述,2.1 概 述,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转运动而对外输出动力。,1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,一、曲柄连杆机构的功用,二、组成,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,3.2 机 体 组,机体组组成：,曲轴箱,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,气缸体,气缸盖罩,3.3 活塞连杆组,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,3.4 曲轴飞轮组,一、曲轴飞轮组的组成,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,曲轴,2.工作条件和受力分析

2、 工作条件： 高温、高压、高速、有化学腐蚀 受力分析： 气体作用力、往复惯性力、离心力、摩擦力、外界阻力,（1）气体作用力,作功行程气体压力,压缩行程气体压力,（2）往复惯性力与离心力,（3）摩擦力,任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在摩擦力。物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比，方向总是与物体运动的方向相反。,减小各种力对发动机的损伤措施：,减小离心力：在曲轴上增设了平衡块；,增强连杆抗变形能力：将其断面制成“工”字形；,减小活塞往复惯性力：减轻活塞质量，采用密度小的铝合金材料；,减小机件的磨损： 加强润滑、提高零件表面加工精度（光滑、配合）、表面硬度,第二节 机体组,

3、功用： 发动机的支架 两大机构和发动机各系统的装配基体 形成燃烧室 冷却系统和润滑系统的组成部分 主要组成： 气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫、油底壳,一、气缸体,1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称 为气缸体曲轴箱,气缸,上曲轴箱,气缸排列 形式,气缸排列形式,单列式 气缸排成一列垂直布置。结构简单，加工容易，发动机长度、高度大 一般六缸以下采用。如捷达、富康、红旗轿车所使用 V型 左右两列气缸中心线的夹角180 与直列式相比，缩短了机体长度和高度，增加了缸体的刚度，加大了宽度，形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机,对置式: 左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对置式

4、 特点：高度小，总体布置方便，有利于风冷。,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式,（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,2、气缸体分类,一般式,龙门式,隧道式,性能与应用比较,三、油底壳,1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。 2、使用特点： 油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损 3、材料： 薄钢板冲压,（2）根据冷却方式不同分：,水冷、风冷,散热片,冷却水,（4）干式气缸套和湿式气缸套,强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。,散热良好、冷却

5、均匀、加工容易。 强度和刚度不如干缸套，易漏水。,气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。,气缸盖,气缸盖罩,衬垫,安装火花塞,2、气缸盖罩和气缸垫,三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,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 座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 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。,1、气缸盖,3、燃烧室,汽油机燃烧室形状,楔形燃烧室 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； 3)燃烧

6、速度较快，CO和HC排放较低而NO排放稍高。,盆形燃烧室 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排放较低。,半球形燃烧室： 1）气门成横向V形排列，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排放较高。,气缸垫,1、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、漏水和漏油。 2、材料：有弹性、耐热性、耐压性、耐腐蚀 (1)金属石棉垫

7、(2)金属骨架石棉垫 (3)纯金属垫 3、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。,(1)金属石棉垫,(2)纯金属垫,3.3 活塞连杆组,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,1、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：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600 700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s， 承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达35MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁,一、活 塞,（1）活

8、塞顶部 功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。,4、结构,（1）活塞顶部,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。,（2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,1、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， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用：,（3）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。 作用：对活塞在气缸内的往复运动起导

9、向作用，并承受侧压力， 防治破坏油膜。,裙 部,活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示,（1）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。,5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：,（2）预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。,（3）活塞裙部开槽,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油

10、机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。,6、活塞在工作时的保护措施,（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。,（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的， 向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。,（二）活塞环,是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极

11、难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）,切口,气环,（1）气环 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。,活塞环安装三隙,侧隙,背隙,端隙,气环的密封,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,（2）油环（普通环 组合环）,刮油片,轴向衬环,径向衬环,油环的刮油作用,油环的刮油作用,气环的密封原理：,将23道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。,气环的泵油原理：,动 态 演 示,点此观看录像,气环的泵油作用,气环的泵油作用,气环断面形状：,（三）活塞销,作用：连接活塞和连杆小头，并

12、把活塞承受的气 体压力传递给连杆。,材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。,构造：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。,连杆,活塞销,全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。,半浮式：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车,形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。,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边过渡到另一边，减少敲缸的声音。,偏置销座 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。,3、原理：因销座

13、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。,（四）连杆,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。,连 杆 组 件 分 解 图,连杆小头,杆身,连杆大头,连杆大头的连接形式,平切式,斜切式,2、定位方式： A、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，用于平切口连杆。 B、锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。 C、套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。 D

14、、止口定位,斜切口（30-60 一般45 ）,连杆轴瓦,1、作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。 2、组成： 由钢背和减磨合金层组成。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，具有保持油膜、减少摩擦阻力和加速磨合的作用。,V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉型式,3.4 曲轴飞轮组,一、曲轴飞轮组的组成,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,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输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 2、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。,3

15、、结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。,5、分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）,6、组成：,（1）主轴颈,曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、 刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油 机均采用。,曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。,用于支撑曲轴。,（2）连杆轴颈,（3）曲柄,曲轴臂，用于 连接主轴颈和连杆 轴颈,（4）平衡块,中空连杆轴径,平衡重,曲柄,（5）前端轴和后端

16、轴,前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）,曲轴的前端,7,两止推轴承白金合面相背,曲轴向前移,动，后止推轴承,与曲轴臂端面摩,擦；轴向后移动，,前止推轴承与正,时齿轮端面摩擦。,5,后端轴：安装飞轮,前后端轴都设有防漏装置：,挡油盘、回油螺纹、油封等。,曲轴后端,回油螺纹,（6）曲轴的轴向限位,通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。,三、曲拐的布置,1） 各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 2） 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。 比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3 六缸机：1-5-3-6-2-4； 3）

17、V型发动机左右气缸尽量交替作功。 4） 曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。,（1）一般规律,四缸四行程发动机的曲拐布置,（2）常见曲轴曲拐的布置,对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为： 四行程：720/i 二行程：360/i, 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置,点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,功,功,功,功,1 3 4 2,六缸四行程发动机的曲拐布置,直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置,发火顺序：1-5-3-6-2-4,功,功,功,功,功,功,八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）,1-8-4-3-6-5-7-2,四、曲轴扭转减振器,作用：吸收曲轴扭

18、转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。,种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。,橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图,五、飞轮,（一）功用：,将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、 下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。,（二）构造,飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量。,齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。,飞轮上的标记符号：,在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。,解放CA6102型发动机的记号是 ：上止点 16 奥迪100飞轮上有“0”标记。,例如：,标记,桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组,小 结,活塞连杆组,作用及组成,曲轴飞轮组,掌握飞轮的作用,