2曲柄连杆机构.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。,一、曲柄连杆机构的功用,二、工作条件,承受高温、高压、高速、化学腐蚀，曲轴旋转速度快，活塞的往复直线运动线速度高，并与废气接触，润滑困难，工作条件恶劣。,三、组成,机体组 、活塞连杆组 、曲轴飞轮组,多缸发动机的曲柄连杆机构演示,2.2 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,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

2、箱,材料一般用灰铸铁，内包含冷却水套和润滑油道。要求有足够的刚度和强度。,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,（2）根据冷却方式不同分：,水冷、风冷,散热片,冷却水,（3）根据气缸的排列方式,结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。,缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难。,高度小，总体布置方便。利于风冷，应用少,（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

3、。,散热良好、冷却均匀、加工容易。 强度和刚度不如干缸套，易漏水。,二、油底壳（下曲轴箱）,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： 油底壳内装有稳油挡板，防止汽车颠簸时汽油波动过大。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,三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩,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，铝合金导热性好，被广泛使用。 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,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

4、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,3、汽油机燃烧室,汽缸盖和活塞顶部及气缸内壁共同组成燃烧室,燃烧室常见形状,3、燃烧室,4、气缸垫,功能：保证汽缸体与汽缸盖接触面的密封，防止漏气、漏水、漏油 要求：有弹性、耐高温、高压 材料：铜皮加石棉垫 翻遍处有三层铜皮，压紧时较石棉不易变形 分类：金属-石棉垫、金属骨架-石棉垫、无石棉汽缸垫,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600700K，瞬时温度高达2500K以上，且

5、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，承受侧压力和冲击，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

6、、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。,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

7、结构措施。,4 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。,定义： 活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移 1mm2mm。 作用： 减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。,（3）销座偏置,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。,（4）活塞裙部开槽（汽油机）,横向绝热槽,纵向膨胀槽,绝热槽,膨胀槽,（5）拖板式活塞,有些活塞为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去

8、一部分，以减小惯性力，减小销座附近的热变形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，适用于高速发动机。,（6）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油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。,二 活塞环,1、类型：气环、油环。,2、功用：气环：密封、导热； 油环：刮油、布油和辅助密封。,3、工作条件：高温、高压、高速以及润滑困难。,（一）概述,4、活塞环材料的要求 好的耐磨性、耐热性、导热

9、性；高的强度、冲击韧性和足够的弹性。,5、常见材料 灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。 目前汽车上广泛应用合金铸铁。 平均寿命：6万公里,（二）气 环,1 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,2 气环的密封原理,气环的密封,3 气环的泵油作用,矩形断面的气环随活塞作往复运动时，会把气缸壁上的机油不断送入气缸中，这种现象称为“气环的泵油作用”。,（1）定 义,当活塞下行时，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；当活塞上行时，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。,（

10、2）现象分析：,（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作用，划伤气缸壁，甚至折断； （5）加剧了气缸的磨损，动力下降； （6）发动机冒蓝烟，排放增加。,（3）泵油的危害：,（1）采用气环下面安装油环； （2）采用非矩形端面的扭曲环；,防止活塞环泵油的措施：,4 气环的断面形状,为了减少气环的泵油作用，人们设计了各种气环的端面形状和安装了油环。,（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,（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

11、，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。,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，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。,（3）扭曲环,1）特点 具有锥形环的特点； 减小了泵油作用； 2）安装：内切口朝上 外切口朝下,（4）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，使沉积在环槽中的积炭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。 但主要

12、缺点是加工困难，精度要求高。,（5）桶形环 近年来兴起的一种新型结构 其特点为： 1）环的外圆面为凸圆弧形； 2）环上下运动时，均能形成楔形油膜，使机油容易进入磨擦面，减少磨损。 但凸圆弧表面加工较困难。,气环断面形状：,1）作用： 刮油(活塞下行) 布油(活塞上行) 密封(辅助作用),（三）油 环,2）油环种类,组合式油环的特点,1）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。 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。 2) 无侧隙，不窜油。 3) 刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。 4) 上下片可分别动作，适应性好。 5) 回油能力强。,近年来，

13、汽车发动机上越来越多地采用了组合式油环，它的缺点就是制造成本高。,3）油环的刮油作用,将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流回油底壳。,工作环境 高温下承受很大的冲击载荷,活塞销作用、工作环境及要求,要求 足够的强度、刚度 韧性好，耐磨性好 质量轻,三 活塞销,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。,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。,材料与工艺:优质低碳钢，表面渗碳、渗氮淬火、 精磨。15Cr、16MnCr5,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,活塞销的连接方式,全

14、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。,（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,小头： 内有青铜衬套 杆身： 一般为“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻 大头： 与曲轴相连，做成“分开式”。平切口与杆身轴线垂直，斜切口与杆身轴线成30-60度夹角。,2、结构、组成：小头、杆身、大头。,3 连杆杆身润滑油孔 活塞销与连杆小头衬套之间需要进行润滑，可以采用压力润滑和飞溅润滑。 压力润滑需要在连杆杆身上钻有油孔，以便润滑油从连杆大头孔沿杆身油孔通向小头衬套孔，而为了

15、改善加工工艺性，通常以阶梯孔来代替小直径通孔。 采用飞溅润滑只需要在连杆小头顶面处钻一个小孔或铣一窄槽，利用发动机工作时，飞溅在活塞内腔顶部上的润滑油，利用自重落到连杆小头油孔或开口槽内，再经衬套上的小孔或槽流到活塞销的摩擦表面。,4 连杆大头的连接形式,平分式,斜分式,平切口： 利用连杆上精加工的圆柱凸台或光圆柱部分，与经过精加工的螺栓孔来保证。 斜切口：套筒定位、圆销定位、锯齿定位、止口定位。,5、连杆大头的定位：,6、V型发动机连杆的布置形式,并列式,主副式,叉式,7、连杆轴瓦,2.4 曲轴飞轮组,曲轴飞轮组的组成： 曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、正时齿轮等,曲轴飞轮组的组成：,一、曲

16、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、旋转离心力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。,3、材料 优质中碳钢、中碳合金钢、球墨铸铁。,4、组成： 主轴径、连杆轴径、曲柄、平衡重、前端轴和后端凸缘等。,曲轴实物图,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲柄,曲拐：由一个连杆轴颈、一个主轴颈和一个曲柄构成。,曲轴的组成,4 曲拐数决定因素：,1）发动机的气缸数 2）发动机的排列方式 故： 1）直列发动机的曲拐数等于气缸数 2）V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半,5 平衡重,作用：平衡离心力偶

17、，减轻或消除弯曲变形。,6 前端轴,7 后端轴,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,8 曲轴的支承方式,全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。 非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或相等。,9 曲拐的布置,1 每一个工作循环，各缸做功一次。 2 各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。 四冲程各缸做功间隔角=720/i 3 连续作功的两缸相隔尽量远些，以降低曲轴局部负荷 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,总设计要求,四冲程四缸发动机曲拐

18、布置,直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置,点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,10 四冲程四缸发动机 点火顺序,2009-5-2,石家庄理工职业学院,87,做功,做功,做功,做功,做功,做功,做功,四冲程六缸发动机点火顺序（1-5-3-6-2-4）,二 曲轴扭转减振器,作用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动， 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。,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。,2009-5-2,石家庄理工职业学院,89,橡胶摩擦式曲轴扭转减振器,三、飞轮,1、贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳。 2、利用飞轮上的齿圈起动时传力。 3、将动力传给离合器。,（一）功用,（二） 飞轮构造,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。,（三）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，正好是上止点。,解放CA6102型发动机的记号是 ：上止点 16,例如：,标记,小 结,