第二章 曲柄连杆机构 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
§2.1 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。 §2.1 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。 二、组成 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组
P Pj PC F 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。
1、 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。
(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 SP RP TP (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
2、 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。 Pj
3、 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。
F 4、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。
三、工作条件 高温、高压、高速和化学腐蚀 承受机械载荷： 1、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。
2.2.1气缸体与曲轴箱 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。是发动机装配的机体。 一汽奥迪100汽车发动机气缸体
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为 名称 性能 应用 一般式 机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。 492Q汽油机。 龙门式 强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。 捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车 隧道式 结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。 负荷较大的柴油机上 。
（2）根据冷却方式不同 1、水冷 2、风冷
（3）根据气缸的排列方式 名称 特点 形状 直列式 结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。 V型 缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。 水平对置式 高度小，总体布置方便。
（4）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。 2、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 类型 构造 性能及应用 整体式 气缸直接镗在气缸体上 强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。 镶嵌式 用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。 降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。
（5）干缸套和湿缸套 强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。 外壁不直接与冷却水接触。壁厚1~3mm。 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、气缸盖 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 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。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。
气缸盖的分解图
捷达轿车气缸盖总成
二、燃烧室 名称 特点 示意图 应用 半球形 楔形 盆形 桑塔纳 夏利 富康 切诺基 捷达 奥迪 结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高 桑塔纳 夏利 富康 楔形 结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长 切诺基 盆形 工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室 捷达 奥迪
（三）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
2.2.3 曲轴箱（油底壳） 1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上曲轴箱 与气缸体铸成一体 2.2.3 曲轴箱（油底壳） 1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上曲轴箱 与气缸体铸成一体 下曲轴箱 贮存润滑油（油底壳） 3、材料： 薄钢板冲压
2.3活塞连杆组
（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。 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3~ 5MPa（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
3、结构 （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。
活塞顶分类 形状 示意图 平顶 凸顶 凹顶 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。 凹顶 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。 作用： 1、承受活塞顶的压力，并传给活塞销。 2、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸，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。
（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。
有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。 裙部表面的保护 1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。
（4）活塞裙部形状 销座方向 裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形 工作时向里变形 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，短轴在销座轴方向。
制造时 变形后
开槽活塞（汽油机）
二、活塞环 （一）气环 1.作用： （1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。
活塞环安装三隙 侧隙 端隙 背隙
气环的密封
气环的泵油作用
气环的泵油作用
气环断面形状： 形状 特点 示意图 矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应用面广 扭曲环 断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲 锥面环 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。 梯形环 加工困难，精度要求高 桶面环 外圆为凸圆弧形
（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
三、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。
活塞销的连接方式 全浮式 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1mm～2mm。 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。
3、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。
（四）连杆 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。 组成： 连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。 连杆组件分解图
三、构造 1、小头：用来安装活塞销，以连接活塞。 2、杆身：常做成“工”字形断面。 3、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。
切口形式：
V型发动机连杆的布置形式 并列式 主副式 叉式
1、并列式 优点：连杆可以通用，两列气缸的活塞连杆组运动规律相同。 缺点：两列气缸轴心线沿曲轴轴向错开一段距离，使曲轴长度增加，刚度降低。 2、主副连杆式 优点：减小了发动机的轴向尺寸； 缺点：主副连杆不能互换，运动规律和受力不同。 3、叉型连杆式 优点：运动规律相同 缺点：结构复杂，工艺性差，刚度较低。
连杆大头及连杆瓦
（五）连杆轴承（俗称小瓦） 1.作用： 保护连杆轴颈及连杆大头孔。 2.组成： 1.作用： 保护连杆轴颈及连杆大头孔。 2.组成： 由钢背和减磨层组成。钢背由1mm～3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。
2.减磨层材料 （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。 （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。 (3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。
1）铝锑镁合金和低锡铝合金： 械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。 主要用于柴油机。 2)高锡铝合金： 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。
§3.4 曲轴飞轮组 飞轮 一、曲轴飞轮组的组成 正时齿轮 皮带轮 扭转减振器 起动爪 曲轴 飞轮螺栓 主轴瓦
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。
曲轴实物图
曲轴飞轮组的组成
曲轴的分类 全支承：相邻曲拐间都有主轴颈。 非全支承：相邻曲拐间不都有主轴颈。
曲轴的支承方式 概念： 在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。 优点 缺点 应用 全支承曲轴 提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷 曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长 柴油机一般多采用此种支撑方式 非全支承曲轴 缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小 主轴承载荷较大 承受载荷较小的汽油机可以采用此种方式
平衡重
4、曲轴的轴向定位 功用：保证曲柄连杆机构在曲轴受轴向力时能够正常工作。 轴向定位措施： 1.翻边轴瓦 2.止推片 3.止推环 4.止推轴承
三、曲拐的布置 （1）一般规律 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。 3) 避免进气重叠 4） V型发动机左右气缸尽量交替作功。 5）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。
（2）常见曲轴曲拐的布置 1）四冲程四缸发动机曲拐布置
2）四冲程四缸发动机点火顺序 点火顺序：各缸完成同名行程的次序。 作功顺序：1－3－4－2
3）直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置
四冲程六缸发动机点火顺序 1-5-3-6-2-4
6缸v型排列
8缸v型排列
四、曲轴扭转减振器 （一）扭转振动 自由扭转振动 强迫扭转振动 临界转速：发生共振时的转速 功率损失、曲轴扭转变形甚至扭断、正时齿轮产生冲击噪声等 共振 临界转速：发生共振时的转速
（二）扭转减振器 橡胶摩擦式扭转减振器 功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。
四、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 一缸上止点记号 起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴齿圈在发动机旋转。 飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量
总结 知道曲轴飞轮组的各组成及其作用 知道平衡重的作用 会根据气缸数来找它的点火次序 扭转减振器的功用
作 业: 1、曲柄连杆机构由哪些零件组成及其功用。 2、汽油机的燃烧室有哪几种及特点。 3、何谓发动机的点火顺序和作功间隔角。 作 业: 1、曲柄连杆机构由哪些零件组成及其功用。 2、汽油机的燃烧室有哪几种及特点。 3、何谓发动机的点火顺序和作功间隔角。 4 、曲轴为什么只有一处轴向定位？轴向定位一般采用哪些方法？