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第二章 曲柄连杆机构 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组.

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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

2 §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。
§ 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

3 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。

4 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。

5 (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

6 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

7 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。

8 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。

9 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。

10 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

11 (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 。

12 (2)根据冷却方式不同 1、水冷 2、风冷

13 (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。

14 (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。

15 (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。

16 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。

17 气缸盖的分解图

18 捷达轿车气缸盖总成

19 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

20 (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

21 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
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

22 2.3活塞连杆组

23 (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

24 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。

25 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。

26 (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。

27 (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。

28 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。

29 (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。

30 制造时 变形后

31 开槽活塞(汽油机)

32 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。

33 活塞环安装三隙 侧隙 端隙 背隙

34 气环的密封

35 气环的泵油作用

36 气环的泵油作用

37 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

38 (2)油环(普通环 组合环) 刮油片 轴向衬环 径向衬环

39 油环的刮油作用

40  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。

41 活塞销的连接方式 全浮式 半浮式

42 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。

43 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。

44 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。

45 (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

46 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。

47 切口形式:

48 V型发动机连杆的布置形式 并列式 主副式 叉式

49 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。

50 连杆大头及连杆瓦

51 (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。

52 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。

53 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。

54 § 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

55 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。

56 曲轴实物图

57 曲轴飞轮组的组成

58 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。

59 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

60 平衡重

61 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

62 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。

63 (2)常见曲轴曲拐的布置 1)四冲程四缸发动机曲拐布置

64 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

65 3)直列四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置

66 四冲程六缸发动机点火顺序

67 6缸v型排列

68 8缸v型排列

69 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

70 (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。

71 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。

72 (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

73 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

74 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?


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