第2章曲柄连杆机构

第二章第一节

曲柄连杆机构概述

一、曲柄连杆机构的作用与组成 1、组成：

①气缸体曲轴箱组(机体组):缸体、缸盖、缸垫、 气门室罩、油底盘。②活塞连杆：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆盖、连杆螺栓。 ③曲轴飞轮组：曲轴、飞轮。

2、作用：把高压气体作用在活塞顶部的压力转变为曲轴的扭矩，

通过传动系传给驱动轮。(即进行热功转换。)二、工作条件

1.热力负荷：因高温会使发动机零件失去工作能力。如烧伤、膨胀变形等。2.机械负荷：气体压力、惯性力、摩擦力。

3.高速、化学腐蚀：废气中的(CO、NOx、HC)与机件接触使之受到腐蚀。

三、曲柄连杆机构的受力情况 1 、气体作用力(气压力):作功行程 作用在活塞顶部的气压力 最大，其次是压缩行程。 作功行程：均布的合力FpFp2 作用于缸壁 Fp1 沿连杆方向作用于曲柄销上 Fp1 ① FR使主轴曲轴颈与主轴承产生压紧。 ① ②

② Fs除使主轴颈与主轴承产生压紧力还对曲轴形成扭矩T,推动曲轴旋转， T= Fs × r

压缩行程：F`p2 把活塞压向气缸另一侧

F`pF`p1

F`R F`s=>T`=F`s × r (旋转阻力矩，阻碍曲轴旋转)

气体作用力的后果：使活塞与气缸壁，曲轴主轴颈与主轴承 间产生不均匀磨损。

活塞连杆组——活塞

2、往复惯性力与离心力：①往复运动的物体当速度发生变化时，会产生往复惯性力，使零件受附加载荷 作用。 上下运动的 [Fcy, Fcx] ②物体绕某一中心作旋转运动，会产生离心力Fc 水平方向运动的 [Fcx, Fcy]

往复惯性力与离心力作用的后果：加剧发动机的振动(上下振动，水平振动), 增加发动机曲柄连杆机构的各部件及所有轴颈、轴承的磨损。

3、摩擦力：存在于作相对运动而又相互接触的零件表面之间。如气缸壁与活塞间等。

*

上述各力作用于曲柄连杆机构

加 0 速 减 速

及机体的各有关零件上，使它们

vmax 0

受到压缩、拉伸、弯曲、扭转等不同形式的载荷，为了保证工作 可行减少磨损，在结构上要采取

相应的措施。

第二节 机体组(气缸体曲轴箱组)机体组：包括气缸体、缸盖、缸垫、气门室罩、油底壳。

机体组组成：气门室罩 气缸盖 气缸垫

油道和水道气缸体 曲轴箱

油底壳油封 气缸 油底壳

一、气缸体：上部：气缸、水套。 下部：曲轴轴承、凸轮轴轴承座。

1、组成：

2、工作条件及结构形成工作条件：主要承受变高的机械负荷 及较高的化学腐蚀、热力负荷，因而 气缸体应具有足够的刚度及强度、耐 腐蚀。 材料： (要能耐高温、耐腐蚀、耐磨损) 优质灰铸铁。气缸内壁按2级精度行磨 加工。

名 称

气缸体结构形式

: 性 能 气缸体下表面与曲轴轴线在同一平面。

应 用

一般式 机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚 轿车、轻微型货车度和强度差。

龙门式

气缸体下表面降至曲轴轴线以下。强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。

中、重型载重车

特重型的柴油机 隧道式 结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴 上。拆卸不方便。

主轴承不分开(配用组合式曲轴)。

3、气缸体的冷却方式：

(图1)

水冷：在气缸及缸盖中设水套——充水的空腔。(图2) 风冷：在气缸体及缸盖外表面铸散热片。

(图1)

(图2)

4、多缸发动机的气缸排列形式：

直列式：发动机的各气缸成一字型排列。(赛车) 双列式：V型 <180° ; P型 =180° 。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 的重量；形状复杂， 加工困难。

高度小，总体 布置方便。

对置气缸式发动机

5、气缸套：在气缸内，活塞与缸壁的磨擦表面间由于高温和运动的不连续造成润 滑不良，易造成磨损及腐蚀。因此气缸应采用耐磨材料制造，但是整个缸 体都采用都用耐材料将造成浪费，因此除了气缸壁表面外，其它部分的耐 磨性要求不高，因此为了节省开支，只是气缸工作表面单独用耐磨材料制 造，镶入气缸。——这就是所说的气缸套。材料：用耐磨性好的合金铸铁或合金钢制造。 缸体可用价格较低的优质灰铸铁。 干缸套：外表面不与冷却水直接接触 (图c) 型式： 湿缸套：外表面与冷却水直接接触。图d) (

缸套装入座孔后，通常高出缸 体0.05—0.15mm。这样当紧固 气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫 压得更紧，保证密封。(图c) (图d)

湿缸套的优点：冷却效果好，由于气缸体上没有密闭的水 套因而铸造方便，拆装容易。 缺点：刚度差易漏气、漏水。应设有上、下定位带和

下支承密封带。干缸套的优、缺点与湿缸套相反。干缸套只需设上定位环带。

二、气缸盖与气缸垫

1、缸盖的作用：封闭气缸形成燃烧室。缸盖内也有冷却水套，冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以利用循环水来冷却燃烧 室等高温部件。

2、缸盖的构造：除有燃烧室、水套、火花塞孔(或喷油器孔)、还有进、排气门座、气门导管孔、推杆孔、进、排气门道水等。 整体式：(老式发动机)此结构刚性差受热压后易变形，影响密封损坏时 必须全块更换。 分开式：制造、维修方便，刚性大。 有(一缸一块、二缸一块、三缸一块)气门室罩

气缸盖

气缸垫

3、工作条件：高热负荷、较高的机械

负荷。

4、材料：导热性好，高温强度高，铸造条件好。① 灰铸铁(或合金铸铁):该材料高温强度高，铸造性好，(大多数发动机用)

价格低。但导热性差，重量大。

铝合金：材料导热性好，但高温强度低，易变形成本高。(少数发动机用)

5、燃烧室：由活塞顶部与缸盖上相应的凹部空间组成。 设计要求：结构尽少能紧凑、压缩终了形成良好涡流。 (以保证气体充分混合，完全燃烧，发出更大的功率。)

汽油机燃烧室形状

楔形：结构简单、紧凑，压缩终了能形成良好涡流。 但激冷面大，HC↑。 ② 盆形：结构较简单，但不够紧凑，涡流稍弱。 ③ 半球形：结构最紧凑，散热面小，动力性好。 但结构复杂。(半球形因进、排气门分置于缸盖两侧，配气机构采用2根凸轮轴。)

蓬形

碗形

④碗形：燃烧室在活塞顶内，采用平底缸盖，缸盖工艺 性好，但活塞的高度及质量增加，活塞的散热 性也差。

⑤蓬形：性能与半球形相似，缸内气流进行挤气运 动比半球形容易，燃烧室也比燃烧室易于加工。

6、气缸垫：作用：密封。(防止燃气、冷却水、润滑油发生窜漏。)

材料：目前应用最广泛的是：金属——石棉缸垫。

安装：光滑面朝缸体，机油孔、水套孔与缸体和缸盖对正。 7、气缸盖的安装：用螺栓紧固到气缸体上。 (用规定力矩3次由内向外成对角线拧紧。) 如果：缸盖为铝合金制，则必须在发动机冷态下拧紧。 因为铝缸盖的膨胀比大于钢螺栓。若缸盖为铸铁制，可在 发动机热时最后拧紧。

气缸盖的安装操作方式

用规定力矩分3次由内向外成对角线拧紧。

三、机油盘(油底壳): 贮存机油。钢板冲压出来或用铝合金铸造，有利于散热。

四、发动机支承： 通过气缸体和飞轮壳(或变速器壳)上的支撑点支承在车架上。 支承方法：三点支承、四点支承。(图见下页) 发动机在车架上的支承是弹性的，以减少冲击，振动及噪声。