第二章 曲柄连杆机构 第一节 概述
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第二章 曲柄连杆机构 第一节 概述. 一、功用与组成 (一)、功用 把燃气作用在活塞顶上的力转化为曲轴的转矩,向工作机械输出机械能。 ( 二)、组成 1 、 气缸体与曲轴箱组 :主要包括气缸体、曲轴箱气缸盖、气缸套、气缸衬垫和油底壳等; 2 、 活塞连杆组 :主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等; 3 、 曲轴飞轮组 :主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。 曲柄连杆机构中部分主要零件如图 2-1 所示. 曲柄连杆机构的组成. 桑塔纳轿车的曲柄连杆机构. 二、工作条件与受力分析. (一)、工作条件 高温 :最高可达 2500K 以上 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第二章 曲柄连杆机构第一节 概述
一、功用与组成(一)、功用 把燃气作用在活塞顶上的力转化为曲轴的转矩,向
工作机械输出机械能。 ( 二)、组成1 、气缸体与曲轴箱组:主要包括气缸体、曲轴箱气缸盖、
气缸套、气缸衬垫和油底壳等;2 、活塞连杆组:主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆
等;3 、曲轴飞轮组:主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。曲柄连杆机构中部分主要零件如图 2-1 所示
曲柄连杆机构的组成
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气 缸 体 与 曲 轴 箱 组
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活 塞 连 杆 组
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桑塔纳轿车的曲柄连杆机构
二、工作条件与受力分析 (一)、工作条件 高温:最高可达 2500K 以上 高压:最高可达 3MPa—5MPa
高速:最高可达 3000 r/min—6000 r/min
化学腐蚀:可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。
(二)曲柄连杆机构 所受的力
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受 力 分 析
1 、气体作用力 在每个工作循环中,气体压力始终
存在并不断变化。这里主要研究作功和压缩行程中气体作用力。
作功行程: 气体压力是推动活塞向下运动的力。
如图 2-2 a 所示。
压缩行程:气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。图 2-2 b
结论: 在工作循环的任何行程中,气体作用
力的大小都是随着活塞的位移而变化的。沿气缸方向上个处的磨损是不均匀的;同样,气缸壁沿圆周方向的磨损也是不均匀的。
2 、往复惯性力与离心力1 )、往复惯性力 指活塞组件和连杆小头在气缸中作往
复直线运动所产生的惯性力。其大小:与机件的质量及加速度成正比;其方向:总是与加速度的方向相反。 规律:当活塞向下运动时,前半程是加
速运动,惯性力向上;后半程是减速运动,惯性力向下。
同理,活塞向上运动时,前半程是减速运动,惯性力向下;图 2-3a 。
后半程是加速运动,惯性力向上。图 2-3b
第二节 气缸体与曲轴箱组气缸体示意图
一、气缸体1 、气缸体:发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体,
称为气缸体 -- 曲轴箱,简称气缸体。气缸:气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导
向的圆柱形空腔。2 、气缸的工作条件:高温、高压,并且有活塞在
其中做高速往复运动。
3 、材料:优质合金铸铁、球墨铸铁或铝合金。4 、气缸体的冷却方式:水冷、风冷。一般发动机多采用水冷却。水冷却时:用水套。
风冷却时:用散热片。
5 、气缸的排列型式:单列式、 V 型和对称式。
6 、气缸套的结构:干式、湿式。
二、气缸盖与气缸衬垫1 、功用、结构、材料功用:密封气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁
一起形成燃烧室。结构:气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水套,
应有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道,有燃烧室、火花塞座孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机),有些还有用以安装凸轮轴的轴承孔。图 2-10
材料: 灰铸铁、合金铸铁、铝合金。 类型:单体气缸盖、整体气缸盖。
上海桑塔纳轿车发动机的发动机气缸盖
2 、燃烧室及要求燃烧室:由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间
组成。对燃烧室的要求:①结构紧凑,面容比小,冲
气效率高;②在压缩行程终了时,具有一定的涡流;③表面光滑,不易积碳,排气净化好。
3 、汽油机燃烧室的形状:图 2-11
楔形:结构简单、紧凑;盆形:结构简单、紧凑;半球形:结构更紧凑。
汽油机的燃烧室形状
4 、气缸垫的要求、功用、类型气缸垫的要求:①足够的强度;②耐热和耐腐蚀;③一定的弹性;④拆装方便,寿命长。
功用:保证燃烧室的密封。类型:①金属 -石棉气缸垫;②实心金属片气缸垫;③加强型无石棉气缸垫。
气缸盖的拧紧:拧紧螺栓时,必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行,最后一次要用扳手按工厂规定的拧紧力矩值拧紧。
铝合金气缸盖:最后必须在发动机冷态下拧紧;铸铁气缸盖:最后必须在发动机热态下拧紧。
气缸盖衬垫的结构
三、油底壳1 、功用:储存机油并封闭曲轴箱。2 、结构、材料:薄钢板冲压而成;底部装有放油螺塞,有
的螺栓带有磁性。
四、发动机的支承1 、发动机的支承方式:三点支承:前端两点通过曲轴箱支承在车架上,后 端一点通过变速器壳支承在车架上。四点支承:前端两点通过曲轴箱支承在车架上,后端二点通过飞轮壳支承在车架上。
如图 2-14 所示。
发动机的支承
第三节 活塞连杆组 组成:活塞、活塞环、活塞销和连杆
一、活塞1 、功用:是与气缸盖共同构成燃烧室,承受气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴转动。
2 、工作条件:高温、高压、高速、润滑不良和散热困难。3 、受力情况:周期性的气压力、惯性力;一定的热应力。4 、对活塞的要求:①足够的强度与刚度;②良好的导热性和耐磨性;③质量小;④热膨胀系数小,摩擦系数小。
活塞连杆组
5 、材料:铝合金、灰铸铁。 6 、结构:图 2-16
顶部:凸顶、凹顶、平顶。 图 2-17
头部:环槽。 裙部:全裙式、拖板式。图 2-19
活塞的基本结构
活塞顶部的形状
拖板式活塞
7 、变形:裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆形。 防止措施:必须预先在冷态下把活塞加工成裙部断面
为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。 具体的方法:① 头部加工成阶梯形、截锥形;裙部加工成截锥形。
“② T” 、“ П”槽 ; ③ 双金属活塞。
活塞裙部的椭圆变形
活塞头部形状及锥形裙部
开槽活塞
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。4 、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。对活塞环材料的要求:好的耐磨性、耐热性、磨
合性、导热性;高的强度、冲击韧性和足够的弹性。
5 、活塞环的间隙:为了保证气缸的密封性,又防止环卡死或胀死在环槽中,按照时,活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。端隙:△ 1 一般为: 0.25--0.50 mm
侧隙:△ 2 一般为:第一环: 0.04--0.10 mm ;其他环: 0.03--0.07mm ;油环: 0.025--0.07mm 。背隙:△ 3 一般为: 0.5--1 mm 。其作用:增大存油间隙,以利于减压泄油。如图 2-30 所示。
活塞环的间隙
6 、气环的密封原理: ⑴第一密封面:活塞环因弹力而压紧在气缸
壁上,形成第一密封面。 ⑵第二密封面:活塞环在燃气压力作用下,
压紧在环槽的下端面上,形成第二密封面。 ⑶第一密封面的第二次密封:燃气绕流到环
的背面,并引发膨胀,使环更紧地贴在气缸壁上,形成第一密封面的第二次密封。
如图 2-31 所示。
气环的密封原理
6 、气环的切口形状:气环的切口间隙过大,则漏气严重,使发动机功率减小;气环的切口间隙过小,活塞环受热膨胀后就可能卡死或折断。
a )、直角口; b )、阶梯形; c )、斜口; d )、带防转销钉槽
7 、气环断面形状: a )、矩形环; b 、)锥面环; c )、正扭曲内切环; d )、反扭曲内切环; e )、梯形环; f )、桶形环
矩形断面环的泵油作用
扭曲环的工作原理
8 、油环的分类:①普通油环;(一般为合金铸铁)图 2-38 。 ②组合油环。(一般为高速发动机采用)
油环的刮油作用
三、活塞销1 、功用:是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。
2 、工作条件:高温下的周期性冲击载荷,润滑条件差。3 、材料:低合金渗碳钢。4 、形状、结构:空心圆柱体。它的形状:①圆柱形;②端部呈锥形扩展;③中间封闭式;④单侧封闭
式;⑤内有塑料芯的钢套销;⑥成型销 如图 2-40 所示。5 、连接配合:一般采用全浮式。 为了防止活塞销的轴向窜动,在活塞销座两端用卡环在销
座凹槽中加以轴向定位。
活塞销的形状
活塞销的连接方法
四、连杆1 、功用:将活塞承受的力传给曲轴,推动曲轴
转动,从而使活塞的往返运动转变为曲轴的旋转运动。
2 、工作条件:气体作用力、往复作用惯性力、旋转作用惯性力。
3 、材料:中碳钢、中碳合金钢。4 、结构、组成:小头、杆身、大头。 如图 2-42 、 2-43 所示。
连杆组件
连杆构造图
5 、连杆大头的剖分: 平切口、斜切口。 一般采用斜切口。6 、连杆大头的定位: 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:止口定位、套筒定位、锯齿定位。 如图 2-44 所示。
斜切口 连杆的定位方式
7 、 V 形发动机的连杆: 1 )、并列连杆式; 2 )、主副连杆式; 3 )、叉形连杆式;
8 、连杆大头螺母的锁止:开口销、双螺母、自锁螺母 。
9 、连杆轴承:①结构:钢背和减摩层组成的分开式薄壁轴承。②要求:足够的疲劳强度、良好的抗咬性、顺应性、嵌藏性,足够的结合强度和良好的耐磨性。③材料:白合金、铜铅合金和铝基合金。④锁止:在轴承的剖分面上,分别冲压出高于钢背
的两个定位凸唇,装配时,这两个凸唇分别嵌入在连杆大头和连杆盖的相应的凹槽中。
第四节 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。图 2-48
一、曲轴1 、功用:承受连杆传来的力并通过飞轮输出、驱动发动机
的配气机构及其他辅助装置。2 、工作条件:旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力、
往复惯性力。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。
5 、结构:
曲轴飞轮组
①曲轴的支承型式示意图,图 2-49 ;
②组合式曲轴,图 2-50 ;
③曲轴平衡重作用示意图,图 2-51 ;
④装配式平衡曲轴,图 2-52 ;
⑤曲轴前端的结构,图 2-53 ;
⑥回油螺纹的密封原理,图 2-55 ;
⑦曲轴推力轴承,图 2-56 ;
6 、曲轴的形状与各曲拐的相对位置取决于缸数、气缸的排列方式和发火次序。①连续作功的两缸相距尽可能远;②作功间隔应力求
均匀。并且须动平衡。 7 、发动机曲拐和发火次序:①四冲程直列四缸发动机: 发火间隔角为 180° 。 发火次序为 1-2-4-3 ; 1-3-4-2 。 工作循环如表 2-2
直列四缸发动机的曲拐布置
②四冲程直列六缸发动机:发火间隔角为 120° 。发火次序为 1-5-3-6-2-4 ; 1-4-2-6-3-5 。工作循环如表 2-3 。
③四冲程 V 型八缸发动机:发火间隔角为 90° ;发火次序为 1-8-4-3-6-5-7-2 。工作循环如表 2-4 。
二、曲轴扭转减振器1 、功用:消除曲轴的扭转振动。2 、类型:最常见的为摩擦式扭转减振器。 它可以分为:橡胶式扭转减振器(图 2-60 ); 和硅油式扭转减振器。
橡胶摩擦式曲轴扭转减振器
一汽奥迪 1.9 发动机曲轴扭转减振器
三、飞轮1 、功用:储存能量、克服发动机短时过载、作为
离合器的驱动件。2 、材料:灰铸铁3 、安装:飞轮上通常刻有第一缸发火正时记号,
以便校准发火时间。须动平衡。 图 2-62 汽车发动机发火正时记号
汽车发动机发火正时记号