第二章机体零件与曲柄连杆机构

缺点 进行精加工，拆装不方便，散热不 强度、刚度不如干式气缸套好， 良。加工比较复杂，内、外表面都 容易产生漏水现象。 需要
2.1.2 曲轴箱
曲轴箱——气缸体下部用来安装曲轴的部位； 分上曲轴箱和下曲轴箱（油底壳），接合面之间 装有衬垫。 油底壳：装有稳油挡板、放油螺塞、机油温度 传感器等，受力很小，薄钢板冲压而成，其形状 取决于总布置和机油容量。
图2-1 气缸体的种类
一般（平底）式
优点
机体高度小，重量轻， 便于加工，曲轴拆装方便,
龙门式
强度和刚度都好 能承受较大的机械负荷，机 体前后端与油底壳之间的密 封较简单 工艺性较差，结构笨重，加 工较困难
隧道式
结构紧凑、 刚度和强度好
加工精度要求高，工艺性较 差，曲轴拆装不方便，必须 使用滚动轴承，限制了在高 速发动机上的使用
(2) 油环 油环有普通油环和组合油环两种。
① 普通油环 普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面 中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽， 有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环 在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油 的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的 上窜。
② 组合式油环 组合环由上下两片侧轨环与中间的扩胀器 组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩胀器的周 边比气缸内圆周略大一些，将侧轨环紧紧压 向气缸壁。这种油环的接触压力高，对气缸 壁面适应性好，而且回油通路大，重量小， 刮油效果明显。缺点主要是制造成本高。
（4）拖板式（拖鞋式）活塞或短活塞 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（拖鞋式）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。
（5）恒范钢片式活塞—— 可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。 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。
(2) 活塞头部 指最下面一道活塞环槽到活塞顶之间的 部分。它有数道环槽(包括隔热槽)，用以安装 活塞环，起密封作用，又称为防漏部。 柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上 部三道安装气环，下部安装油环。 汽油机一般有三道环槽，其中有两道气 环槽和一道油环槽 活塞头部的作用——安装活塞环，密封 作用, 隔热和传热作用。 隔热槽作用：割断由活塞顶传向第一道 环的热流 耐热护圈作用----增强环槽的耐磨性
(1) 气环
气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直 径。气环的切口形状有直开口、阶梯形开口和斜开口三种。 汽油机一般采用2道气环 柴油机一般多采用3道气环。 气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面 环、梯形环、桶面环和顶岸环等。
① 矩形环 优点与不足：断面为矩形，其结构简单，制 造方便，易于生产，应用最广。但是矩形环有 “泵油作用”，易形成积炭（图2-23）。
活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力F1与内侧环的弹力F2不在一 条直线上，于是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触， 避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油”现象。
③ 锥面环 断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5°～1.5°) ，减小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。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面 的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损，不能 装反，否则会引起机油上窜。 ④ 梯形环 易把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折 断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难，精度 要求高。 ⑤ 桶面环 当桶面环上下运动时，均能与气缸壁形成楔形空间，磨损小， 对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密 封。但凸圆弧表面加工较困难。 ⑥顶岸环：有利于密封；可以减少汽车尾气HC的排放量
② 扭曲环——在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部 分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内 切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环, 广泛地应用于
第2道活塞环槽上。
环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖 角向下。 活塞向上运动时：因“油楔”作用使环悬浮于气缸 壁，改善润滑，减少摩擦阻力； 活塞向下运动时，向下刮油。 但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上 刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。
功用——保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏 水和漏油。 要求—有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封 ，同时要有好的耐热性、耐压性和耐腐蚀性，在高温、高压下 不烧损、不变形。 气缸衬垫的材料——金属-石棉衬垫、金属-复合材料 衬垫和全金属衬垫三种。应用较多的是金属-石棉衬垫中的 铜皮-石棉气缸垫。
（3）活塞裙部开槽：
隔热槽（横槽）——开在最下一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两侧(也有开在 油环槽之中的)，以减小头部热量向裙部传递 膨胀槽（竖槽）——会使裙部具有一定的弹性，从而使活塞装配时与气缸间具有 尽可能小的间隙，而在热态时又具有补偿作用，不致造成活塞在气缸中卡死。裙部 开竖槽后，会使其开槽的一侧刚度变小，在装配时应使其位于作功行程中承受侧压 力较小的一侧。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。
缺点
刚度和强度较差，机体前后 端与油底壳之间的密封较复 杂
按照气缸排列方式可把气缸体分成直列式、V型、 W型、对置式和星（Radial）型等形式。
整体式气缸—气缸直接镗在气缸体上
优点：整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的 载荷 不足：对材料要求高，成本高。 气缸套——可装到气缸体内的单独的圆筒形零件， 采用耐磨的优质材料制成. 制造成本低,便于修理和更 换，气缸体的使用寿命长。
2.2.1.1 活塞
• 功用—承受气体压，通过活塞销传给连杆驱 使曲轴旋转，与缸盖和气缸壁组成燃烧室。 • 工作条件（最为严酷）：高温、高压、高速、 润滑不良。
• 高温——瞬时2500K以上，顶部工作温度高达600～ 700K • 高压—作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴 油机高达6～9MPa，增压发动机可达14～16MPa • 高速—(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化, 这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的 附加载荷。
螺旋撑簧油环 轨形撑簧油环
2.2.1.3 活塞销
功用--是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受
的气体压力传给连杆。一般都做成空心圆柱体. 工作条件——高温下周期地承受很大的冲击载 荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很 差的情况下 要求--活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧 性好，耐磨性好，重量轻。 材料--低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗 碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有 较高的尺寸精度和表面光洁度。
工作条件——与高温高压燃气相接触，承受很大的热负荷和机械负荷 型式——单体式（缸径＞140），分块式、整体式 “鼻梁区”——汽油机气缸盖上进、排气门座之间的的地方 “三角区”——柴油机气缸盖上是进、排气门座和喷油器安装孔之间的 地方的。 材料——采用灰铸铁、合金铸铁铸成或铝合金
火花塞
2.1. 4 气缸衬垫（图2-9）
2.2 曲柄连杆机构
•功用——把作用于活塞的力转变为曲轴的对外输
出的转矩，并把活塞的往复直线运动转变成曲轴 的旋转运动。
•主要零件——活塞组、连杆组和曲轴飞轮组 三部分。 •工作条件——相当恶劣，承受高温、高压、高
速和化学腐蚀作用
2.2.1 活塞连杆组（图2-10）
由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。
曲轴箱通风装置
自然通风---从曲轴箱抽 出的气体直接导入大气中的 通风方式称为自然通风。柴 油机多采用这种曲轴箱自然 通风方式。
2. 强制通风
从曲轴箱抽出的气体 导入发动机的进气管 ，吸入气缸再燃烧。 汽油机一般都采用这 种曲轴箱强制通风方 式。
2.1. 3 气缸盖
复杂箱形零件，有进、排气门座，气门导管孔，火花塞的孔或 喷油器孔、气门摇臂轴固定装置、凸轮轴轴承孔，冷却水套等。
图2-34 销孔置对侧向力变向时活塞运动的影响
2.2.1.2 活塞环
活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。 气环的功用：密封，传热。 油环的功用：起布油和刮油的作用，辅助的封气作用. 工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难。 使用寿命最短的零件，容易折断——受到交变应力（沿径向会产生一张一 缩运动） 要求——弹性好，强度高、耐磨损。 活塞环材料——合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素) ，第一道环通常采用镀铬或喷钼处理，其余环一般镀锡或磷化，用于改善其磨合性 。多孔性铬层硬度高，并能储存少量机油可以减轻磨损和改善润滑；钼的熔点高， 也具有多孔性。
第二章
机体零件与曲柄连杆机构
• 机体组——主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖、 气缸盖罩和气缸垫等零件组成。
2.1 气缸体
• 气缸体(Cylinder Block) ——水冷发动机的气缸体和上 曲轴箱组成，最大零件，承受拉、压、弯、扭的机械负 荷。气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道 等 • 材料——一般选用灰铸铁或铝合金。 • 气缸（Cylinder）——气缸体上部的圆柱形空腔 • 曲轴箱(Crankcase)—机体下部支承曲轴运动的空间。 气缸体分为图2-2所示的一般（平底）式、龙门式和隧 道式三种形式。
恒范钢为含镍 33%～36%的低碳 铁镍合金 膨胀系数仅为铝 合金的1/10
（6）活塞销孔中心线位置——有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中 心线，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm（图2-33）。 可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压 向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不能 装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。 (7)活塞冷却
(1) 活塞顶部（图2-12）——平顶活塞、凸顶活塞和凹顶活塞。
平顶活塞 结构简单，制造容易， 受热面积小，顶部应力 分布较为均匀，一般用 在汽油机上，柴油机很 少采用
凸顶活塞 顶部强度高，起导向作 用，有利于改善换气过 程，二行程汽油机常采 用凸顶活塞。
凹顶活塞 凹坑形状和位置有利于 可燃混合气的燃烧，有 双涡流凹坑、球形凹坑 、U形凹坑、贝壳形、 曲面形等
(3)
活塞裙部
从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。 功用——导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和 活塞直径。 侧压力——指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的 水平分力使活塞压向气缸壁。 推力面——活塞裙部承受侧压力的两个侧面，它们处于与活塞销轴线相 垂直的方向上。 主推力面 ：承受膨胀侧压力的侧面， 次推力面：承受压缩侧压力的侧面。
安装时—内切口朝上，外切口朝下，不能装反
2）扭曲环：
a)正扭曲环： 内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属； b)反扭曲环： 内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属；
（ b ）正扭曲内切环 （c）反扭曲内切 环 图2-30 气环的断面形状 扭曲环成因见图2-31所示：
图2-31 扭曲环的作用原理
• 要求： (1) 有足够的刚度和强度; (2)质量小，尽可能小的往复惯性力； (3)受热面积小，散热性好； (4)热膨胀系数小，导热性能好，耐高 温、耐磨损。 材料：活塞广泛采用高强度铝合金，但在一 些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。
• 构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞 头部和活塞裙部。
结构特点： （1）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 裙部承受气体侧压力作用，沿销轴方向变形量较垂直活塞销方向大。
（2）预先做成阶梯形、锥形（图2-15）
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。
风冷发动机通常在气缸的外壁铸造有散热片。
气缸套有 干式气缸套 和湿式气缸套两种
干式气缸套
特点 壁厚较薄，一般为1～3mm，用 合金铸铁离心铸造的气缸套其厚 度为2～3mm，用精密拉伸的钢 制气缸套其厚度仅为1.0～1.5mm 优点 强度和刚度都较好
湿式气缸套
壁厚一般为5～8mm。
散热良好，冷却均匀，加工容易 ，通常只需要精加工内表面，而 与水接触的外表面不需要加工， 拆装方便；