2.曲柄连杆机构

气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
性能与应用比较
名称 一般式
龙门式
性能
机体高度小、重量轻、结 构紧凑，便于加工拆卸。 刚度和强度差。
应用
492Q汽油机， 90系列柴油机。
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。
曲轴
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。
3、结构：
连杆轴颈
前端轴
曲轴轴颈
平衡重
后端轴
曲柄
曲拐
曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。
4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。
车
（四）连杆
作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力 传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运 动。
连杆小头
连
杆身
杆
组
件
分
解
连杆
大头
图
连杆大头的连接形式
平切式
斜切式
连杆轴瓦
V型发动机连杆的布置形式
并列式
主副式
叉型式
§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
好。
（2）常见曲轴曲拐的布置
对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为： 四行程：720°/i 二行程：360°/i
① 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置
点火顺序：各缸完成同名行程的次序。
曲轴转角 （度）
一缸
二缸 三缸 四缸
1 ↓
0～180
功
排
压
进
3
180～360
排
进
功
压
↓
360～540
进
压
排
功
4 ↓
气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
点此观看活塞连杆组的录像
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
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
汽油机燃烧室形状
三、油底壳
1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。
2、使用特点： 油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久 磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损
3、材料： 薄钢板冲压
§3.3 活塞连杆组
承来实现的（翻边轴瓦）。
连杆轴颈
止推垫片
主轴颈 主轴承盖
止推垫片
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。 比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3
六缸机：1-5-3-6-2-4； 3） V型发动机左右气缸尽量交替作功。 4） 曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性
机体组组成：
气缸盖罩
气缸盖 气缸体
气缸垫 油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
一、气缸体
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
2、气缸体分类
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
油底壳安 装平面和 曲轴旋转 中心在同
一高度
一般式
龙门式
隧道式
油底壳安装平
面低于曲轴的
旋转中心
负荷较大的柴油 机上 。
（2）根据冷却方式不同分： 水冷、风冷
冷却水
散热片
（3）根据气缸的排列方式
结构简单、加 工容易，但发 动机长度和高 度较大。
高度小，总 体布置方便。
缩短了机体的 长度和高度， 增加了刚度， 减轻了发动机 重量；形状复 杂，加工困难。
（4）干式气缸套和湿式气缸套
名称
特点
示意图
二缸 排 进 压
功
三缸 四缸 五缸 六缸
压进
压排
功
压
功进
排 功
排压
进
功
排
进
六缸四行程发动机的曲拐布置
八缸四行程发动机的曲拐布置（红旗轿车SV100型发动机）
1-8-4-3-6-5-7-2
四、曲轴扭转减振器
作用：吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转 动平稳，可靠工作。
种类：橡胶式（车用），硅油式，摩擦片式。
裙部：导向，传力。承受侧压 力销座孔处制有加强筋。
（1）活塞顶部
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。
5、分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）
6、组成： （1）主轴颈 ——用于支撑曲轴。
全支承： 曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、 刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油 机均采用。
非全支承：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较 大，缩短了曲轴的总长度。
（二）构造
飞轮边缘部分做 的厚些，可以增 大转动惯量。
齿圈在发动机起动时 与起动机齿轮啮合， 带动曲轴旋转。
飞轮上的标记符号：
在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸 发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上 止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上 止点。
（2）连杆轴颈 安装连杆大头
部分中空兼作油道
（3）曲柄 ——曲轴臂，用于 连接主轴颈和连杆 轴颈
（4）平衡块
曲柄
平衡离心力偶
减轻或消除弯曲
变形
中空连杆轴径 平衡重
（5）前端轴和后端轴
前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）
1. 2止推轴承
7
3.止推片
4.正时齿轮 5.甩油盘 6.油封
4
1
7.皮带轮
6、活塞在工作时的保护措施
（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。
（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，
向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。
（2）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。这样活塞工作时趋 近正圆。
（3）活塞裙部开槽
横向绝热槽 纵向膨胀槽
减少裙部受热 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低
绝热槽
膨胀槽
（4）为了减小铝合金 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。
恒范钢片式活塞的结 构特点就是这样的，由 于恒范钢为含镍33%～ 36%的低碳铁镍合金， 其膨胀系数仅为铝合金 的1/10，而销座通过恒 范钢片与裙部相连，牵 制了裙部的热膨胀变形 量。
8.起动爪
曲轴向前移 动，后止推轴承 与曲轴臂端面摩 擦；轴向后移动， 前止推轴承与正 时齿轮端面摩擦。
2
8
53
6
曲轴的前端
两止推轴承白金合面相背
后端轴：安装飞轮 前后端轴都设有防漏装置： 挡油盘、回油螺纹、油封等。
曲轴后端
回油螺纹
（6）曲轴的轴向限位 通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴
构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形， 以及两段截锥与一段圆柱的组合形。
圆柱形
两段截锥与一段圆柱结合
活塞销
两段截锥形
形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。
活塞销
全浮式：活 塞销能在连 杆衬套和活 塞销座中自 由摆动，使 磨损均匀。
连杆
半浮式： 活塞中部 与连杆小 头采用紧 固螺栓连 接，活塞 销只能在 两端销座 内作自由 摆动。多 用于小轿
（二）活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
（1）气环
作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活 塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其 带走。
切口 气环
气环的密封原理：
将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
气环的泵油原理：
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动 态 演 示
（2）油环
种类
示 意 图
普通油环
组合式油环
刮油片
轴向衬环 径向衬环
刮油片
油环的刮油作用
油环的刮油作用
（三）活塞销
作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气 体压力传递给连杆。
材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。
第二章 曲柄连杆机构
概述 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
§2.1 概 述
一、曲柄连杆机构的功用
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
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
§3.2 机 体 组
头部
工作条件最
恶劣，应离
顶部远些。
作用： 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、
2、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，
防治破坏油膜。
裙 部
A 刚度和强度应足够大，传力可靠。
活塞应具 备的特点
B 导热性能好，耐高压、高温、磨损 C 质量较小，尽可能减少往复惯性力 D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙
E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数
4、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。
顶部：构成燃烧室，承 受气体压力。
头部:安装活塞环，制作 较厚。
干缸套
外壁不直接与冷却水接 触。壁厚1～3mm。
湿缸套
外壁直接与冷却水接触。 壁厚5～9mm。
பைடு நூலகம்
强度和刚 度都较好， 加工复杂， 拆装不便， 散热不良。
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。
三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
1、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。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 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。
活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示
5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密 封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：
（1）预先做成阶梯形、锥形
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。
540～720
压
功
进
排
2
四缸四行程发动机的曲拐布置
②直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置
发火顺序：1-5-3-6-2-4
曲轴转角 （度）
0
60
～ 120
180 180
180 240 ～ 300
360 360
360 420 ～ 480
540 540
540 600 ～ 660
720 720
一缸 功 排 进 压
例如：解放CA6102型发动机的记号是 ：上止点
——— 1—6 奥迪100飞轮上有－“0”标记。
标记
桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组
小结
活塞制成上小下大的锥形
活塞 （铝合金）
防冷敲热拉措施
活塞裙部呈椭圆形 活塞裙部开槽
销座孔处铸入防胀钢片
活
塞
连
油环
杆 组
活塞环 气环
活塞销
连杆： 作用及组成
主轴颈
连杆轴颈 曲拐（理解记忆） 曲轴 曲柄
2、气缸盖罩和气缸垫
气缸盖罩
气缸盖
衬垫 安装火花塞
气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面 的密封，防止漏气，漏水和漏油。
3、燃烧室
名称
特点
示意图
半球形
结构紧凑、火焰行程段、 燃烧速率高、热损失小、 热效率高
应用
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
平衡块
曲 轴
前端和后端 带轮
飞 轮
正时齿轮
橡胶式 硅
组 扭转减震器 油式 摩擦
片式
飞轮： 掌握飞轮的作用
橡胶式
摩擦片式
硅油式
橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图
惯性盘
橡胶垫
皮带盘
曲轴前端 皮带轮毂
当曲轴发生扭转振动 时，力图保持等速转 动的惯性盘便与橡胶 层发生了内摩擦，从 而消耗了扭转振动的 能量，消减了扭振。
减振器圆盘
五、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。