曲柄连杆机构

高度小，总体布 置方便。
3、根据冷却方式不同分
(1)水冷 (2)风冷
冷却水 散热片
水冷和风冷
4、按缸套形式分
气缸套 (1)目的：解决成本与寿命之 间的矛盾。 (气缸内镶了用耐磨的高级铸 铁材料制成的气缸套，而缸 体则可用价廉的普通铸铁或 质量轻的铝合金制成，这样， 既延长了使用寿命，又节省 了好材料。) (2)型式： 干式缸套 湿式缸套
• • • • • 油水孔对齐； 铝合金缸盖，光滑面对缸盖，冷态拧紧螺栓。 铸铁缸盖，光滑面对缸体，热态拧紧螺栓。 Santana发动机 ：“OPEN TOP”面朝上。 螺栓拧紧：从中间向四周对称顺序分2-3次进 行，直至规定力矩。
五、气缸盖罩
• 作用：密封、防尘。 • 材料：薄钢板冲压而成。 • 结构：机油加注口、曲轴箱通风口等。
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
曲柄连杆机构的功用
热 能
连杆
机械能
曲轴
活塞
燃气压力
转 矩
二、组成
1、机体组：不动件
气缸体、 曲轴箱、 油底壳、 气缸套、 气缸盖、 气缸垫
2、活塞连杆组：运动件
活塞、活塞环、活塞销和连杆等
3、曲轴飞轮组：
曲轴、飞轮、减振器
三、工作条件
• 高温：>2500K • 高压：5~10MPa（柴）；3~5MPa（汽） • 高速：nmax=3000~6000r/min； vmax>10m/s(100~200行程/秒) • 化学腐蚀
三、气缸盖
1、功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成 燃烧室。 2、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。 3、形式：单体缸盖、块状缸盖、整体缸盖。 4、材料：灰铸铁、 合金铸铁、 铝合金。
气缸盖罩
衬垫
气缸盖
气缸垫
安装火花塞
5、结构：
冷却水套、 燃烧室、 进排气门道、 气门导管孔、 进排气门座、 火花塞孔（汽油机） 喷油器座孔（柴油 机） 。
6、汽油机燃烧室
名称 特点
结构紧凑、火焰行程段、 燃烧速率高、热损失小、 热效率高 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 工艺性好、成本低、进 排气效果不如半球形燃 烧室
示意图
应用
桑塔纳 夏利 富康
半球形
楔形
来自百度文库
切诺基
盆形
捷达 奥迪
其 它 形 式 的 燃 烧 室
四、受力分析
曲柄连杆机构受的力主要有： • 气体压力P • 往复惯性力Pj F • 旋转离心力Pc • 摩擦力F • 汽车行驶中产生的冲击力 P Pj
PC
1、 气体压力
(1)作功行程：
(2)压缩行程：
Pp
Pp Np
(1)作功行程
Np Sp
Mp
Pp
Rp
Tp
Np:侧压力 (面向发动机，朝向左侧) 总压力Pp Sp Rp :压紧主轴承
（二）工作环境：
1、高温：燃气温度2500K，散热条件差，活塞顶部工作温度高达 600~700K，且分布不均匀；机械强度显著下降，热膨胀增大， 破坏配合。 2、高压：承受燃气冲击压力（3~ 5MPa（汽）、6~9 MPa（柴））， 侧压力加大，磨损加剧，活塞易变形，破坏配合联结。 3、高速：线速度达到8~12m/s，惯性力大，产生附加载荷。 4、润滑困难。
(3) 干式缸套
定义：
其外表面不直接与冷却水接触。
特点：
1)壁厚较薄(1mm~3mm)； 2)与缸体承孔过盈配合； 3)不易漏水漏气。
1~3mm
(4) 湿式缸套
①定义： 其外表面直接与冷却水接触。 ②特点： 1)壁厚较厚（5mm～9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀
5~9 mm
0.05~0.15 mm
活塞销孔
③定位：
1）径向：靠上下两个凸出 的、与气缸体间为动配合 的圆环带A和B。 2）轴向：利用缸套上部凸 缘与缸体相应的台阶C。
C
B
0.05~0.15 mm
A
④密封：
• 上部：缸套顶面高出缸体 0.05mm～0.15mm，当气 缸盖螺栓拧紧后，缸套与 缸体凸台接合处、缸套与 缸垫接合处，承受较大的 压紧力。
六、发动机支撑
1、三点支撑 • 前二后一：BJ492Q • 前一后二：CA6102、EQ6100 2、四点支撑：NJ系列 3、弹性支撑：软管、拉杆、橡胶垫圈等。 （减轻振动、变形。）
第三节
活塞连杆组
气环
油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
一、活塞
（一）功用：
1、承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转； 2、顶部与缸壁、缸盖共同组成燃烧室。
一般式 机体高度小、重量轻、结构 紧凑，便于加工拆卸。刚度 （平分式） 和强度差，密封差。 龙门式
密封好，强度和刚度较好。 工艺性差、结构笨重、加工 困难。
结构紧凑、刚度和强度好。 难加工、工艺性差、曲轴拆 卸不方便。（组合式曲轴）
捷达轿车、 富康轿车、 桑塔纳轿车
负荷较大的柴 油机上 。
隧道式
2、 按气缸的排列形式分
油底壳安装平面 低于曲轴的旋转 中心。
（3） 隧道式(整体式)
定义：主轴承座孔不分开。 特点：刚度最大，主轴承同 轴度易保证，主轴承用滚动 轴承。 应用：负荷较大的柴油机。
气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式。
1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分
名称 性能 应用
492Q汽油机， 90系列柴油机。
0.05~0.15mm
下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。
干缸套和湿缸套的比较
名称 特点
外壁不直接与冷却水 接触。壁厚1~3mm。
示意图
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。
干缸套
湿缸套
外壁直接与冷却水接 触。壁厚5~9mm。
下半行程减速： Pj向下 （与运动方向相同，阻止减速）
Pj
• 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。
3、 离心惯性力PC：
产生条件:物体旋转运动时产生 PC
方向:沿曲柄半径向外 大小:与曲柄半径、旋转质量、 性质 曲轴转速有关 垂直分力PCY:加剧上下振动 分解 (方向始终与Pj相同) 水平分力PCX:产生水平方向振动
扬州职业大学
汽车与电气工程系汽车教研室
第二章 曲柄连杆机构
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 概述 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
曲柄连杆机构
• • • • 组成： 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
曲柄连杆机构
第一节 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，再转变为曲轴旋转运动而对外 输出动力。 （能量的转换、 运动形式的转换）
Sp
Tp :压紧连杆轴承；推动曲轴旋转(顺时针)
Pp
Np
Mp
Tp
Sp
Rp
(2) 压 缩 行 程
Np:侧压力 (面向发动机，朝向右侧) 总压力Pp
Rp :压紧主轴承 Sp
Tp :压紧连杆轴承；阻碍曲轴旋转(逆时针)
2、 往复惯性力Pj：
Pj
产生条件:直线运动物体速度变化时 上半行程加速： Pj向上 性质 （与运动方向相反，阻止加速）
• 材料：
• 缸体：灰铸铁、铝合金 • 缸套：优质合金铸铁
• 内表面工艺：
• 热处理；对称式结构； • 2级精度研磨加工
(一) 构造 1、上部：气缸。(引导活 塞做往复运动的圆筒) 内有缸套、外制水套。 2、下部：曲轴箱。(支撑 曲轴，运动空间) 上有主轴承座孔、主油道 和分油道。
(二)气缸体的分类：
（三）性能要求：
1)足够的强度和刚度（特别是活塞环槽区域要求有较 大的强度，以免活塞环被击碎。），传力可靠。 2)较小的质量，以保持较小的惯性力。 3)耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。（耐热耐压耐磨耐 腐） 4)良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安 装间隙。 5)活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。
（四）材料：
铝合金：质量轻（铸铁50%~70%）；导热好（铸
气缸体
曲轴箱
油底壳
气缸
一、气缸体与曲轴箱
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。
一汽奥迪100汽车发动机气缸体
• 作用：是发动机的基体和骨架，承受高温高压气
体作用力。
• 性能要求：
• • • • 足够的强度和刚度； 结构紧凑、重量较轻； 便于机械加工； 气缸内表面耐高温高压、耐磨损腐蚀。
(1)直列式：多用于六缸以下的发动机。 (2)Ｖ型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于 六缸以上的发动机。 (3)对置式：是V型的特殊形式。
直列式：包括垂直式、倾斜式、水平式
V6 发 动 机 透 视 图
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。
Pc
• 离心力加速轴承与轴颈 的磨损，也引起发动机 振动而传到机体外。
往复惯性力和离心力作用情况示意图
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。 F
第二节 机体组
由气缸体、曲轴 箱、油底壳、气 缸盖、气缸垫组 成。
机体组组成：
气缸盖罩 气缸垫 气缸盖 油道和水道
1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分
一般式
龙门式
隧道式
（1） 一般式(平分式) 定义：主轴承座孔中心线 位于曲轴箱分开面上。 特点：刚度小，前后端呈 半圆形，与油底壳接合面 的密封较困难。 应用：中小型发动机。
油底壳安装平面 和曲轴旋转中心 在同一高度。
（2） 龙门式(拱桥式)
定义：主轴承座孔中心 线高于曲轴箱分开面。 特点：刚度较大，油底 壳前后端为一平面，密 封简单可靠。 应用：大中型发动机。
5、整体式气缸体和镶嵌式气缸体
整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 类型 整体式 构造
气缸直接镗在气缸 体上
性能及应用
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 降低了制造成本，便 成气缸套，再装到 于修理和更换气缸套， 一般材料制成的气 延长了气缸体的使用 缸体内。 寿命。
四、气缸垫
1、作用：保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、
漏水和漏油。
2、性能要求：
（1）高温高压下强度足够，不易损坏。 （2）耐热耐压、耐腐蚀。 （3）有弹性，可补偿结合面不平。 （4）易拆装，可重复使用。
3、构造
1）金属—石棉垫：
（见a、b）外包铜皮和钢片， 且在缸口、水孔、油道口周 围卷边加强，内填石棉（常 掺入铜屑或钢丝，以加强导 热）。
（三）曲轴箱
1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上轴箱：与气缸体铸成一体 下轴箱：贮存润滑油（油底壳）
桑塔纳发动机油底壳
二、油底壳
1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 2.构造： （1）用薄钢板冲压而成。（铝合金—加强散热） （2）前或后有较深的部位，保证上下坡能吸油。 （3）内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面 产生较大的波动。 （4）最低处有放油螺塞， 吸附金属碎屑。 （5）曲轴箱与 油底壳之间 有密封衬垫。
2）金属骨架—石棉垫：
以 编 织 的 钢 丝 网 （ 图 c） 或 有 孔 钢 板 （ 图 d） 为 骨 架，外覆石棉，只在缸口、 水孔、油道口处用金属片 包边。
1）、2）一面光滑，一面 带金属卷边。
3）纯金属垫：
（见图e）由单层或多层金属片 （铜、铝或低碳钢）制成， 用于某些强化发动机。
4、安装注意：
（2）楔形燃烧室：
特点: 1)气门斜置，气流导流 较好，充气效率高； 2)有挤气—冷激面，可 形成挤气涡流；燃烧 速度较快，CO和HC 排放较低而NOX的排放 稍高。
（3）半球形燃烧室： 特点：
1)气门成横向V型排列，因 此气门头部直径可以做得 较大，换气好； 2)火花塞位于燃烧室的中部 火焰行程短，燃烧速度最 高，动力性、经济性最好。 是高速发动机常用的燃烧 室； 3 ) CO 和 HC 排 放 最 少 ， 而 NOX的排放较高。
6、汽油机燃烧室
• 性能要求：
• 结构紧凑、冷却面积小。（减小热量损失，缩短火 焰行程。） • 使混合气行程涡流运动。（混合充分均匀，提高燃 烧速度，保证及时充分燃烧。）
6、汽油机燃烧室
• 常见形状：
（1）盆形燃烧室： 特点：
1)气门平行于气缸轴线； 2)有挤气—冷激面，可 形成挤气涡流； 3)盆的形状狭窄，气门 尺寸受限，换气质量 较差，燃烧速度较低， CO和HC排放较高而 NOX的排放较低。