第二章 曲柄连杆机构

第二章曲柄连杆机构第二章曲柄连杆机构第一节概述1.曲柄连杆机构是往复活塞式发动机的重要工作机构。

其功用是将燃料燃烧后作用在活塞顶上的气体膨胀压力转变为推动曲轴旋转的转矩，向工作机械输出机械能。

2.曲柄连杆机构的零部件主要有以下三部分组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。

第二节机体组1.机体组主要由气缸体、气缸盖、曲轴箱、油底壳和气缸垫等组成，它的作用是发动机各机构、各系统的装载基体。

（一）气缸体1.汽缸体上半部分有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆形空腔，称为气缸；下半部为支撑曲轴的曲轴箱。

2.水冷式发动机气缸体中，布置有许多的水套，通过冷却液在其中循环流动，逮走由活塞，活塞环传给气缸，再传给冷却液的大量热量，从而保证发动机连续工作的正常温度。

3.气缸体材料要有足够的强度和刚度，导热性、耐磨性要好，质量要轻，同时从气缸体的加工工艺上也应采取措施满足发动机的要求。

4.气缸体根据汽车发动机不同的要求，结构形式也不同，主要分为三种：①一般是气缸体：特点是高度低，重量轻，便于机械加工。

②龙门式气缸体：刚度和强度较好，与油底壳的安装配合简单，缺点是重量较大工艺性较差。

③隧道式气缸体：结构刚度最好，但比较笨重。

5.汽车发动机气缸套有干式和湿式两种：①干式气缸套：此种气缸套与气缸孔配合紧密，不易漏水、漏气，但此种缸套的冷却效果较差。

②湿式气缸套：此种气缸套铸造方便，易拆卸更换，冷却效果较好；但是气缸体刚度较差，容易漏水、漏气。

多用于汽车柴油机上。

③轿车发动机大多采用刚度高的不镶缸套或镶干式缸套的形式。

④发动机气缸排列形式基本上有单列式和双列式。

6.双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，为V形。

其优点是大大缩短了发动机的长度，降低了发动机的高度，增加了气缸体的刚度，结构十分紧凑，重量轻，尺寸小，多用在大排量高功率的高级轿车上。

缺点是形状复杂，加工较为困难，发动机的宽度有所增加。

双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角γ＝180°时为对置式。

它的优点是高度更低，轿车整体布置更为方便，缺点是发动机的宽度大大增加。

（一）气缸盖和汽缸衬垫一、气缸盖1.气缸盖简称缸盖，主要作用是封闭气缸体上部，并与活塞顶和气缸壁一起构成燃烧室。

2.缸盖的结构取决于发动机的冷却方式、燃烧室形状以及配气机构的布置形式等因素。

3.在气缸盖上布置的零部件主要由气门组、气门传动组、进排气道、火花塞（汽油机）或者喷油器（柴油机）、各种传感器等。

4.根据气缸盖的工作条件,气缸盖一般采用铸铁或铝合金制造,它的优点是强度高,不易变形,缺点是导热性差。

5.气缸盖的结构形式有三种：单体式、块状式和整体式。

前二者由于缸盖较短,所以缸盖的密封性、刚度较好，制造和维修方便，但发动机长度增加，多用于缸径较大、气缸数较多的发动机。

整体式缸盖则可以缩短发动机长度，减少缸盖零件数目。

风冷发动机为了便于铸造和加工，大多采用整体式气缸盖。

二、燃烧室1. 发动机燃烧室由活塞顶、气缸壁及气缸盖上相应的凹部空间组成。

2.常见的燃烧室形状有以下几种：①浴盆形燃烧室：优点是结构比较简单、紧凑；能形成挤气涡流；工作柔和。

缺点是只布置较小直径的气门，进排气阻力较大，充气效率低。

②楔形燃烧室：结构比较简单；能产生强烈的挤气涡流；气流流动阻力小，充气效率浴盆形燃烧室高。

缺点是散热面积达，热损失大。

③半球形燃烧室：优点是燃烧室结构紧凑，可以通过增大气门直径来提高发动机的充气效率；火花塞多位于燃烧室中部，火焰行程短，燃烧速度快，不易产生爆燃；动力性、经济性较好。

缺点是配气机构复杂。

④双球形燃烧室：它可布置较大直径的气门或采用多气门形式，很容易获得压缩涡流。

缺点是燃烧室形状复杂，散热面积较大，经济性差。

⑤多气门蓬形燃烧室：优点是燃烧室结构紧凑，能通过采用布置形式提高发动机的充气效率；火花塞布置在燃烧室中央，缩短了火焰传播距离，降低了爆燃倾向，可以采用较高压缩比。

三、气缸垫1.气缸垫安装在气缸盖和气缸体的结合面之间。

它主要功用是弥补加工误差，保证缸体与气缸盖结合面的密封性，防止燃气、冷却液、润滑油互。

2.目前在汽车上使用的汽缸垫主要有以下几种：①金属-石棉衬垫②纯金属气缸垫③加强型无石棉气缸垫四、油底壳油底壳的主要功用是贮存润滑油并封闭曲轴箱。

第三节活塞连杆组主要由活塞、活塞、活塞、连杆、卡环等零部件组成。

一、活塞1.活塞的主要功能是在做功行程承受气体作用力，并将此力通过活塞销传给连杆，再由连杆传给曲轴，以推动曲轴旋转。

2.活塞顶与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。

3.汽油机广泛采用铝合金活塞，它具有质量轻、导热性好的优点。

缺点是热膨胀系数较大，高温下强度和硬度下降较快。

4.活塞用铝合金材料根据不同的元素或成分，分为共晶铝硅合金和铝铜合金两大类。

前者具有耐磨性好，热膨胀系数较小，耐腐蚀，硬度刚度和疲劳强度好的优点，应用较为广泛。

后者则由于密度大、热膨胀系数大，在轿车发动机中已基本不采用。

5.强化发动机活塞为了达到高强度、耐热性好的要求，常采用高级铸铁和耐热钢作为。

6.对于转速较高的发动机，需采用质量较轻的活塞材料，如铝合金；对于低速发动机，现多用耐磨、耐腐蚀、加工容易、价格便宜的灰铸铁作为活塞的材料。

7.活塞的基本结构由顶部、头部、裙部三部分组成。

8.活塞顶部的形状与发动机燃烧室结构形式有关，通常有平顶凹顶和凸顶等：①平顶：结构简单，加工容易，受热面积小。

②凹顶：改善混合气的形成和燃烧而采用凹顶。

9.在活塞顶部除有燃烧室凹坑外，为了避免气门和活塞顶部发生碰撞，有的活塞顶还加工有让气门坑。

10.活塞头部是指活塞最后一个环槽以上的部分。

头部的主要作用是承受气体压力，与活塞环一起实现对高温、高压燃气的密封，将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁，再传给冷却液，所以头部又叫防漏部。

11.头部加工有安装活塞环的环槽，有径向油孔的为油环槽，其余为气环槽。

环槽不应太多。

环槽的形状应与活塞环的断面形状一致。

12.为了尽量减缓高温燃气对第一环槽的热传递，常在第一环槽上面切出一道较环槽窄的隔热槽。

13.活塞裙部是指从最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分。

它主要作用是引导活塞在气缸内上下往复运动，同时承受气缸壁施加给活塞的侧压力，并将头部传下来的气体力通过活塞销座、活塞销传给连杆。

14.现短行程的轿车发动机多采用拖板式或半拖板式活塞。

15.活塞工作时，裙部会产生椭圆变形，主要原因：1)在气缸内燃气压力的作用下，活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形，使销座在轴线方向有向外扩张的趋势，从而在沿销的轴线方向引起较大的变形。

2)在气缸壁对活塞的侧压力作用下，使活塞沿活塞销的轴线方向发生变形。

3)在活塞销做空出，金属量堆积越多，所以在受热后产生的膨胀量很大，由此引起椭圆变形。

16.预防和控制裙部的椭圆变形：1)尽量减少活塞的受热2)采用椭圆锥裙3)对汽油机活塞，在裙部开“T”形槽或“Ⅱ”形槽，达到“横槽隔热，纵槽防胀”的目的4)在铝合金活塞上镶铸恒范钢片或筒形钢片等，限制活塞的变形量，钢片的材料用含镍33％~36％的低碳钢制成，受热后的线膨胀系数约为铸铝合金的1/10。

5)在保证活塞强度的前提下，削掉销座周围的一些金属，或者采用“拖板式活塞”。

二、活塞环1.活塞环按照用途分为气环和油环两种。

2.柴油机与汽油机的压缩比和活塞等零件的结构不同，所要求的活塞环数目也各不相同，一般汽油机的气环为2~3道，油环为1道；柴油机的气环为3~4道，油环为1~2道. （一）气环1.气环也叫压缩环，它的功用是与活塞一起密封高温高压的燃气，防止燃气窜入曲轴箱，并将活塞头部的热量通过气缸壁传给冷却液或者空气，同时辅助油环控制气缸壁上的润滑油。

其中密封是主要作用，是传热的前提。

2.气环是发动机中磨损最快的零件之一。

3.对于工作条件最恶劣的第一环，则进行表面镀铬，镀铬后的环硬度高、熔点高、摩擦因数小、耐腐蚀、导热性好，环的寿命可提高达2~3倍。

另外，喷钼也可以提高其耐磨性，4.从气环漏气的通道只有三条：环面与气缸壁之间、环与环槽的侧面之间、切口间隙处。

5.气环有直切口、斜切口、搭切口、封闭切口四种切口形状，前三者均用于四冲程发动机，后者主要用于二冲程汽油机，也叫带防转销钉切口。

（二）油环1.油环的主要作用是刮掉缸壁上多余的润滑油，将缸壁上的润滑油均匀分布；辅助气环密封。

2.油环的控油原理：当活塞下行时，油环在摩擦力和惯性力的作用下紧靠环槽上缘，此时由油环刮下的润滑油通过环的下侧隙挤入背隙，在一定压力的作用下，润滑油从背隙通过回油槽流出，最后滴回油底壳。

当活塞上行时，由气环和油环刮下的润滑油从环的上册隙进入背隙，再从背隙通过回油槽流出回到油底壳。

（三）活塞销1.活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的气体作用力传给连杆。

2.活塞工作时，在高温下承受很大的周期性冲击载荷，并与连杆小头的配合表面之间润滑条件较差。

3.活塞销与销座、连杆小头的连接主要有全浮式和半浮式两种类型。

4.全浮式：即在发动机工作时，活塞销不仅可以在连杆小头的衬套孔内自由转动，而且在销座孔内也可以缓慢转动。

5.半浮式：指的是销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动，销座孔内无卡环，连杆小头处无衬套。

（四）连杆1.连杆的功用是将活塞承受的气体作用力传给曲轴，把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

2.连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴瓦等组成。

3.连杆在运动时主要承受活塞传来的气体作用力及活塞往复运动时的惯性力，力的大小和方向均作周期性变化。

因此，要求连杆在质量尽可能小的条件下，具有足够的强度和刚度。

4.连杆由小头。

杆身、大头三部分组成。

5.连杆小头通过活塞销与活塞相连接，起着传力的作用，同时相对与活塞销座往复摆动。

小头孔内以一定的过盈量压入减摩青铜衬套或钢背加青铜镀层的双金属衬套。

在销头和衬套上加工有集油孔或机油槽，用来收集通过曲轴飞溅上来的润滑油以活塞销和连杆衬套。

此种润滑方式成为飞溅润滑。

6.连杆大头与连杆盖必须配对加工，配对安装，各气缸之间连杆盖不能互换。

7.连杆大头的部分可分为平剖喝斜剖两种形式。

第三节曲轴飞轮组(一)曲轴1.曲轴的功用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩，再通过飞轮、离合器和汽车传动系统来驱动汽车行驶；同时驱动发动机的辅助装置工作。

2.为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，圆角处要经滚压强化处理。

3.汽车发动机曲轴有整体式和组合式两种结构形式。

4.曲轴主要由前端轴、主轴颈。

连杆轴颈和后凸缘等组成。

5.主轴颈是曲轴的支撑部分。

根据主轴颈的设置和数目的多少，可以把曲轴分为全支撑曲轴和非全分曲轴两种。

6.连杆轴颈也叫曲柄销，与连杆大头装配在一起。