第二章曲柄连杆机构
02曲柄连杆机构
燃烧室
燃烧室形状对发动机的工作影响很大。 (1)要求: 结构尽可能紧凑,冷却面 积小,以减少热量损失及缩 短火焰行程。 使混合气在压缩终了时具 有一定的涡流运动,以提高 混合气燃烧速度,保证混合 气得到及时和充分燃烧。
形状分类
名称 特点 结构紧凑、火焰行程 短、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
气环的泵油作用
矩形断面的气环随活塞作往复 运动时,会把气缸壁上的机油 不断送人气缸中。这种现象称 为“气环的泵油作用”。当活 塞向下运动时,环压在环槽的 上端面,被气环刮下的滑油充 满环于环槽之间的空间。当活 塞向上运动时,环压在环槽的 下端面,而滑油被挤入上部的 环槽间隙中。
气环的断面形状
油环
第三节 活塞连杆组
活塞(piston) 一、活塞(piston) 作用 对活塞的要求 活塞材料 活塞的基本结构
一、结构
气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖
结构
• • • • • • • • • • 1-第一道气环 2-第二道气环 3-油环衬簧 4-油环 5-活塞 6-连杆 7-连杆盖 8-连杆轴瓦 9-活塞销 10-连杆螺栓
主要零件组成: 主要零件组成:
机体组: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; 活塞连杆组:主要包括活塞、活塞环、活 塞销和连杆等; 曲轴飞轮组:主要包括曲轴、飞轮和扭转 减振器等。
工作条件的特点: 工作条件的特点:恶劣
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。
《汽车构造》第二章曲柄连杆机构
3)按排列形式分
直列式(<6缸),V型>8缸),水平对置式 优缺点: 优缺点: 直列式:结构简单、长度、 高度较大(垂直、倾斜、 水平)。 V型:刚度大、缩短发动 机的长度、高度、质量。 水平对置式:高度最小、 使轿车和大客车总布置更 方便。
(c)水平对置式 水平对置式
(a)直列式 直列式
(b)V型 型
2.活塞的变形与防治措施 2.活塞的变形与防治措施
活 塞 受 力 情 况
采用的措施: 采用的措施:
(1)冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的 椭圆。
采用的措施: 采用的措施:
(2)上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或 桶形(任何情况下都能得到良好润滑,但加工困难)。
采用的措施: 采用的措施:
扭曲环
锥面环
梯形环
桶面环
气环的泵油作用
活塞 汽 汽 活塞
缸
缸
2.油环 2.油环 种类 普通油环
上刮片
组合油环
示 意 图
刮片
油环的刮油作用
2.2.3 活塞销
作用: 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: 材料与工艺:优质低碳钢,表面淬火、精磨。
1.活塞销的形状 1.活塞销的形状
1.连杆的结构 1.连杆的结构
连杆主要由连杆 小头、连杆杆身、连 杆螺栓、连杆大头、 连杆轴瓦和连杆盖等 组成
2.1 机体组
机体是构成发动机的骨架,是 发动机各机构和各系统的安装基础, 其内、外安装着发动机的所有主要 零件和附件,承受各种载荷。因此, 机体必须要有足够的强度和刚度。 机体组由汽缸体、曲轴箱、 汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机 件组成。
图2-1 机体组的组成部件 1—汽缸盖; 2—汽缸体; 3—汽缸垫; 4—汽缸体—曲轴箱; 5—油底壳
汽车技术文档——第2章 曲柄连杆机构课件
气环(压缩环):防止气缸内的混合气及爆发气体、废气泄漏(密 封和导热作用)。
油环:将残留在气缸壁面上的润滑油刮掉,并在气缸壁上铺涂一层 均匀的机油膜(刮油,布油、辅助封油)。
❖ 工作条件
高温、高压、高速及润滑困难。
❖ 材料:要求耐热、耐磨及高的强度和冲击韧性
活塞环材料是合金铸铁。第一道气环的工作表面一般都镀上多孔性 铬。其硬度高,并能储存少量机油,以改善润滑,其余气环一般镀 锡或者磷化(改善磨合性能)。还可用喷钼来提高活塞环的耐磨性。
作用下不烧损、不变质。 具有一定弹性,能补偿结合面的不平度,以保证密封。 拆装方便,能重复使用,寿命长。
❖ 结构
金属-石棉衬垫—石棉中间夹有金属丝或金属屑,外覆铜皮或钢皮 金属-复合材料衬垫 全金属衬垫
❖ 安装方向:
把气缸垫光滑的一面朝气缸体,否则容易被气体冲坏
汽缸垫
活 塞 连 杆 组 的 组 成 :
连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。
❖ 工作条件及结构:
活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷,润滑条件较差(一般 靠飞溅润滑),因而要求有足够的刚度和强度,表面耐磨,质量尽 可能小。为此,活塞销通常做成空心圆柱体。内孔形状有:两段截 锥形、圆柱形、两段截锥和一段圆柱的组合形。
❖ 材料:
6000rpm,活塞的平均速度可达10~14m/s。
❖ 要求
要求活塞质量小,热膨胀系数小,导热性好和耐磨。
❖ 材料
汽车发动机目前广泛采用的活塞材料是铝合金。在个别的汽油机上 采用高级铸铁或耐热钢制造活塞。
活塞的顶部
活塞头部
❖ 活塞环槽以上的部分。 ❖ 主要作用:
承受气体压力,并传给 连杆;
第02章曲柄连杆机构与机体组
➢ 活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运 动件,如图2-3所示。
➢ 曲轴飞轮组主要包括曲轴和飞轮等机件,如图2-体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、气缸套、
曲轴箱、油底壳。
气缸垫
气缸盖
气缸体
油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
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第二章曲柄连杆机构
第一节 曲柄连杆机构综述
图2-2 机体组的零件
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第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-7 发动机的汽缸体
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第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-8曲轴箱中间隔板上制有主轴承座孔
2021/2/9
2021/2/9
第二章曲柄连杆机构
第一节 曲柄连杆机构综述
曲柄连杆机构的作用是将 活塞顶上燃气压力转换为动力, 对外输出;同时将活塞的往返 直线运动,转换为曲轴的旋转 运动。
图2-1 燃气压力使曲轴顺时针旋转
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第二章曲柄连杆机构
第一节 曲柄连杆机构综述
2.曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三 部分组成。
第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-12 发动机的汽缸排列形式 汽缸排列形式有直列式、
对置式、V型和W型
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第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-9汽缸套
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第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-10湿式缸套的穴蚀
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第二章曲柄连杆机构
第二节 机体组
图2-18汽缸垫前后水孔的大小或数量不同
第2章曲柄连杆机构
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第2节机体组
发动机机体组组成见表2 -2。它主要由气缸盖罩、气缸盖、气 缸垫、气缸体及油底壳等组成。镶气缸套的发动机还包括干式或 湿式气缸套。
一、气缸体
1.气缸体的工作条件及要求 气缸体是气缸体与曲轴箱的连铸体。绝大多数水冷发动机的 气缸体与曲轴箱连铸在一起,而且多缸发动机的各个气缸也合铸 成一个整体,如图2一1所示。 2.气缸体材料 气缸体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。
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第4节曲轴飞轮组
常见多缸发动机的曲拐布置和发火顺序如下。 四冲程直列四缸发动机的发火间隔角为7200/4 = 1800° 4个 曲拐在同一个平面内,如图2 -36所示。发动机的工作顺序为1 -3 -4 -2或1 -2 -4 -3。其工作循环见表2 -4
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第4节曲轴飞轮组
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第3节活塞连杆组
四、连杆
连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴,推动曲轴转动,变 活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。连杆在工作中要承受活塞销 传来的气体压力、活塞连杆组往复运动的惯性力和连杆大头绕曲 轴旋转产生的旋转惯性力的作用,且连杆本身又是一个较长的杆 件,因此要求连杆要有足够的强度、刚度,重量要尽量轻。 连杆一般采用45 ,40Cr等中碳钢(如上海桑塔纳发动机连杆)或 中碳合金钢(如二汽富康发动机连杆)经模锻或辊锻制成,也有少数 用球墨铸铁制成。为提高疲劳强度,连杆常进行表面喷丸处理。 对于小型发动机的连杆则常用高强度铝合金。 连杆可分为连杆小头、杆身和连杆大头三部分,如图2一25所 示。
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第二章-曲柄连杆机构
(轴向定位)
套与冷却水直接接触,薄厚(5-9mm),缸套下端带 橡胶封水圈,气缸套外圆上大,下小(因为气缸套下
气缸套
端带1-3道橡胶封水圈),且上端与气缸体内孔配合
紧,下端配合松,以方便推入气缸体内孔。
水套
(径向定位)
湿式缸套压配在气缸体内孔时,上部凸肩顶 面高出气缸体顶面0.05-0.15 mm,这样紧固缸盖 时,可将缸垫压得更紧,以密封燃气。
机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样,将气缸体与上曲轴箱(其内腔为曲
轴运动的空间)分开铸造,而把油底壳称之为下曲轴箱。气缸体内孔一般镶
2入((、1(气 一 三、气2缸 ) )材缸级套 作 材料工加, 用 料作工((其和:表精12内工1))2面度、、表艺气气制)内外面:缸缸造孔部形套体工:((成::艺(12(气优灰))12( (缸质)铸各散)12工合铁机热活) )形作金或构塞精 珩成表铸铝和运镗 磨气面铁合系动(缸。或金统导网工合的向纹作金装状容钢配)积基2磨(体、1损二、避))改时免要善间拉求漏磨短缸:气合(1234:条金、、、、功件属耐度耐耐足率,熔高和高磨腐够下磨着温强压损蚀的降合、度刚
维修成本增加。(现代发动机大部分采用)
c、组合气缸盖:如两缸一盖,便于系列化。 (2)按所用燃料分
a、汽油机:(1)气缸盖中心加工有装火花塞的孔
(2)进、排气道一般铸在气缸盖的一侧(进气管布置在排
气管的上部,利用废气加热进气管壁面油膜,促进雾
化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸
在气缸盖的两侧
湿式缸套优点是:气缸套冷却好;制造成本
气缸体 橡胶封水圈
(径向定位)
低;气缸体铸造工艺性好;缸心距短,曲轴不易弯
曲。 湿式缸套缺点是:气缸体刚性差,容易变形,
第二章 曲柄连杆机构
飞轮的主要功用是①使柴油机回转角速度趋于均匀。 ②协助柴油机起动。(根据柴油机的起动和盘车的 不同方式,飞轮轮缘上有的装有飞轮齿圈或涡轮) ③保证柴油机空车运转的稳定性。④飞轮轮缘上还 刻有各缸上止点等定时标记,作为定时调整的基准。 柴油机的飞轮通常用铸铁、铸钢或锻钢制成轮缘形 结构,使其大部分质量集中在轮缘处,以较小的质 量获得尽可能大的转动惯量。
7.典型曲轴介绍 由若干个曲柄、自由端(首端)和功率输出端(尾端) 三部分组成。 (1)曲柄臂和主轴颈及曲柄销之间的连接处采用车 入式圆角,经冷滚压加工,以提高疲劳强度。 (2)自由端法兰可连接轴向减振器。 (3)推力轴和曲轴为一体,可缩短柴油机长度。 (4)推力环用于传递推力和轴向定位。 (5)飞轮
①按说明书规定的预紧力上紧。 ②按工艺要求装配轴承间隙。 ③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓。 ④注意防松。
7.十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施
a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销;2-十字头滑块;3-十字头 端盖板;4-固定块;5-活塞杆螺母;6十字头轴承座;7-十字头轴承盖
b)L-MC/MCE型柴油机十字头 1-连杆小端轴承盖;2-连杆小端轴瓦;3-滑 块;4-导轨;5-耳轴;6-十字头销本体;7调整垫片;8-连杆螺栓;9-连杆小端下瓦; 10-连杆小端轴承座;11-杆身
8. 曲轴常见故障 曲轴常见故障有磨损、腐蚀、裂纹、折断和红套滑移等。 (1)曲轴的裂纹与折断: ①疲劳损坏的断面特征: 弯曲疲劳损坏是由交变弯曲应力引起的,其断面与轴 线成垂直,裂纹线为波浪线。 扭曲疲劳损坏是由交变扭曲应力引起的,其断面与轴 线成45°,裂纹线为螺旋线。 ②疲劳损坏的部位:
弯曲疲劳裂纹首先发生在曲柄销圆角或主轴颈圆 角处,然后向曲柄臂发展,一般发生在长期运转中。 原因:轴颈不均匀磨损或轴承不均匀磨损,使主轴承 有高低;机座或船体变形;材料有缺陷,加工工艺不 善、轴上有缺陷; 扭曲疲劳裂纹发生在油孔或圆角处,轴颈的疲劳 裂纹多从油孔开始,然后向与轴线成45°角方向发展, 出现两条对称裂纹。圆角处的扭曲疲劳裂纹,多从圆 角部位向轴颈发展。扭曲疲劳损坏一般发生在运转初 期。原因:油孔处有缺陷;飞车或超负荷;共振;材 料有缺陷;滑油受污染对油孔处腐蚀等。
第二章 曲柄连杆机构
汽车构造
烟台大学
12
气缸排列方式
汽车构造
(1)单列式 发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单, 加工容易,但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式,
(2)V型 气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角<180°。特点是缩短了机体长度 和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度。 一般用于6 缸以上的发动机。
烟台大学
汽车构造
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸体和气缸盖进行适 当地冷却。冷却方法有两种,一种是水冷,另一种是风冷。
水冷发动机的气缸体和气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体和气缸盖 的冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部分热量,从而起到冷却作 用。
风冷发动机的气缸和气缸盖周围外表面铸有许多散热片,以增加散热面积, 保证散热良好。
于曲轴的旋转中心。它的优点 是强度和刚度较好,能承受较 大的机械负荷,缺点是工艺性 较差、结构笨重、加工较困难。 采用这种气缸体的发动机较多, 如捷达轿车、富康轿车、桑塔 纳轿车的发动机都采用这种形 式的气缸体。
一般式
龙门式
隧道式
(3)隧道式气缸体 气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用
滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体 后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强 度好,缺点是加工精度要求高、工艺性较 差、曲轴拆装不方便。它主要用在一些负 荷较大的柴油机上。
烟台大学
1
第一节 概述
汽车构造
组成:机体组, 活塞连杆组, 曲柄飞轮组 工作条件: 高温,高压,高速,化学腐蚀 汽油机:3-6.5MPa,2200-2800K, 4000-6000rpm 柴油机:6-9MPa,2000-2500k, 2500-3000rpm 燃油:柴油,汽油; 润滑油:机油 活塞每秒钟行径100-200行程 作用力:气体作用力,惯性力,摩擦力 力->平衡->设计制造->构造,形状,尺寸
汽车构造上册(2)
第一节
机体组
一、气缸体
发动机各个机构 和系统的装配基体。 气缸体般用灰铸铁 铸成,气缸体上部的 圆柱形空腔称为气缸, 下半部为支承曲轴的 曲轴箱,其内腔为曲 轴运动的空间。在气 缸体内部铸有许多加 强筋,冷却水套和润 滑油道等。
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作, 必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法 有两种,一种是水冷,另一种是风冷。
(1)作功行程 图2-1 气体 压力作用 情况示意图
2、往复惯性力Fj与离心力Fc
活塞加速度:在上止点前后活塞加速度是正 值,往复惯性力朝上;在下止点前后活塞加速度 是负值,往复惯性力朝下。如图(2-2)。 偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕 曲轴轴线旋转,产生旋转惯性力,其方向沿曲柄 半径向外。 曲轴转速愈高,往复惯性质量和旋转惯性质 量愈大,则往复惯性力与离心力愈大,惯性力使 曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈(轴承)受周 期性变化的附加负荷,加快磨损。若不加以平衡, 惯性力传到气缸体外,引起发动机的振动。
第二章 曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的作用,是把可燃混合气作用 在活塞的力转变为曲轴的转矩,从而向外界输出 动力。 曲柄连杆机构的主要零件可分为活塞连杆组 和曲轴飞轮组。机体组与曲柄连杆机构有密切的 关系,所以这里一起研究。
第二章 曲柄连杆机构
一、曲柄连杆机构的作用
1.将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动; 2.将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出 扭矩。
活塞销的功用是连 接活塞和连杆小头,将 活塞承受的气体作用力 传给连杆。 活塞销通常做成空 心圆柱体,用低碳钢或 低碳合金钢制造。
在汽车发动机中连杆小头与活塞销的连接 方式有两种,即全浮式和半浮式。全浮式活塞 销工作时,在连杆小头孔和活塞销孔中转动, 可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。为防止活塞 销两端刮伤气缸壁 ,在活塞销孔外侧装置活 塞销挡圈。半浮式活塞销是用螺栓将活塞销夹 紧在连杆小头孔内,这时活塞销只在活塞销孔 内转动,在小头孔内不转动。小头孔不装衬套, 销孔中也不装活塞销挡圈。
第2章 曲柄连杆机构资料
第二章曲柄连杆机构§2.1 概述§2.2 机体组§2.3 活塞连杆组§2.4 曲轴飞轮组连接关系图示作业本课件用于汽车专业教学2020年11月26日教学目的与要求1、掌握曲柄连杆机构功用及组成。
2、了解曲柄连杆机构受力情况。
3、掌握气缸体与曲轴箱的型式,气缸的排列型式,气缸盖的功用、组成及其缸盖螺栓拆卸注意事项,气缸垫的功用、要求、构造及安装方向,油底壳构造及密封,汽油机燃烧室的常见类型及其特点,气缸与气缸套的工作条件、型式。
4、掌握活塞连杆组及其各零部件结构特点,气环密封原理,油环泵油原理。
5、掌握曲轴的功用和型式及结构特点。
6、了解四、六缸发动机曲拐布置形式。
7、掌握发动机工作循环表的绘制方法并学会运用工作循环表。
重点与难点1、机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组的结构特点。
2、气环的密封原理、泵油现象,扭曲环的特点,活塞环的安装方向及位置。
3、四、六缸发动机工作循环表的绘制。
§2.1 概述作用:组成:工作条件:受力:把混合气爆发作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。
高温、高压、高速、化学腐蚀。
气体作用力、运动质量惯性力、离心力、摩擦力等。
曲柄连杆机构的组成气缸体曲轴箱气缸盖气缸套气缸垫油底壳机体组活塞活塞环活塞销连杆活塞连杆组曲轴飞轮扭转减振器曲轴飞轮组曲柄连杆机构活塞连杆组和曲轴飞轮组曲柄连杆机构组成情况图示版权所有:太原大学巩利平工作情况演示一、气体作用力(F P )F P 对发动机的影响:(1)产生翻倒力矩(F P2)(2)产生有效扭矩(F S )结论:(1)发动机上下振动并非气体压力所致(2)活塞左侧所受侧压力(作功冲程侧压力)大于右侧所受侧压力(压缩冲程侧压力)作功冲程压缩冲程二、往复惯性力与离心力往复运动(活塞、连杆小头)惯性力旋转运动(曲柄、连杆大头)离心力1.往复惯性力:0 max 0前半行程后半行程(惯性力向上)(惯性力向下)活塞上止点下止点当活塞从下止点向上止点运动时,正好相反。
第2章 曲柄连杆机构
第2章 曲柄连杆机构 2.1概述 2.1概述 2.1.1曲柄连杆机构的作用和组成 2.1.1曲柄连杆机构的作用和组成
图2-1 桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机曲柄连杆机构的组成
第2章 曲柄连杆机构 2.1概述 2.1概述 2.1.2曲柄连杆机构受力分析 2.1.2曲柄连杆机构受力分析
1、气体作用力 在发动机工作循环的每个行程中,气体作用力始终存在且不断变化。 在发动机工作循环的每个行程中,气体作用力始终存在且不断变化。作 功行程最高,压缩行程次之,进气和排气行程较小,对机件影响不大, 功行程最高,压缩行程次之,进气和排气行程较小,对机件影响不大,故这 里主要分析作功和压缩两行程中的气体作用力。 里主要分析作功和压缩两行程中的气体作用力。
第2章 曲柄连杆机构 2.2机体组的构造与维修 2.2机体组的构造与维修 2.2.1气缸体与曲轴箱 2.2.1气缸体与曲轴箱
1、气缸体与曲轴箱的构造 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体, 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,并由它来保持发动机各运 动件相互之间的准确位置关系。 动件相互之间的准确位置关系。水冷式发动机通常将气缸体与上曲轴箱铸成 一体,简称气缸体,如图2 所示。 一体,简称气缸体,如图2-4所示。 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,称为气缸。 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,称为气缸。 下半部为支承曲轴的上曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。 下半部为支承曲轴的上曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。在上曲轴箱上制 有主轴承座孔。为了这些轴承的润滑,在侧壁上钻有主油道, 有主轴承座孔。为了这些轴承的润滑,在侧壁上钻有主油道,前后壁和中间 隔板上钻有分油道。 隔板上钻有分油道。 气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱, 气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱,是气缸修理的加工基 准。
第二章曲柄连杆机构
(二)往复惯性力和离心惯性力
曲柄连杆机构运动速度的大小方向不断变化,产生惯性力,分为: (1)往复惯性力:大小:Pj=m×a;方向:与a 相反
上止点 0
a Pj Vmax
下止点 0 a Pj
上止点 0
a Pj
Vmax
下止点 0
a Pj
(二)离心惯性力
定义:曲柄、连杆轴颈、连杆大头等围绕曲轴轴线作圆周运动的力
采取措施。
刚度、强度——采用不同的曲轴箱型式。 冷却——水套或散热器
耐磨损、耐高温、耐腐蚀——材料,气缸体采用优质灰铸体,为提高气 缸的耐磨性、加入少量合金元素:铬、磷
二、油底壳(曲轴箱) 功用:储存和冷却机油并封闭曲轴箱。 构造特点:1、设放油塞;2、设挡油板;3、薄钢板冲压而成,4、软木衬垫 。
(4)间隙
活塞安装时 留有端隙、 侧隙、背隙
Δ1—端隙(开口间隙) Δ2—侧隙(边隙) Δ3—背隙
(1)气环 作用:保证气缸与活塞间得密封性, 防止漏气,并把活塞顶部吸收得大 部分热量传给气缸壁,再由冷却水 将其带走。
气环
切口
(二)气环
气环漏气通道: a. 环面与气缸壁间;b. 环与 环槽侧面间 c. 开口端隙处。
(三)缸套得密封
涨封式: 1.密封槽开在缸套上 压封式: 2.密封槽开在缸体上
优缺点:
1. 平分式:便于机械加工,制造方便,但刚度小,多用于中小型发动机 2. 龙门式:结构刚度较大,但工艺性较差。多用中型发动机 3. 隧道式:结构刚度最大、主轴承同轴度易保证,多用于机械负荷大的大
型发动机
为满足气缸工作条件、要求,可以从结构、加工精度、材料等方面
环与环槽得侧面密封压紧力由气体 压力P1、活塞环惯性力Pj、和摩擦力F 三个沿气缸轴线方向力决定。
2曲柄连杆机构
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
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。
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。
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
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。
第二章 曲柄连杆机构动力学分析
α =180º 时活塞的加速度已不是最大负向加速度 amin R 2 (1 ) (极大值)
可以看出,对于中低速柴油机其连杆较长,λ 小于1/4,活塞加速 度在360º 范围内只有两个极值;对于高速内燃机,λ 一般大于1/4, 活塞加速度在360º 范围内有四个极值 实际发动机的活塞最大加速度: 汽油机amax=(500-1500)g 柴油机amax=(200-800)g
Le 2 1 2
在曲柄连杆机构运动学计算中,通常将活塞的位移、速度和加速度 分别除以R、Rω 、Rω 2,无量纲化,写成 无量纲位移(活塞位移系数): x 1 x 1 cos 1 1 2 sin 2 R (精确式)
x 1 cos
1 sin 1 2 2 L cos 1 sin 2 (近似式)
2 2Leabharlann L cos(精确式)
在α =0º 或180º 时达到极值: Le 连杆摆动角加速度ε L: sin 2 2 L 1 3/ 2 2 2 1 sin
cos vmax
L
1
L R 1 2 1 R R 1 2 cos
2 2
由近似式可得出活塞平均速度
cm
1
0
Sn R (sin sin 2 )d R 2 30
2
活塞的最大速度和平均速度之比是反映活塞运动交变程度的一个 指标:
v max R 1 2 2 1 2 cm 2 R
mr R e
2 i
Pj m j a m j R 2 cos m j R 2 cos2 PjI PjII
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第二章曲柄连杆机构学习目标:通过本章得学习,您应该能够解答如下几个问题:1、曲柄连杆机构有哪些零件组成?其功用就是什么?2、汽油机得燃烧室有那几种?有何特点?3、试述气缸体得三种形式及特点。
4、铝合金活塞预先做成椭圆形、锥形或阶梯形,为什么?5、什么就是矩形环得泵油作用?有什么危害?6、什么就是发动机得点火顺序?什么就是发动机得作功间隔角?7、曲轴扭转减振器起什么作用?学习内容:一、概述二、机体组三、活塞连杆组——活塞四、活塞连杆组——活塞环五、活塞连杆组——活塞销六、活塞连杆组——连杆七、曲轴飞轮组第一节概述功用:曲柄连杆机构就是内燃机实现工作循环,完成能量转换得传动机构,用来传递力与改变运动方式。
工作中,曲柄连杆机构在作功行程中把活塞得往复运动转变成曲轴得旋转运动,对外输出动力,而在其她三个行程中,即进气、压缩、排气行程中又把曲轴得旋转运动转变成活塞得往复直线运动。
总得来说曲柄连杆机构就是发动机借以产生并传递动力得机构。
通过它把燃料燃烧后发出得热能转变为机械能。
工作条件:发动机工作时,曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触,曲轴得旋转速度又很高,活塞往复运动得线速度相当大,同时与可燃混合气与燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用,并且润滑困难。
可见,曲柄连杆机构得工作条件相当恶劣,它要承受高温、高压、高速与化学腐蚀作用。
组成:曲柄连杆机构得主要零件可以分为三组,机体组、活塞连杆组与曲轴飞轮组。
机体就是构成发动机得骨架,就是发动机各机构与各系统得安装基础,其内、外安装着发动机得所有主要零件与附件,承受各种载荷。
因此,机体必须要有足够得强度与刚度。
机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖与气缸垫等零件组成。
1、气缸体水冷发动机得气缸体与上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体——曲轴箱,也可称为气缸体。
气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部得圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴得曲轴箱,其内腔为曲轴运动得空间。
在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套与润滑油道等。
气缸体应具有足够得强度与刚度,根据气缸体与油底壳安装平面得位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。
(1) 一般式气缸体其特点就是油底壳安装平面与曲轴旋转中心在同一高度。
这种气缸体得优点就是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;但其缺点就是刚度与强度较差(2) 龙门式气缸体其特点就是油底壳安装平面低于曲轴得旋转中心。
它得优点就是强度与刚度都好,能承受较大得机械负荷;但其缺点就是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。
(3) 隧道式气缸体这种形式得气缸体曲轴得主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。
其优点就是结构紧凑、刚度与强度好,但其缺点就是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸与气缸盖进行适当地冷却。
冷却方法有两种,一种就是水冷,另一种就是风冷。
水冷发动机得气缸周围与气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体与气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,带走部分热量,对气缸与气缸盖起冷却作用。
现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机,对于多缸发动机,气缸得排列形式决定了发动机外型尺寸与结构特点,对发动机机体得刚度与强度也有影响,并关系到汽车得总体布置。
按照气缸得排列方式不同,气缸体还可以分成单列式,V型与对置式三种。
(1) 直列式发动机得各个气缸排成一列,一般就是垂直布置得。
单列式气缸体结构简单,加工容易,但发动机长度与高度较大。
一般六缸以下发动机多采用单列式。
例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用得发动机均采用这种直列式气缸体。
有得汽车为了降低发动机得高度,把发动机倾斜一个角度。
(2) V型气缸排成两列,左右两列气缸中心线得夹角γ<180°,称为V型发动机,V型发动机与直列发动机相比,缩短了机体长度与高度,增加了气缸体得刚度,减轻了发动机得重量,但加大了发动机得宽度,且形状较复杂,加工困难,一般用于8缸以上得发动机,6缸发动机也有采用这种形式得气缸体。
(3) 对置式气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上,即左右两列气缸中心线得夹角γ=180°,称为对置式。
它得特点就是高度小,总体布置方便,有利于风冷。
这种气缸应用较少。
气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸,整体式气缸强度与刚度都好,能承受较大得载荷,这种气缸对材料要求高,成本高。
如果将气缸制造成单独得圆筒形零件(即气缸套),然后再装到气缸体内。
这样,气缸套采用耐磨得优质材料制成,气缸体可用价格较低得一般材料制造,从而降低了制造成本。
同时,气缸套可以从气缸体中取出,因而便于修理与更换,并可大大延长气缸体得使用寿命。
气缸套有干式气缸套与湿式气缸套两种。
干式气缸套得特点就是气缸套装入气缸体后,其外壁不直接与冷却水接触,而与气缸体得壁面直接接触,壁厚较薄,一般为1~3mm。
它具有整体式气缸体得优点,强度与刚度都较好,但加工比较复杂,内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热不良。
湿式气缸套得特点就是气缸套装入气缸体后,其外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上、下各有一圆环地带与气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。
它散热良好,冷却均匀,加工容易,通常只需要精加工内表面,而与水接触得外表面不需要加工,拆装方便,但缺点就是强度、刚度都不如干式气缸套好,而且容易产生漏水现象。
应该采取一些防漏措施。
2、曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴得部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱与下曲轴箱。
上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封闭上曲轴箱,故又称为油底壳图。
油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成,其形状取决于发动机得总体布置与机油得容量。
油底壳内装有稳油挡板,以防止汽车颠动时油面波动过大。
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,以吸附润滑油中得金属屑,减少发动机得磨损。
在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。
3、气缸盖气缸盖安装在气缸体得上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。
它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大得热负荷与机械负荷。
水冷发动机得气缸盖内部制有冷却水套,缸盖下端面得冷却水孔与缸体得冷却水孔相通。
利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。
缸盖上还装有进、排气门座,气门导管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道与排气通道等。
汽油机得气缸盖上加工有安装火花塞得孔,而柴油机得气缸盖上加工有安装喷油器得孔。
顶置凸轮轴式发动机得气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔,用以安装凸轮轴。
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金得导热性好,有利于提高压缩比,所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。
气缸盖就是燃烧室得组成部分,燃烧室得形状对发动机得工作影响很大,由于汽油机与柴油机得燃烧方式不同,其气缸盖上组成燃烧室得部分差别较大。
汽油机得燃烧室主要在气缸盖上,而柴油机得燃烧室主要在活塞顶部得凹坑。
这里只介绍汽油机得燃烧室,而柴油机得燃烧室放在柴油供给系里介绍。
汽油机燃烧室常见得三种形式(1) 半球形燃烧室半球形燃烧室结构紧凑,火花塞布置在燃烧室中央,火焰行程短,故燃烧速率高,散热少,热效率高。
这种燃烧室结构上也允许气门双行排列,进气口直径较大,故充气效率较高,虽然使配气机构变得较复杂,但有利于排气净化,在轿车发动机上被广泛地应用。
(2) 楔形燃烧室楔形燃烧室结构简单、紧凑,散热面积小,热损失也小,能保证混合气在压缩行程中形成良好得涡流运动,有利于提高混合气得混合质量,进气阻力小,提高了充气效率。
气门排成一列,使配气机构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播距离长些,切诺基轿车发动机采用这种形式得燃烧室。
(3) 盆形燃烧室盆形燃烧室,气缸盖工艺性好,制造成本低,但因气门直径易受限制,进、排气效果要比半球形燃烧室差。
捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。
4、气缸垫气缸垫装在气缸盖与气缸体之间,其功用就是保证气缸盖与气缸体接触面得密封,防止漏气,漏水与漏油。
气缸垫得材料要有一定得弹性,能补偿结合面得不平度,以确保密封,同时要有好得耐热性与耐压性,在高温高压下不烧损、不变形。
目前应用较多得就是铜皮——棉结构得气缸垫,由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮,压紧时较之石棉不易变形。
有得发动机还采用在石棉中心用编织得纲丝网或有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成得气缸垫。
安装气缸垫时,首先要检查气缸垫得质量与完好程度,所有气缸垫上得孔要与气缸体上得孔对齐。
其次要严格按照说明书上得要求上好气缸盖螺栓。
拧紧气缸盖螺栓时,必须由中央对称地向四周扩展得顺序分2~3次进行,最后一次拧紧到规定得力矩。
小结通过本节得学习,您应该能够解答如下几个问题:1、曲柄连杆机构有哪些零件组成?其功用就是什么?2、汽油机得燃烧室有那几种?有何特点?3、试述气缸体得三种形式及特点。
4、发动机镶入气缸套有优点?什么就是干式气缸套?什么就是湿式气缸套?采用湿式气缸套就是如何防止漏水?5、气缸盖衬垫得功用有哪些?它应满足哪些要求?目前汽车上常用得有那几种型式?安装气缸盖衬垫应注意什么?活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成,如图。
活塞功用:活塞得功用就是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还就是燃烧室得组成部分。
工作条件:活塞在高温、高压、高速、润滑不良得条件下工作。
活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上,因此,受热严重,而散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达600~700K,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压力很大,特别就是作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力得作用;活塞在气缸内以很高得速度(8~12m/s)往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大得惯性力,使活塞受到很大得附加载荷。
活塞在这种恶劣得条件下工作,会产生变形并加速磨损,还会产生附加载荷与热应力,同时受到燃气得化学腐蚀作用。
要求:(1) 要有足够得刚度与强度,传力可靠;(2) 导热性能好,要耐高压、耐高温、耐磨损;(3) 质量小,重量轻,尽可能地减小往复惯性力。
铝合金材料基本上满足上面得要求,因此,活塞一般都采用高强度铝合金,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、活塞头部与活塞裙部。
1 活塞顶部活塞顶部承受气体压力,它就是燃烧室得组成部分,其形状、位置、大小都与燃烧室得具体形式有关,都就是为满足可燃混合气形成与燃烧得要求,其顶部形状可分为四大类,平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞与成型顶活塞。
平顶活塞顶部就是一个平面,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。