第二章曲柄连杆机构1 (2).ppt
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第二章-曲柄连杆机构动力学分析PPT优秀课件
vmax
R 1 cos
R
1 2
4
由近似式可得出活塞平均速度
c m 1 0 R (s i 2 n s2 i ) n d 2 R 3 S
n 0
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：
vmaxR 12 12
cm
2R 2
（此值约为1.6）
5
3、活塞加速度
aR2ccoo s sc co o3 2 ss （精确式）
离心力 prB ⑦曲柄不平衡质量引
起的离心惯性力 prk (pr=prB+prK) ⑧曲柄销处作用力 合力 RB ⑨主轴颈处作用力 合力 RK
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3、曲柄连杆机构上的作用力方向及性质
25
pg 使机体受拉，在机体内部平衡，不传到机外去，不引起振 动
p=pg+pj中的pj 往复运动产生的自由力，在机体内不能平衡， 将传
连杆摆动角速度：L
cos
12sin21/2
连杆摆动角加速度：L 2(12 1 2 2 2 )s sii n n 2 2(3 1 /2 si2 n )
将上述各式与中心曲柄连杆机构运动参数相比，只是多了含ξ 的项。由于汽车发动机的偏心率通常都很小，两者的差别很小。
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§2—2 曲柄连杆机构受力分析
8
4、连杆的运动
连杆在摆动平面内的运动是随活塞的往复运动和绕活塞销的摆动
的复合运动。往复运动规律上面已给出，这里只考虑摆动。
连杆摆角β：arcssin i n()
（精确式）
si n112si2n
6
（近似式）
在α=90º或270º时达到极值：
e arcsin
连杆摆动角速度eωL：(1162)
第二章曲柄连杆机构构造与维修PPT课件
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EQ6100-1气缸体图
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59
2.5 机体的构造和检修
2.气缸体冷却方式有水冷式和风冷式两种。
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27
活塞环类型图
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2.2 活塞连杆组构造和维修
2.2.3 活塞销
一、功用
连接活塞和连杆小端，将活塞承受的气压力传给连杆
二、结构
厚壁管状体
三、连接方式
全浮式：销与连杆小端、活塞销座之间有一定的配合间隙。 半浮式：销与活塞销座，连杆小端处，一处固定，一处浮动。
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各缸的工作顺序为1-5-3-6-2-4，曲拐均匀布置在互成120°的三个 平面内，作功间隔角为720°/6=120°。
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直列四缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置图
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49
直列四缸四冲程发动机工作循环表图
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50
直列六缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置图
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活塞连杆组的组成图
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12
活塞的基本结构图
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2.2 活塞连杆组构造和维修
二、材料
现代汽车发动机广泛采用的活塞材料是铝合金，个别汽车的 柴油机用高级铸铁或耐热钢制造活塞。
三、组成
头部（顶部与环槽部） 裙部 活塞销座
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2.2 活塞连杆组构造和维修
2.4.4 曲轴飞轮组的检修
一、曲轴的检修 1.曲轴的常见损伤 轴颈磨损
曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规 律性。 弯扭变形
曲柄连杆机构PPT课件
一、活塞
（一）功用 1、与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室； 2、承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆 ，以推动曲轴旋转。
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（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； 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。
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（三）材料：
铝合金：质量轻（铸铁50%~70%）；导热好（铸 铁3倍）；热膨胀系数大；温度升高，强硬度下 降快。
铝硅合金：硅11~14 %,铜、镍、镁各1%,铁、钛、 锌<1%,其余为铝。
硅含量越高，热膨胀系数越小，磨损越小；但制造 工艺性越差。
灰铸铁： 合金铸铁、耐热钢：柴油机。
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（三）组成
根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞 销座四部分。
销座
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1、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。 汽油机活塞的顶部形状有：（图2—17） （1）平顶：受热面积小，广泛采用。 （2）凸顶：与半球形燃烧室配用。 （3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可 用凹坑的深度来调整压缩比。
缘与缸体相应的台阶。
0.05~0.15 mm
A
B
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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。
0.05~0.15mm
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1）下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。
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四、气缸盖
汽车技术文档——第2章 曲柄连杆机构课件
❖ 活塞环的分类和功用
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；
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；
第二章--曲柄连杆机构模板PPT课件
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。 24
湿缸套防止漏水的措施：
a. 在缸套凸缘C下面装垫片；b. 在下支承密封带装橡 胶密封圈；c. 缸套装入座孔后，通常高出气缸体上
平面0.05~0.15mm。
.
25
二、气缸盖
1. 作用：密封气缸上部，并与活塞顶部和气 缸壁一起形成燃烧室。冷却。
（3）气缸的冷却：水冷（发动机用水冷 却时，气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空 腔，称为水套，采用水套冷却）、风冷。
.
21
3. 气缸套
（1）采用气缸套的原因：为了减少材料上的 浪费，同时满足耐磨性的要求，缸体采用铸铁， 气缸套采用铸铁中加入少量合金元素。
.
22
气 缸 套
.
23
（2）分类：有干式和湿式两种。
第二章 曲柄连杆机构
§2.1 概述
一、功用 作功冲程：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。 其他冲程：把曲轴的 旋转运动转变成活塞 的往复直线运动。 （依靠曲轴与飞轮 的惯性）
.
1
二、组成
.
2
1、机体组：气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸 套、气缸盖和气缸垫---不动件
.
35
三、气缸垫
气缸盖与气缸体之间置有气缸垫，以保证燃烧 室的密封。
1.气缸垫应满足以下主要要求：
（1）在高温、高压燃气作用下有足够的强 度，不易损坏。
（2）耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气
下或有压力的机油和冷却水的作用下不烧损、 不变质。
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。
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(1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重
NP
P SP
RP TP
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(2)压缩行程：侧压 力NP向右，活塞的 右侧面压向气缸壁， 左侧磨损严重
SP
NP
P
TP
RP
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2）往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力 都向上，下半行程时，惯性力都向下。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。
2、气环断面形状
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1） 矩形环
结构简单，与缸壁接触 面积大，散热好，但易泵油。
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2）锥形环 （1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。
下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔 形油膜。
（2）安装注意： 锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）； 锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。
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危害：
（1）增加了润滑油的消耗； （2）火花塞沾油不跳火； （3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏； （4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去
密封性； （4）加剧了气缸的磨损。
17:27
措施：
（1）采用扭曲环； （2）采用组合式油环；
（3）油环下设减压腔
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6）油环
(1)作用：刮油。即 将气缸壁上多余的 润滑油刮下来。
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2）活塞头部 用以安装活塞环。
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3）活塞销座 用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环
槽，用以安装卡环。
17:27
6、活塞工作特点
1）受力变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。
17:27
2、变形规律
（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量， 使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁， 且铝合金的膨胀系数大于铸铁； （2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温 度上高下低，壁厚上厚下薄； （3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销 座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀 量大，以及侧压力作用的结果。
10）组合式活塞 (1)采用组合式的原因
a.强化强度提高，活塞头部的热负荷增加。一般的铝合 金不能满足要求。
b.出于减小往复惯性力的考虑，减轻重量。
(2)制作方法
a.用耐热材料制成活塞头部 b.用铝合金或铸铁制造活塞裙部 c.然后将二者用螺栓连接起来。
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11）油冷活塞
为了适应柴油机的热负荷和机械负荷不断增加的需要，保 证活塞顶的足够强度又使第一道 环的温度不至太高，在强化度较 高的中、高速柴油机中普遍采用 了整体油冷活塞即在整体活塞顶 部及环槽部开有冷却液流道或冷 却腔，用润滑系统中冷却油作为 冷却介质，对活塞顶部及环槽区 进行强制冷却。
7）裙部开绝热—膨 胀槽（“T”形或形槽）， 其中横槽叫绝槽，竖槽叫 膨胀槽。
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8）采用双金属活塞： 即在活塞裙部或销座内嵌 铸入钢片，以减少裙部的 膨胀量。
（1）恒范钢片式：活 塞销座通过恒范钢片与裙 部相连，而恒范钢片（含 镍33%～36%）的膨胀系数 仅为铝合金的十分之一。 这样，使裙部膨胀量大为 减少。
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3、活塞环的间隙
1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后 开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm； 2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间 的 间 隙 。 第 一 道 0.04mm ～ 0.10mm ； 其 它 气 环 0.03mm ～ 0.07mm 。 油 环 一 般 侧 隙 较 小 ， 0.025mm～0.07mm； 3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸 后，活塞环背面 与环槽底部的间隙。 0.5mm～1mm；
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（2）自动调节式： 膨胀系数小的低碳
钢片贴在销座铝层的内 侧，依靠钢片的牵制作 用，及钢片与铝壳之间 的双金属效应来减小裙 部侧压力方向的膨胀量。
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(3)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中， 冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙” 和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉 应力而 膨胀量减小。
（1）蛇形油管冷却活塞：采用螺 旋形铜管或钢管铸入活塞本体， 使冷却油流经蛇型管，在润滑油 压力作用下进行循环冷却。为了 增强冷却效果，也有铸成后再用 酸蚀掉铜管。
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11（）2）油冷却冷油活腔活塞塞：活
塞 头内部设置冷却油腔，冷
却 油不充满整个油腔，一般
只 充30-50%，由于活塞往
复 运动的惯性，冷却油在油
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2020年10月17日星期六
4、活塞材料
发动机活塞广泛采用铝合金。
特点： 1、质量小（约为铸铁活塞的50%～70%）； 2、导热性好（约为铸铁的三倍）； 3、热膨胀系数大。
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5、活塞结构
活塞可分为顶部、 环槽部、裙部和活塞 销座四部分。
活塞变形示意动画
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制造时 变形后
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活塞温度分布
散热方式：
a．顶部吸收的热量62-67%由活塞环传给汽缸盖，由 汽缸套传给冷却水。
b．14%由活塞裙部传给缸套。 c．期于部分由活塞内表面传给曲轴箱中飞溅的滑油和 气体。
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3.结构措施
1）圆弧过渡：非冷却整体铝活塞的头部热流 密度很大，为降低活塞头部和环槽温度，加大 散热面积，保证热流密度大致相等，顶底内壁 和侧壁相连接部分多用大圆弧过渡，同时减少 了应力集中
✓交变载荷
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➢受力分析
曲柄连杆机构受的力 主要有气压力P，往复 惯 性 力 Pj ， 旋 转 离 心 力Pc和摩擦力F。
P
F
Pj
PC
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1）气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压 力NP和SP， SP分解为RP和TP，RP使曲轴主 轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。
腔 中震荡冲刷，冷却油与油
腔 面相对运动速度较大，容
易 形成紊流，冷却效果较好。
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活塞的检查
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2.1.2、活塞环
1、活塞环（气环）功用
（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；70% （3）辅助刮
油、布油。
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2.1.1、活塞
1、活塞功用
1）与气缸盖、气缸 壁等共同组成燃烧 室； 2）承力传力：承受 气体压力，并将此 力传给连杆，以推 动曲轴旋转。
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2、活塞工作条件
✓高温
2770K
✓高压 11.76MPa
✓高速运动 30m/s
✓侧压力
✓摩擦力
✓惯性力
✓润滑冷却差
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6、活塞环的安装
活塞环的检查与安装
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2.1.3、活塞销
1、作用：连接活塞和连杆， 并传递活塞的力给连杆。 2、结构：用低碳钢或低碳合金 钢制成的厚壁管状体。
（1）定义：在发动机正常工作温度下， 活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中 都能转动。
(2)装配： ①销与销座孔在冷态时为过渡配合，
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3）扭曲环 特点将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒 角而具成有。锥形环的特点；
减小扭了曲泵原油理作：用当；活塞环装入气缸后，环受到压 缩产作生功弯行曲程变环形不，再断扭面曲中，性两层个以密外封产面生达拉到应完力全、接 中触性 ，层利以于外散产热生。压应力，矩形环由于中性层内外 断安面装不：对内称上，切使扭F曲和环F不装在入同第一一平道面环内槽，，从外而下形切成扭 力曲偶 环装M，入在第力二偶、的三作道用环下槽，。活塞环发生微量的扭曲 变形。
采用分组选配法。 ②热装合：将活塞放入热水或热油
中加热后，迅速将销装入。
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2）半浮式
(1)定义：销与销座孔和连杆小头两处， 一处固定，一处浮动。（一般固定连 杆小头） (2)装配：加热连杆小头后，将销装入， 冷态时为过盈配合。
3.结构措施
3）耐磨镶座：整体铝活塞第一环槽因温度高， 材料硬度下降较多，及润滑条件差，环槽磨损 严重。这些常常是限制活塞使用期限的重要因 素。为了改善这种情况，有些柴油机活塞在第 一或第一和第二道环槽处铸入耐磨镶座以提高 环槽部分的耐磨性。
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3.结构措施
4）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 5）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座 孔轴线方向，即侧压 力方向。 6）销座处凹陷 0.5mm～1.0mm。
的共同作用下，使环 F
靠在环槽的上侧或下
Pj
侧，形成第二密封面。 第二密封面
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3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧 隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压 紧，加强了第一、 二密封面的密封。
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4）活塞环的泵油作用及危害原因： （1）存在侧隙和背隙； （2）环运动时在环槽
中靠上靠下。
现象：当活塞带着环下行（进气 行程）时，环靠在环槽的上方， 环从缸壁上刮下的润滑油充入环 槽下方；当活塞又带着环上行 （压缩行程）时，环又靠在环槽 的下方，同时将油挤压到环槽上， 如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。
(2)类型 ①整体式
其外圆上切有环形 槽，槽底开有回油 用的小孔或窄槽。
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②组合式： 由上下刮
油片和产生 径向、轴向 弹力的衬簧 组成。
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其特点为
1）密封好： 第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮
片长而产生径向力。 第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总