汽车拖拉机学第二册底盘构造与车辆理论李玖哲第2章曲柄连杆机构

(3)
曲柄连杆机构
受 热 膨 胀
(1)侧压力作用
--活塞裙部沿圆周方向变形不均匀，形成椭圆形，长轴轴在销座轴 方向。 --活塞裙部沿轴向方向变形不均匀，形成上大下小的圆锥形。
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汽车拖拉机学 缸壁间隙：活塞裙部与气缸套的最大间隙。
间隙过大，会造成发动机敲缸；间隙 过小，会造成发动机拉缸，甚至抱缸。
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。
曲柄连杆机构
连杆组件分解图
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连杆的结构
曲柄连杆机构
装配记号：面向发动机前方
小头：内有青铜衬套
杆身：一般为“工”字形断面，抗弯 强度好，重量轻
大头：与曲轴相连，做成“分开式”。 平切口与杆身轴线垂直，斜切口与杆 身轴线成30-60°夹角。
高度小，总体布置方 便。轿车中应用不多
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曲柄连杆机构
（4）整体式和镶嵌式气缸体
a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 b、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
性能及应用
气缸直接镗在气缸体 强度和刚度好，能承
上
受大负荷。成本高。
镶嵌式
用气材料耐 缸制套磨成，优的再质气装材缸到料体一制内般成。降 于 延 寿修长 命低理了 。了和气制更缸造换体成气的本缸使，套用便，
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。
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活塞销的连接方式
活塞销
全浮连接的特点： 活塞销能在连杆 小头、销座孔中 自由转动，三者 间可相对运动， 减少了磨损并使
磨损均匀
半浮式
曲柄连杆机构
全浮式
连杆
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（四）连杆
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（2）根据冷却方式不同 1. 水冷式气缸体
水道
曲柄连杆机构
散热片
2.风冷式气缸体
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（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。
1.直列式气缸体 2.V型气缸体 3.对置式气缸体
曲柄连杆机构
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。
气环槽
曲柄连杆机构
工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。
活塞销孔
油环槽
作用 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。 2、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
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曲柄连杆机构
（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，防止破 坏油膜。
第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；
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活塞环的密封原理
曲柄连杆机构
• 第一密封面（自身弹力） • 第二密封面（惯性力、摩擦力、气体作用力） • 第二次密封（高压气体作用） • 靠活塞环弹簧力产生的密封（第一密封面）是第二次密封
的前提。 • 错口安装
气缸体
曲轴箱
奥迪100汽车发动 机气缸体
气缸体的工作特点：高温、高压、高速运动摩擦。 气缸体的结构特点：足够的强度和刚度，高精度内表面。
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2、分 类
油底壳安装平 面和曲轴旋转 中心在同一高 度。
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同
名称
性能
应用
一般式 （平分式）
机体高度小、重量 轻、结构紧凑，便 于加工拆卸。刚度 和强度差。
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曲柄连杆机构
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AUTOMOBILE AND TRACTOR
第2章 曲柄连杆机构
张黎骅
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主要内容
曲柄连杆机构
§2.1 机体组 §2.2 活塞连杆组 §2.3 曲轴飞轮组 §2.4 曲柄连杆机构受力分析与平衡 §2.5 小 结
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2.侧间隙
活塞环装入活塞环槽时，活塞环与环槽之间的间隙，称为侧间隙。 一般为0.04~0.15mm。
侧间隙过小，活塞环会因受热膨胀而卡死在环槽中，使环失去弹 性，不起密封与刮油作用；
侧间隙过大，密封性不好，环与环槽撞击严重而加速磨损，对于 气环还会加剧“泵油作用”。
3.背 隙
活塞环装入活塞环槽时，活塞环背面与环槽之间的间隙，称为背隙。 (一般为0.5~1mm)。
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§2.2 活塞连杆组
曲柄连杆机构
气环
油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦 连杆盖
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（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。 3、材料： 铝合金，质量小、导热性好；
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活塞环的密封原理
曲柄连杆机构
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气环的泵油作用演示
曲柄连杆机构
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曲柄连杆机构
气环断面形状
形状 矩形环 扭曲环 锥面环
梯形环
特点
结构简单、制造方便、易于生产、应用面广；但有 泵油作用
断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小泵 油作用，减轻磨损
灰铸铁
曲柄连杆机构
活塞应具备的特点
A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 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
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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。
曲柄连杆机构
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活塞顶分类
曲柄连杆机构
第2章 曲柄连杆机构
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
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三、工作条件
承受机械载荷： 1、气体压力、往复惯性力、离心力、摩擦力 2、汽车行驶中产生的冲击力。
曲柄连杆机构
汽缸盖的安装与拆卸
为了保证整个气缸盖平面均匀压紧，紧固气缸盖螺栓时，必须使用 扭矩扳手按规定顺序，分2～3次拧紧到规定扭矩。
拆卸气缸盖时，松开气缸盖螺栓的顺序与紧固顺序相反，分2～3次 完成。注意不要在热车时拆卸气缸盖，以免气缸盖变形翘曲。
490Q柴油机缸盖螺钉拧紧力矩为140~150N.m。
导热性好、利于提高压 缩比，适用与高速高强 化汽油机
上置式凸轮轴
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四、燃烧室
曲柄连杆机构
燃烧室的要求？
名称
特点
结构紧凑、火焰行程
半球形 段、燃烧速率高、热
损失小、热效率高
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
示意图
应用
桑塔纳 夏利 富 康
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（5）干缸套和湿缸套
名称
特点
干缸套
外壁不直接与冷却水接 触。壁厚1~3mm。
零件图
曲强柄度连和杆刚机构 度都较好， 加工复杂， 拆装不便， 散热不良。
性能如 何？
湿缸套
外壁直接与冷却水接触。 壁厚5~9mm。
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。
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（4）活塞裙部形状
销座方向
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锥形
不受压力的 部分，去掉 后可以减轻 质量。
裙部受侧压力的作用， 导致活塞发生变形 工作时向里变形
--活塞裙部制成椭圆形，短轴在销座轴方向。 --上小下大的圆锥形形状。
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活塞裙部的变形规律和原因分析 (2)汽缸气体压力作用
为了测量方便，维修中以环的厚度与环槽的深度差来表示背隙。
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活塞环的密封原理
自身弹力
曲柄连杆机构
气体作用力 惯性力
第一密封面 摩擦力
气体作用力 第二密封面
第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而 形成；
加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密 封面作用；
形状 平顶
凸顶
凹顶
示意图
曲柄连杆机构
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。
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（2）活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
（二）活塞环
曲柄连杆机构
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
气环 切口
（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。
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活塞环间隙
1.端间隙（开口间隙）
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（2）油环
种类
普通油环
回油孔
示 意 图
曲柄连杆机构
刮油片 组合式油环
轴向衬环
径向衬环
刮油片
与汽缸壁接触压力高，
特
结构简单，易加工，成本 适应性好，刮油效果强，
点
低
但成本高
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油环的刮油作用
曲柄连杆机构
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（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。
492Q汽油 机，90系 列柴油机。
龙门式
强度和刚度较好。 捷达、富 工艺性差、结构笨 康、桑塔 重、加工困难。 纳
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。
负荷较大 的柴油机 上。
曲柄连杆机构
油底壳安装平 面低于曲轴的 旋转中心。 气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式。
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减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力， 有利于磨合和密封；可形成油膜改善润滑，但导热 性差，不适用第一道环
可将沉积在环中的结胶挤出，避免环折断，且密封 性较好；但加工困难，精度要求高
示意图
桶面环
上下均可形成油膜，且对活塞的摆动适应性好，接 触面小，利于密封，但外圆为凸圆弧形，加工困难
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活塞销偏置
曲柄连杆机构
活塞销对中布置
活塞销偏移布置
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裙部表面的保护
1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。
曲柄连杆机构
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三、气缸盖 气缸盖罩
气缸盖
曲柄连杆机构
衬垫
安装火花塞 气缸垫
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三、气缸盖
铝合金与铸
功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成铁燃相烧比室有。何
材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。
优越性？
工作Fra Baidu bibliotek件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。
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
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五、气缸垫
1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，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、材料：有弹性、耐热性、耐压性 3、安装时注意方向
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上小下大的圆锥形
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拖板式活塞
曲柄连杆机构
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开槽活塞（汽油机）
圆槽
曲柄连杆机构
绝热槽 膨胀槽
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双 金 属 活 塞
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以上各种力，使曲柄连 杆机构和机体的各零件承 受了不同形式的载荷，为 保证工作可靠，需要采取 相应结构措施。
曲柄连杆机构
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§2.1 机体组
机体组组成 气缸盖
气缸体
气缸
曲柄连杆机构
气缸垫 油道和水道
曲轴箱
油底壳
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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。
活塞环在正确的汽缸内的安装位 置上，其切口处保留的间隙，称 为端间隙。 其大小与缸径、顺序 有关。一般为0.25~0.3mm。
侧隙
曲柄连杆机构
开口间隙
背隙
端间隙过小，活塞环易卡死，从而加速与缸壁的磨损，甚至使环折断或 刮伤缸壁;端间隙过大，易漏气和上窜机油。
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切口的定位方式： 平切口：螺栓定位 斜切口：四种定位方式
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