2 曲柄连杆机构

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7、拖板式活塞裙
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8、两片铰接式活塞
为减少散热量，承受高 的气缸爆发压力，顶部采用铸 铁材料；起导向作用的裙部采 用导热性好、重量轻的铝合金 材料。——德国 Elsbett公司专 利
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三、合力的传递与分解
F = F g+ F j
M = FT • R '' FT
' FK ' FN FT' ' ⇒ F S' ' ⇒ ' FK F (= Fg + F j )
F N ( 侧压力 ) F T ( 切力向 ) ⇒ F ⇒ F S ( 连杆力 ) ⇒ F K ( 径向力 ) ⇒
Fc = − mr rω 2 l —连杆长
2、旋转惯性力（离心力） Fc = − m r r ω 2 ）
mr ——作旋转运动的集中质量 作旋转运动的集中质量 方向：沿曲柄方向向外 大小：常数
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惯性力示意图
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第二章 曲柄连杆机构
§ 2-1 曲柄连杆机构的运动与受力
1、曲柄连机构的运动： 活塞：往复直线运动 连杆杆身：复杂的平面运动 曲轴：等速旋转运动 2、曲柄连杆机构的主要受力： 气体力、惯性力（往复惯性力及旋转惯性力 往复惯性力及旋转惯性力）
（动画：曲柄连机构装配过程 曲柄连机构装配过程）
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5、气环的断面
矩形环：工艺性、导热效果较 好。但产生泵油作用。 扭曲环：由面接触变为线接触， 加强了密封效果，且易磨合。 锥面环：向下刮油，向上形成 油契，减少磨损 梯形环：热负荷高柴油机中， 环槽中积焦能被挤出。免环 的折断。同时燃气力的作用， 加强密封。 桶面环：强化柴油机中首环， 上下运动均形成油契，减少 磨损，且利于密封。
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一、气体力
AP ——活塞顶截面积 AP=D2 π / 4 p1 ——气缸中的气体压力(由实测示功图确定 由实测示功图确定） p2 ——曲轴箱中的气体压力 D ——气缸直径
F 指气缸内的气体作用在活塞顶部的力Fg 。 g = Ap ( p1 − p2 )
Байду номын сангаас
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2、材料：球墨铸铁，铸造（中小功率内燃机 中小功率内燃机）；中碳钢和中碳合
金钢，模锻造（强化发动机） ）
3、构造:
1）分类 √全支承曲轴、非全支承曲轴 非全支承曲轴 √整体式曲轴、组合式曲轴
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曲轴各部名称
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全、非全支承曲轴
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组合式曲轴1
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平衡机构
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（二）旋转惯性力平衡
曲柄臂的延长部位配置适当的平衡重 方法：曲柄臂的延长部位配置适当的平衡重
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二、多缸内燃机平衡
随着缸数的增加，不平衡的力能够相互抵消 不平衡的力能够相互抵消，平衡性能逐步改 善。
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三部分组成 3、构造 由顶部、 头部、裙部三部分组成
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1)顶部
顶部的形状与选用的燃烧室型式有关 汽油机活塞：多采用平顶 多采用平顶，少数采用凹顶；二冲 程汽车机有时采用凸顶。 程汽车机有时采用凸顶 柴油机活塞：顶部常有不同形状的凹坑 顶部常有不同形状的凹坑
由合金铸铁制造。 • 普通油环，由合金铸铁制造 • 组合油环，由薄钢片及衬簧组成 由薄钢片及衬簧组成，在高速发动机中常用。
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1）油环的刮油作用
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2）油环断面形状
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1、往复惯性力平衡 2、旋转惯性力平衡
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§2-3 活塞组
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一、活塞
1、功用及工作条件： 功用：承受气缸中气体压力所造成的作用力 承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传 给连杆，以推动曲轴旋转。活塞项部还与气缸盖气缸壁共同组成燃烧室 活塞项部还与气缸盖气缸壁共同组成燃烧室。 工作条件：在高温、高压的燃气作用下 高压的燃气作用下，作高速的往复运动，同时左 右摆动撞击气缸壁。高温，使活塞材料机械强度显著下降 使活塞材料机械强度显著下降，并使活塞的热 膨胀量增加，影响活塞与气壁的配合 影响活塞与气壁的配合。高压使活塞产生变形，侧压力增加， 加剧活塞外表面的磨损。 磨。 2、材料 铝合金材料，汽车、拖拉机发动机中广泛采用 拖拉机发动机中广泛采用。 优点：密度小、导热性好。 缺点：热膨胀系数较大，温度升高后 温度升高后，机械强度显著下降，耐磨性 差。故加入硅等元素，以提高其综合性能 以提高其综合性能。 足够的强度及刚度，热膨胀系数小，导热性好且耐 要求：质量要小，足够的强度及刚度
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斜切口连杆大头的定位方式： a.止口定位 b.套筒定位 c.锯齿定位
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二、连杆轴瓦
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三、V型发动机连杆
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4、限制热膨胀量：镶铸钢片或钢环
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5、销座孔中心线的偏置
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6、油冷活塞 （强化柴油机中采用 强化柴油机中采用）
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§2-5 曲轴飞轮组
一、曲轴 1、功用及工作条件：
功用：承受连杆传来的力，造成旋转力矩 造成旋转力矩，驱动与其相连的动力装 置。 工作条件：受周期性的扭转力矩和弯曲力矩的作用 受周期性的扭转力矩和弯曲力矩的作用，引起曲轴疲劳 破坏。要求具有足够的强度和刚度 要求具有足够的强度和刚度，工作表面耐磨和润滑良好。
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3)裙部
（油环槽下端面至活塞底面的部分） ）
1、作用：为活塞在
气缸内往复运动作导 向和承受测压力
2、裙部的变形：
通常正圆形的裙部在 工作时，变为椭圆形。
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3、横向槽与纵向槽
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3、密封机理
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气体压力递减图
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4、气环的切口
燃气漏入曲轴箱 的主要通路。间隙∆ 过大，漏气严重， 过小，环受热膨胀， 卡死或折断。 通常 ∆ = 0.25 ~ 0.8 mm。 第一环间隙最大。
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二、惯性力
1、往复惯性力
F j = − m j rω 2 (cos α + λ cos 2α )
mj ——作往复运动的集中质量 作往复运动的集中质量 r——曲柄半径 ω ——曲轴旋转角速度 λ ——连杆比， λ =r / l 方向：沿气缸中心线方向 沿气缸中心线方向 大小：周期性变化
工作条件：受交变的周期
性载荷作用，要求连杆在质 量尽可能小的的条件下足够 的刚度和强度
2、材料：中碳钢或合金钢模
锻而成。
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3、构造
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小头、杆身、大头 1）小头 连杆小头与活塞销相连，小头孔中压入减摩的青铜衬套 小头孔中压入减摩的青铜衬套。集 油孔12和集油槽13用于小头孔的润滑 用于小头孔的润滑。 2）杆身 连杆杆身通常做成“工” ”字形断面，以求在强度和刚度足够 的前提下减小质量。长轴位于连杆的摆动平面内 长轴位于连杆的摆动平面内。 3）大头（含连杆盖7） a)整体式：大头孔为滚动轴承， ，在小型汽油机中采用，（曲轴为 组合式） b)剖分式： 大头孔为滑动轴承 大头孔为滑动轴承。 平切口连杆：汽油机中较多使用 汽油机中较多使用。 斜切口连杆：柴油机中较多作用 柴油机中较多作用。
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1）矩形环泵油作用
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2）扭曲环作用原理
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3）梯形环工作示意图
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(二）油环
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2)头部（环槽部、防漏部）
• 安装气环和油环，承受气体压力， 传给连杆； • 密封作用：与活塞环一起实现气缸 的密封。防漏燃气，防窜机油； • 传热作用：将活塞顶吸收的热量通 过活塞环传导到气缸壁上。
• 活塞头部结构要点：
1、一般头部做得较厚，利于顶部接受的 1 热量传导到气环、缸壁、冷却介质。 2、为降低第一环槽温度，采用隔热槽； 2 为提高第一环槽使用寿命，采用护槽 圈。 3、热负荷大柴油机有时采用冷却活塞顶 3 的措施。
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销及销的连接方式
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§2-4 连杆组
（由连杆、连杆螺栓及连杆轴承组成 连杆螺栓及连杆轴承组成）
一、连杆
1、功用及工作条件： 功用：将活塞承受的力传
给曲轴，使活塞的往复运动 转变为曲轴的旋转运动。
( 指示转矩
)
' F N 与 F N 组成倾倒力矩
M
'
引起内燃机不平衡的因素有： 引起内燃机不平衡的因素有 1。倾倒力矩 倾倒力矩M’ 2。往复惯性力 j 往复惯性力F 3。旋转惯性力 旋转惯性力
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曲柄连杆机构作用力和力矩
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二、活塞环（气环、油环）
作用：
气环：密封与导热作用。一般汽油机设 一般汽油机设２道气环，柴油机３道气环。 油环：刮去气缸壁上多余的机油，并起封气的辅助作用 并起封气的辅助作用。通常设置１道油环。
（一）气环
1、工作条件： 在高温、高压燃气的作用下 高压燃气的作用下，作高速往复运动，同时润 滑条件不良。 2、材料： 耐热、耐磨，高的强度和冲击韧性 高的强度和冲击韧性，通常为合金铸铁， 高速强化柴油机中也有采用钢片环。 高速强化柴油机中也有采用钢片环
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气体力与惯性力的合成
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§ 2-2 内燃机平衡
一、单缸内燃机平衡
（一）往复惯性力平衡 1、单轴平衡法 特点：虽Pj1完全平 衡，但机构不对称， 产生附加力矩。 2、双轴平衡法 特点：能完全平衡， 但零件数目多，曲轴 箱增长，机体重量增 加。
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三、活塞销
其功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体力传给连 其功用是连接活塞和连杆小头 杆。在高温下承受周期性冲击载荷 在高温下承受周期性冲击载荷，润滑条件差。需足够的强 度和刚度，通常做成中空圆柱体 通常做成中空圆柱体。用低碳钢或低碳合金钢制造。 “全浮式”活塞销：发动机在运转过程中 发动机在运转过程中，活塞销在连杆 小头衬套内及活塞销座孔内均可缓缓转动。 小头衬套内及活塞销座孔内均可缓缓转动 注：1）当采用铝活塞，进行装配时 进行装配时，在冷态下销与销座为过 渡配合。 2）销的轴向固定。