第2章曲柄连杆机构

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第4节曲轴飞轮组
2.曲轴构造 曲轴一般由主轴颈1、连杆轴颈2,曲柄5、平衡块4、前端轴3 和后端凸缘6(功率输出端)等组成，如图2一29所示。一个连杆轴颈 和它两端的曲柄及相邻两个主轴颈构成一个曲拐曲拐的数目取决 于发动机的气缸数目及其排列方式，直列发动机的曲拐数等于气 缸数;而V形和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半。 (1)按单元曲拐连接方法的不同，曲轴可分为整体式和组合式 (2)曲轴按其主轴颈数目的多少分为全支承曲轴及非全支承曲轴。 在相邻两曲拐间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴; 否则称为非全支承曲轴。全支承曲轴刚度较好且主轴颈的负荷相 对较小，多用于柴油机和负荷较大的汽油机，如上海桑塔纳、一 汽奥迪100型轿车发动机的曲轴。非全支承结构和制造工艺简单， 多用于中小负荷的汽油机。
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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
(1)具有足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要求有较大的强度， 以免活塞环被击碎。 (2)具有较小的质量，以保持较小的惯性力。 (3)具有耐热的活塞顶及弹性的活塞裙 (4)具有良好的导热性和极小的热膨胀性，以便有较小的安装间隙。 (5)活塞与气缸壁间有较小的摩擦因数
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二、曲轴扭转减振器
汽车发动机常用的曲轴扭转减振器为摩擦式扭转减振器，可 分为橡胶式扭转减振器、硅油式扭转减振器和硅油一橡胶扭转减 振器。 1.像胶式扭转减振器 减振器壳体与曲轴连接，减振器壳体与扭转振动惯性质量钻 结在硫化橡胶层上(图2一39）中的标号2)。发动机工作时，减振器 壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量滞后于减振器壳体因而在两 者之间产生相对运动，使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶的内 摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭转振动得以消减。大津夏利、上 海桑塔纳、一汽奥迪100型轿车发动机的曲轴上都装有此类减振器。
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第4节曲轴飞轮组
高钻度硅油。硅油一橡胶扭转减振器集中了硅油扭转减振器和橡 胶扭转减振器二者的优点，即体积小、质量轻和减振性能稳定等。
三、飞轮
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘。其主要作用是贮存做功行 程的一部分能量，以克服各辅助行程的阻力，使曲轴均匀旋转， 使发动机具有克服短时超载的能力。此外，飞轮又常作为汽车传 动系中摩擦离合器的主动盘。飞轮的外缘上镶有齿圈，起动机上 的齿轮工作时，供发动机启动用。
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第2节机体组
3.气缸体构造 气缸体是结构极为复杂的箱形零件，其大部分壁厚均为铸造 工艺许用的最小壁厚。在气缸体侧壁和前后壁的内外表面以及缸 间的横隔板上均有加强肋，旨在减小气缸体质量的同时，保证气 缸体有足够的强度和刚度。在气缸体的前后壁和缸间横隔板上铸 有支承曲轴的主轴承座或主轴承座孔以及满足润滑需要的纵、横 油道。在水冷发动机气缸的外壁铸有冷却水套和布水室，以增强 散热。
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小结
1.曲柄连杆机构的功用是把燃气作用在活塞顶面上的压力转变为曲 轴的转矩，向工作机械输出机械能 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。 3.机体组主要包括气缸盖、气缸盖罩盖、气缸垫、机体、气缸套及 油底壳等。气缸排列可分为一般式、龙门式和隧道式气缸体;或直 列式、V形和水平对置式气缸体;或无气缸套式、干气缸套式和湿 气缸套式气缸体;或风冷和水冷发动机气缸体。 4.缸盖燃烧室的结构形式有楔形燃烧室、盆形燃烧室、半球形燃烧 室、多球形燃烧室、篷形燃烧室。 5.活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等;活塞可分为 活塞顶、活塞头和活塞裙;活塞环分为气环和油环;活塞销与活塞销 座孔和连杆小头衬套孔的连接配合方式有全浮式和半浮式;连杆可 分为连杆小头、杆身和连杆大头。
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第3节活塞连杆组
二、活塞环
按功用的不同可将活塞环分为气环和油环两种(图2-17)。气环 的主要作用是密封气缸中的高温、高压燃气，防止其大量漏入曲 轴箱，同时它还将活塞头70 %-80%的热量传导给气缸壁。 油环的作用是刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上布上 一层均匀的油膜，既可防止机油窜入燃烧室又可减小活塞及活塞 环与气缸壁的磨损。活塞环在高温、高压、高速及润滑条件极差 的条件下工作，因而是发动机所有零件中工作寿命最短的(特别是 第一道气环)。 活塞环的材料多采用合金铸铁或球墨铸铁。为改善活塞环的 滑动性能和磨合性能，其表面应涂以保护层，如经磷酸盐处理或 镀锌、镀钥。
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第4节曲轴飞轮组
3.曲拐的布置与多缸发动机的工作顺序 曲轴的形状及各曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形 式和发动机的工作顺序。在选择各缸的工作顺序时，应注意以下 几点。 (1)应使各缸的做功间隔尽量均衡，即发动机每完成一个工作循环， 各缸都应发火做功一次，对于缸数为i的四行程发动机，其发火间 隔角为7200°/i (2)连续做功的两缸相距尽可能远些，以减轻主轴承载荷和避免进气 行程中发生抢气现象 (3)V形发动机左右两列应交替发火
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第3节活塞连杆组
2.油环
无论活塞上行或下行，油环都能将气缸壁上多余的润滑油刮 下来，经活塞上的回油孔流回油底壳(图2-21)。目前汽车发动机常 用的油环有两种 (1)普通油环如图2一21所示，其断面与矩形气环相似。为增强刮油 效果，提高对缸壁的压力，在其外圆上切有环形槽，槽底开有若 干回油用的小孔或狭缝。 (2)组合油环如图2 - 22所示，由上、下刮片和产生径向、轴向弹力作 用的衬簧组成。其主要优点为刮油能力强，对缸套变形的适应性 好，回油通路大。
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第4节曲轴飞轮组
曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他不同作用的零件和附 件组成，如图2 - 28所示。
一、曲轴
1.曲轴的作用与材料 曲轴的主要作用是将活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩， 用以驱动汽车的传动系统、发动机的配气机构以及其他辅助装置。 目前，曲轴多采用优质中碳钢或铬镍钢(18CrNi5 ),铬铝钢 (34CrA116)模锻而成，轴颈再经表面淬火或氮化处理，最后进行 精加工，以提高耐磨性。
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第3节活塞连杆组
2.活塞的材料 发动机活塞最常用的材料是铝硅合金。除母体金属铝外，其 合金成分的质量分数是:硅11%一14%，铜、镍、镁各1%，以及 少量的(低于1%)铁、钦和锌。其中硅的成分越多，则热膨胀系数 越小，磨损也越小，但制造工艺性较差。 3.活塞构造 整个活塞可分为活塞顶、活塞头和活塞裙三部分，如图2一11所示 (1)活塞顶。活塞顶是燃烧室的组成部分，因而常制成不同的形状。 (2)活塞头。活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分称为活塞头。其 作用是承受气体压力、防止漏气、将热量通过活塞环传给气缸壁。 (3)活塞裙。活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙。其作用是引导活塞 在气缸中作往复运动，并承受侧压力。
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第3节活塞连杆组
活塞连杆组主要由活塞5、活塞环1和2、活塞销6和连杆10等 机件组成，如图2一10所示。
一、活塞
活塞的工作条件及要求 活塞的主要作用是承受气缸中的燃烧压力，并将此力通过活 塞销和连杆传给曲轴;此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃 烧室。 由于活塞顶部直接与高温燃气接触，受周期性变化的气体压 力和惯性力的作用，且散热及润滑条件差，因此对活塞提出如下 要求。
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第3节活塞连杆组
三、活塞销
活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞所承受的气体 压力传给连杆。 活塞销在高温下，承受极大的周期性冲击载荷，润滑条件差。 因此要求活塞销具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量要小。 活塞销的造型为管状，如图2一23所示。 活塞销的材料一般为低合金渗碳钢(15 Cr3或16MnCr5)。
第2章曲柄连杆机构
第1节曲柄连杆机构的功用与组成 第2节机体组 第3节活塞连杆组 第4节曲轴飞轮组 小结
第1节曲柄连杆机构的功用与组成
一、曲柄连杆机构的功用
曲柄连杆机构是往复活塞式内燃机将热能转变为机械能的主 要机构。其功用是把燃气作用在活塞顶面上的压力转变为曲轴的 转矩，向工作机械输出机械能。
二、曲柄连杆机构的组成
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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。
曲柄连杆机构的组成见表2一1。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。
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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Biblioteka Baidu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2节机体组
三、油底壳
油底壳的作用是贮存机油并封闭曲轴箱。一般由薄钢板冲压 而成，也有的发动机为达到良好的散热效果，而采用带有散热片 的铝合金铸造而成的轻金属油底壳。 为保证发动机纵向倾斜时机油泵仍能吸到机油，油底壳中部 或后部做得较深。有时在油底壳中还设有挡油板，以减轻油面波 动。底部装有磁性的放油螺栓，以吸附润滑油中的铁屑，减少发 动机的磨损。油底壳的结构如图2一9所示
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第3节活塞连杆组
1.气环
气环在自由状态下的外径略大于气缸直径，随活塞装入气缸 后便产生弹力而紧贴在气缸壁上，形成所谓第一密封面，使气体 不能从活塞环外圆与缸壁之间通过。因而少量气体窜入环槽内， 形成背压力作用在活塞环的背面，加强了第一密封面的密封作用。 同时，将活塞环向下压紧环槽侧面，形成第二密封面，使其密封 性能显著提高(图2一18)。
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第4节曲轴飞轮组
2.硅油式扭转减振器 由钢板冲压而成的减振器壳体与曲轴连接。侧盖与减振器壳 体组成封闭腔，其中滑套着扭转振动惯性质量。惯性质量与封闭 腔之间留有一定的间隙，里面允满高钻度硅油图2一40(a)。当发动 机工作时，减振器壳体与曲轴一起旋转、一起振动，惯性质量则 被硅油的钻性摩擦阻尼和衬套的摩擦力所带动。由于惯性质量相 当大，因此它近似作匀速转动，于是在惯性质量与减振器壳体间 产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭 振消除或减轻。 3.硅油一像胶扭转减振器 硅油一橡胶扭转减振器中的橡胶环6图2-40(b)主要作为弹性体， 并用来密封硅油和支撑扭转振动惯性质量1。在封闭腔内注满
二、气缸盖和气缸垫
1.气缸盖 气缸盖用来封闭气缸的上部，并与活塞顶、气缸壁共同构成燃 烧室
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第2节机体组
气缸盖内有与气缸体相通的冷却水套、燃烧室、火花塞座孔 (汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排气道等。为制造和维修方便、 减小变形对密封的影响，功率较大的柴油机多采用分开式气缸盖， 即一缸、二缸或三缸一盖。而汽油机因缸径较小、缸盖负荷较轻， 多采用整体式气缸盖。风冷发动机均为单体式气缸盖。如图2一4 所示为各种形式的气缸盖。 2.气缸垫 气缸垫用来保证气缸体与气缸盖结合面间的密封。气缸垫因接 触高温、高压燃气，在使用中易被烧蚀，故要求它能耐热、耐腐 蚀、有足够的强度和一定的弹性，且拆装方便，能重复使用，寿 命长。按所用材料的不同，气缸垫可分为金属一石棉气缸垫、金 属一复合材料气缸垫和全金属气缸垫(图2一8)。